一种基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的ＰＩＤ参数整定控制器制造技术

本发明专利技术公开了一种基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的ＰＩＤ参数整定控制器，包括ＰＩＤ参数整定控制器主机和至少一个用于连接现场测试装置的无线输入输出节点，ＰＩＤ参数整定控制器主机包括壳体、与壳体相连接的天线、固定设置在壳体内的无线接收模块、主板和电源模块；无线输入输出节点包括输入模块、输出模块、模块和射频模块，ＰＩＤ参数整定控制器主机通过基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的无线信号与无线输入输出节点相连接。该ＰＩＤ参数整定控制器通过微型化网络化设计、网络覆盖好、便于安装使用，适用于工业自动化中信号的采集和测量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及民用及工业自动化中信号采集和测量
，具体地说是一种基于 Zigbee协议的PID参数整定控制器
技术介绍
在自动化工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例(P)、积分(I)、微 分(D)控制，简称PID控制。PID控制器问世至今已有近80年历史，它以其结构简单、稳定 性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。PID控制器就是根据系统的误 差，利用比例、积分、微分计算出控制参数进行控制的。PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心内容。它是根据被控过程对象的特 性确定PID控制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小。PID控制器参数整定的方法很 多，概括起来有两大类一是理论计算整定法。它主要是依据系统的数学模型，经过理论计 算确定控制器参数。这种方法所得到的计算数据未必可以直接用，还必须通过工程实际进 行调整和修改。二是工程整定方法，它主要依赖工程经验，直接在控制系统的试验中进行， 且方法简单、易于掌握，在工程实际中被广泛采用。PID控制器参数的工程整定方法，其共同点都是通过试验，然后按照工程经验公式 对控制器参数进行整定。自适应参数整定控制要求系统能够根据被测参数，环境及原材料 的成本的变化而自动对系统进行调节，使系统随时处于最佳状态。自适应参数整定控制包 括性能估计(辨别)、决策和修改三个环节。它是微机控制系统的发展方向。但由于控制规 律难以掌握，目前推广起来尚有一些难以解决的问题，所以应用还不是很多，而更多的工程 控制参数需要参数现场整定实验。在设备投入应用前，设备运行一段时间后及设备控制效 果出现比较大的偏差时都需要做参数现场整定实验。目前常见的参数现场整定实验是由专门的PID参数整定软件，加上数据输入输出 设备(通常是带计算机通讯接口的数据卡)，然后通过电缆连接到传感器和执行器的控制 端子上。由于现场的实际设备安装情况，设备信号采集和控制信号的输出的电缆安装往往 会花费比较多的时间，消耗大量的线缆和人工。对PID参数的现场工程整定实验来说迫切需要一种可快速开展测试实验的数据 源输入输出设备和直接计算出PID参数的主控制器。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状，而提供微型化网络化设 计、网络覆盖好、便于安装使用的一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为一种基于Zigbee协议的PID参数 整定控制器，包括PID参数整定控制器主机和至少一个用于连接现场测试装置的无线输入 输出节点，PID参数整定控制器主机包括壳体、与壳体相连接的天线、固定设置在壳体内的 无线接收模块、主板和电源模块；无线输入输出节点包括输入模块、输出模块、模块和射频4模块，PID参数整定控制器主机通过基于Zigbee协议的无线信号与无线输入输出节点相连接。为优化上述技术方案，采取的措施还包括上述的PID参数整定控制器主机的壳体配装有液晶显示器和键盘，主板和电源模 块通过固定件与壳体的底板固定配合；主板设置有用于连接中央管理电脑的通讯接口 ；电 源模块连接有备用电池。上述的PID参数整定控制器主机与无线输入输出节点之间设置有至少一个网络 中继站。上述的无线输入输出节点至少为二个，其中至少一个无线输入输出节点将接收到 无线信号转发至其他的无线输入输出节点或PID参数整定控制器主机。无线输入输出节点 可以自动转换成兼具有无线信号中继器的功能，以提高数据的传输可靠性和传输距离。