單容水箱液位過程控制報(bào)告

1、目錄前言一過程控制概述2二thj-2型高級過程控制實(shí)驗(yàn)裝置3三系統(tǒng)組成與工作原理5（一）外部組成5（二）輸入模塊icp-7033和icp-7024模塊5（三）其它模塊和功能8四調(diào)試過程9（一）p調(diào)節(jié)9（二）pi調(diào)節(jié)10（三）pid調(diào)節(jié)11五心得體會(huì)13前言 現(xiàn)代高等教育對高校大學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力以及專業(yè)技能等方面提出了很高的要求，工程實(shí)訓(xùn)中心的建設(shè)應(yīng)緊緊圍繞這一思想進(jìn)行。首先工程實(shí)訓(xùn)首先應(yīng)面向?qū)W生主體群，建設(shè)一個(gè)有較寬適應(yīng)面的 基礎(chǔ)訓(xùn)練基地 。通過對基礎(chǔ)訓(xùn)練設(shè)施的集中投入，面向全校相關(guān)專業(yè)，形成一定的規(guī)模優(yōu)勢，建立科學(xué)規(guī)范的訓(xùn)練和管理方法，使訓(xùn)練對象獲得機(jī)械、電子基本生產(chǎn)過程和生產(chǎn)工

2、藝的認(rèn)識(shí)，并具備一定的實(shí)踐動(dòng)手能力。 其次，工程實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容應(yīng)一定程度地體現(xiàn)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代特征。為了適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)技術(shù)綜合性和多學(xué)科交叉的特點(diǎn)，工程實(shí)訓(xùn)的內(nèi)容應(yīng)充分體現(xiàn)機(jī)與電結(jié)合、技術(shù)與非技術(shù)因素結(jié)合，貫穿計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用，以適應(yīng)科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的要求。應(yīng)以一定的專項(xiàng)投入，建設(shè)多層次的 綜合訓(xùn)練基地 ，使不同的訓(xùn)練對象在獲得對現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式認(rèn)識(shí)的同時(shí)，熟悉綜合技術(shù)內(nèi)容，初步建立起“大工程”的意識(shí)，受到工業(yè)工程和環(huán)境保護(hù)方面的訓(xùn)練，并具備一定的實(shí)用技能。第三，以創(chuàng)新訓(xùn)練計(jì)劃為主線，依靠必要的軟硬件環(huán)境，建設(shè) 創(chuàng)新教育基地 。以產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、制造、控制乃至管理為載體，把對學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)

3、，貫穿于問題的觀測和判斷、創(chuàng)造和評價(jià)、建模和設(shè)計(jì)、仿真和建造的整個(gè)過程中。本次工程實(shí)踐就是針對單容水箱液位進(jìn)行恒高度控制通過調(diào)試，來熟悉thj-2型高級過程控制實(shí)驗(yàn)裝置。通過本次工程實(shí)踐，來熟悉工業(yè)過程控制的工作流程以及其控制原理。一 過程控制概述在工業(yè)生產(chǎn)中，有一類按照一定的工藝流程（或程序）進(jìn)行連續(xù)不間斷的生產(chǎn)的工業(yè)生產(chǎn)過程，例如電力、石油、化工、冶金等，這些工業(yè)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有舉足輕重的地位，我們稱之為連續(xù)過程工業(yè)。與其他工業(yè)（稱為離散過程工業(yè)或間斷過程工業(yè)）相比，連續(xù)過程工業(yè)的控制問題有其完全不同的特點(diǎn)，形成了控制技術(shù)中的一個(gè)分支，稱為生產(chǎn)過程控制或過程控制。過程控制的任務(wù)，就是要經(jīng)過

4、自動(dòng)化技術(shù)，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，節(jié)能降耗，降低成本，減少污染，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，增強(qiáng)企業(yè)對市場需求的適應(yīng)性。過程控制主要有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（1）連續(xù)工業(yè)生產(chǎn)過程是與化學(xué)反應(yīng)、生化反應(yīng)、物理反應(yīng)、相變過程、能量的轉(zhuǎn)換過程、傳熱傳質(zhì)過程等復(fù)雜的反應(yīng)或過程相伴隨的。這些過程或反應(yīng)的進(jìn)行，必須滿足一定的內(nèi)部和外部條件。滿足這些條件，并且使這些條件保持穩(wěn)定，生產(chǎn)過程就能正常、穩(wěn)定地進(jìn)行，產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量就能得到保證。所以，過程控制主要是對決定生產(chǎn)過程是否正常進(jìn)行控制，以保證整個(gè)生產(chǎn)過程的正常進(jìn)行。過程控制中最常見的就是壓力控制、流量控制、溫度控制、液位或料位控制、成分控制、ph值控制等，這些控制多數(shù)都是定

