過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)報(bào)告之液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)

1、-PAGE . z.目錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc263693252第一章概述4HYPERLINK l _Toc2636932531.1本課程設(shè)計(jì)的研究意義4HYPERLINK l _Toc2636932541.2本課程設(shè)計(jì)的目的和內(nèi)容4HYPERLINK l _Toc263693255第二章系統(tǒng)構(gòu)造的控制方案5HYPERLINK l _Toc2636932562.1控制系統(tǒng)在世界應(yīng)用中的重要意義5HYPERLINK l _Toc2636932572.2系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)5HYPERLINK l _Toc2636932582.3控制系統(tǒng)的總體方框圖及工作過(guò)程6

2、HYPERLINK l _Toc263693259被控對(duì)象的分析6HYPERLINK l _Toc263693260第三章 PID參數(shù)整定7HYPERLINK l _Toc2636932613.1控制規(guī)律的比擬與選擇8HYPERLINK l _Toc263693262常見(jiàn)控制規(guī)律的類型及優(yōu)缺點(diǎn)的比擬8HYPERLINK l _Toc263693263第四章設(shè)備的選型11HYPERLINK l _Toc2636932644.1液位傳感器11HYPERLINK l _Toc2636932654.2電磁流量傳感器11HYPERLINK l _Toc2636932664.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥11HYPERLI

3、NK l _Toc2636932674.5變頻器12HYPERLINK l _Toc2636932684.6模塊選擇12HYPERLINK l _Toc2636932694.7適合本系統(tǒng)的檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件12HYPERLINK l _Toc2636932704.8液位檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件13HYPERLINK l _Toc2636932714.9執(zhí)行元件的選擇性能參數(shù)13HYPERLINK l _Toc263693272第五章系統(tǒng)仿真和結(jié)果分析14HYPERLINK l _Toc263693273第六章實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)試15HYPERLINK l _Toc2636932746.1實(shí)際控制系統(tǒng)的組成的

4、動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖15HYPERLINK l _Toc2636932756.2實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試方法15HYPERLINK l _Toc2636932766.3實(shí)際控制系統(tǒng)的調(diào)試步驟17HYPERLINK l _Toc2636932776.4運(yùn)行調(diào)試中的問(wèn)題及解決方法18概述1.1 本課程設(shè)計(jì)課題研究的意義隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向開(kāi)展，對(duì)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提出了日益增長(zhǎng)的要求。在這種情況下，簡(jiǎn)單的單回路控制已經(jīng)難以滿足一些復(fù)雜的控制要求。在單回路控制方案根底上提出的串級(jí)控制方案，則對(duì)提高過(guò)程控制的品質(zhì)有極為明顯的效果。串級(jí)控制系統(tǒng)具有單回路控制系統(tǒng)的全部功能，而且還具有許多單回

5、路控制系統(tǒng)所沒(méi)有的優(yōu)點(diǎn)。因此，串級(jí)控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量一般都比單回路控制系統(tǒng)好，而且串級(jí)控制系統(tǒng)利用一般常規(guī)儀表就能夠?qū)崿F(xiàn)，所以，串級(jí)控制是一種易于實(shí)現(xiàn)且效果又較好的控制方法。本課程設(shè)計(jì)課題討論了一個(gè)簡(jiǎn)單的液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及步驟。液位和流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常用的兩個(gè)測(cè)控參數(shù)，因此本課程設(shè)計(jì)課題具有較大的現(xiàn)實(shí)意義。1.2 本論文的目的和內(nèi)容 目的通過(guò)課程設(shè)計(jì)，加深對(duì)所學(xué)傳感器技術(shù)、轉(zhuǎn)換技術(shù)、電子技術(shù)、自動(dòng)控制原理以及過(guò)程控制的根本原理、根本知識(shí)的理解和應(yīng)用，掌握串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)步驟和方法，掌握工程整定參數(shù)方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)，增強(qiáng)動(dòng)手能力，為今后工作打下一定的理論和實(shí)踐根底。 內(nèi)容

