基于HGK-1型过程控制系统的实验研究

袁 杨 赵 莉

连云港市职教中心 江苏连云港 222000

基于HGK-1型过程控制系统的实验研究

袁 杨 赵 莉

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介绍了HGK-1型过程控制实验平台，采用试验建模方法建立了被控对象的数学模型，在此基础上进行实验研究，证明了在大时延系统的控制上，串级系统控制优越性较强。

过程控制；PLC

一、实验系统介绍

HGK-1型过程控制系统是由东南大学自动化学院Rockwell实验室自行开发，基于工业过程模拟对象的多功能实验装置，实验装置的总体结构包括多功能实验台和控制面板两个部分（如图1所示）。

图1 实验设备图

多功能实验台构成有：水箱、储水槽、SCR电加热器，温度传感器、大时滞盘管、压力传感器、液位传感器、流量传感器、变送器、电动调节阀、电磁阀、变频器、水泵、循环水泵、接线端子排等。控制面板上有开关，指示灯，智能控制仪表，实现一些控制和监视的功能。图2为实验系统结构示意图。

图2 实验系统结构示意图

笔者以上述系统为对象，采用Rockwell自动化公司的MicroLogix1500 PLC对对象中的大时延系统进行了实验研究。

二、系统的建模与仿真

我们将实验平台中的大时延系统（即锅炉加水管延时）近似为一个一阶惯性加时延系统，我们通过飞升曲线法求得系统的K、T、τ，即可近似认为确定了大时延系统的传递函数。具体操作方法为：首先使输入保持不变，等到系统稳定后，加入一个扰动，记录下锅炉大时延管道出口处的温度曲线，可见该曲线的形状为S形，可用切线法或计算法来求取各项参数，得出大时延系统的数学模型。实验曲线如图3所示。

图3 实验曲线

三、控制方案介绍

笔者采用串级和Smith预估补偿相结合的控制方案。在主回路中采用Smith预估补偿，副回路选择锅炉的出水口温度为控制输出量，在锅炉下部装有Pt-100热电偶，可以测量锅炉出水口的温度，通过变送器转换成1-5V的信号，经过信号线传输到PLC。

四、实验结果

笔者通过实验法建立了系统的数学模型为：基于上述Smith预估控制的原理，在实验中用PLC进行控制。PLC的连接示意图如图4所示。从控制曲线（如图5）上可以看出，采用Smith预估控制方案后，系统的调节时间明显减小，稳定性得到提高。

图4 PLC的连接示意图

图5 控制曲线

[1]邵裕森，戴先中.过程控制工程（第2版）[M].北京：机械工业出版社，2000

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

[3]陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，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

袁杨,本科,中教二级。赵莉,本科,中教一级。