上述的输入模块的第一放大器的同相输入端接收检测到的差分信号的正极端 VIN+信号，第一放大器的反相输入端接收差分信号的负极端VIN-信号，差分信号的负极端 VIN-同时通过输入模块的第四电阻连接到第一放大器的输出端，形成一个电压比较和跟随 电路输出信号Vout，信号Vout经过稳压元件，输入到模块的端口。上述的输出模块接收模块的端口发出的占空比能调节的波信号，波信号经过输出 模块的第六限流电阻、第七限流电阻，第三稳压电容和第四稳压电容；输出模块的第二放大 器的负相输入端通过第十电阻和零电平连接，同时该负相输出端通过与第十一电阻、第十 电阻相连接，构成电压跟随放大电路；第二放大器的输出信号经过第十二电阻，再进入第三 放大器的正相输入端，输出模块的第三放大器的负相输入端通过第十三电阻连接到第三放 大器的输出端，构成电压跟随电路；第三放大器的输出端输出一个电压信号Vout，电压信 号Vout根据模块的端口发出的PWM波对电压幅度进行调整。上述的射频模块包括无线单片机CC1101，无线单片机CCllOl接收模块以串行通 讯的形式发出的数据，然后将信号按Zigbee协议调制，然后通过不平衡天线发送。上述的无线输入输出节点设置有稳压电源模块，稳压电源模块包括电源输入接 口、变压器、整流桥、稳压芯片和电源输出接口，以及电池电量检测和电池充电电路。上述的无线输入输出节点的壳体固定设置有用于连接配合现场测试装置的永磁 吸力模块，在现场测量时可直接把无线输入输出节点吸在控制对象表面，减少了布置设备 安放点的工作量。与现有技术相比，本专利技术的一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器，其PID 参数整定控制器主机和其他无线输入输出节点，Zigbee网络中继站间的无线通讯，是通过 能组成具有多种网路拓扑结构的无线传感器网络，这使得整个无线PID参数整定设备的微 型化，网络化成为可能。无线数据传输可以有效减少PID参数整定过程中数据采集和控制 点的布线工程量，数据的数字化传输将有效地减少了测量误差，无线输入输出节点带永磁 吸力模块，在现场测量时可直接把无线输入输出节点吸在控制对象表面，减少了布置设备 安放点的工作量；同时PID参数整定控制器主机可以直接根据发出的激励信号值和收到的 反馈信号值进行控制对象的模型识别，直至计算出整定参数，能对整定对象的控制系统的 架构和布线做到最大程度的保留。以上这些措施可以有效减少PID参数现场工程整定实验 的工作量，方便用户的使用，扩大PID控制参数整定控制器的应用范围，提高控制系统的控制质量。 附图说明图1是本专利技术实施例的一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器的结构示意 图；图2是本专利技术实施例的一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器的内部定位 图；图3是本专利技术实施例的一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器的系统拓扑 图；图4是本专利技术实施例的一种基于Zigbee协议的PID参数整定控制器的控制流程 图；图5是本专利技术实施例的无线输入输出节点的电路结构示意图；图6a是本专利技术实施例的无线输入输出节点的输入模块电路图；图6b是本专利技术实施例的无线输入输出节点的输出模块电路图；图7是本专利技术实施例的无线输入输出节点的射频模块电路图。具体实施例方式以下结合附图对本专利技术的实施例作进一步详细描述。图1至图7所示为本专利技术实施例的示意图。其中的附图标记为PID参数整定控制器主机1、天线11、无线接收模块12、液晶 显示器13、键盘14、电源模块15、RS232通讯接口 16、备用电池17、壳体18、底板18a、主板 19、无线输入输出节点2、输入模块21、第一放大器21a、输出模块22、第二放大器22a、第三 放大器22b、CPU模块23本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的ＰＩＤ参数整定控制器，包括ＰＩＤ参数整定控制器主机（１）和至少一个用于连接现场测试装置（４）的无线输入输出节点（２），其特征是：所述的ＰＩＤ参数整定控制器主机（１）包括壳体（１８）、与壳体相连接的天线（１１）、固定设置在壳体（１８）内的无线接收模块（１２）、主板（１９）和电源模块（１５）；所述的无线输入输出节点（２）包括输入模块（２１）、输出模块（２２）、ＣＰＵ模块（２３）和射频模块（２４），所述的ＰＩＤ参数整定控制器主机（１）通过基于Ｚｉｇｂｅｅ协议的无线信号与所述的无线输入输出节点（２）相连接。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：宋四海，江海，王挺洲，
申请(专利权)人：宋四海，
类型：发明
国别省市：97[]