6、一、題目：液位流量串級(jí)控制系統(tǒng)二、設(shè)計(jì)指標(biāo)：液位在0500mm內(nèi)給定一個(gè)值，5%，穩(wěn)定時(shí)間300s,穩(wěn)態(tài)誤差2mm。三、主要任務(wù)：以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度對(duì)待課程設(shè)計(jì)，認(rèn)真復(fù)習(xí)有關(guān)根底理論和技術(shù)知識(shí)，認(rèn)真查閱參考資料，仔細(xì)分析被控對(duì)象的工作原理、特性以及控制要求。能在指導(dǎo)教師的幫助下解決設(shè)計(jì)中的各種問(wèn)題，按方案完成課程設(shè)計(jì)各階段的任務(wù)，使設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)到達(dá)要求。重視理論與實(shí)際結(jié)合，并以積極、認(rèn)真的態(tài)度參加課程設(shè)計(jì)辯論。系統(tǒng)的控制方案2.1控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中的重要意義單回路控制系統(tǒng)是過(guò)程控制中構(gòu)造最簡(jiǎn)單的一種形式，它只用一個(gè)調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)器也只有一個(gè)輸入信號(hào)，從系統(tǒng)方框圖看，只有一個(gè)閉環(huán)。在大多數(shù)情況

7、下，這種簡(jiǎn)單系統(tǒng)已經(jīng)能夠滿足工藝生產(chǎn)的要求。但有些調(diào)節(jié)對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性雖然并不復(fù)雜，但控制的任務(wù)卻比擬特殊，則單回路控制系統(tǒng)就無(wú)能為力了。另外，隨著生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)和強(qiáng)化方向開(kāi)展，對(duì)操作條件要求更加嚴(yán)格，參數(shù)間相互關(guān)系更加復(fù)雜，對(duì)控制系統(tǒng)的精度和功能提出許多新的要求，對(duì)能源消耗和環(huán)境污染也有明確的限制。為此，需要在單回路的根底上，采取其它措施，組成復(fù)雜控制系統(tǒng)，而串級(jí)控制系統(tǒng)就是其中一種改善和提高控制品質(zhì)的極為有效的控制系統(tǒng)。液位和流量是工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中最常用的兩個(gè)參數(shù)，對(duì)液位和流量進(jìn)展控制的裝置在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用的十分普遍。液位的時(shí)間常數(shù)T一般很大，因此有很大的容積遲延，如果用單回路控制系統(tǒng)

8、來(lái)控制，可能無(wú)法到達(dá)較好的控制質(zhì)量。而串級(jí)控制系統(tǒng)可以用一般常規(guī)儀表來(lái)實(shí)現(xiàn)，本錢(qián)增加也不大，卻可以起到十清楚顯的提高控制質(zhì)量的效果，因此往往采用串級(jí)控制系統(tǒng)對(duì)液位進(jìn)展控制。一般情況下，流量是影響液位的主要因素，其時(shí)間常數(shù)較小，將它納入副回路進(jìn)展控制，不僅有效地克制了流量對(duì)液位造成的干擾，而且使系統(tǒng)工作頻率提高，能夠?qū)σ何粚?shí)行較快的控制。2.2 系統(tǒng)構(gòu)造設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測(cè)量變送、被控對(duì)象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用算法為PID控制規(guī)律，調(diào)節(jié)器為電磁閥，測(cè)量變送為HB、FT兩個(gè)組成，被控對(duì)象為流量PV。構(gòu)造組成如下列圖2.2所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開(kāi)場(chǎng)抽水，通過(guò)

