计算机控制与自动化仪表综合实验平台的研究

韩烨

摘 要：计算机控制与自动化仪表综合实验平台是由实验控制对象、实验控制台（智能仪表、传感器）及上位监控PC机三部分组成。对于这一装置来说，其能够以用户的需求为基础，有效设计成为计算机控制以及自动化仪表控制系统共同组成的系统。其具有非常广泛的应用性，能够为使用者提供一个更为有效的物理模拟对象和实验平台。

关键词：计算机控制 自动化仪表 综合实验平台

中图分类号：TP311.51 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）02（c）-0057-01

实验对于培养专业人才有着至关重要的作用，其能够有效提升专业人才的实践能力，让其将理论知识和实践更好地结合在一起。然而目前市场上存在的实验设备价格较为昂贵，并不能很好地满足需求，实验的对象与实际应用相脱节也是较为普遍的现象。在新的发展形势下，人们对设备也提出了更高的要求，因此，计算机控制与自动化仪表综合实验平台应运而生。该文就对此进行深入研究。

1 计算机控制与自动化仪表综合实验平台的应用必要性

计算机控制与自动化仪表综合实验平台能够更为有效地提供实验支持，其是在实践和科研的基础上建立起的计算机控制实验平台，能够提供给应用者更为贴近工业现场设备的支持，且具有更低的造价，能够有效降低实验成本。不仅如此，该设备平台通过应用更加灵活的配置，能够为实验者提供更好的训练动手能力的机会，从而实现预期的目标。另外，该平台还可以提供给应用者必要的条件，让使用人员可以开展一些综合性以及设计性的实验。不仅如此，该装置更加符合工业现场过程控制的实际情况，并在此基础上，形成了一套多功能实验设备，该设备集自动化仪表技术、计算机技术、通信技术及自动控制技术为一体，应用效果非常好。可见，研究和应用计算机控制与自动化仪表综合实验平台是非常有必要的。

2 计算机控制与自动化仪表综合实验平台的结构组成

2.1 被控对象

对于实验装置的被控对象来说，其有三个部分组成，即水槽、加热水桶和盘管换热器。水槽是变频水泵循环水回路的水源储存地，对其进行手动操作，就能有效补充自来水，也可以借助手动的阀门以及电磁阀来实现排水的效果。

保温换热水桶的罐体是罐内水液位和罐内水温度的单变量对象，在液位系统上配备液位传感变送器，其水源来自于自来水，通过电动调节阀来完成控制过程。在调节温度时，该过程由晶闸管模块来完成，该模块能有效控制电加热器的加热程度，从达到对温度系统加以调控的目的。另外，把温度和液位有机结合起来，就够构成温度串级调节系统或解耦控制系统。

盘管由变频水泵提供水源，长度一般约15 m，位于保温换热水罐之内，可分别构成温度、压力和流量的单变量对象。出水口温度的控制则通过盘管和热水罐间的热交换完成。但是，盘管的长度较长，能够形成纯滞后的对象，进而实现前馈——反馈控制系統和史密斯控制系统。另外，盘管的出口位置的水温度和水罐液位的关系能够进行有效的解耦控制。

2.2 传感变送器

传感变送器主要有液位传感变送器、压力传感变送器、温度传感变送器和流量传感变送器四种。有效应用液位、压力两个传感变送器能取得良好效果。其中，液位传感器的主要作用就是有效检测水罐的液位；压力传感器则被用于更好地检测变频水泵的供水压力，两者够有效构成恒压的变频调速系统。温度传感变送器主要应用了四个Ptl00热电阻温度传感变送器，这四个传感变送器的作用各不相同，一个用于检测水罐的水温，另外两个则对盘管的两个测试点的温度进行检测，另一个则对水槽的水温进行检测。流量传感变送器在盘管的回路中设置了一个电磁流量计，该仪器够有效检测盘管回路中的水流量。因而，流量传感变送器能够同变频水泵构成有机的流量调节系统。

2.3 执行机构

执行机构是平台的重要部位，其主要由电动调节阀、水泵和变频器、电加热管和单相交流调压模块组成。电动调节阀电源采用单相220 V，控制信号为4～20 mADC或1-5VDC，输出为4～20 mADC的阀位信号，它主要用于控制回路，并对回路中的流量进行有效调节。水泵和变频器装置通过应用一个磁力驱动泵，然后经过变频而输出驱动。电加热管和单相交流调压模块对平台的电压和温度有很好的调节作用。其包含的电加热器能够对水罐中的水进行有效升温，加热是在晶闸管模块控制下完成的。输出的交流电压能够有效控制电加热器的端电压。这样就能够更好地调节保温换热器的温度。

2.4 实验平台控制器件

实验平台的控制器件包括智能仪表和计算机。这些控制器件能有效应用PID智能控制器，并配合各类传感变送器，来完成对温度、压力、液位、成分等过程量的测量、变换、显示、通信和控制。仪表通过串口和上位计算机进行有效的通信，进而达到了控制效果，使计算机对系统的管理和监测变得更为有效。

在实验平台中，有3台PID智能控制器，其有不同的作用。其中两台的主要作用是有效控制水罐温度和液位。另外一台的作用则是有效配合盘管压力、温度、流量传感变送器原件，构成不同的控制系统。该PID智能控制器有控制权转移功能，因此计算机可以很好地控制仪表有效进行报警输出和控制输出以及变送输出等，这样就能够更好地实现上位机直接数字控制。

3 软件的实验环境及平台分析

因为实验平台功能齐全，实验操作界面也很好，所以计算机的控制功能能够得到充分发挥。通过应用此平台，能够有效实现监督和控制功能，对仪表的控制状态有一个更好的了解。与此同时，还可以有效使用计算机来直接进行数字控制。在该实验环境中，预留了算法的添加，同时也有验证的接口，这能够为实验者提供更好的支持，为其编制自定控制算法提供便利，同时也可以让其在实验平台上有效完成实际验证和测试。

对于软件平台来说，该装置基于计算机系统而设计，主要应用于快速地构造和生成上位监控系统的组态软件系统，可以有效运行计算机系统。平台为用户提供了更好的支持平台，让实验者能够更好地应用其去解决实际问题，并获得更为优化的方案和开发平台。该平台能为实验者进行现场数据采集、实时数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出等提供极大的便利。

4 结语

计算机控制与自动化仪表综合实验平台的设计与应用能够提供给实验者更好地用户体验，能够提供其更好地工作支持，有效地提升了运行效率，简化了操作模式，让应用者可以更好地进行操作。同时，该系统还能够很好地链接实际工程，从而让实验者可以更好地获得实践体验，是非常值得应用和推广的。

参考文献

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