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文檔簡介
1、過程參數(shù)檢測及儀表過程參數(shù)檢測及儀表課程設(shè)計(論文)報告課程設(shè)計(論文)報告 目錄目錄1.1. 課程設(shè)計目的課程設(shè)計目的.1 12.2. 檢測儀表及控制原理框圖檢測儀表及控制原理框圖.1 12.1 被控對象.12.2 檢測儀表.22.3 執(zhí)行機構(gòu).22.4 控制屏組件.32.4 智能儀表控制組件.32.4.1 西門子 S7-300 系列 PLC 簡介.32.4.2 三菱 D700 變頻器簡介.52.4.3 磁力驅(qū)動泵 CQ 型 .62.4.4 數(shù)據(jù)采集模塊.72.4.5 智能調(diào)節(jié)閥.72.5 控制原理框圖.82.6 實驗內(nèi)容與步驟.93.3.組態(tài)軟件界面、邏輯、代碼組態(tài)軟件界面、邏輯、代碼.1
2、1113.1 MCGS 組態(tài)軟件.113.2 組態(tài)軟件設(shè)計.133.3 代碼.144.4.數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件、連線數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件、連線.16164.1 數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件.164.2 硬件系統(tǒng)連線.175.5.控制算法代碼控制算法代碼.17175.1 PID 控制器簡介.175.2 PID 控制系統(tǒng).185.3 PID 控制參數(shù)的整定及方法.195.3.1 PID 控制參數(shù)的整定簡介.195.3.2 PID 控制參數(shù)整定方法.196.6.實驗結(jié)果曲線及分析實驗結(jié)果曲線及分析.21217.7. 心得體會心得體會.24248.8.參考文獻參考文獻.2626鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng)鍋爐夾套
3、水溫定值控制系統(tǒng)1.1. 課程設(shè)計目的課程設(shè)計目的在系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了自動控制原理 , 過程檢測技術(shù)及儀表 , 控制儀表及裝置等課程后,為了更好的提高我們對所學(xué)知道的認(rèn)識加深對理論知識的理解。借助 THJ-4 工程實驗平臺,通過對下水箱前饋反饋控制系統(tǒng)的設(shè)計,調(diào)試完成系統(tǒng)設(shè)計的設(shè)計與開發(fā)提高學(xué)生工程意識和能力提高創(chuàng)新能力。1了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。2了解 PID 參數(shù)自整定的方法及參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性。3研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的改變對溫度控制系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。4分析比較鍋爐夾套水溫控制與鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫控制的控制效果。2.2. 檢測儀表及控制原理框圖檢測儀表及控制原理框圖本實驗
4、裝置對象主要由水箱、鍋爐和盤管三大部分組成。供水系統(tǒng)有兩路:一路由三相(380V 恒壓供水)磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計及自動電磁閥組成;另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動泵(220V 變頻調(diào)速) 、渦輪流量計及自動電磁閥組成。2.12.1 被控對象被控對象由不銹鋼儲水箱、 (上、中、下)三個串接有機玻璃水箱、4.5KW 三相電加熱模擬鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、盤管和敷塑不銹鋼管道等組成。1水箱:包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。上、中、下水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機玻璃,不但堅實耐用,而且透明度高,便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上、中水箱尺寸均為:D=25cm,
5、H=20cm;下水箱尺寸為:D=35cm,H=20cm。水箱結(jié)構(gòu)獨特,由三個槽組成,分別為緩沖槽、工作槽和出水槽,進水時水管的水先流入緩沖槽,出水時工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽,這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理,工作槽的液位較為穩(wěn)定,便于觀察。水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器,可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階單回路液位控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級控制系統(tǒng)。儲水箱由不銹鋼板制成,尺寸為:長寬高=68cm52cm43cm,完全能滿足上、中、下水箱的實驗供水需要。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩,以防雜物進入水泵和管道。2模擬鍋爐:是利用電
6、加熱管加熱的常壓鍋爐,包括加熱層(鍋爐內(nèi)膽)和冷卻層(鍋爐夾套) ,均由不銹鋼精制而成,可利用它進行溫度實驗。做溫度實驗時,冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā),使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度,可完成溫度的定值控制、串級控制,前饋-反饋控制,解耦控制等實驗。3盤管:模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié),長 37 米(43 圈) ,在盤管上有三個不同的溫度檢測點,它們的滯后時間常數(shù)不同,在實驗過程中可根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽,也可以經(jīng)過渦輪流量計流回儲水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實驗。4管