9、管道分別將水送到上水箱和下水箱，由HB返回信號(hào)，是否還需要放水到下水箱。假設(shè)還需要即水位過(guò)低，則通過(guò)電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位到達(dá)適宜位置；假設(shè)不需要即水位過(guò)高或剛好適宜，則通過(guò)電磁閥使流量保持或減小。其過(guò)程控制系統(tǒng)圖如圖2.1所示。圖2.1 控制系統(tǒng)框圖過(guò)程控制系統(tǒng)由四大局部組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象、測(cè)量變送。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下列圖2.2圖2.2 液位單回路控制系統(tǒng)框圖2.3控制系統(tǒng)的總體方框圖及工作過(guò)程 被控對(duì)象的分析一、被控對(duì)象的構(gòu)成圖液位調(diào)節(jié)器流量調(diào)節(jié)器執(zhí)行機(jī)構(gòu)流量對(duì)象液位對(duì)象流量變送器液位變送器被控對(duì)象為圖2.3中所示液位

10、對(duì)象。圖2.3二、被控對(duì)象的工作原理、傳遞函數(shù)及理論推導(dǎo)如下：?jiǎn)稳菟淙鐖D2.1所示，Qi為入口流量，由調(diào)節(jié)閥開(kāi)度加以控制，出口流量則由電磁閥控制產(chǎn)生干擾。被調(diào)量為水箱中的水位H,它反映水的流入與流出量之間的平衡關(guān)系?，F(xiàn)在分析水位在電磁閥開(kāi)度擾動(dòng)下的動(dòng)態(tài)特性。顯然，在任何時(shí)刻水位的變化均滿足下述物料平衡方程：2.1其中 2.22.3F為水箱的橫截面積；是決定于閥門(mén)特性的系數(shù)，可以假定它是常數(shù)；是與電磁閥開(kāi)度有關(guān)的系數(shù)，在固定不變的開(kāi)度下，k可視為常數(shù)。液位對(duì)象的傳遞函數(shù): PID參數(shù)整定3.1 控制規(guī)律的比擬與選擇 常見(jiàn)控制規(guī)律的類型及優(yōu)缺點(diǎn)比擬PID控制的各種常見(jiàn)的控制規(guī)律如下：一、比例調(diào)節(jié)

11、P調(diào)節(jié)在P調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)與偏差信號(hào)成比例，即3.1式中Kc稱為比例增益視情況可設(shè)置為正或負(fù),為調(diào)節(jié)器的輸出，是對(duì)調(diào)節(jié)器起始值的增量，的大小可以通過(guò)調(diào)整調(diào)節(jié)器的工作點(diǎn)加以改變。在過(guò)程控制中習(xí)慣用比例增益的倒數(shù)表示調(diào)節(jié)器輸入與輸出之間的比例關(guān)系：3.2其中稱為比例帶。比例調(diào)節(jié)的顯著特點(diǎn)就是有差調(diào)節(jié)。比例調(diào)節(jié)的余差隨著比例帶的加大而加大。從這一方面考慮，人們希望盡量減小比例帶。然而，減小比例帶就等于加大調(diào)節(jié)系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益，其后果是導(dǎo)致系統(tǒng)劇烈振蕩甚至不穩(wěn)定。穩(wěn)定性是任何閉環(huán)控制系統(tǒng)的首要要求，比例帶的設(shè)置必須保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定裕度。此時(shí)，如果余差過(guò)大，則需通過(guò)其它的途徑解決。很大意味著

12、調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度很小，因此被調(diào)量的變化比擬平穩(wěn),甚至可以沒(méi)有超調(diào)，但余差很大，調(diào)節(jié)時(shí)間也很長(zhǎng)。減小就加大了調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作幅度，引起被調(diào)量來(lái)回波動(dòng)，但系統(tǒng)仍可能是穩(wěn)定的，余差相應(yīng)減小。具有一個(gè)臨界值，此時(shí)系統(tǒng)處于穩(wěn)定邊界的情況，進(jìn)一步減小系統(tǒng)就不穩(wěn)定了。二、積分調(diào)節(jié)I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)在I調(diào)節(jié)中，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)的變化速度(t)/t與偏差信號(hào)e成正比，即：3.3或 3.4式中KI稱為積分速度，可視情況取正值或負(fù)值。上式說(shuō)明，調(diào)節(jié)器的輸出與偏差信號(hào)的積分成正比。I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)是無(wú)差調(diào)節(jié)，與P調(diào)節(jié)的有差調(diào)節(jié)形成鮮明比照。式3.3說(shuō)明，只有當(dāng)被調(diào)量偏差e為零時(shí)，I調(diào)節(jié)器的輸出才會(huì)保持不變。然而與此同時(shí)，調(diào)節(jié)器的輸

