[发明专利]一种开放式热水锅炉供暖实验系统

说明书

技术领域

本发明主要是基于西门子公司S7-200系列的可编程控制器和亚控公司的组态软件组态王的炉温控制系统的开放式实验对象平台。针对专业的情况进行开发设计，保证与相关课程的实验有机衔接。

背景技术

近年来，国内外对温度控制器的研究日益广泛并深入，特别是随着计算机技术的发展，温度控制器的研究与发展取得了巨大的突飞猛进，形成了一批商业化的温度调节器，与此同时，智能化PID、模糊控制、自适应控制等，以其性能、控制效果好，被广泛应用于温度控制系统及企业相关设备的技术改造。

在自动化领域内，PLC（可编程控制器）以其可靠性高、抗干扰能力强、编程简单、功能强大、性价比高、体积小、能耗低等显著特点广泛应用于现代工业的自动控制之中。目前的工业控制中，常常选用PLC作为现场的控制设备，用于数据采集与处理、逻辑判断、输出控制；而上位机则是利用组态软件来完成工业控制状态、流程和参数的显示，实现监控、管理、分析和储存等功能。这种监控系统充分利用了PLC和计算机各自的特点，得到了广泛的应用。

在高等学校中，实验室是实现培养人才、科学研究、二大职能的基本支撑平台，传统的实验教学平台存在着诸多弊端，不利于培养学生创新能力，“开放式”实验室可以在资源有限的条件下，为学生提供发挥聪明才智和发展个性的场所，激发学生对实验的兴趣，培养学生的创新意识和创新能力。使学生由“要我做实验”变成“我要做实验”。实施实验室开放是高校实验室真正发挥作用的必要条件。近年来，我实验室从局部开放逐步走向全面开放，在实践中逐步完善了实验室开放机制，在培养创新人才方面取得了好的效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种一种开放式热水锅炉供暖实验系统，该系统是根据测控技术与仪器专业本科生“传感器与检测技术”、“计算机过程控制技术”、“智能仪器仪表”、“网络化测控系统”、“过程控制系统与仪表”等课程的教学需要，开发研制的一套以热水供暖锅炉为测控对象、结合蓄水箱、加热器、供水泵、热工仪表、各种阀门和循环系统等组成的网络化测控实验设备，用于提高实践教学质量，改进实验教学手段和提高实验室技术水平，以及增强本科生的专业综合设计和应用能力。

采取的技术方案是：

一种开放式热水锅炉供暖实验系统，包括测控仪表盘、可编程控制器、多个继电器、热水锅炉、循环泵、补水泵、变频器、连体水箱、散热器、上位机；其特征在于：所述的可编程控制器通过测控仪表盘上的系统模拟量输入端子与控制量输出端子相连，进而与整个系统的硬件连接；可编程控制器通过串行接口RS485与上位机连接；所述的热水锅炉通过热水管道与达散热器相连通，散热器通过热随管道与循环泵相连接，循环泵通过管路与热水锅炉相连接。

本发明的工作原理及操作程序：

本发明是一套模拟现代工业控制过程中，锅炉供暖系统的实验平台，其硬件结构图如图1，主控制器采用德国西门子公司的PLC(可编程控制器)， PLC(可编程控制器)应用数模转换模块EM235对现场的模拟量进行采集，EM235实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。用DIP开关设置EM235扩展模块，6个开关的不同设置可选择输入模拟量的单/双极性、增益和衰减。

PLC(可编程控制器)通过串行接口RS485与上位机相连，上位机上应用亚控公司的组态软件组态王编制监控界面，对整个发明的实施情况进行检测与控制。本发明整体可划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。有利于试验者实时现场监控。其中包括报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。

本发明中应用闭环控制方式来控制温度、压力、流量等连续变化的模拟量， PID控制器是比例-积分-微分控制（Proportional-Integral-De-rivative）的简称，其优点是不需要精确的控制系统数学模型，有较强的灵活性和适应性，而且PID控制器的结构典型、程序设计简单、工程上易于实现、参数调整方便，在本发明中对个控制量进行PID控制，使被控量（温度、压力、液位、流量）稳定在期望值。

操作步骤：