7、道及閥門:整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成,所有的閥門均采用優(yōu)質(zhì)閥,徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱側(cè)面有一個進水閥和出水閥,當(dāng)水箱需要更換水時,可把球閥打開將水直接接入或排出。2.22.2 檢測儀表檢測儀表1壓力傳感器、變送器:三個液位傳感器分別用來對上、中、下三個水箱的液位進行檢測,其量程為 05KP,精度為 0.5 級。采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器,帶不銹鋼隔離膜片,同時采用信號隔離技術(shù),對傳感器溫度漂移跟隨補償。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式,工作時需提供 24V 直流電源,輸出:420mADC。2溫度傳感器:裝置中采用了六個 Pt100 鉑熱電阻溫度
8、傳感器,分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管(有 3 個測試點)以及上水箱出口的水溫。Pt100 測溫范圍:-200+420。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器,可將溫度信號轉(zhuǎn)換成 420mA 直流電流信號。Pt100 傳感器精度高,熱補償性較好。3流量傳感器、變送器:三個渦輪流量計分別用來對由電動調(diào)節(jié)閥控制的動力支路、由變頻器控制的動力支路及盤管出口處的流量進行檢測。它的優(yōu)點是測量精度高,反應(yīng)快。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式,工作時需提供 24V 直流電源。流量范圍:01.2m3/h;精度:1.0%;輸出:420mADC。4鍋爐防干燒保護裝置:為保證實驗效果好、不降低鍋爐加熱功率的前提下,本套裝置配備了良好的
9、防干燒保護系統(tǒng),當(dāng)鍋爐內(nèi)膽液位低于紅色警戒水位線時,保護裝置將切斷調(diào)壓模塊輸出電壓,以有效保護電加熱管不被干燒損壞。2.32.3 執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)1電動調(diào)節(jié)閥:采用智能直行程電動調(diào)節(jié)閥,用來對控制回路的流量進行調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥型號為:QSVP-16K。具有精度高、技術(shù)先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點,電源為單相 220V,控制信號為 420mADC 或 15VDC,輸出為420mADC 的閥位信號,使用和校正非常方便。2水泵:本裝置采用磁力驅(qū)動泵,型號為 16CQ-8P,流量為 30 升/分,揚程為 8 米,功率為 180W。泵體完
10、全采用不銹鋼材料,以防止生銹,使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵,一只為三相 380V 恒壓驅(qū)動,另一只為三相變頻 220V 輸出驅(qū)動。3電磁閥:本套裝置共有 17 支優(yōu)質(zhì)電磁閥配合控制器完成所有實驗項目,其閥體為黃銅材質(zhì),磁力連接栓為不銹鋼榜及彈簧、彈桿、橡皮膜片,以防止生銹,它具有體積小、流量大、耐高溫、耐高壓、動作快、壽命長等特點。2.42.4 控制屏組件控制屏組件1通訊線介紹“THJ-4 型高級過程控制系統(tǒng)實驗平臺”可以掛智能儀表、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和 S7-200PLC 掛件,并可控制對象系統(tǒng)完成相應(yīng)的實驗。屏中布有 485 通訊線線,從正面看控制屏?xí)r,從左邊數(shù)的五個通訊口掛在一條 48
11、5 總線上,然后引出來一根通訊線,通訊頭上標(biāo)有“1”的字樣;最右邊的通訊口單獨從控制屏后引出一個通訊頭,上面標(biāo)有“6”的字樣。485 通訊線主要用于儀表和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊與計算機的通訊, 485 通訊方式與計算機建立通訊時需接一個轉(zhuǎn)換器到計算機串口上。THJ-4-3 面板是與對象系統(tǒng)通過 2 號 42 芯和 3 號 19 芯電纜線相連的接口板,可取來對象上的信號,也可將控制屏上的信號通過它送出;面板上有 24V 開關(guān)電源的輸出端子,它不但控制著面板上三路 24V 直流輸出,而且控制著對象系統(tǒng)所有變送器的電源。2SA-11 交流變頻控制掛件采用日本三菱公司的 FR-S520S-0.4K-CH(R
12、)型變頻器,控制信號輸入為420mADC 或 05VDC,交流 220V 變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵。有關(guān)變頻器的使用請參考變頻器使用手冊中相關(guān)的內(nèi)容。變頻器常用參數(shù)設(shè)置:P 301;P 531;P 624;P 790。3三相移相 SCR 調(diào)壓裝置采用三相可控硅移相觸發(fā)裝置,輸入控制信號為 420mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號,其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓用來控制電加熱器的端電壓,從而實現(xiàn)鍋爐溫度的連續(xù)控制。2.42.4 智能儀表控制組件智能儀表控制組件 2.4.1 西門子西門子 S7-300 系列系列 PLC 簡介簡介圖圖 1. S7-300 戶外型??傮w技術(shù)規(guī)范圖戶外型模總體技術(shù)
13、規(guī)范圖SIMATIC S7-300 可編程序控制器是模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計。各種單獨的模塊之間可進行廣泛組合以用于擴展。 中央處理單元 (CPU)各種 CPU 有各種不同的性能,例如,有的 CPU 上集成有輸入/輸出點,有的 CPU 上集成有 PROFI- BUS-DP 通訊接口等。 信號模塊 (SM):用于數(shù)字量和模擬量輸入/輸出 通訊處理器 (CP):用于連接網(wǎng)絡(luò)和點對點連接 功能模塊 (FM):用于高速計數(shù),定位操作 (開環(huán)或閉環(huán)控制) 和閉環(huán)控制。根據(jù)客戶要求,還可以提供以下設(shè)備: 負(fù)載電源模塊 (PS)用于將 SIMATIC S7-300 連接到 120/230V AC 電源。 接口模塊 (