13、出卻可以停在任何數(shù)值。這意味著被控對(duì)象在負(fù)荷擾動(dòng)的調(diào)節(jié)過(guò)程完畢后，被調(diào)量沒(méi)有余差，而調(diào)節(jié)閥則可以停在新的負(fù)荷所要求的開(kāi)度上。I調(diào)節(jié)的另一特點(diǎn)是它的穩(wěn)定作用比P調(diào)節(jié)差。例如，根據(jù)奈氏穩(wěn)定判據(jù)可知，對(duì)于非自衡的被控對(duì)象采用P調(diào)節(jié)時(shí)，只要加大比例帶總可以使系統(tǒng)穩(wěn)定除非被控對(duì)象含有一個(gè)以上的積分環(huán)節(jié)；如果采用I調(diào)節(jié)則不可能得到穩(wěn)定的系統(tǒng)。對(duì)于同一個(gè)被控對(duì)象，采用I調(diào)節(jié)時(shí)其調(diào)節(jié)過(guò)程的進(jìn)展總比采用P調(diào)節(jié)時(shí)緩慢，表現(xiàn)在振蕩頻率較低。把它們各自在穩(wěn)定邊界上的振蕩頻率加以比擬就可以知道，在穩(wěn)定邊界上假設(shè)采用P調(diào)節(jié)則被控對(duì)象須提供180相角滯后。假設(shè)采用I調(diào)節(jié)則被控對(duì)象只須提供90相角滯后。這就說(shuō)明用I調(diào)節(jié)取代P

14、調(diào)節(jié)就會(huì)降低系統(tǒng)的振蕩頻率。采用I調(diào)節(jié)時(shí)，控制系統(tǒng)的開(kāi)環(huán)增益與積分速度KI成正比。因此，增大積分速度將會(huì)降低控制系統(tǒng)的穩(wěn)定程度，直到最后出現(xiàn)發(fā)散的振蕩過(guò)程。因?yàn)镵I愈大，則調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作愈快，就愈容易引起和加劇振蕩。但與此同時(shí)，振蕩頻率將愈來(lái)愈高，而最大動(dòng)態(tài)偏差則愈來(lái)愈小。被調(diào)量最后都沒(méi)有余差，這是I調(diào)節(jié)的特點(diǎn)。三、比例積分調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)就是綜合P、I兩種調(diào)節(jié)的優(yōu)點(diǎn)，利用P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時(shí)利用I調(diào)節(jié)消除余差。它的調(diào)節(jié)規(guī)律為： (3.5)或 (3.6)式中為比例帶，可視情況取正值或負(fù)值；為積分時(shí)間。和是PI調(diào)節(jié)器的兩個(gè)重要參數(shù)。圖3.1是PI調(diào)節(jié)器的階躍響應(yīng)，它是由比例動(dòng)作和積分

15、動(dòng)作兩局部組成的。在施加階躍輸入的瞬間，調(diào)節(jié)器立即輸出一個(gè)幅值為e/的階躍，然后以固定速度e/TI變化。當(dāng)t=TI時(shí)，調(diào)節(jié)器的總輸出為2e/。這樣，就可以根據(jù)圖3.1確定和TI的數(shù)值。還可以注意到，當(dāng)t=TI時(shí)，輸出的積分局部正好等于比例局部。由此可見(jiàn)，TI可以衡量積分局部在總輸出中所占的比重：TI愈小，積分局部所占的比重愈大。PI調(diào)節(jié)器引入積分動(dòng)作帶來(lái)消除余差之好處的同時(shí)，卻降低了原有系統(tǒng)的穩(wěn)定性。為保持控制系統(tǒng)原來(lái)的衰減率，PI調(diào)節(jié)器比例帶必須適當(dāng)加大，這樣會(huì)使調(diào)節(jié)時(shí)間ts增大，最大偏差也會(huì)增大。四、微分調(diào)節(jié)的特點(diǎn)比例調(diào)節(jié)和積分調(diào)節(jié)都是根據(jù)當(dāng)時(shí)偏差的方向和大小進(jìn)展調(diào)節(jié)的，而不管那時(shí)被控對(duì)象

