一种基于opc的工业控制实训装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种过程控制教学实验装置，尤其涉及一种基于0PC的工业控制实训 装置，属于教学设备领域。
【背景技术】
[0002] 现代教育教学活动中，实验教学是必不可少的关键环节，对培养学生的实际工作 能力至关重要，实验设备的匮乏则极大地制约了学生技能的学习与获取。借助设计良好的 实验装置，可为学生在相关知识的理论学习与实际工程应用技能训练之间建立了一座桥 梁，也进一步简化了控制系统中复杂控制算法的编制、调试及处理过程。
[0003] 工业过程控制领域需要用到大量的现场设备、智能仪表以及控制应用软件，常常 需要专用的硬件或软件接口才能完成数据交互，传统的方式是通过开发设备专有驱动程序 来实现交互操作。但不同设备供应商的驱动程序往往很不一致，且难于随硬件、软件而升 级，0PC(0LE for Process Control)技术的出现极大地改善了这种状况。0PC是一种数据交 换的工业标准机制，基于客户/服务器模式，为现场设备与软件应用之间提供了广泛的互操 作性和互换性。
[0004]过程控制一般是指对连续性生产过程中的温度、压力、流量、液位和成分等工艺参 数作为被控变量的自动控制，它是现代工业自动化系统的核心内容之一。过程控制原理是 自动化类专业学生一门重要的专业课，其目的是使相关专业的学生获得过程控制原理及其 应用的理论知识及实践技能，其中控制算法的设计及优化是其中的重要内容。传统的过程 控制装置一般采用专用硬件实现调节器或使用组态软件中的PID算法实现类似的调节功 能。若需实现更为复杂的神经网络控制、多变量解耦控制等则相当的困难。MATLAB软件是一 种功能强大、使用灵活的，内置各种丰富的控制工具箱，也可由用户自行设计相关的优化 控制算法来增强控制效果。MATLAB/S頂ULINK被广泛应用于科学计算、数学建模与仿真，运 算效率很高且可方便地实现各种复杂控制算法。人们在设计新的控制系统及控制算法的过 程中，常常须借助SniULINK完成建模和仿真，直至达到满意的仿真结果。由于现场工控设备 的数据通信标准并不统一，使得MATLAB/SMULINK难于与现场工控设备进行直接数据通信， 致使很多先进控制算法仍然只能停留在纯数字仿真阶段;但基于SmULINK的纯数字仿真往 往难于精确模拟实际的控制对象，在建模过程中，也常常需要对对象模型作些假设和近似， 同时会忽略实际对象系统中可能存在的部分扰动和噪声，因而造成仿真结果与实际应用效 果有较大出入，而半实物仿真则可获得更真实的控制效果。引入0PC机制，使Matlab/ S頂ULINK可以直接与现场工控设备交互，将会极大地提高控制系统的设计实效性，同时也 方便学生将主要精力放在控制效果的分析以及控制算法的研究及改善上，从而增强教学和 学习的效果。
【发明内容】
[0005]本发明所要解决的技术问题是提供一种基于0PC的工业控制实训装置。所述实验 平台不仅适用于帮助学生理解过程控制的被控对象、控制手段、实现方法及优化算法，还可 以促进学生对自动控制原理课程的理解和掌握，从而全面提高学生的理论与技能水平，增 强其实际动手能力和工程应用能力。
[0006] 为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
[0007] 一种基于0PC的工业控制实训装置，包括被控对象、控制柜、控制主机;所述被控对 象由多个透明液位容器、供液流路组成；
[0008] 所述液位容器为3个，分别为第一液位容器V101、第二液位容器V102和第三液位容 器V103,第一液位容器V101的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第一排液手 动阀XV301，第一液位容器V101的排液管的出口和第二液位容器V102相连通;第二液位容 器V102的下部排液管的流路上串接有用于控制排液阻力的第二排液手动阀XV302,第二液 位容器V102的排液管的出口和第三液位容器V103相连通;第三液位容器V103的下部排液管 的流路上串接有用于控制排液阻力的第三排液手动阀XV303,第三液位容器V103的排液管 的出口和储水容器V104相连通;所述各液位容器内置有溢流槽，溢流槽出口通过管道和储 水容器V104连通，所述液位容器均由透明的有机玻璃制成，便于实验者观看实验效果；
[0009] 所述供液流路为2路，分别为第一供液流路和第二供液流路;所述第一供液流路包 括第一水栗P1 〇 1、第一供液母管、第一电动调节阀FV101和供液电磁阀，所述储水容器V104、 第一水栗P101、第一供液母管通过管道依次连通，所述第一水栗P101出口和供液母管间串 接第一流量变送器FT101和第一电动调节阀FV101，并连接有第一压力变送器PT101;供液母 管上连通有第一供液管道，第一供液管道串接有用于控制液体流通的第一供液电磁阀 XV101，第一供液管道的出口和第一液位容器V101连通;供液母管上连通有第二供液管道， 第二供液管道串接有用于控制液体流通的第二供液电磁阀XV102，第二供液管道的出口和 第二液位容器V102连通;供液母管上连通有第三供液管道，第三供液管道串接有用于控制 液体流通的第三供液电磁阀XV103，第三供液管道的出口和第三液位容器V103连通；
