一种用于真空干泵测试的智能控制系统技术方案

本发属于控制领域及真空干泵领域，具体涉及一种用于真空干泵测试的智能控制系统，包括PLC控制器、温度控制模块、流量控制模块、真空获得模块、压力测量模块、变频调速模块、微型处理器、循环冷却系统、继电器模块、数据显示模块，可以实现真空环境下压力、流量、温度的高精度联动控制，进而对该工况下的真空泵进行性能测试。控制系统中使用智能算法，将测试与分析相结合，对实验数据进行智能分析及整合，提高实验的精确性和智能化，同时节省时间成本。同时节省时间成本。同时节省时间成本。

【技术实现步骤摘要】
一种用于真空干泵测试的智能控制系统


[0001]本发属于控制领域及真空干泵领域，具体涉及一种用于真空干泵测试的智能控制系统。

技术介绍

[0002]测试在真空干泵产品的研制、出厂和检验过程中都十分重要，能够有助于直观的发现和帮助解决产品存在的问题。对于泵的检测，常采用搭建测试系统的方式进行测试。真空泵的测试，是真空技术与测控技术的结合，将这两种高端技术联合使用并融入到工业生产中，是我国工业进步的标志。国内外关于泵测试系统的研究并不多。目前国内常见的真空泵测试系统仍然是单回路控制系统，通过调节单一参数以实现对泵的某一性能的测试。然而在实际生产过程中，对真空泵的性能影响的因素有许多，流量大小、温度高低、不同的真空度，都会影响真空泵的抽气性能。因此这样的单一参数测试方法不仅效率低，而且为操作人员带来诸多不便。且目前绝大多数的测试控制系统不具备数据分析功能，测试与分析相互分离，无法实现测试数据的有效管理，也无法将不同测试数据进行自动结合。