16、中流入量與流出量之間有多大的不平衡，而這個(gè)不平衡正決定著此后被調(diào)量將如何變化的趨勢(shì)。由于被調(diào)量的變化速度包括其大小和方向可以反映當(dāng)時(shí)或稍前一些時(shí)間流入、流出量之間的不平衡情況，因此，如果調(diào)節(jié)器能夠根據(jù)被調(diào)量的變化速度來(lái)移動(dòng)調(diào)節(jié)閥，而不要等到被調(diào)量已經(jīng)出現(xiàn)較大偏差后才開(kāi)場(chǎng)動(dòng)作，則調(diào)節(jié)的效果將會(huì)更好，等于賦予調(diào)節(jié)器以*種程度的預(yù)見(jiàn)性，這種調(diào)節(jié)動(dòng)作稱為微分調(diào)節(jié)。此時(shí)調(diào)節(jié)器的輸出與被調(diào)量或其偏差對(duì)于時(shí)間的導(dǎo)數(shù)成正比，即 (3.7)因此微分調(diào)節(jié)只能起輔助的調(diào)節(jié)作用，它可以與其它調(diào)節(jié)動(dòng)作結(jié)合成PD和PID調(diào)節(jié)動(dòng)作。五、比例積分微分調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)PID調(diào)節(jié)器的動(dòng)作規(guī)律是 (3.8)或 (3.9)式中、TI和

17、TD參數(shù)意義與PI、PD調(diào)節(jié)器一樣。設(shè)備選型4.1 液位傳感器液位傳感器用來(lái)對(duì)上誰(shuí)為水箱的壓力進(jìn)展檢測(cè)，采用工業(yè)的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，本變送器按標(biāo)準(zhǔn)的二線制傳輸，喜愛(ài)用高品質(zhì)低耗精細(xì)器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZ3*型儀表互換配置，并能直接替換進(jìn)口同類儀表。校驗(yàn)的方法是通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為4mA，在滿量程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串24V直流電源。壓力傳感器用來(lái)對(duì)上水位水箱和中水位水箱的壓力進(jìn)展檢測(cè)，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅

18、壓力變送器，0.5級(jí)精度，二線制4-20mA標(biāo)志信號(hào)輸出。4.2電磁流量傳感器1流量傳感器用來(lái)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)展檢測(cè)。根據(jù)本試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用工業(yè)用的LDS-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0.03m3/h,壓力1.6Mpma*,4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出?？膳c顯示，記錄儀表，積算器或調(diào)節(jié)器配套。防止了渦輪流量計(jì)非線性與死區(qū)大的致命缺點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)效果能到達(dá)教學(xué)要求。主要優(yōu)點(diǎn)：1采用整體焊接構(gòu)造，密封性好；2構(gòu)造簡(jiǎn)單可靠，內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件，幾乎無(wú)壓力損失；3采用低頻矩形波勵(lì)磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；4儀表反映靈敏，輸出信號(hào)與流量呈線性關(guān)系,量程比寬；2流量

19、轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流量傳感器配套使用，輸入信號(hào)：00.4mV輸出信號(hào)：420mA DC, 許負(fù)載電阻為0750歐姆，根本誤差：輸出信號(hào)量程的0.5%。4.3電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)展調(diào)節(jié)。采用德國(guó)PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無(wú)需配伺服放大器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高?？刂茊卧c電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最正確調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號(hào)4-20mA及單相電源即可控制與轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力流量溫度壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡(jiǎn)單，泄漏量少的優(yōu)點(diǎn)。采用PS電子式直行程

