袁 楊 趙 莉

連云港市職教中心 江蘇連云港 222000

基于HGK-1型過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究

袁 楊 趙 莉

連云港市職教中心 江蘇連云港 222000

介紹了HGK-1型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，采用試驗(yàn)建模方法建立了被控對(duì)象的數(shù)學(xué)模型，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，證明了在大時(shí)延系統(tǒng)的控制上，串級(jí)系統(tǒng)控制優(yōu)越性較強(qiáng)。

過(guò)程控制；PLC

一、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹

HGK-1型過(guò)程控制系統(tǒng)是由東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院Rockwell實(shí)驗(yàn)室自行開(kāi)發(fā)，基于工業(yè)過(guò)程模擬對(duì)象的多功能實(shí)驗(yàn)裝置，實(shí)驗(yàn)裝置的總體結(jié)構(gòu)包括多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)和控制面板兩個(gè)部分（如圖1所示）。

圖1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備圖

多功能實(shí)驗(yàn)臺(tái)構(gòu)成有：水箱、儲(chǔ)水槽、SCR電加熱器，溫度傳感器、大時(shí)滯盤(pán)管、壓力傳感器、液位傳感器、流量傳感器、變送器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁閥、變頻器、水泵、循環(huán)水泵、接線端子排等。控制面板上有開(kāi)關(guān)，指示燈，智能控制儀表，實(shí)現(xiàn)一些控制和監(jiān)視的功能。圖2為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

筆者以上述系統(tǒng)為對(duì)象，采用Rockwell自動(dòng)化公司的MicroLogix1500 PLC對(duì)對(duì)象中的大時(shí)延系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究。

二、系統(tǒng)的建模與仿真

我們將實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中的大時(shí)延系統(tǒng)（即鍋爐加水管延時(shí)）近似為一個(gè)一階慣性加時(shí)延系統(tǒng)，我們通過(guò)飛升曲線法求得系統(tǒng)的K、T、τ，即可近似認(rèn)為確定了大時(shí)延系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。具體操作方法為：首先使輸入保持不變，等到系統(tǒng)穩(wěn)定后，加入一個(gè)擾動(dòng)，記錄下鍋爐大時(shí)延管道出口處的溫度曲線，可見(jiàn)該曲線的形狀為S形，可用切線法或計(jì)算法來(lái)求取各項(xiàng)參數(shù)，得出大時(shí)延系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。實(shí)驗(yàn)曲線如圖3所示。

圖3 實(shí)驗(yàn)曲線

三、控制方案介紹

筆者采用串級(jí)和Smith預(yù)估補(bǔ)償相結(jié)合的控制方案。在主回路中采用Smith預(yù)估補(bǔ)償，副回路選擇鍋爐的出水口溫度為控制輸出量，在鍋爐下部裝有Pt-100熱電偶，可以測(cè)量鍋爐出水口的溫度，通過(guò)變送器轉(zhuǎn)換成1-5V的信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)線傳輸?shù)絇LC。

四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果

筆者通過(guò)實(shí)驗(yàn)法建立了系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型為：基于上述Smith預(yù)估控制的原理，在實(shí)驗(yàn)中用PLC進(jìn)行控制。PLC的連接示意圖如圖4所示。從控制曲線（如圖5）上可以看出，采用Smith預(yù)估控制方案后，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)時(shí)間明顯減小，穩(wěn)定性得到提高。

圖4 PLC的連接示意圖

圖5 控制曲線

[1]邵裕森，戴先中.過(guò)程控制工程（第2版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000

[2]Rockwell公司.Micro1500 user’s guide[M].Rockwell automation publication.2000

[3]陶永華.新型PID控制及其應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2002

Basing on HGK-1, the experiment research about process control system

Yuan Yang, Zhao Li
Lianyungang vocational education center, Lianyungang, 222000, China

At first, the author introduces HGK-1 process control system experiment plat, and then the author establishes a mathematical model about the object controlled, using the method of experiment modeling; at last, the article proves under delay system, the cascade system control priority shows more obvious.

process control; PLC

2010-03-12

袁楊,本科,中教二級(jí)。趙莉,本科,中教一級(jí)。