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基于紫金桥监控组态软件的清华过程控制实验平台

背景

清华大学自动化系过程控制研究所早在1982年就成功的研制了“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的作用。

紫金桥软件和清华大学的合作由来已久,早期的九五和863项目就打下了良好的合作基础,现在紫金桥与清华大学共建自动化过程控制实验室,又将双方的友谊推向了新的高度。

清华大学小型多参数过程控制实验台

 

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。

 

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,即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,然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。

以下是整个系统的结构。

实验控制台系统结构

 

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,学生可以很方便的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。

以下是系统功能的实现,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。

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。

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。

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。学生可以方便的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。

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。

总结

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。