20、執(zhí)行機(jī)構(gòu)，4-20mA閥位反應(yīng)信號(hào)輸出雙導(dǎo)向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開(kāi)特性，閥門(mén)采用彈簧連接，可預(yù)置閥門(mén)關(guān)斷力，保證閥門(mén)的可靠關(guān)斷，防止泄露。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。4.4水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長(zhǎng)，不會(huì)影響教師授課減少使用麻煩。功耗小，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變送器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。4.5變頻器三菱FR-S520變頻器，4-20mA控制信號(hào)輸入，可對(duì)流量或壓力進(jìn)展控制，該變頻器體積小，功率小，功能非常強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定平安可靠，操作方便，壽命長(zhǎng)，可外加電流控制，也可通過(guò)本身旋鈕控制頻率?？蓡蜗嗷蛉喙╇?，頻

21、率可高達(dá)200Hz。4.6模塊選擇當(dāng)需要構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，過(guò)程控制裝置的數(shù)據(jù)采集和控制采用目前最新的牛頓7000系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成，完全模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，先進(jìn)性與實(shí)用性并舉。有效的拉近了實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的距離。它體積小，安裝方便，可靠性極高。1) D/A模塊：采用牛頓7024模塊。4路模擬輸出，電流4-20mA電壓15V信號(hào)均可。2) A/D 模塊：采用牛頓7017模塊。8路模擬電壓15V輸入。3) DO模塊：采用牛頓7043模塊。4)通訊模塊：采用牛頓7520轉(zhuǎn)換模塊。485/232轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換速度極高300115KHz，232口可長(zhǎng)距離。4.7適合本系統(tǒng)的檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件

22、本系統(tǒng)流量檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件為渦輪流量計(jì)，而液位檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件為靜壓式液位計(jì)。渦輪流量計(jì),渦輪流量計(jì)是以動(dòng)量矩守恒原理為根底設(shè)計(jì)的流量測(cè)量?jī)x表，是速度式流量計(jì)中的主要種類,它采用多葉片的轉(zhuǎn)子(渦輪)感受流體平均流速,從而推導(dǎo)出流量或總量。渦輪流量計(jì)的工作原理：當(dāng)流體通過(guò)安裝有渦輪的管路時(shí)，流體的動(dòng)能沖擊渦輪發(fā)生旋轉(zhuǎn)，流體的流速愈高，動(dòng)能越大，渦輪轉(zhuǎn)速也就愈高。在一定的流量*圍和流體粘度下，渦輪的轉(zhuǎn)速和流速成正比。當(dāng)渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，渦輪葉片切割置于該變送器殼體上的檢測(cè)線圈所產(chǎn)生的磁力線，使檢測(cè)線圈磁電路上的磁阻周期性變化，線圈中的磁通量也跟著發(fā)生周期性變化，檢測(cè)線圈產(chǎn)生脈沖信號(hào)，即脈沖數(shù)。其值與渦輪的轉(zhuǎn)速成

23、正比，也即與流量成正比。這個(gè)電訊號(hào)經(jīng)前置放大器放大后，即送入電子頻率儀或渦輪流量積算指示儀，以累積和指示流量。4.8液位檢測(cè)轉(zhuǎn)換元件：靜壓式液位計(jì)對(duì)于不可壓縮的液體，液位高度與液體的靜壓力成正比，所以測(cè)出液體的靜壓力，即可知道液體的高度。圖4.1圖4.1所示為用靜壓式液位計(jì)進(jìn)展開(kāi)口容器的液位測(cè)量。壓力計(jì)與容器的底部相連，根據(jù)壓力計(jì)指示的壓力大小，即可知道液位的高度，其關(guān)系為 (4.10)式(4.10)中，H是液位的高度；是液體重度；是容器內(nèi)取壓平面上的靜壓力。4.9執(zhí)行元件的選擇、性能參數(shù)本系統(tǒng)所使用實(shí)驗(yàn)裝置可用提升泵或電磁閥作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)。提升泵用來(lái)控制進(jìn)水流量，而電磁閥可用來(lái)改變出水流量，產(chǎn)