14、IM):用于多機架配置時連接主機架(CR)和擴展機架 (ER)。S7-300 通過分布式的主機架(CR)和 3 個擴展機架(ER),可以操作多達 32 個模塊。運行時無需風(fēng)扇。 SIMATIC M7 自動化計算機 :AT-兼容的計算機用于解決對時間要求非常高的技術(shù)問題。它既可作為 CPU,也可以作為功能模塊使用。 SIMATIC S7-300 適用于通用領(lǐng)域: 高電磁兼容性和強抗振動,沖擊性,使其具有最高的工業(yè)環(huán)境適應(yīng)性。 S7-300 有兩種類型: 功能 :SIMATIC S7-300 的大量功能支持和幫助用戶進行編程、啟動和維護 高速的指令處理 :0.60.1ms 的指令處理時間在中等到較
15、低的性能要求范圍內(nèi)開辟了全新的應(yīng)用領(lǐng)域。 浮點數(shù)運算:用此功能可以有效地實現(xiàn)更為復(fù)雜的算術(shù)運算 方便用戶的參數(shù)賦值:一個帶標(biāo)準(zhǔn)用戶接口的軟件工具給所有模塊進行參數(shù)賦值,這樣就節(jié)省了入門和培訓(xùn)的費用。 人機界面 (HMI):方便的人機界面服務(wù)已經(jīng)集成在 S7-300 操作系統(tǒng)內(nèi)。因此人機對話的編程要求大大減少。SIMATIC 人機界面(HMI)從 S7-300 中要求數(shù)據(jù),S7-300 按用戶指定的刷新速度傳送這些數(shù)據(jù)。S7-300 操作系統(tǒng)自動地處理數(shù)據(jù)的傳送。 口令保護:多級口令保護可以使用戶高度、有效地保護其技術(shù)機密,防止未經(jīng)允許的復(fù)制和修改。 操作方式選擇開關(guān):操作方式選擇開關(guān)像鑰匙一樣
16、可以拔出,當(dāng)鑰匙拔出時,就不能改變操作方式。這樣就防止非法刪除或改寫用戶程序。 通訊:SIMATIC S7-300 具有多種不同的通訊接口。多種通訊處理器用來連接 AS-i 接口、PROFIBUS 和工業(yè)以太網(wǎng)總線系統(tǒng)。通訊處理器用來連接點到點的通訊系統(tǒng)。多點接口(MPI) 集成在 CPU 中,用于同時連接編程器、PC 機、人機界面系統(tǒng)及其他 SIMATIC S7/M7/C7 等自動化控制系統(tǒng)。 2.4.2 三菱三菱 D700 變頻器簡介變頻器簡介型號:D700 系列 變頻調(diào)速器緊湊型多功能變頻器1.功率范圍:0.47.5KW2.通用磁通矢量控制,1Hz 時 150%轉(zhuǎn)矩輸出3.采用長壽命元器
17、件4.內(nèi)置 Modbus-RTU 協(xié)議5.內(nèi)置制動晶體管6.擴充 PID,三角波功能7.帶安全停止功能三菱變頻器 FR-D700 系列雖然是高可靠性產(chǎn)品,但周邊電路的連接方法錯誤以及運行,使用方法不當(dāng)也會導(dǎo)致產(chǎn)品壽命縮短或損壞,在產(chǎn)品運行前我們需要重新確認(rèn)下列注意事項:1)電源及電機接線的壓接端子推薦使用帶絕緣套管的端子。2)電源一定不能接到變頻器輸出端子(U、V、W)上,否則將損壞變頻器。3)在接線時不要在變頻器內(nèi)留有異物,以免造成變頻器發(fā)生誤動作及異常故障等。4)為使電壓降在 2%以內(nèi)請用適當(dāng)規(guī)格的電線進行接線(變頻器和電機間的接線較長時,特別是低頻率輸出時,會由于主電路電纜的電壓降而導(dǎo)致
18、電機的轉(zhuǎn)矩下降) 。5)接線總長不要超過 500M,尤其是長距離接線時,由于接線電容所產(chǎn)生的充電電流會引起高響應(yīng)電流限制功能低下,變頻器輸出側(cè)鏈接的設(shè)備可能發(fā)生誤動作或異常,因此請誤必注意總接線長度。6)電磁波干擾,變頻器輸入/輸出(主電路)包含有諧波成份,可能干擾變頻器附近的通訊設(shè)備(如 AM 收音機) 。這種情況下安裝無線電噪音濾波器FR-BIF(輸入側(cè)專用) 、線噪音濾波器 FR-BSF01、FR-BLF 等選件??梢越蹈蓴_降低。7)在變頻器輸出側(cè)請勿安裝進相用電容器或浪涌吸收器、無線電噪音濾波器等。否則將導(dǎo)致變頻器跳閘或電容器、浪涌抑制器損壞,如已安裝上述設(shè)備,請立即拆除。8)在運行后
19、若要進行接線變更等,請切斷電源至少在 10 分以后用萬用表等設(shè)備測試電壓后進行。在切斷電源后,電容器仍有高電壓器,非常危險。9)不要使用變頻器輸出側(cè)的電磁接觸器啟動/停止變頻器。啟動/停止變頻器請務(wù)必通過啟動信號(STF、STR 信號和 ON/OFF)進行。10)切換至工頻電源運行時,請確保用于工頻切換的 MC1 和 MC2 可以進行電氣或機械互鎖,除了誤接線,在工頻切換電路時,因切換時的電弧或時序錯誤而產(chǎn)生的震顫會導(dǎo)致電源漏電流發(fā)生,從而損壞變頻器。2.4.3 磁力驅(qū)動泵磁力驅(qū)動泵 CQ 型型CQ 型磁力驅(qū)動泵(簡稱磁力泵) ,CQG 型耐高溫磁力驅(qū)動泵(耐溫250)(簡稱磁力泵)是將永磁聯(lián)
20、軸器的工作原理應(yīng)用于離心泵的新產(chǎn)品,主要材料有不銹鋼、增強聚丙稀,工程塑料。設(shè)計合理、工藝先進,具有全密封、無泄漏、耐腐蝕的特點,其性能達到國外同類產(chǎn)品的先進水平。磁力泵以靜密封取代動密封,使泵的過流部件處于完全密封狀態(tài),徹底解決了其他泵機械密封無法避免的跑、冒、滴之弊病。磁力泵選用耐腐蝕、高強度的工程塑料、鋼玉陶瓷、不銹鋼等作為制造材料,因此它具有良好的抗腐蝕性能,并可以使被輸送介質(zhì)免受污染。CQ 型磁力驅(qū)動泵型號意義:CQ 型磁力驅(qū)動泵安裝尺寸:圖圖 2. CQ 型磁力驅(qū)動泵安裝尺寸圖型磁力驅(qū)動泵安裝尺寸圖2.4.4 數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)采集模塊產(chǎn)品簡介:產(chǎn)品簡介:集智達 R-8000 系列
21、RemoDAQ-8024/R-8024+數(shù)據(jù)采集模塊,4 路模擬量輸出模塊。- 分辨率:14 位- 電流輸出:020mA、420mA- 電壓輸出:05V、010V、10V- 分辨率: 14bit- 輸出斜率可編程- 帶 ModBus 通訊協(xié)議(R-8024+)- D/A 通道需外配電源供電圖圖 3.3. RemoDAQ-80242.4.5 智能調(diào)節(jié)閥智能調(diào)節(jié)閥QSVP 系列智能電動單座調(diào)節(jié)閥是 QS 智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一,它由PSL 智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)閥門相組合構(gòu)成,是一種高性能的調(diào)節(jié)閥,可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。1. 產(chǎn)品特點:QS
