压力控制系统实验

实验六控制系统专题实验：压力控制系统实验

系统说明

1.1实验装置硬件说明

该装置由三个互相串联的不同大小的压力容器和针型阀、压力及流量等相关的检测、变送、执行仪表、计算机、模入/模出接口板和模拟信号端子板等组成。从控制角度来说，整个装置有三个压力检测变量（1#罐、2#罐、3#罐内压力），可从中选择一至两个被控变量。有两个可控制的变量（两个经调节阀的压缩空气流量），一般，支路1流量作为操作变量主输入通道，支路2则为扰动输入通道。在确定被控变量、操作变量、主要扰动和控制方案后，只要在模拟控制流程图上的插座孔进行不同的连接，就能方便、迅速地组成不同的控制回路。该装置的工艺模拟流程图如图1所示。

图1 压力计算机控制系统实验装置工艺模拟流程图

由图1可见，压缩空气分两路进入压力容器，支路1主输入为控制通道，压力空气经减压阀调整为200KPa，通过调节阀的流量可由玻璃转子流量计显示，经1#罐和针阀R1（可调气阻）、2#罐和针阀R2、3#罐和针阀R3最后排放入大气。支路2为扰动通道，压缩空气经减压阀调整为60KPa，通过调节阀的流量也可由玻璃转子流量计指示，进入1#罐、2#罐或者3#罐的通道由截止阀F1、F2及F3控制，相当于扰动的加入位置可以选择。

1.1.1系统硬件配置

硬件配置如下所示：

（1）主机：CPU：赛扬466以上；RAM：32MB以上；硬盘：6.4G以上；1个1.44M软驱，光驱，1个ISA插槽。

（2）数据采集卡（PCL818L）、模拟信号端子板（PCLD-9138）以及电压—电流转换器。数据采集卡安装在计算机的ISA总线插槽中，共有16路单端模拟量输入通道，2路模拟量输出通道，分辨

率为12位。模拟信号端子板和数据采集卡通过1根电缆连接，将采集卡的I/O通道引出，连接

变送器的输入信号，便于D/A输出信号与电/气转换器的连接。由于PCL-818L采集卡的输出信号

为电压信号，而执行机构的输入信号都为电流信号，因此在模拟输出信号端子板之后还需添加电

压—电流转换器，将1~5V的电压信号转换为4~20mA的电流信号。

（3）压力变送器

PT：压力变送器为XRB，1#量程0-80KPa，2#量程0-80KPa，3#量程0-80KPa，输出均为4~20mA 的电流信号。

（4）模拟信号端子板：PCLD-9138，16路输入，2路输出

（5）电压-电流转换器：24V直流工作电源，输入1~5V电压信号，输出4~20mA电流信号

（6）24V工作电源：O上孔（+插孔）接电源变送器来的正信号，下孔（一插孔）接电源变送器来

的负信号

（7）压力变送器：XRB，1#量程0-80KPa，2#量程0-80KPa，3#量程0-80KPa，输出均为4~20mA

电流信号

（8）气动小流量调节阀VL：ZMAY- 64B（气闭阀），VL1和VL2均为气动小流量调节阀（气闭阀），

从电压-电流转换器输出4~20mA信号，经电/气转换器转换后得到

20-100KP a气压信号，然后，输入给气动调节阀控制进气流量。

1.1.2接线说明

模拟信号端子板和测量信号以及控制信号的接线简图如图2所示

图2 压力实验中模拟信号端子板和测量信号以及控制信号的接线简图注意：1、电压—电流转换器需要的24V工作电源从仪表控制柜上接入

仪表控制柜和模拟信号端子板的连接：只允许改变仪表控制柜的面板插座孔一侧的接线，模拟信号端子板一侧的接线不允许变动。仪表控制柜的输出信号PT1，PT2，PT3的“+”分别连至端子板上的“1”、“5”、“20”端子；PT1，PT2，PT3的“—”分别连至端子板上的“9”、“10”、“28”端子，仪表控制柜的控制输入信号VL1和VL2的“+”“-”分别连到电压—电流转换器I、II的输出“+”“-”端，电压—电流转换器I的输入“+”“-”端分别连到信号端子板的“30”、“14”端子，电压—电流转换器II的输入接到数据采集卡的“32”“14”端子，VL1的“+”和“-”端或者VL2的“+”和“-”端可以作为扰动输入信号连到电压—电流转换器II的输出“+”“—”端子。

1.2系统软件说明

软件设计集教学性和实用性于一体，层次清晰，操作方便，图形界面友好，具有详细的软件操作说明。每个实验都带有各自的工艺流程图，实时监控画面以及实时控制曲线，便于使用者从各个方面了解实验进行善。整个软件采用面向对象的Visual Basic6.0语言编写，采用模块化结构。本软件需要在Windows 2000环境下运行，显示器采用800*600的分辨率。

1、软件安装

要求主机硬盘至少分两个区，“C:”和“D:”，实验数据存放在“D:\压力数据”下，每次实验数据文件名称以实验开始时刻命名，可执行程序“株州工学院压力控制系统.exe”可以存放在“C：”，也可以存放在“D：\”目录下。

2、系统启动

运行“株州工学院压力控制系统.exe”文件，自动进入主画面，如图3所示：

图3 压力控制系统主画面

3、主菜单操作

直接用鼠标点击相应的命令按键或者按快捷键进行功能选择，选择要进行的实验。

4、“波形分析”

可以按F4键或者用鼠标点击“波形分析”按键进入波形分析设置。详细操作见“波形分析”实验。5、“退出”

可以按F6键退出，也可用ESC键，或者用鼠标点击“退出”按键退出整个实验系统。

6、实验内容

本系统可以完成以下实验：

（1）压力阶跃响应参数辨识实验

（2）压力数字PID控制实验

（3）压力控制周期调整实验

（4）压力系统波形分析

1.3实验原理

压力控制系统实验原理框图如图4所示，图中电/气转换器、调节阀和压力罐压力组成广义被控对象。容器压力为系统控制对象，记为y(t)。压力变送器检测得到输出的4-20mA的电流反馈信号y f(t)，由数据采集卡经A/D转换成数字信号，输入计算机。再与给定值y r(t)（从键盘输入）比较，得到偏差信号。计算机根据偏差信号，执行相应的控制算法程序，例如，数字PID控制算法、自校正控制算法、模糊控制算法或者其它控制算法等，计算出控制量，经D/A转换成1-5V的电压，再经电压-电流转换器转换成4-20mA的电流控制信

号u(t)。控制广义对象的输出y(t)，使其跟踪给定值y r(t)。

图4 被控对象为容器压力，操作变量为容器压力的控制系统