5、值調(diào)節(jié)。隨著大規(guī)模生產(chǎn)的需求及科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，更多的參數(shù)將被納入到控制的范圍之內(nèi)。過程控制在生產(chǎn)中的地位將變得更加重要。（2）連續(xù)生產(chǎn)過程工業(yè)是一個(gè)龐大的工業(yè)系統(tǒng)，設(shè)備多樣化，工作機(jī)理各不相同，因而被控對象形式復(fù)雜多變，具有慣性大、延時(shí)大、時(shí)變、非線性、多變量相互耦合等特點(diǎn)，很難得出其精確的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，因而控制難度較大。（3）由于生產(chǎn)過程工藝復(fù)雜，要求高，過程控制的監(jiān)測系統(tǒng)多，控制系統(tǒng)多，控制方案多，控制系統(tǒng)間既獨(dú)立又相互影響。所以必須合理協(xié)調(diào)各控制系統(tǒng)間相互關(guān)聯(lián)、相互制約的關(guān)系，從整個(gè)生產(chǎn)過程的全局出發(fā)，求得整個(gè)生產(chǎn)過程的最優(yōu)。（4）連續(xù)生產(chǎn)過程的生產(chǎn)條件和環(huán)境往往比較特殊，如高溫高壓、低

6、溫真空、易燃易爆、有毒、存在放射性等。因而必須依靠自動(dòng)化技術(shù)，在正常生產(chǎn)、非正常工況、事故工況下，都能確保人員安全以及部隊(duì)環(huán)境造成污染。（5）連續(xù)過程工業(yè)設(shè)備多，結(jié)果復(fù)雜，所以干擾因素也多，干擾的形式較復(fù)雜。這就要求過程控制的各個(gè)控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)的抗干擾能力，快去克服擾動(dòng)因素對生產(chǎn)的影響。二thj-2型高級過程控制實(shí)驗(yàn)裝置這次工程實(shí)訓(xùn)我們要用到的裝置 thj-2型高級過程控制實(shí)驗(yàn)裝置該類型實(shí)驗(yàn)裝置包括不銹鋼水箱、冷熱水交換有機(jī)玻璃圓筒型大水箱、上下串接的有機(jī)玻璃雙容上下小水箱、帶有機(jī)玻璃冷卻水循環(huán)夾套的小加溫箱、三相電加熱鍋爐等，適用于控制系統(tǒng)組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、對象數(shù)學(xué)模型的測試實(shí)驗(yàn)、調(diào)節(jié)閥流量特

7、性測試實(shí)驗(yàn)、位式控制實(shí)驗(yàn)、單回路調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)、串級控制實(shí)驗(yàn)等其相似實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)對象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲(chǔ)水箱；上、中、下三個(gè)串接有機(jī)玻璃圓筒型水箱；三相4.5kw電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成）和鋁塑盤管組成。對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置包含有：擴(kuò)散硅壓力變送器三只，渦輪流量計(jì)三只，pt100熱電阻溫度傳感器六只。控制模塊：包含三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電磁閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、三菱變頻器各一個(gè)；接觸器位式控制裝置、三相380v不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵、三相220v不銹鋼磁力驅(qū)動(dòng)泵。上位監(jiān)控pc機(jī)包含有：一臺(tái)上位監(jiān)控pc機(jī)，pc機(jī)上安裝有工控組態(tài)軟件(mcgs、組態(tài)王可選