22、VP 系列智能電動單座調(diào)節(jié)閥是 QS 智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一,它由PSL 智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)閥門相組合構(gòu)成,是一種高性能的調(diào)節(jié)閥,可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。 2. 產(chǎn)品參數(shù):QSVP 系列智能電動單座調(diào)節(jié)閥是 QS 智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一,它由PSL 智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)閥門相組合構(gòu)成,是一種高性能的調(diào)節(jié)閥,可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。 QSTP 系列智能電動引進單座調(diào)節(jié)閥是 QS 智能電動調(diào)節(jié)閥系列產(chǎn)品之一,它由 PSL 智能型電動執(zhí)行器與優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)閥門相組合構(gòu)成,是種高性能的調(diào)節(jié)
23、閥,可廣泛應(yīng)用于電力、冶金、石油、化工、醫(yī)藥、鍋爐、輕工等行業(yè)的自動控制系統(tǒng)中。電動執(zhí)行機構(gòu)接受 420mA 控制信號,改變閥門的開度,同時將閥門開度的隔離信號反饋給控制系統(tǒng),實現(xiàn)對壓力、溫度、流量、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。3. 主要特點 配用 PSL 智能型直行程電動執(zhí)行器,體積小、規(guī)格全、重量輕、推力大、操作方便,無調(diào)整電位器,可靠性高、噪聲小。 PSL 電動執(zhí)行器采用體化結(jié)構(gòu)設(shè)計,具有自診斷功能,使用和調(diào)校十分方便。 有數(shù)字顯示窗口,可看到控制信號值、閥位值。 PSL 智能型電動執(zhí)行機構(gòu)功能:帶斷控制信號故障判斷、報警及保護功能。即斷信號時可使執(zhí)行機構(gòu)或開;或關(guān);或保持;或在 0100之間予置
24、的任意位置。及帶閥門堵轉(zhuǎn)故障判斷、報警及保護功能。 TP 系列采用頂端導(dǎo)向,單座密封結(jié)構(gòu)。與其它同類調(diào)節(jié)閥相比,具有結(jié)構(gòu)簡單、額定流量系數(shù)大,閥座泄露量小等突出優(yōu)點。另外,帶有軟密封結(jié)構(gòu)的 TP 系列既有調(diào)節(jié)功能又有切斷功能,是一種調(diào)節(jié)切斷型的調(diào)節(jié)閥,也可作切斷閥用。2.52.5 控制原理框圖控制原理框圖圖圖 4.4. 鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng)鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng)(a)(a)結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖 (b)(b)方框圖方框圖本實驗系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 4 所示。本實驗以鍋爐夾套作為被控對象,夾套的水溫為系統(tǒng)的被控制量。本實驗要求鍋爐夾套的水溫穩(wěn)定至給定值,將鉑電阻 TT2 檢測到的鍋爐夾套溫度信號作
25、為反饋信號,與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制三相調(diào)壓模塊的輸出電壓(即三相電加熱管的端電壓) ,以達到控制鍋爐夾套水溫的目的。在鍋爐夾套水溫的定值控制系統(tǒng)中,其參數(shù)的整定方法與其它單回路控制系統(tǒng)一樣,但由于鍋爐夾套的溫度升降是通過鍋爐內(nèi)膽的熱傳導(dǎo)來實現(xiàn)的,所以夾套溫度的加熱過程容量時延非常大,其控制過渡時間也較長,系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可選擇 PD 或 PID 控制。實驗中用變頻器支路以固定的小流量給鍋爐內(nèi)膽供循環(huán)水,以加快冷卻。圖 4(b)為一個單回路的鍋爐夾套溫度控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖.實驗前先用丹麥泵給鍋爐內(nèi)膽打適量的水,而鍋爐夾套為動態(tài)環(huán)水,變頻器,齒輪泵,鍋爐內(nèi)膽組成循環(huán)供水系統(tǒng)。實驗投入運行后
26、,變頻器以固定得頻率使鍋爐夾套得水處于循環(huán)狀態(tài)。在單回路的鍋爐夾套溫度控制系統(tǒng)中,若沒有循環(huán)水加以快速熱交換,散熱過程相對比較緩慢,溫度調(diào)節(jié)得效果受對象特性和環(huán)境的限制,在精確和穩(wěn)定性上存在著一定的誤差。當(dāng)增加了循環(huán)水系統(tǒng)以后,有利于熱交換并提高散熱能力。相比與靜態(tài)溫度控制實驗,在控制的精確性,快速性上有很大的提高。本系統(tǒng)控制的被控制量鍋爐夾套水溫,既控制任務(wù)是控制鍋爐夾套水溫等于給定值,并采取工業(yè)智能 PID 調(diào)節(jié)。2.62.6 實驗內(nèi)容與步驟實驗內(nèi)容與步驟本實驗選擇鍋爐夾套水溫作為被控對象,實驗之前先將儲水箱中貯足水量,然后將 F2-6,F(xiàn)2-9,F(xiàn)2-8 打開。將變頻器 A、B、C 三端
27、連接到三相磁力驅(qū)動泵(220V) ,打開變頻器電源并手動調(diào)節(jié)變頻器頻率,給鍋爐內(nèi)膽和夾套貯滿水,然后關(guān)閉變頻器、關(guān)閉 F2-8,打開 F2-9,為給鍋爐內(nèi)膽供冷水作好準(zhǔn)備。1、比例調(diào)節(jié)器( P )控制(1)按圖 4(b)所示方框圖的要求接成實驗系統(tǒng)。(2)打開儲水箱到鍋爐內(nèi)膽和鍋爐夾套水路相關(guān)閥門,啟動丹麥甭既變頻器與齒輪泵兩條動力支路,分別往鍋爐內(nèi)膽和鍋爐夾套進水,約進 1-2 分鐘后,關(guān)閉兩套動力系統(tǒng)。(3)啟動工藝流程并開啟相關(guān)儀器和計算機,把智能調(diào)節(jié)器置于“手動”輸出,把溫度設(shè)定于某給定值(如:水溫控制在 40C)并設(shè)置相關(guān)參數(shù),使調(diào)節(jié)器工作在比例度()調(diào)節(jié)器狀態(tài),此時系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)
28、。(4)啟動變頻器,以 15 赫茲的頻率啟動循環(huán)水系統(tǒng)。(5)運行 MCGS 組態(tài)軟件,進入相應(yīng)的試驗,觀察實時或歷史曲線,待水溫(由智能調(diào)節(jié)器的溫度顯示器指示)基本穩(wěn)定于給定值后,將調(diào)節(jié)器“手動”切換至“自動”位置,使系統(tǒng)變?yōu)殚]環(huán)控制運行。待基本不再變化時,加入階躍擾動。通過改變智能調(diào)節(jié)器的設(shè)定值來實現(xiàn),觀察并記錄在當(dāng)前比例 P 余差和超調(diào)量.每當(dāng)改變值 后,,再加同樣大小的階躍信號,比較不同 時的 ess 和p。圖圖 5. 鍋爐夾套溫度鍋爐夾套溫度 P 控制不同控制不同 P 時的階躍響應(yīng)曲線時的階躍響應(yīng)曲線表表 1 1 不同比例不同比例 P P 時的余差和超調(diào)量時的余差和超調(diào)量大中小ess
