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自动化专业综合工程实验装置研制

杨士勤  
【摘要】:为在某种程度上弥补近年来学生在生产实习、毕业实习中缺乏动手机会的不足,研制了自动化专业综合工程实验装置。它由一条微型啤酒生产线和以该生产线为被控对象的自动控制系统组成,其主要特点是将自动化技术与一个实际的生产过程有机结合,测控效果最终反映在生产效率和产品质量上,使学生能从工业生产系统的整体上把握自动化技术。本文论述了自动化专业综合工程实验装置的设计方案、硬件配置、控制策略及软件设计。该装置体现了自动化专业强电与弱电结合、软件与硬件结合、常规技术与先进技术结合的特点。 大惯性、大滞后、非线性、强耦合被控对象是自动控制的难点,也是自动控制的重点,所选被控对象充分体现了上述难点和重点,给学生提供了良好的实验平台。例如,在啤酒发酵过程中,由于冷却水传输过程及各种环境因素的影响,使得发酵过程中存在着严重的纯时滞现象。若采用常规PID控制,系统将会出现严重超调。针对此问题可让学生尝试下述解决方法:当按工艺曲线要求降温时,在降温过程中插入适当的保持阶段。实验证明,采用这种新方法可使发酵过程的超调量大大减小。这种新方法也可推广到其它大惯性、大滞后被控对象的自动控制;又如,检测滞后将对控制系统性能造成不利影响,针对发酵过程温度检测中存在的较严重的滞后现象,可让学生采取智能预测方法,有效提高温度传感器动态性能、减小检测滞后;再如,麦汁在糖化泵的作用下通过两段板式换热器进入发酵罐,工艺要求麦汁进入发酵罐的温度为8℃±0.5℃,由于此温度受到多个因素的影响,采用一般的单回路调节方案不能满足要求,针对此问题,可采用串级控制、前馈控制相结合的控制方案,其中,PID调节器采用变速积分PID算法,可满足工艺要求;市场上无合适的麦汁煮沸过程泡沫检测装置,为此设计了探针式敏感元件,其结构简单、价格低廉、性能可靠,既能保证麦汁和啤酒花的充分煮沸又不至于溢出,可让学生自行设计探针式敏感元件的信号调理电路。 基于自动化专业综合工程实验装置进行了实验开发。实验项目分为中级、高级、设计师级三个层次,满足专科(高职)、本科、研究生不同的教学需求。该装


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