[其他]自动化仪表过程模拟器

说明书

本实用新型属于自动控制领域的电子模拟装置。

在自动控制学科领域中，一个自动调节系统通常由调节对象（即生产过程）和PID调节器等组成。当要研究或调试PID调节器的控制性能时，就得把它直接接在真实的生产过程中进行实验；而这在生产现场上又往往是不允许停产做实验的。另外，在科学研究和高等院校的自动控制实验中，也常常因条件限制而难以建立实际的生产过程来作为调节对象。因此，就迫切需要一种模拟装置，来模拟实际的生产过程。这种模拟装置应具有实际的系统时间常数、传递系数以及纯滞后时间等等，以便观察实际系统的瞬态响应、进行调节器PID参数整定、PID控制过程响应以及自动、手动无扰切换实验等，还可以用来进行新的控制算法的研究。目前，我国国内尚无这种模拟装置。国际上，日本已经研制出了过程模拟器，其型号有YEW        TYPE    YJ－293A和YJ——293E型模拟器。但是，日本过程模拟器的输入、输出只适用于日本国内的标准信号，其参数变化范围较小，亦无纯时延环节；而且只能用于DDZ－Ⅲ型仪表，不能用于DDZ－Ⅱ型仪表，因此难以满足我国和世界各国的实际需要。更何况进口日本产品还要花费大量的外汇。

为了满足国内外工业、科研和教学的需要，填补国内空白，并对日本的过程模拟器进行彻底改革，特研制出自动化仪表过程模拟器，它适合我国的国情，既适用于标准的DDZ－Ⅲ型自动化仪表，也适用于DDZ－Ⅱ型自动化仪表。质量、性能也都较日本产品大为提高。

本实用新型是按国际通用DDZ－Ⅱ型和DDZ－Ⅲ型自动化仪表标准统一信号设计的。它可以用来模拟生产过程控制对象。其构成要点是：它由若干个依次串联的一阶惯性环节、一个纯时延环节及有关的辅助电路组成。每个一阶惯性环节中，除了有电阻R、电容C构成一阶惯性电路外，还加了具有高输入阻抗的放大器，例如用场效应管组成的放大器，以便将各个惯性环节加以隔离，有效地防止了电路间相互耦合干扰。一阶惯性电路中的电阻R采用可变电阻，这样，就可以通过改变电阻值从而方便地改变时间常数，使时间常数在大范围内独立可调。纯时延环节由数字电路、模／数转换器A／D、数／模转换器D／A等组成，它可以模拟具有纯时延的工业过程。当需要模拟具有纯时延的工业过程时，可将纯时延环节串接入整个电路；当需要模拟无时延的工业过程时，可以通过切换开关将纯时延环节断开，使用十分方便。增加了纯时延环节后，纯滞后时间可达60分钟以上，且能以秒为单位连续可调，从而使得模拟过程更加逼真，更接近实际的生产过程。本装置设计了具有DDZ－Ⅱ和DDZ－Ⅲ两种仪表的标准输入输出信号，即0～10mA和4～20mA，从而使本装置既能和DDZ－Ⅱ型仪表配套使用，又能和DDZ－Ⅲ型仪表配套使用，而过程模拟电路仍共用一套，只需加一个切换开关来进行选择即可。也就是说，结构并未复杂多少，功能却大为增加了。

附图1是自动化仪表过程模拟器的总框图。其中1、2、3是三个一阶惯性环节，它们依次串联。4是纯时延环节。5是传递系数调整环节。6是扰动输入环节。7是输入指示环节。8是输出指示环节。9和10是有关的辅助电路。K₀是换向开关。

附图2是一阶惯性环节的电原理图。其中可变电阻R₁和电容C₁组成了一阶惯性电路，R₁和C₁的乘积便是该电路的时间常数。调节R₁的阻值大小，可以方便地得到所需的时间常数。G₁是场效应管，T₁是三极管，R₂、R₃是电阻，它们共同组成一个放大器。场效应管G₁为放大器的输入级，其输入阻抗很高，可以起隔离作用，使得时间常数可以做得很大。场效应管G₁和电阻R₂构成源极输出器。三极管T₁起放大作用，它和电阻R₃构成射极跟随器。

附图3是纯时延环节的方框图。其中11是中央处理单元CPU。12是定时器。13是时延设定。14是读写存贮器RAM。15是模／数转换器A／D。16是数／模转换器D／A。17是输入／输出接口I／O。18是只读存贮器ROM。有了这个纯时延环节，就可以模拟具有纯时延的生产过程了。