29、大中小p小中大(6)記錄實驗過程各項數(shù)據(jù)繪成過渡過程曲線。(數(shù)據(jù)可在軟件上獲得) 改變變頻器的輸出頻率,觀察并記錄在當(dāng)前比例度 余差和超調(diào)量。待系統(tǒng)穩(wěn)定后,再改變輸出頻率,比較不同的輸出頻率時的 ess 和 p。2、比例積分(PI)調(diào)節(jié)器控制 (1)在比例調(diào)節(jié)器控制實驗的基礎(chǔ)上,待被調(diào)量平穩(wěn)后,加入積分(“I”)作用,觀察被控制量能否回到原設(shè)定的位置,以驗證系統(tǒng)在PI調(diào)節(jié)器控制下沒有余差。 (2)固定比例度 值(中等大?。?,然后改變積分時間常數(shù) Ti 值,觀察加入擾動后被調(diào)量的動態(tài)曲線,并記錄下不同 Ti 值時的超調(diào)量 p。圖圖 6. . 鍋爐夾套溫度鍋爐夾套溫度 PI 控制不同控制不同 I
30、 時的階躍響應(yīng)曲線時的階躍響應(yīng)曲線表表 2 不同不同 Ti 值時的超調(diào)量值時的超調(diào)量 p pTi大中小超調(diào)量p大中?。?)固定 Ti 于某一中間值,然后改變比例度 的大小,觀察加擾動后被調(diào)量的動態(tài)曲線,并記下相應(yīng)的超調(diào)量 p。(4)選擇合適的 和 Ti 值,使系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)曲線為一條令人滿意的曲線。3、比例微分調(diào)節(jié)器(PD) 控制 (1)在比例調(diào)節(jié)器試驗的基礎(chǔ)上,待系統(tǒng)被調(diào)量平穩(wěn)后,引入微分作用“D” 。固定比例度 值(中間值),改變微分時間常數(shù) D 的大小,觀察系統(tǒng)在階躍輸入作用下相應(yīng)的動態(tài)響應(yīng)曲線。(2)選擇合適的和 Td值,使系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)為一條令人滿意的動態(tài)曲線。 4、比例積分微分(PI
31、D)調(diào)節(jié)器控制 (1)在比例調(diào)節(jié)器控制實驗的基礎(chǔ)上,待被調(diào)量平穩(wěn)后,引入積分(“I”)作用,使被調(diào)量回復(fù)到原設(shè)定值。減小,并同時增大Ti,觀察加擾動信號后的被調(diào)量的動態(tài)曲線,驗證在PI調(diào)節(jié)器作用下,系統(tǒng)的余差為零。 (2)在控制PI的基礎(chǔ)上加上適量的微分 “D”作用,然后再對系統(tǒng)加擾動(擾動幅值與前面的實驗相同),比較所得的動態(tài)曲線與用PI控制時的不同處。 (3)選擇合適的、Ti和Td,以獲得一條較滿意的動態(tài)曲線。 5、PID參數(shù)自整定的連續(xù)溫度控制 當(dāng)發(fā)現(xiàn)AI人工智能調(diào)節(jié)效果不佳時可啟動自整定功能(具體操作參考人AI工智能工業(yè)調(diào)節(jié)器說明書)。當(dāng)自整定結(jié)束后,以前設(shè)定的參數(shù)會被整定出來的參數(shù)所
32、替代,并自動將CTRL參數(shù)設(shè)為3,這樣就無法再次從面板上啟動自整定功能,可以避免人為的誤操作再次啟動自整定。之后系統(tǒng)直接將整定出來的參數(shù)投入運行。根據(jù)自整定得出來的參數(shù)去控制被控對象,若此效果不是很滿意,可根據(jù)輸出特性,在自整定參數(shù)的基礎(chǔ)上適當(dāng)修改一下參數(shù),可達到滿意效果。 一般通過自整定得出來的 、Ti、Td 參數(shù),效果都比較好。超調(diào)量小,過渡過程時間短。但如果一開始,溫控對象的溫度不是最低,也就是說自整定尋求的最大斜率不一定是真正的。此時自整定得出的 、Ti、Td 參數(shù)并不一定很理想。3.3.組態(tài)軟件界面、邏輯、代碼組態(tài)軟件界面、邏輯、代碼3.13.1 MCGSMCGS 組態(tài)軟件組態(tài)軟件計
33、算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展,為工業(yè)自動化開辟了廣闊的發(fā)展空間,用戶可以方便快捷地組建優(yōu)質(zhì)高效的監(jiān)控系統(tǒng),并且通過采用遠(yuǎn)程監(jiān)控及診斷等先進技術(shù),使系統(tǒng)更加安全可靠,在這方面 MCGS 工控組態(tài)軟件發(fā)揮著重要的作用。本裝置中智能儀表控制方案、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制方案和 S7-200PLC 控制方案均采用了北京昆侖公司的 MCGS 組態(tài)軟件作為上位機監(jiān)控組態(tài)軟件。MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于 Windows 平臺的,用于快速構(gòu)造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng),可運行于 Microsoft Windows95/98/NT/2000 等
34、操作系統(tǒng)。MCGS 5.5 為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺,能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS (Monitor and Control Generated System) 軟件是一套幾基于Windows 平臺的 32 位工控組態(tài)軟件,集動畫顯示、流程控制、數(shù)據(jù)采集、設(shè)備控制與輸出、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸、工程報表、數(shù)據(jù)與曲線等諸多強大功能于一身,并支持國內(nèi)外眾多數(shù)據(jù)采集與輸出設(shè)備,廣泛應(yīng)用于石油、電力、化工、鋼鐵、冶金、紡織、航天、建筑、材料、制冷、通訊、水處理、環(huán)保、智能樓宇、實驗室等多種