技术实现思路

[0003]鉴于目前国内大多数的真空泵性能测试控制系统测量单一化、测量与分析相分离的现状，专利技术一种主要用于用于真空干泵测试的智能控制系统，以提高干泵测试过程不同变量的控制精度，提高干泵性能测试后的分析效率，节省时间成本。
[0004]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：
[0005]一种用于真空干泵测试的智能控制系统，包括：顺序连接的水箱、节流阀、真空室、电磁阀、干泵、干泵出口测量点、前级阀以及前级泵，还包括分别与节流阀、真空室、电磁阀、干泵出口测量点以及前级阀连接的控制器；控制器与真空室之间，并联设有温度传感器以及真空室压力传感器；干泵出口测量点与控制器之间设有测量点压力传感器；真空室内设有电加热丝；真空室通过顺序连接的空气加热器以及流量调节阀与气瓶相连；流量调节阀与控制器相连；真空室外缠绕有水冷管；上位机与控制器相连。
[0006]所述上位机用于发送控制参数至控制器，并接收控制器发来的干泵状态信息。
[0007]所述干泵状态信息包括气瓶输出的气体流量、真空室压力、干泵出口压力、真空室温度，以及通过在空气加热器与真空室之间设置的粘度计所测量的空气粘度中的至少一种。
[0008]一种用于真空干泵测试的智能控制方法，包括干泵测试阶段，具体步骤如下：
[0009]向真空室外的水冷管通入冷却水；
[0010]控制器接收上位机输入的包括流量值、温度值、压力值的控制参数并依次开启前级泵、流量调节阀以及空气加热器和电加热丝；
[0011]调节流量调节阀开度，判断气瓶输出的气体流量或者真空室压力是否满足预设的控制参数，若不满足，则继续调节，否则，执行下一步骤；
[0012]调节前级阀开度，判断干泵出口压力是否满足预设的控制参数，若不满足，则返回上一步骤，否则，执行下一步骤；
[0013]根据真空室温度调节电加热丝以及空气加热器的加热功率，直至真空室温度满足预设的控制参数，执行下一步骤；
[0014]对干泵性能进行测试，并将包含干泵型号、预设的控制参数、测试中测得的性能参数、状态信息的测试数据输入给上位机中的数据库进行储存。
[0015]所述根据真空室温度调节电加热丝以及空气加热器的加热功率包括以下步骤：
[0016]当真空室温度低于预设温度时，增大加热功率，减少水冷管内冷却水量；否则，减少加热功率，增大水冷管内冷却水量。
[0017]所述性能参数包括干泵的转速、功耗、排量中的至少一种。
[0018]使用神经网络PID控制对真空室的温度进行控制，具体为：
[0019]获取控制参数中预设的温度值r
m(k)
以及温度传感器实时反馈真空室内的温度y
out(k)
，计算实时误差e(k)＝r
m(k)-y
out(k)
，计算误差微分量de/dt；
[0020]将反馈温度y
out(k)
、实时误差e(k)、误差微分量de/dt及反馈真空室内压力值P作为神经网络的输入；
[0021]通过神经网络输出PID控制器的三个可调参数Kp、Ki和Kd；
[0022]通过PID控制器控制输出信号u(k)控制空气加热器和电加热丝工作。
[0023]所述干泵测试阶段完成后，进入干泵建模阶段，具体步骤如下：
[0024]建立性能参数与状态信息的关系模型，所述关系模型中包含用于表示性能参数与状态信息关系的回归参数；
[0025]通过粒子群算法得到回归参数；
[0026]将回归参数带入关系模型，即得到干泵模型。
[0027]所述通过粒子群算法得到回归参数，包括以下步骤：
[0028]步骤一：随机初始化粒子群，包括群体规模n，每个粒子的位置x
i
和速度v
i
，其中xi是向量,其值对应回归参数a的向量[a1,a2,
……
a
k
]，k为回归参数a的个数；
[0029]步骤二：计算每个粒子的适应度值i表示第i个粒子，f
i
(a)表示根据关系模型得到的计算值；P
i
表示干泵实际测量的性能参数；
[0030]步骤三：对每个粒子，用它的适应度值F
i
[i]和个体极值P
best
(i)进行比较，如果F
i
[i]<P
best
(i)，则用F
i
[i]代替P
best
(i)；
[0031]步骤四：对每个粒子，用适应度值F
i
[i]和全局极值g
best
比较，如果F
i
[i]>g
best-则用F
i
[i]代替g
best
；
[0032]步骤五：更新粒子群的速度和位置；
[0033]步骤六：如果满足设定的结束条件，则退出，并输出此时的回归参数，用于带入关系模型，否则返回第二步骤。
[0034]干泵测试阶段之前，进行干泵信息匹配阶段，包括以下步骤：
[0035]步骤一：测试前，判断用户是否输入干泵型号，若用户输入干泵型号，进入步骤二，否则进入步骤五；
[0036]步骤二：根据用户输入的干泵型号，遍历数据库中已有测试数据，判断是否存在相同型号，若存在，进入步骤三，否则进入步骤四；
[0037]步骤三：调用该相同型号干泵的测试数据和误差分析结果，向用户输出，用户判断是否需要继续测试，是则进入步骤十一，否则直接结束测试；
[0038]步骤四：判断是否存在型号部分相同的干泵，若有则进入步骤九，否则进入步骤五；
[0039]步骤五：通过进入干泵测试阶段，对干泵开始不同工况下的性能参数进行测试，在未知干泵模型的前提下，得到多组不同工况下干泵性能的数据，进入步骤六；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于真空干泵测试的智能控制系统，其特征在于，包括：顺序连接的水箱、节流阀、真空室、电磁阀、干泵、干泵出口测量点、前级阀以及前级泵，还包括分别与节流阀、真空室、电磁阀、干泵出口测量点以及前级阀连接的控制器；控制器与真空室之间，并联设有温度传感器以及真空室压力传感器；干泵出口测量点与控制器之间设有测量点压力传感器；真空室内设有电加热丝；真空室通过顺序连接的空气加热器以及流量调节阀与气瓶相连；流量调节阀与控制器相连；真空室外缠绕有水冷管；上位机与控制器相连。2.根据权利要求1所述的一种用于真空干泵测试的智能控制系统，其特征在于，所述上位机用于发送控制参数至控制器，并接收控制器发来的干泵状态信息。3.根据权利要求2所述的一种用于真空干泵测试的智能控制系统，其特征在于，所述干泵状态信息包括气瓶输出的气体流量、真空室压力、干泵出口压力、真空室温度，以及通过在空气加热器与真空室之间设置的粘度计所测量的空气粘度中的至少一种。4.一种用于真空干泵测试的智能控制方法，其特征在于，包括干泵测试阶段，具体步骤如下：向真空室外的水冷管通入冷却水；控制器接收上位机输入的包括流量值、温度值、压力值的控制参数并依次开启前级泵、流量调节阀以及空气加热器和电加热丝；调节流量调节阀开度，判断气瓶输出的气体流量或者真空室压力是否满足预设的控制参数，若不满足，则继续调节，否则，执行下一步骤；调节前级阀开度，判断干泵出口压力是否满足预设的控制参数，若不满足，则返回上一步骤，否则，执行下一步骤；根据真空室温度调节电加热丝以及空气加热器的加热功率，直至真空室温度满足预设的控制参数，执行下一步骤；对干泵性能进行测试，并将包含干泵型号、预设的控制参数、测试中测得的性能参数、状态信息的测试数据输入给上位机中的数据库进行储存。5.根据权利要求4所述的一种用于真空干泵测试的智能控制方法，其特征在于，所述根据真空室温度调节电加热丝以及空气加热器的加热功率包括以下步骤：当真空室温度低于预设温度时，增大加热功率，减少水冷管内冷却水量；否则，减少加热功率，增大水冷管内冷却水量。6.根据权利要求4所述的一种用于真空干泵测试的智能控制方法，其特征在于，所述性能参数包括干泵的转速、功耗、排量中的至少一种。7.根据权利要求4所述的一种用于真空干泵测试的智能控制方法，其特征在于，使用神经网络PID控制对真空室的温度进行控制，具体为：获取控制参数中预设的温度值r
m(k)
以及温度传感器实时反馈真空室内的温度y
out(k)
，计算实时误差e(k)＝r
m(k)-y
out(k)
，计算误差微分量de/dt；将反馈温度y
out(k)
、实时误差e(k)、误差微分量de/dt及反馈真空室内压力值P作为神经网络的输入；通过神经网络输出PID控制器的三个可调参数Kp、Ki和Kd；通过PID控制器控制输出信号u(k)控制空气加热器和电加热丝工作。8.根据权利要求4所述的一种用于真空干泵测试的智能控制方法，其特征在于，所述干
泵测试阶段完成后，进入干泵建模阶段，具体步骤如下：建立性能参数与状态信息的关系模型，所述关系模型中包含用于表示性能参数与状态信息关系的回归参数；通过粒子群算法得到回归参数；将回归参数带入关系模型，即得到干泵模型。9.根据权利要求8所述的一种用于真空干泵测试的智能控制方法，其特征在于，所述通过粒子群算法得到回归参数，包括以下步...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坤，关天恩，雷震霖，王光玉，孔祥玲，郝明，陈树雷，巴德纯，
申请(专利权)人：中国科学院沈阳科学仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：