基于紫金桥监控组态 软件的过程控制远程教学实验系统--控制网



基于紫金桥监控组态
软件的过程控制远程教学实验系统
企业： 日期：2010-11-11
领域：机器视觉 点击数：1184
                         

    作者简介：

    张孟姝（1982-），女，东北黑龙江人，本科，现就职于大庆紫金桥软件技术有限公司，主要研究方向为工业自动化软件。

    摘要：论述由紫金桥监控组态软件、清华大学小型多参数过程控制实验台利用互联网共同构建的过程控制远程教学实验系统，完成远程PID、前馈/反馈控制，实现网络实验室。

    关键词：远程控制；过程控制PID； 前馈控制 ； 反馈控制； 网络实验室

    1 背景

清华大学自动化系过程控制研究所早在1982年就成功研制了“水力模型控制实验台”。多年来，该实验台的研究一直跟踪着生产过程自动化技术的发展，多次改进了被控对象的模型和控制装置，不断融入新工艺、新技术和新方法，较好地满足了清华大学以及其他一些院校的教学、科研要求。新构建的“小型多参数过程控制实验台”以其体积小、成本低、形象直观、功能齐全、技术先进、使用方便等优势，更加利用系统的普遍推广，深受同行的好评，在自动化实验教学和科学研究中发挥着重要作用。

                   

                     图1 清华大学小型多参数过程控制实验台

    2 物理模型

    过程控制教学实验系统以三容水系统为基础。系统的被控对象为三个串接水柱，设三个传感器检测液位的高度，通过A/D转换控制水泵转速，改变流量，对液位进行调节，由此构成一个完整的过程控制系统。为了合理利用实验台的资源，进一步扩展试验内容，还设置了两个温度信号，一个流量信号和压力信号。

    3 系统结构
本实验系统采用一台服务器对多个实验台（>=1台）的方式，通信方式选用RJ45口。实验时，既可以选择一台服务器对一个实验台的单机操作方式，也可以使用一台服务器对多个实验台的方式，之后利用紫金桥软件的web发布功能，学生就可以在任意联网的场所完成实验，而不是局限于实验室。

                  

                                 图2 实验控制台系统结构

    4 系统功能

    本系统主要实验以下几个功能：

    （1）人性化的交互界面，学生可以很方便地利用本系统完成各个教学实验；
    （2）重要参数提供曲线分析，可以查询实时/历史曲线；
    （3）实验管理权限合理区分，保证系统使用安全；
    （4）提供有限的PID、串级、前馈/反馈控制，调节精度较高；
    （5）强大的web发布功能，打破了以往实验必须在实验室完成的模式。

    图3是系统功能的实现，整个系统已经嵌入到清华自动化系实验系统的网页中，搭建的模式也选用网页的风格。

                 

                                 图3 实验控制台系统体系结构

    系统主要完成各实验项目的搭建，界面美观、简洁，利于学生自行完成实验。

                   

                                 图4 过程控制实验主界面

    以三容水箱单回路控制系统为例，具体看一下各个功能。

                

                                 图5 三容水箱单回路控制

    实时显示实验进程：进入当前实验之后，画面会自动显示实验台的实时情况，液位、压力根据实验的进展实时变化。实验进行的同时还可以查看实验原理图，实验的帮助等。学生可以方便地控制实验的开始和结束。

    曲线分析：参数的趋势是评估实验完成质量的一个重要标准，系统中重要参数给出曲线的方式显示数据的变化，方便得出实验结论，为实验的完成提供依据。每一条曲线都可以放大缩小，也可以将曲线中的数据导出到excel表，以便进一步分析。
PID调节：系统提供PID的调节器，可以方便的切换手/自动控制，并带用PID各参数的调节控制，方便学生精确的完成实验。

                 

                      图6 清华大学自动化系过程控制教学实验系统

    Web发布：利用web发布功能，与已有的实验室管理系统形成无缝集成。不同的登陆用户具有不同的管理权限，还可以记录学生做实验的起始时间和结束时间，以及实验完成的效果。另外，学生可以自由选择实验场所，不必局限于实验室，有效的发挥了网络的优势，清华自动化过程控制平台强大的功能和网络信息化有了完美的结合，增加了小型多参数控制平台的亮点，成为真正的网络实验室。

    5 结语

    整个系统自使用以来，受到广大清华师生的一致好评，界面清晰易于操作，曲线查看灵活，数据记录完整利于实验总结，利用强大的web发布功能，学生可以选择合适的场所完成实验，打破了以前实验必须在实验室完成的局限。随着紫金桥软件的日益发展，紫金桥公司和越来越多的高校进行了合作，紫金桥软件的应用也渗透到各行各业，将自动化软件的行业应用推向了新的高度。
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