8、)，通過rs232/485轉(zhuǎn)換器、儀表控制臺(tái)側(cè)面的rs485總線接口與所有的儀表進(jìn)行通訊。我們可對下位儀表各參數(shù)進(jìn)行設(shè)定、修改pid控制參數(shù)，并能觀察被控參數(shù)的實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線，sv設(shè)定值、pv測量值、op輸出值，各實(shí)驗(yàn)都設(shè)有動(dòng)態(tài)變化棒圖顯示和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。三 系統(tǒng)組成與工作原理（一）外部組成圖1鍋爐溫度控制系統(tǒng)工藝設(shè)備根據(jù)控制要求，將信號經(jīng)過pid整定后，輸出420ma的電流信號控制單相scr調(diào)壓裝置輸出電壓，達(dá)到對加熱管電壓大小調(diào)節(jié)，從而達(dá)到控制鍋爐內(nèi)膽水溫的作用。（二）輸入模塊icp-7033和icp-7024模塊8通道模擬量輸入模塊。表1 為icp-7033的技術(shù)指標(biāo)。 面板如圖3所示，

9、icp-7033模塊24v供電，面板上提供了3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熱電阻。支持485通訊。表1 icp-7033的技術(shù)指標(biāo) 型號 功能 i-7033 模擬量輸入分辨率16bit輸入通道8路差動(dòng)采樣率10hzpt100-100100、01000200、0600pt1000-2000600ni-80100、0100將溫度變送器的電壓信號通過icp-7033模塊轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號通過rs485接口送入計(jì)算機(jī)處理。圖1 icp-7033面板上圖中，a：電源開關(guān)；b：rs485接口；c：icp-7017模塊；d：4通道的輸入接口icp-7024是4通道模擬量輸出模塊，24v供電

10、，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。icp-7024的技術(shù)指標(biāo)見下表： 型號功能i-7024模擬量輸入分辨率14bit輸入通道4路差值電壓輸出+/-10v+/-5v010v05v電流輸出020ma420ma icp-7024模塊將從計(jì)算機(jī)輸出的信號加到三相scr調(diào)壓模塊420ma電流控制信號輸入端。a：電源開關(guān)；b：rs485接口；c：icp-7014模塊；d：4通道的輸出接口。圖2 icp-7024面板（三）其它模塊和功能三相scr調(diào)壓模塊本系統(tǒng)通過計(jì)算機(jī)中的組態(tài)軟件mcgs進(jìn)行pid整定后輸出控制信號通過遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)輸出模塊加到單相scr調(diào)壓

11、裝置的輸入端，以此來控制加熱管電流的大小mcgs (monitor and control generated system，通用監(jiān)控系統(tǒng))是一套用于快速構(gòu)造和生成計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件，它能夠在基于microsoft的各種32位windows平臺(tái)上運(yùn)行，通過對現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集處理，以動(dòng)畫顯示、報(bào)警處理、流程控制和報(bào)表輸出等多種方式向用戶提供解決實(shí)際工程問題的方案，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。mcgs組態(tài)軟件功能強(qiáng)大，操作簡單，易學(xué)易用，普通工程人員經(jīng)過短時(shí)間的培訓(xùn)就能迅速掌握多數(shù)工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和運(yùn)行操作四 調(diào)試過程在此次訓(xùn)練中，我們針對單容水箱液位進(jìn)行恒高度控制。有三種控制包括比例控制，積

12、分控制，和微分控制。單容水箱是個(gè)比較簡單的控制系統(tǒng)，我們采用pid控制?？刂埔粋€(gè)液位的高度，整個(gè)過程為采用水泵恒定抽水，改變電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度來控制水的流量從而控制水箱液位的高度。并選用壓力傳感器對液位高度進(jìn)行測量，將測量的值與系統(tǒng)的給定值進(jìn)行比較，來確定閥的開度。 單容水箱液位pid整定的系統(tǒng)方框圖如下控制器檢測變送器單容水箱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥給定擾動(dòng)d/a轉(zhuǎn)換器a/d轉(zhuǎn)換器1. 比例控制比例控制作用為傳遞函數(shù)為式中稱為比例放大系數(shù)。比例控制簡稱 p控制(proportional).比例控制的輸出與輸入是同步變化的，沒有慣性和時(shí)間上的延遲。響應(yīng)快，與輸入成比例的變化，只是比例控制最突出的優(yōu)點(diǎn)，正是由于

