單容水箱資料

湖南工程學(xué)院系統(tǒng)綜合訓(xùn)練報(bào)告課題名稱過程控制系統(tǒng)專業(yè)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師2007年4月1日目錄前言…………………1一實(shí)訓(xùn)裝置介紹……………………1二液位系統(tǒng)介紹……………………4三調(diào)試結(jié)果與調(diào)試說明…………114.1調(diào)試說明：………………114.2調(diào)試結(jié)果…………………12五．實(shí)訓(xùn)心得………133.系統(tǒng)除了改變調(diào)節(jié)器的設(shè)定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥和手操作閥制造各種擾動4.一個被調(diào)參數(shù)可用不同動力源、不同的執(zhí)行器、不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣5.能進(jìn)行多變量控制系統(tǒng)及特定過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)6.各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實(shí)驗(yàn)軟件平臺上都可以控制7.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及圖表在MCGS軟件系統(tǒng)中很容易存儲及調(diào)用，以便實(shí)驗(yàn)者進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后的比較和分析以上為“THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置”基型產(chǎn)品，上位機(jī)控制還有下列擴(kuò)展系列：THJ-2型DCS分布式過程控制系統(tǒng)THJ-2型S7-300PLC過程控制系統(tǒng)THJ-2型三菱PLC過程控制系統(tǒng)THJ-2型遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集過程控制系統(tǒng)THJE-1型以太網(wǎng)分布式過程控制系統(tǒng)THJE-2型嵌入式以太網(wǎng)分布式過程控制系統(tǒng)液位系統(tǒng)介紹由于工程實(shí)訓(xùn)只有短短的一周時間，所以實(shí)訓(xùn)期間重點(diǎn)了解了THJ-2型液位系統(tǒng)。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，需要對某些設(shè)備與容器的液位進(jìn)行測量和控制。通過液位的檢測了解容器中的原料、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)容器中輸入輸出物料的平衡，保證生產(chǎn)過程中各環(huán)節(jié)所需要的物料或進(jìn)行經(jīng)濟(jì)核算；通過液位的測量，了解生產(chǎn)是否正常運(yùn)行，以便及時監(jiān)視或控制容器液位，保證產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量。這次我們的工程實(shí)訓(xùn)是單容水箱液位的控制，PID調(diào)節(jié)被控參數(shù)的選擇；在生產(chǎn)過程中，有的控制參數(shù)的選擇是很明顯的，如鍋爐水位控制系統(tǒng)，控制參數(shù)只能選給水量。但是在有的生產(chǎn)過程中，可能有幾個控制參數(shù)可供選擇，著就需要通過分析比較不同的控制通道和不同的擾動通道對控制質(zhì)量的影響而作出合理的選擇。所以正確選擇控制參數(shù)，就是正確選擇控制通道的問題。這次貯槽液位控制系統(tǒng)選擇水箱內(nèi)的液位作為被控參數(shù)。從液位貯罐的生產(chǎn)過程來看，影響液位有兩個量，一是流入貯槽的流量，二是流出貯槽的流量。調(diào)節(jié)這兩個流量的大小都可以改變液位的高低，選擇流入量為控制參數(shù)更合理一些。一個完整的過程控制系統(tǒng)包括：控制對象、檢測裝置、執(zhí)行裝置、控制器。被控參數(shù)貯槽液位控制系統(tǒng)選擇水箱內(nèi)的液位作為被控參數(shù)。（2）控制器一般言之，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)，比例度δ的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參數(shù)δ，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。如上所述我們設(shè)計(jì)的水箱液位控制系統(tǒng)根據(jù)工藝要求，液位溫度保持恒定，精度要求比較高，所以該系統(tǒng)要采用比例積分（PI）控制；由于水位控制系統(tǒng)滯后比較大，故必須采用比例微分（PD）控制。因此我們采用比例積分微分（PID）控制。它是一種較理想的控制規(guī)律，它在比例的基礎(chǔ)上引入積分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。它適用于控制通道時間常數(shù)或容量滯后較大、控制要求較高的場合。