35、行業(yè)。MCGS 組態(tài)軟件由“MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“MCGS 運行環(huán)境”兩個部分組成。MCGS 組態(tài)環(huán)境是生成用戶應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境,由可執(zhí)行程序McgsSet.exe 支持,用戶在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中完成動畫設(shè)計、設(shè)備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后,生成擴展名為.mcg 的工程文件,又稱為組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫,其與 MCGS 運行環(huán)境一起,構(gòu)成了用戶應(yīng)用系統(tǒng),統(tǒng)稱為“工程” 。MCGS 運行環(huán)境是用戶應(yīng)用系統(tǒng)的運行環(huán)境,由可執(zhí)行程序 McgsRun.exe支持,以用戶指定的方式運行,并進行各種處理,完成用戶組態(tài)設(shè)計的目標(biāo)和功能。利用 MCGS 軟件組建工程的過程簡介:(1)
36、工程項目系統(tǒng)分析:分析工程項目的系統(tǒng)構(gòu)成、技術(shù)要求和工藝流程,弄清系統(tǒng)的控制流程和測控對象的特征,明確監(jiān)控要求和動畫顯示方式,分析工程中的設(shè)備采集及輸出通道與軟件中實時數(shù)據(jù)庫變量的對應(yīng)關(guān)系,分清哪些變量是要求與設(shè)備連接的,哪些變量是軟件內(nèi)部用來傳遞數(shù)據(jù)及動畫顯示的。(2)工程立項搭建框架:主要內(nèi)容包括:定義工程名稱、封面窗口名稱和啟動窗口名稱,指定存盤數(shù)據(jù)庫文件的名稱以及存盤數(shù)據(jù)庫,設(shè)定動畫刷新的周期。經(jīng)過此步操作,即在 MCGS 組態(tài)環(huán)境中,建立了由五部分組成的工程結(jié)構(gòu)框架。(3)設(shè)計菜單基本體系:為了對系統(tǒng)運行的狀態(tài)及工作流程進行有效地調(diào)度和控制,通常要在主控窗口內(nèi)編制菜單。編制菜單分兩步
37、進行,第一步首先搭建菜單的框架,第二步再對各級菜單命令進行功能組態(tài)。在組態(tài)過程中,可根據(jù)實際需要,隨時對菜單的內(nèi)容進行增加或刪除,不斷完善工程的菜單。(4)制作動畫顯示畫面:動畫制作分為靜態(tài)圖形設(shè)計和動態(tài)屬性設(shè)置兩個過程。前一部分用戶通過 MCGS 組態(tài)軟件中提供的基本圖形元素及動畫構(gòu)件庫,在用戶窗口內(nèi)組合成各種復(fù)雜的畫面。后一部分則設(shè)置圖形的動畫屬性,與實時數(shù)據(jù)庫中定義的變量建立相關(guān)性的連接關(guān)系,作為動畫圖形的驅(qū)動源。(5)編寫控制流程程序:在運行策略窗口內(nèi),從策略構(gòu)件箱中,選擇所需功能策略構(gòu)件,構(gòu)成各種功能模塊,由這些模塊實現(xiàn)各種人機交互操作。MCGS 還為用戶提供了編程用的功能構(gòu)件,使用
38、簡單的編程語言,編寫工程控制程序。(6)完善菜單按鈕功能:包括對菜單命令、監(jiān)控器件、操作按鈕的功能組態(tài);實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)、實時數(shù)據(jù)、各種曲線、數(shù)據(jù)報表、報警信息輸出等功能;建立工程安全機制等。(7)編寫程序調(diào)試工程:利用調(diào)試程序產(chǎn)生的模擬數(shù)據(jù),檢查動畫顯示和控制流程是否正確。(8)連接設(shè)備驅(qū)動程序:選定與設(shè)備相匹配的設(shè)備構(gòu)件,連接設(shè)備通道,確定數(shù)據(jù)變量的數(shù)據(jù)處理方式,完成設(shè)備屬性的設(shè)置。此項操作在設(shè)備窗口內(nèi)進行。(9)工程完工綜合測試:最后測試工程各部分的工作情況,完成整個工程的組態(tài)工作,實施工程交接。3.23.2 組態(tài)軟件設(shè)計組態(tài)軟件設(shè)計在開始組態(tài)工程之前, 先對該工程進行剖析,以便從整體上把握
39、工程的結(jié)構(gòu)、流程、需實現(xiàn)的功能及如何實現(xiàn)這些功能。本設(shè)計為盤管出水口水溫與流量串級控制系統(tǒng), 目的是通過過程控制, 使主控參數(shù)盤管出水口水溫穩(wěn)定為給定值, 并對擾動具有一定的適應(yīng)能力。因此, 本系統(tǒng)應(yīng)具備盤管水溫與熱水流量串級控制系統(tǒng)的仿真界面, 也應(yīng)有盤管出水口水溫與流量參數(shù)設(shè)定、實時數(shù)據(jù)顯示窗口, 實時曲線與歷史曲線顯示窗口, 計算機與工控機的通訊狀態(tài)設(shè)定及顯示窗口。由上述分析可知, 本系統(tǒng)應(yīng)具有 7 個用戶窗口:盤管水溫與熱水流量串級控制、實驗指導(dǎo)、實時曲線、歷史曲線、通訊狀態(tài)、數(shù)據(jù)瀏覽、退出指示。圖圖 7.7. 組態(tài)軟件界面組態(tài)軟件界面3.33.3 代碼代碼源代碼啟動腳本k1=5ti1
40、=10control=0q0=0q1=0q2=0ei=0ei1=0ei2=0ei3=0ei4=0mx=0op11=0電動閥輸出=0變頻器輸出=0調(diào)壓器輸出=0循環(huán)腳本if alarm231 thendo3=1do10=1endifif 主設(shè)定值20 then主設(shè)定值=20endifif control=1 thenei= ( 主設(shè)定值-下水箱液位 ) *2q0=k1*(ei-ei1)if ti1=0 thenq1=0elseq1=k1*0.2*ei/ti1endifq2=k1*td1*(ei-2*ei1+ei2)/0.2mx=q0+q1+q2op11=op11+mx+ei4ei4=0if op
41、11100 then op11=100endif電動閥輸出=op11ei2=ei1ei1=eielseop11=電動閥輸出endifei4=k3* ( ei3-變頻器支路流量 ) ei3=變頻器支路流量 退出腳本do3=0do10=0電動閥輸出=0變頻器輸出=0調(diào)壓器輸出=04.4.數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件、連線數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件、連線4.14.1 數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)構(gòu)件遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制即我們通常所說的直接數(shù)字控制(DDC) ,它的特點是以計算機代替模擬調(diào)節(jié)器進行控制,并通過數(shù)據(jù)采集板卡或模塊進行 A/D、D/A轉(zhuǎn)換,控制算法全部在計算機上實現(xiàn)。在本裝置中遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包