[0010] 所述第二供液流路包括第二水栗P102、第二变频器FV102、第二供液母管和供液电 磁阀，所述储水容器V104、第二水栗P102、第二供液母管通过管道依次连通，所述第二水栗 P102出口和供液母管间串接第二流量变送器FT102，并连接有第二压力变送器PT102;供液 母管上连通有第四供液管道，第四供液管道串接有用于控制液体流通的第四供液电磁阀 XV201，第四供液管道的出口和第一液位容器V101连通;供液母管上连通有第五供液管道， 第五供液管道串接有用于控制液体流通的第五供液电磁阀XV202，第五供液管道的出口和 第二液位容器V102连通;供液母管上连通有第六供液管道，第六供液管道串接有用于控制 液体流通的第六供液电磁阀XV203，第六供液管道的出口和第三液位容器V103连通;第二水 栗的驱动电机直接和第二变频器FV102电连接。
[0011] 所述控制柜内包含有ADAM智能10模块、百特智能PID调节器、S7-200PLC控制器、 S7-300PLC 控制器；
[0012] 所述ADAM智能10模块包括ADAM4018p模拟量输入模块，ADAM4024模拟量输出模块 以及ADAM4055开关量输入输出模块；
[0013] 所述百特智能PID调节器包括百特XMA5000智能PID调节器；
[0014] 所述S7-200PLC控制器包括CPU 224模块、EM231模拟量输入模块以及EM232模拟量 输出模块；
[0015] 所述S7-300PLC控制器包括：CHJ315-2PN/DP模块、SM331模拟量输入模块以及 SM332模拟量输出模块。
[0016] 所述控制主机包括工控机一台，并安装有Matlab软件、KingView工控组态软件、 Visual Basic IDE开发环境以及自行开发的实验管理软件；
[0017] 所述控制主机通过RS232-485转换器连接ADAM4018p模拟量8输入模块及ADAM4024 模块量4输出模块；
[0018] 所述控制主机通过RS232-485转换器连接百特XMA5000智能调节器；
[0019] 所述控制主机通过PPI电缆连接S7-200PLC控制器；
[0020] 所述控制主机通过MPI电缆连接S7-300PLC控制器。
[0021] 所述实验平台通过适当的流路切换，并以适当方式连接各种液位变送器、流量变 送器、压力变送器、电动调节阀、变频器以及控制器，则既可实现简单的单回路单容或多容 液位控制，也可实现针对液位、流量参数的串级、比值、均匀、选择性、分程、前馈等较复杂的 控制方案，甚至通过0PC机制，借助Matlab软件或VB开发系统实现诸如模糊控制、神经网络 控制之类的自定义控制。
[0022] 所述实验平台可完成各种常规仪表控制实验，包括：基于ADAM智能10模块及 KingView的软PID控制实验；基于百特XMA-5000智能PID调节器及KingView的硬PID控制实 验；基于S7-200PLC控制器及KingView的硬PID控制实验；基于S7-300PLC控制器及KingView 的硬PID控制实验;所述软PID控制指使用KingView中软件提供的PID控制功能，而硬PID控 制功能则指使用智能调节器、PLC设备内部硬件提供的PID控制功能，一般而言，硬PID控制 比软PID控制具有更高的可靠性及有效性;所述KingView软件具有丰富的设备驱动和灵活 的组态方式，能方便地组态各种监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态及参数变化 情况，具有报警、实时/历史趋势等功能，还可便利的生成各种报表。
[0023]所述实验平台可通过0PC功能将Matlab软件与ADAM智能10模块、智能PID模块、S7-200PLC及S7-300PLC组合起来，引入Matlab/Simulink各种强大的控制应用工具箱以及数学 建模与仿真能力，实现各种更复杂的自定义控制算法，并在真实的物理对象中研究及验证 算法的有效性；
[0024]所述实验平台可通过0PC功能将VB通用开发软件与ADAM智能10模块、智能PID模 块、S7-200PLC及S7-300PLC组合起来，利用VB开发各种复杂的自定义控制算法，并在真实的 物理对象中研究及验证算法的有效性；
[0025]所述实验平台借助0PC功能，使用VB软件开发了一套实验管理软件，可以充分利用 0PC功能获得各种现场工艺参数及状态的变化情况，并且由于VB作为通用编程软件可任意 调用系统、网络及数据库及其它输入/输出资源，可为实验的本地管理、远程监控、成绩