如溫度控制、成分控制等。貯槽液位控制系統(tǒng)是一個單回路的閉環(huán)控制系統(tǒng)，控制要求的精度較高，因此可采用PID控制規(guī)律。（3）電動執(zhí)行器電動執(zhí)行器是調(diào)節(jié)系統(tǒng)中的一個重要部分。它接收來自調(diào)節(jié)器的4~20mA的直流電流信號，并將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的角位移或直行程位移，去操縱閥門、擋板等調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)自動調(diào)節(jié)。電動執(zhí)行器有角行程、直行程和多轉(zhuǎn)式等類型。角行程電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以電動機(jī)為動力元件，將輸入的直流電流信號轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的角位移，這種執(zhí)行機(jī)構(gòu)適用于操縱蝶閥、擋板之類的旋轉(zhuǎn)式調(diào)節(jié)閥。直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)接收輸入的支流電流信號后，使電動機(jī)轉(zhuǎn)動，然后經(jīng)減速器減速并轉(zhuǎn)換為直線位移輸出，去操縱單座、雙座、三通等各種調(diào)節(jié)閥和其他的直線式調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。多轉(zhuǎn)式電動執(zhí)行結(jié)構(gòu)主要用來開啟和關(guān)閉閘閥、截止閥等多轉(zhuǎn)式閥門，由于它的電機(jī)功率比較大，最大的有幾十千瓦，一般多用作就地操作和遙控。我們使用的執(zhí)行器是：QSTP-16K智能電動單座調(diào)節(jié)閥主要技術(shù)參數(shù)：執(zhí)行機(jī)構(gòu)型式：智能型直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入信號：0~10mA/4~20mADC/0~5VDC/1~5VDC輸入阻抗：250Ω/500Ω輸出信號：4~20mADC輸出最大負(fù)載：<500Ω信號斷電時的閥位：可任意設(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0~100%間的任意值電源：220V±10%/50Hz（4）擴(kuò)散硅壓力液位變送器擴(kuò)散硅壓力液位變送器用來實(shí)現(xiàn)貯槽液位的測量和變送工作原理：當(dāng)被測介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)歸一化差分放大和輸V/A電壓、電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。接線如圖1所示。圖1壓力液位傳感器接線圖接線說明：傳感器為二線制接法，它的端子位于中繼管內(nèi)，電纜線從中繼箱的引線口接入，直流電源24V+接紅線，白線/藍(lán)線接負(fù)載電阻的一端，負(fù)載電阻的另一端接24V-。傳感器輸出4~20mA電流信號，通過負(fù)載電阻250/50Ω轉(zhuǎn)換成電壓信號。當(dāng)負(fù)載電阻接250Ω時信號電壓為1~5V，當(dāng)負(fù)載電阻切換成50Ω時信號電壓為0.2~1V。變送器的調(diào)試：先將變送器安接線圖正確接線。旋開變送器后蓋即可看到零點(diǎn)和滿量程調(diào)節(jié)電位器，如圖1.2-3。調(diào)整步驟：將壓力液位變送器裝于實(shí)驗(yàn)臺上通電預(yù)熱15分鐘后，再進(jìn)行調(diào)整。將變送器施加下限值壓力，調(diào)整零位調(diào)節(jié)電位器使其輸出為4mA（接250Ω負(fù)載電阻后為1V）。將變送器施加上限值壓力，調(diào)整滿度調(diào)節(jié)電位器使其輸出為20mA（接250Ω負(fù)載電阻后為5V）。反復(fù)b、c兩個步驟，直到使變送器輸出達(dá)到規(guī)定的要求。（5）遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊ICP-7017、ICP-7024面板控制臺由噴塑鋼板作為框架，以防火材料為桌面板，桌底裝有滾動輪子和固定地盤，外觀優(yōu)美，耐用結(jié)實(shí)。在這次工程實(shí)訓(xùn)中我們用到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊ICP-7017、ICP-7024面板。1.ICP-70178通道模擬量輸入模塊。表1為ICP-7017的技術(shù)指標(biāo)。面板如圖2所示，ICP-7017模塊24V供電，面板上提供了4通道的輸入端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流。支持485通訊。表1圖2ICP-7017面板圖中，a：電源開關(guān)；b：RS485接口；c：ICP-7017模塊；d：4通道的輸入接口。2.ICP-70244通道模擬量輸出模塊。表2為ICP-7017的技術(shù)指標(biāo)。表2面板如圖3所示，亞當(dāng)ICP-7024模塊24V供電，提供了4通道的輸出端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流。