42、括SA-21 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集熱電阻輸入模塊掛件、SA-22 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊掛件、SA-23 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊掛件。采用臺灣鴻格 ICP7000 系列智能采集模塊,其中 I-7017 是 8 路模擬量輸入模塊,I-7024 是 4 路模擬量輸出模塊,I-7033 是 3 路熱電阻輸入模塊。ICP7000 系列智能采集模塊通過RS485 等串行口通訊協(xié)議與 PC 相連,由 PC 中的算法及程序控制并實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊對現(xiàn)場的模擬量、開關(guān)量信號的輸入和輸出、脈沖信號的計數(shù)和測量脈沖頻率等功能。圖 8 所示即為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖。圖中輸入輸出通道即為 ICP7000 智能采集模
43、塊。被控變量控制量干擾輸出通道 D/A數(shù)字計算機輸入通道 A/D被控對象圖圖 8.8. 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖4.24.2 硬件系統(tǒng)連線硬件系統(tǒng)連線圖圖 9.9. 硬件系統(tǒng)連線實圖硬件系統(tǒng)連線實圖5.5.控制算法代碼控制算法代碼5.15.1 PIDPID 控制器簡介控制器簡介PID 控制器可以方便地實施多種控制算法,多年以來,在過程控制中,按偏差的比例(P) 、積分(I)和微分(D)進行控制的 PID 控制器(亦稱 PID 調(diào)節(jié)器) ,是應(yīng)用最為廣泛的一種自動控制器。它具有原理簡單,易于實現(xiàn),適用面廣,控制參數(shù)相互獨立,參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點;選擇系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律的目的,是使調(diào)節(jié)器與調(diào)
44、節(jié)對象能很好地匹配,使組成的控制系統(tǒng)能滿足工藝上所提出的動、靜態(tài)性能指標(biāo)的要求。1、比例(P)調(diào)節(jié)純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡單的調(diào)節(jié)器,它對控制作用和擾動作用的響應(yīng)都很快速。由于比例調(diào)節(jié)只有一個參數(shù),所以整定很方便。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點是使系統(tǒng)存在靜態(tài)誤差。2、積分(I)調(diào)節(jié)積分調(diào)節(jié)器的突出特點是,只要被調(diào)量存在偏差,其輸出的調(diào)節(jié)作用便隨時間不斷加強,直到偏差為零。在被調(diào)量的偏差消除以后,由于積分規(guī)律的特點,輸出將停留在新的位置而不回復(fù)原位,因而能保持靜差為零。但是,單純的積分調(diào)節(jié)動作過于緩慢,因而在改善靜態(tài)準(zhǔn)確度的同時,往往使調(diào)節(jié)的動態(tài)品質(zhì)變壞,過渡過程時間內(nèi)延長,甚至造成系統(tǒng)不穩(wěn)定。因此在實際
45、生產(chǎn)中,總是把比例作用的及時性和積分作用消除靜差的優(yōu)點結(jié)合起來,組成比例積分調(diào)節(jié)器(簡稱 PI 調(diào)節(jié)器) ,其傳遞函數(shù)為Gc(S)=Kp(1+1/T1S) 式(1)3、微分(D)調(diào)節(jié)微分調(diào)節(jié)器能在偏差信號出現(xiàn)或變化的瞬間,立即根據(jù)變化的趨勢,產(chǎn)生強烈的調(diào)節(jié)作用,使偏差盡可能地消除在萌芽狀態(tài)之中。但是單純的微分調(diào)節(jié)對靜態(tài)偏差毫無抑制作用,因此不能單獨使用,總要和比例或比例積分調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合起來,稱為 PD 調(diào)節(jié)器和 PID 調(diào)節(jié)器。PD 調(diào)節(jié)器由于有微分的作用,能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度,比例系數(shù)的增加能加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程,減小動態(tài)和靜態(tài)誤差,但微分不能過大,以利于抗高頻干擾。PD 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為:G
46、c(S)=Kp(1+TDS) 式(2)PID 是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一處調(diào)節(jié)器。它將比例、積分、微分三種調(diào)節(jié)規(guī)律結(jié)合在一起,既可達到快速敏捷,又可達到平穩(wěn)準(zhǔn)確,只要三項作用的強度配合適當(dāng),便可得到滿意的調(diào)節(jié)效果。它的傳遞函數(shù)為Gc(S)=Kp(1+1/T1S+ TDS) 式(3)5.25.2 PIDPID 控制系統(tǒng)控制系統(tǒng)c(t)+r(t) r (t) 比例 P積分 I微分 D被控對象圖圖 10.10. PIDPID 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖PID 控制器是一種線性控制器,它根據(jù)給定值 r(t)與實際輸出值 c(t)構(gòu)成控制偏差 e(t),即e(t)=r(t)-c(t)將偏差的比例(P)
47、、積分(I)、微分(D)通過線性組合構(gòu)成控制量,對過程對象進行控制,故稱為 PID 控制器??刂埔?guī)律為:)()(1)()(0dttdeTdtteTteKtutdiP或以傳遞函數(shù)形式表示:)11 ()()()(TdsTiskpsEsUsG其中比例系數(shù), 積分時間常數(shù) 微分時間常數(shù)KpTiTd5.35.3 PIDPID 控制參數(shù)的整定及方法控制參數(shù)的整定及方法5.3.1 PID 控制參數(shù)的整定簡介控制參數(shù)的整定簡介過程控制器采用的控制器通常都有一個或多個需要調(diào)整的參數(shù)和調(diào)整這些參數(shù)的相應(yīng)機構(gòu)(如旋鈕、開關(guān))或相應(yīng)設(shè)備。通過調(diào)整這些參數(shù)使控制器特性與被控過程特性配合好,獲得滿意的系統(tǒng)靜態(tài)與動態(tài)特性稱