13、這一特點(diǎn)，使比例控制成為一種最重要的基本控制規(guī)律。所有的工業(yè)控制器都包含有比例控制比例控制也可以單獨(dú)構(gòu)成控制器。使調(diào)節(jié)器工作在比例（p）調(diào)節(jié)器狀態(tài)，此時(shí)系統(tǒng)處于開環(huán)狀態(tài)。實(shí)時(shí)曲線如下圖p調(diào)節(jié)曲線2. 積分控制 積分控制作用為式中為積分時(shí)間常數(shù)。積分控制簡稱 i控制（integral）.積分控制的傳遞函數(shù)為在單位階躍輸入下，積分控制的輸出為單容水箱液位控制調(diào)試。首先我們按實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書將控制面板上連線正確接出，然后進(jìn)入mcgs單容水箱液位控制系統(tǒng)操作界面，打開水閥檢查通路連通，開啟控制面板電源打開電動(dòng)閥電源，這時(shí)就有水進(jìn)入水箱。將操作軟件中水箱的輸出值設(shè)定為20。先將控制參數(shù)值p設(shè)定為100。觀察曲

14、線走向調(diào)節(jié)p、i綠色曲線無限接近紅色曲線說明系統(tǒng)穩(wěn)定。控制曲線如下圖：單容水箱液位控制曲線3. 微分控制微分控制規(guī)律的輸出與輸入的關(guān)系為微分控制作用的傳遞函數(shù)為式中稱為微分時(shí)間常數(shù)，簡稱微分時(shí)間。微分時(shí)間又稱為d控制（derivative)。微分控制的輸出，反映了偏差變化的速度。這可以使偏差只有變化傾向而未產(chǎn)生實(shí)際的變化時(shí)就產(chǎn)生控制作用，阻止被控變量進(jìn)一步的變化，加快控制系統(tǒng)的響應(yīng)。微分控制的這種特性可以稱為“超前控制”。這種控制作用特別適合于慣性較大的被控對象。微分控制作用的強(qiáng)弱，可以通過微分時(shí)間常數(shù)來調(diào)整。微分控制對于恒定不變的偏差沒有控制作用。對于變化緩慢的偏差，也不會(huì)產(chǎn)生有效的控制作用

15、。所以，微分控制作用不單獨(dú)作用。式所表示的微分控制規(guī)律在物理上是不能實(shí)現(xiàn)的，稱為理想的微分控制。實(shí)際的微分控制作用是帶有慣性環(huán)節(jié)的微分控制，其傳遞函數(shù)為式中稱為微分放大系數(shù)。在比例調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)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p，并同時(shí)增大i，觀察加擾動(dòng)信號后的被調(diào)量的動(dòng)態(tài)曲線，驗(yàn)證在pi調(diào)節(jié)器作用下，系統(tǒng)的余差為零。在pi控制的基礎(chǔ)上加上適量的微分作用“d”，然后再對系統(tǒng)加擾動(dòng)（擾動(dòng)幅值與前面的實(shí)驗(yàn)相同），比較所得的動(dòng)態(tài)曲線與用pi控制時(shí)的不同處。選擇合適的p、i和d ，調(diào)節(jié)后的曲線如下圖所示。pid調(diào)節(jié)曲線五 心得體會(huì)本課題安排的實(shí)訓(xùn)時(shí)間為一周

16、,在這段時(shí)間里,為了確保能夠按時(shí)完成本課題的設(shè)計(jì),我們都對所規(guī)定的時(shí)間做了詳細(xì)的安排通過一周來對這一課題的學(xué)習(xí)，并與同組的成員一起共同討論和研究,我們?nèi)缙谕瓿闪嗽撜n題的訓(xùn)練.并對該課題所應(yīng)用到的系統(tǒng)部件都有了一定的掌握，并能運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)對實(shí)訓(xùn)提出了合理的方案和實(shí)現(xiàn)手段。工程實(shí)訓(xùn)給了我獨(dú)立完成工作與團(tuán)隊(duì)合作,并善于思考的好機(jī)會(huì),并總結(jié)四年來所用知識(shí)的綜合應(yīng)用能力,對將來搞科研技術(shù)的研究與開發(fā)提供了一次很好的練兵機(jī)會(huì),并為走上工作崗位奠定了堅(jiān)實(shí)一步.當(dāng)然,由于本人學(xué)識(shí)有限,在訓(xùn)練的過程當(dāng)中錯(cuò)誤也在所難免,希望各位同行能夠指正.在這段設(shè)計(jì)期間,很多人都給我提供了幫助,在此,我要感謝老師和同學(xué)們,特別是我的指