24、生干擾。提升泵提升泵為交流異步電動(dòng)機(jī)構(gòu)成。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，由調(diào)節(jié)器根據(jù)偏差產(chǎn)生相應(yīng)電壓輸送給變頻器，變頻器將一定頻率信號(hào)輸送給提升泵，從而改變其轉(zhuǎn)速，使流量發(fā)生變化。本實(shí)驗(yàn)裝置所使用提升泵的性能參數(shù)如下：最大揚(yáng)程：40m最大流量：2.5m3/h吸程：8m電磁閥電磁閥理想流量特性為線性。如圖2.10所示。其中，Q/Qma*為相對(duì)流量，即調(diào)節(jié)閥*一開(kāi)度流量Q與全開(kāi)流量Qma*之比；l/L為相對(duì)開(kāi)度，即調(diào)節(jié)閥*一開(kāi)度行程l與全行程L之比。Q/Qma*(%)l/L(%)圖4.2第五章系統(tǒng)仿真和結(jié)果分析5.1選擇適合本系統(tǒng)的控制規(guī)律一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于串級(jí)控制系統(tǒng)，主變量不允許有余差。而對(duì)副變量的要求一般都不是

25、很嚴(yán)格，允許它有波動(dòng)和余差。為了主變量的穩(wěn)定，主調(diào)節(jié)器必須具有積分作用。因此，主調(diào)節(jié)器通常都選用比例積分規(guī)律。有時(shí)，對(duì)象控制通道容量滯后比擬大，為了克制容量滯后，選用比例積分微分三作用的調(diào)節(jié)器作為主調(diào)節(jié)器。副調(diào)節(jié)器的給定值隨主調(diào)節(jié)器輸出的變化而變化，為了能快速跟蹤，副調(diào)節(jié)器一般不設(shè)置積分作用，微分作用也不需要，因?yàn)楫?dāng)副調(diào)節(jié)器有微分作用時(shí)，一旦主調(diào)節(jié)器的輸出稍有變化，執(zhí)行機(jī)構(gòu)就將大幅度地變化。但副調(diào)節(jié)器容量滯后比擬大時(shí)，可以適當(dāng)加一點(diǎn)微分作用，一般情況下，副調(diào)節(jié)器只需用比例作用就可以了。本系統(tǒng)的液位對(duì)象容量滯后比擬大，故主調(diào)節(jié)器選用比例積分微分調(diào)節(jié)作用，而流量對(duì)象時(shí)間常數(shù)很小，副調(diào)節(jié)器只用比例作

26、用。第六章 實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行與調(diào)試6.1 實(shí)際控制系統(tǒng)組成的動(dòng)態(tài)運(yùn)行圖 模擬控制線路：水泵變頻器流量調(diào)節(jié)器流量測(cè)量變送器液位對(duì)象U儲(chǔ)水箱液位調(diào)節(jié)器液位測(cè)量變送器f6.2實(shí)際控制系統(tǒng)的運(yùn)行調(diào)試方法實(shí)際控制系統(tǒng)的投運(yùn)步驟一、翻開(kāi)組態(tài)王畫(huà)面，進(jìn)入液位流量串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)界面。二、按控制線路接通管路。三、設(shè)定調(diào)節(jié)器參數(shù)及液位給定值。四、翻開(kāi)實(shí)驗(yàn)裝置電源開(kāi)關(guān)，進(jìn)展實(shí)驗(yàn)，并記錄實(shí)驗(yàn)曲線和數(shù)據(jù)。系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)6.3 組態(tài)王是一種工業(yè)組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，在任何需要的時(shí)候把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息處理和判斷決策的控制信號(hào)傳向現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施有效的生產(chǎn)控制。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其它部門(mén)建立起聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)圖6