48、為控制器參數(shù)整定。由于人們在參數(shù)調(diào)整中,總是力圖達到最佳的控制效果,所以常稱“最佳整定” ,相應(yīng)的控制器參數(shù)稱為“最佳參數(shù)整定” 。衡量控制器參數(shù)是否最佳,需要規(guī)定一個明確的反應(yīng)控制系統(tǒng)質(zhì)量的性能指標(biāo),一般分為穩(wěn)態(tài)指標(biāo)和動態(tài)指標(biāo)。需要指出的是,不同生產(chǎn)過程對于控制過程的品質(zhì)要求不完全一樣,因而對系統(tǒng)整定性能指標(biāo)的選擇有較大的靈活性。作為系統(tǒng)整定的性能指標(biāo),它應(yīng)能綜合反映系統(tǒng)控制質(zhì)量,同時又便于分析與計算。5.3.2 PID 控制參數(shù)整定方法控制參數(shù)整定方法控制器參數(shù)的整定方法很多,歸納起來可分為兩大類,理論計算整定法與工程整定法。顧名思義,理論計算整定法是在已知過程的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上,依據(jù)控制理
49、論,通過理論計算來求取“最佳整定參數(shù)” ;而工程整定法是根據(jù)工程經(jīng)驗,直接在過程控制系統(tǒng)中進行的控制器參數(shù)整定方法。由于無論是用解析法或?qū)嶒灧ㄇ笕〉倪^程數(shù)學(xué)模型都只能近似反映過程的動態(tài)特性,因而理論計算所得到的整定參數(shù)值可靠性不夠高,在現(xiàn)場使用中還需進行反復(fù)調(diào)整。相反工程整定法雖未必得到“最佳整定參數(shù)” ,但由于其不需知道過程的完整數(shù)學(xué)模型,使用者不需要具備理論計算所必須的控制理論知識,因而簡便、實用,易于被工程技術(shù)人員所接受并優(yōu)先使用。下面將介紹本次設(shè)計中在現(xiàn)場調(diào)試調(diào)節(jié)器參數(shù)時所采用的一種整定方法,現(xiàn)場經(jīng)驗整定法。這種方法是人們在長期的工程實踐中,從各種控制規(guī)律對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響的定性分析
50、中總結(jié)出來的一種行之有效,并且得到廣泛運用的工程整定方法。(1)經(jīng)驗法若將控制系統(tǒng)液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類,則屬于同一類別的系統(tǒng),其對象往往比較接近,無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表 3 為經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù),在此基礎(chǔ)上,對調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進一步修正。若需加微分作用,微分時間常數(shù)按 TD=(1/3 1/4)TD計算。表表 3 經(jīng)驗法整定參數(shù)經(jīng)驗法整定參數(shù)參 數(shù)系統(tǒng)(%)T1(min)TD(min)溫度20603100.53流量401000.11壓力30700.43液位2080(2)臨界比例度法這種整定方法是在閉環(huán)情況下進行的。設(shè) T1=,TD=0,使調(diào)節(jié)器工作在純
51、比例情況下,將比例度由大逐漸變小,使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩,如圖11 所示。根據(jù)臨界比例度 s和振蕩周期 Ts,按表二所列的經(jīng)驗版式,求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)數(shù)值,這種整定方法是以得到 4:1 衰減為目標(biāo)。圖圖 11.11. 具有周期具有周期 T Ts s的等幅振蕩圖的等幅振蕩圖表表 4 4 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱(%)sT1(S)TD(S)P2sPI2.26sTs/1.2PID1.6s0.5Ts0.125Ts(3)阻尼振蕩法(衰減曲線法)在閉環(huán)系統(tǒng)中,先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用,然后把比例度由大逐漸減小,加階路擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程,直至
52、出現(xiàn)圖 10 所示的 4:1 衰減過程為止。這時的比例度稱為 4:1 衰減比例度,用 s表示之。相鄰兩波峰間的距離稱 4:1 衰減周期 Ts。和s,運用表三所示的經(jīng)驗公式,就可計算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。圖圖 12. 4:1 衰減曲線法圖衰減曲線法圖在實驗過程中發(fā)現(xiàn),溫度控制不容易穩(wěn)定,無論采用哪種控制規(guī)律,都有一定的微小振蕩,加入微分控制規(guī)律后,雖然提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度,但是也降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。如果采用 PD 控制規(guī)律,不能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)余差,采用 PID 控制規(guī)律,系統(tǒng)的穩(wěn)定性不好,所以在溫度控制系統(tǒng)中,為什么用 PD 和PID 控制,系統(tǒng)的性能并不比用 PI 控制有明顯的改善。表表 5
53、 5 阻尼振蕩法計算公式阻尼振蕩法計算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱()I(min)TD(min)PSPI1.2s0.5TSPID0.8s0.3TS0.1TS6.6.實驗結(jié)果曲線及分析實驗結(jié)果曲線及分析本實驗選擇鍋爐夾套水溫作為被控對象,實驗之前先將儲水箱貯足水量,將閥門 F1-1、F1-2、F1-5、F1-13 全開,手動調(diào)節(jié)閥門 F1-3 至適當(dāng)開度,其余閥門關(guān)閉。啟動 380 伏交流磁力泵,給鍋爐內(nèi)膽貯一定的水量(要求至少高于液位指示玻璃管的紅線位置) ,然后關(guān)閉閥 F1-13,打開閥 F1-12,給鍋爐夾套注一定的水量。1、接通控制系統(tǒng)電源,打開用作上位監(jiān)控的 PC 機,進入的實驗主界面。2、在實驗主界面中選擇本實驗項即“鍋爐夾套水溫 PID 控制實驗” ,系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)。3、在上位機監(jiān)控界面中點擊 “手動” ,并將輸出值設(shè)置為一個合適的值,此操作既可拉動輸出值旁邊的滾動條,也可直接在輸出值顯示框中輸入。4、合上三相電源空氣開關(guān),三相電加熱管通
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