支持485通訊。圖3ICP-7024面板圖中，a：電源開關(guān)；b：RS485接口；c：ICP-7014模塊；d：4通道的輸出接口。該系統(tǒng)為單輸入單輸出過程控制系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)簡單只采用了一個測量變送器監(jiān)測被控過程，一個調(diào)節(jié)器來保持一個被控參數(shù)恒定在很小的范圍內(nèi)變化，其輸出也只控制一個調(diào)節(jié)閥，故采用單回路控制系統(tǒng)。其單回路控系統(tǒng)框圖如下圖所示：圖4單回路控制系統(tǒng)框圖上圖為單回路水箱液位控制系統(tǒng)。單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制上水箱液位等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。當(dāng)調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。一個控制系統(tǒng)調(diào)好好以后，系統(tǒng)的投運(yùn)和參數(shù)整定是十分重要的工作。由上圖可知把給定值經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)值量，輸入給PID控制器，計(jì)算結(jié)果（數(shù)字信號）再由ICP-7024輸出模塊（D/A轉(zhuǎn)換），將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬控制信號輸出給電動調(diào)節(jié)閥，從而調(diào)節(jié)水箱內(nèi)液位，液位的高度由液位變壓器檢測出，經(jīng)ICP-7017輸入模塊（A/D轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換成反饋值給PID控制器進(jìn)行進(jìn)一步條整，如此循環(huán)直至水箱的液位穩(wěn)定在給定值。四．調(diào)試結(jié)果與調(diào)試說明4.1調(diào)試說明調(diào)試前先對設(shè)備進(jìn)行檢查，檢查完畢后進(jìn)行接線如圖10所示，然后啟動實(shí)驗(yàn)裝置。圖10上水箱液位PID參數(shù)整定控制接線圖啟動計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)界面，如圖8所示，打開電動調(diào)節(jié)閥和單相電源泵開關(guān)，開始調(diào)試。設(shè)定給定值20，調(diào)整比例系數(shù)（K），待系統(tǒng)穩(wěn)定后，在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即在界面上設(shè)置積分時間（Ti）不為0，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，選擇合適的K和Ti值。在積分調(diào)節(jié)控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把軟件界面上設(shè)置微分時間（Td）參數(shù)，選擇合適的K、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線。在歷史曲線中選擇一條較滿意的過渡過程曲線進(jìn)行記錄。4.2調(diào)試結(jié)果這次工程實(shí)訓(xùn)的調(diào)試中我經(jīng)過多次調(diào)試得到了下面兩個較為滿意的曲線圖，其中個值顯示為“設(shè)定值[SV]：10”、“測量值[PV]：10”、“輸出值[OP]：12.2”、“比例系數(shù)[K]：18”、“積分時間[Ti]：95”、“微分時間[Td]：0”。五．實(shí)訓(xùn)心得我的課題是單容水箱控制系統(tǒng)。經(jīng)過沈老師一周的的悉心指導(dǎo)，我們完成了單容水箱控制系統(tǒng)這個課題的工程實(shí)訓(xùn)。雖然只有短短的五天，但是在這五天里，在沈老師的精心指導(dǎo)下，我不僅增長了見識，而且還對單容水箱控制系統(tǒng)的工作原理和在實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用等都有了深入的了解。在工程實(shí)訓(xùn)的每一天里，感覺自己就像真的站在自己的工作崗位上一樣。面對一個可以說是非常具有實(shí)用功能的領(lǐng)域，開始是充滿著神秘感，也感到很多東西的不解。但通過查閱大量相關(guān)資料和老師的悉心指導(dǎo)，我了解了單容水箱控制系統(tǒng)的基本原理，它以后的廣泛應(yīng)用。作為高新技術(shù)、基礎(chǔ)技術(shù)、已經(jīng)滲透到經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域的所有技術(shù)部門中。通過對單容水箱控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)，我逐漸了解了它的工作原理，更進(jìn)一步地掌握了它的使用方法。通過此次工程實(shí)訓(xùn)，鍛煉了我分析問題與解決問題的能力，提高了我的學(xué)習(xí)能力以及掌握了用