用工控机实现的多变量过程控制综合实验系统

　　1 引言

　　“多变量过程控制综合实验系统”[1]是陕西省首批批准资助的省级重点实验室的建设项目之一，该项目是建设一个实现液位、压力、流量等控制算法研究的平台。建成后，可提供工业控制系统各种对象模拟、各种算法实验研究的开发平台，给实验和开发新系统奠定基础。

　　2 多变量过程控制综合实验系统使用工控机的优点

　　2.1 试验系统主要特点

　　为达到对各种对象、算法进行研究的目的，试验系统必须具备以下几个特点:

　　(1) 被控对象可以组合，形成结构不同的新对象;

　　(2) 可以模拟实际的一个高阶或复杂的对象;

　　(3) 对各种对象实施控制，且能用可能的算法研究其控制特性;

　　(4) 算法可以灵活选择，且容易修改;

　　(5) 且易操作实现。

　　上述的(1)、(2)是由4个尺寸不等的容器、12个手阀及管路组成。为实现对其控制还使用了6个调节阀、3个水泵、8个电容式压力变送器。通过相互组合、连接可实现单容对象、双容对象、三容对象及其相应的控制系统。还可实现对高阶对象、复杂对象的模拟。

　　对(3)、(4)、(5)可由现成的调节器或用计算机实现。调节器是一种工业应用的控制器。其中已集成了较多的能用于一般对象的控制策略。使用时可选择其中一种即可。它操作简便，对于固定的对象是较好的选择。而使用计算机，则控制策略(算法)要由自己开发。但带来的是可以大大提高控制方式的灵活性。正如前述，该系统可提供或模拟多种对象。对于有些对象，调节器可能满足不了要求。而用计算机的话，可完全按照要求随时自行开发软件。所以，本系统中我们选择工业控制计算机。

　　2.2 选择工业控制计算机的优势

　　程序自主开发,能灵活满足综合实验系统要求;

　　(1) 可利用为工控机配套的一些硬件设备，如采集卡等，这些卡件的使用大大缩短了开发周期;

　　(2) 电磁兼容性好，即对现场干扰、电磁辐射有强的防护作用;

　　(3) 对于开发者来说，可积累工业现场使用工控机的经验，有利于培养人才。

　　3 多变量过程控制综合实验系统实现方案

　　为达到较高质量的控制性能，一般的工业控制系统都使用闭环。所以，将现场的被控量由传感器反馈到控制系统的输入端。这里将各传感器的输出送到工业控制计算机中的数据采集卡上，作为输入。经处理再由输出通道，输出给放大器放大，在驱动电动调节阀对被控量进行调节。方案如图1所示:

　　图1中，工业控制计算机是其核心，主要接受来自采集卡的转换数据，按照预先规定的控制策略，进行处理。并且系统的控制调节命令由此发出。系统的数据如控制参数、工作状态、系统状态、给定与实际输出的百分数比显示。