[發明專利]工業自動化過程控制的教學實驗裝置

在審

• 申請號: 201811160991.4
• 申請日: 2018-09-30
• 公開（公告）號: CN109036089A
• 公開（公告）日: 2018-12-18
• 發明（設計）人: 吳志偉;陳水城;謝鋮;柴天佑
• 申請（專利權）人: 東北大學
• 主分類號: G09B25/02
• 分類號: G09B25/02;G09B9/00
• 代理公司: 北京易捷勝知識產權代理事務所(普通合伙) 11613
• 代理人: 韓國勝

本發明提供一種工業過程控制的教學實驗裝置，包括：用于模擬真實的工業生產過程特點的復雜工業過程模擬器；用于模擬真實的執行機構和檢測儀表的虛擬檢測執行器；用于進行優化控制和仿真效果監控的控制器；所述控制器通過所述虛擬檢測執行器對復雜工業過程模擬器進行優化控制?？梢耘浜厢槍嶋H工業生產的過程控制教學，過程控制教學實驗裝置需要能夠在真實模擬被控工業對象的基礎上，對建模、優化與控制等多種控制算法進行仿真驗證和效果評價，同時構成簡單，成本可控。

技術領域

本發明涉及自動化控制技術，具體涉及一種工業自動化過程控制的教學實驗裝置。

背景技術

自動化專業教學過程中，教學實驗是保證教學質量的重要環節，有助于提高學生實際操作能力，深入掌握專業知識。目前在自動化專業常見的教學實驗裝置主要用于滿足經典控制理論、現代控制系統、最優控制等教學內容的實驗要求。如采用倒立擺系統實現魯棒性、隨動性以及跟蹤性等控制問題的仿真實驗；采用三容水箱實驗系統實現模糊控制、PID控制的仿真實驗；采用機械臂系統實現振動控制和軌跡跟蹤控制的仿真實驗等。

然而現有的教學內容、教學實驗以及所采用的教學裝置在一定程度上與實際工業控制過程脫節。從生產企業實際需求的角度看，工業過程，特別是流程工業過程控制系統的作用不僅僅是能夠使被控對象的輸出很好的跟蹤設定值，還需要能夠控制整個生產過程，使反應最終產品能耗、物耗等相關運行指標被控制在目標值范圍內，實現整個工業生產過程的運行優化控制。而現有的教學實驗裝置所能仿真驗證的控制算法多為跟蹤控制算法，實驗系統本身無法模擬實際工業過程的動態特性，無法進行針對生產過程運行指標的運行優化控制方法驗證，難以滿足相關內容的教學實驗需求。

為了配合針對實際工業生產的過程控制教學，過程控制教學實驗裝置需要能夠在真實模擬被控過程動態特性的基礎上，對建模、優化與控制等多種控制算法進行仿真驗證和效果評價，同時又要求實驗系統構成簡單，成本可控。

針對上述問題，開發一個能夠滿足工業過程運行優化控制算法的教學需求，且結構簡單，造價便宜的過程控制教學實驗裝置具有很強的必要性。

發明內容

針對現有教學實驗裝置無法滿足運行優化控制算法的教學需求，本發明提供一種工業過程控制的教學實驗裝置，包括：

用于模擬真實的工業生產過程特點的復雜工業過程模擬器，用于模擬真實的執行機構和檢測儀表的虛擬檢測執行器，用于進行優化控制和仿真效果監控的控制器；

所述控制器包括主控制器、擴展板、交直流轉換電源；所述控制器通過所述虛擬檢測執行器對復雜工業過程模擬器進行控制；

所述擴展板通過工業控制總線與所述主控制器連接，用于實現被控變量的模擬量輸入和控制變量的輸出，所述交直流轉換電源為所述主控制器和所述擴展板提供電源支持；

所述復雜工業過程模擬器包括根據工業控制理論建立的虛擬工業生產過程模型和網口通信單元，所述虛擬工業生產過程模型包括基礎回路模型單元，運行指標模型單元；

所述基礎回路模型單元，包括以實驗過程中采集到的控制變量作為輸入，以被控變量為輸出，建立的回路控制模型；

所述運行指標模型單元，包括以實驗過程中采集到的控制設定值作為輸入，以運行指標為輸出，建立的運行指標模型；

所述網口通信單元，包括網口通信函數以及定時器，所述定時器以一定的周期時間執行所述網口通信函數，發送基礎回路模型單元輸出的被控變量數據和接收控制器產生的控制變量數據，實現復雜工業過程模擬器與控制器的實時交互。

所述虛擬檢測執行器與控制器之間設有數據采集卡和轉接板，所述虛擬檢測執行器與數據采集卡連接后，通過轉接板與控制器連接。

所述數據采集卡包括數據采集卡A和數據采集卡B；