9.2-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(二)

國(guó)家級(jí)精品課程

《計(jì)算機(jī)控制技術(shù)》主講教師：于海生教授青島大學(xué)9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第1頁(yè)。精品課件第36講

第9章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)（二）9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第2頁(yè)。精品課件

9.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求9.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)

9.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)

9.3.4系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果9.3設(shè)計(jì)舉例—啤酒發(fā)酵過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第3頁(yè)。精品課件9.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求1.啤酒發(fā)酵工藝簡(jiǎn)介啤酒發(fā)酵是一個(gè)復(fù)雜的生物化學(xué)過(guò)程，通常在錐型發(fā)酵罐中進(jìn)行。在二十多天的發(fā)酵期間，根據(jù)酵母的活動(dòng)能力，生長(zhǎng)繁殖快慢，確定發(fā)酵給定溫度曲線，如右圖所示。要使酵母的繁殖和衰減、麥汁中糖度的消耗和雙乙酰等雜質(zhì)含量達(dá)到最佳狀態(tài)，必須嚴(yán)格控制發(fā)酵各階段的溫度，使其在給定溫度的±0.5℃范圍內(nèi)。9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第4頁(yè)。精品課件2.系統(tǒng)的控制要求(1)系統(tǒng)共有10個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)罐測(cè)量5個(gè)參數(shù)，即發(fā)酵罐的上中下三段溫度、罐內(nèi)上部氣體的壓力和罐內(nèi)發(fā)酵液(麥汁)的高度，共有三十個(gè)溫度測(cè)量點(diǎn)、10個(gè)壓力測(cè)量點(diǎn)、10個(gè)液位測(cè)量點(diǎn)。因此共需檢測(cè)50個(gè)參數(shù)。(2)自動(dòng)控制各個(gè)發(fā)酵罐中的上中下三段溫度使其按圖9-7所示的工藝曲線運(yùn)行，溫度控制誤差不大于±0.5℃。共有30個(gè)控制點(diǎn)。(3)系統(tǒng)具有自動(dòng)控制、現(xiàn)場(chǎng)手動(dòng)控制、控制室遙控三種工作方式。(4)系統(tǒng)具有掉電保護(hù)、報(bào)警、參數(shù)設(shè)置和工藝曲線修改設(shè)置功能。(5)系統(tǒng)具有表格、圖型、曲線等顯示和打印功能。9.3.1啤酒發(fā)酵工藝及控制要求返回9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第5頁(yè)。精品課件9.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)1.發(fā)酵罐測(cè)控點(diǎn)的分布及管線結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)有10個(gè)發(fā)酵罐，每個(gè)發(fā)酵罐上有5個(gè)檢測(cè)點(diǎn)和3個(gè)控制點(diǎn)，其中包括上段溫度TTa、中段溫度TTb、下段溫度TTc、罐內(nèi)上部氣體壓力PT、液位LT、上段冷帶調(diào)節(jié)閥TVa、中段冷帶調(diào)節(jié)閥TVb、下段冷帶調(diào)節(jié)閥TVc。

9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第6頁(yè)。精品課件9.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)2.檢測(cè)裝置和執(zhí)行機(jī)構(gòu)

溫度檢測(cè)采用WZP-231鉑熱電阻(Pt100)和RTTB—EKT溫度變送器，其輸入量程為-20°C～＋50°C，輸出4～20mA；

壓力檢測(cè)采用CECY-150G電容式壓力變送器，輸入量程為0～0．25MPa，輸出4～20mA；

液位檢測(cè)采用CECU－341G電容式液位變送器，輸入量程（差壓）為0～0．2MPa，輸出為4～20mA。

執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用ZDLP-6B電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，通徑為Dg50，流通能力為Cg32，等百分比特性，并配有操作器DFQ－2100。

9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第7頁(yè)。精品課件9.3.2系統(tǒng)總體方案的設(shè)計(jì)3.控制規(guī)律

被控對(duì)象具有大慣性和純滯后。

在恒溫段采用增量型PI控制算法，在升溫、降溫段采用PID控制算法，在控制軟件設(shè)計(jì)中提供了施密斯（Smith）預(yù)估控制算法。4.控制系統(tǒng)主機(jī)及過(guò)程通道模板(1)IPC-8500工業(yè)控制機(jī)

(2)過(guò)程通道模板5.控制系統(tǒng)的軟件采樣、濾波、標(biāo)度變換、控制計(jì)算、控制輸出、中斷、計(jì)時(shí)、打印、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、溫度給定曲線設(shè)定及修改、報(bào)表、圖形、曲線顯示等功能。返回9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第8頁(yè)。精品課件9.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)1.系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)(1)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)(2)模擬量輸出通道設(shè)計(jì)9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第9頁(yè)。精品課件9.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)(1)數(shù)據(jù)采集程序采集30個(gè)溫度信號(hào)，然后再采集10個(gè)壓力信號(hào)，最后采集10個(gè)液位信號(hào)，這些信號(hào)共采集五遍并存貯起來(lái)，采樣周期T=2秒。(2)數(shù)字濾波程序?qū)⒚總€(gè)信號(hào)的5次測(cè)量值排序，去掉一個(gè)最大值和一個(gè)最小值，剩余3個(gè)求平均值即為該信號(hào)的測(cè)量結(jié)果，即采用中位值濾波法與平均值濾波法相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波。2.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第10頁(yè)。精品課件9.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)(3)標(biāo)度變換程序①溫度的標(biāo)度變換②壓力的標(biāo)度變換

③液位的標(biāo)度變換(4)給定工藝曲線的實(shí)時(shí)插補(bǔ)計(jì)算2.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第11頁(yè)。精品課件2.系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)(5)控制算法①PID算式加特殊處理

在保溫段，采用PI控制算式；降溫段采用PID控制算式；對(duì)控制量和閥位輸出進(jìn)行限幅。

②施密斯（Smith)預(yù)估控制算式(6)其它應(yīng)用程序設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)、打印、顯示、報(bào)警、調(diào)節(jié)參數(shù)修改、報(bào)表、圖形、曲線顯示等功能程序。9.3.3系統(tǒng)硬件和軟件的設(shè)計(jì)返回9全文共14頁(yè)，當(dāng)前為第12頁(yè)。精品課件9.3.4系統(tǒng)的安裝調(diào)試運(yùn)行及控制效果

現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝時(shí)，首先在現(xiàn)場(chǎng)安裝溫度、壓力變送器、液位變送器、調(diào)節(jié)閥等，然后從現(xiàn)場(chǎng)敷設(shè)屏蔽信號(hào)電纜到控制室，最后將這些線纜接到工業(yè)控制計(jì)算機(jī)外面的接線端子板上。調(diào)試工作主要是對(duì)變送器進(jìn)行滿度和零點(diǎn)校準(zhǔn)，A/D板和D/A板滿度和零點(diǎn)校準(zhǔn)；另外就是利用試湊法確定PID控制器的控制參數(shù)。系統(tǒng)經(jīng)過(guò)安裝調(diào)試后，投入運(yùn)行，并滿足系統(tǒng)的控制要求。該系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，使用維護(hù)方便，性能可靠；采用微