水箱液位控制過程控制2

1、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(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指導(dǎo)教師 2007年 3 月 12 日目 錄前言.2系統(tǒng)概述.3檢測(cè)裝置.5控制器.7系統(tǒng)調(diào)試.11程序清單.11實(shí)習(xí)心得.16前 言臨近畢業(yè)，作為應(yīng)屆畢業(yè)生，無法快速的將在書本上所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，是我們走出校門進(jìn)入社會(huì)的一大障礙。所以學(xué)校組織本次為期兩周的工程實(shí)訓(xùn)，讓我們?cè)趯?duì)各種設(shè)備的實(shí)際運(yùn)行中理解所學(xué)的知識(shí)。本次的實(shí)訓(xùn)對(duì)象是鍋爐水箱的過程控制系統(tǒng)。在對(duì)設(shè)備和控制過程的調(diào)試中學(xué)習(xí)。在次之前就先需要對(duì)什么是工程控制有一定的了解。在石油、化工、制藥、熱工、材料和輕工等行業(yè)領(lǐng)域中，以溫度、流量、物位、壓力和成分為主要被控變量的

2、控制系統(tǒng)都稱為“過程控制”系統(tǒng)。過程控制在傳統(tǒng)工業(yè)改造中，起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用。隨著計(jì)算機(jī)控制裝置在控制儀表基礎(chǔ)上的發(fā)展，自動(dòng)化控制手段也越來越豐富。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，過程控制技術(shù)正為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)效率、改善勞動(dòng)條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等起到越來越大的作用。系統(tǒng)總體概述在工業(yè)生產(chǎn)過程中，液位貯槽設(shè)備應(yīng)用十分普遍，為了保證生產(chǎn)正常進(jìn)行，物料進(jìn)出需均衡，以保證過程的物料平衡。因此，工藝要求貯槽內(nèi)的液位需維持在給定值上下，或在某一小范圍內(nèi)變化，并保證物料不產(chǎn)生溢出。通過實(shí)踐，來熟悉工業(yè)過程控制的工作流程以及其控制原理。此次實(shí)驗(yàn)

3、裝置為AE2000B2型高級(jí)過程控制實(shí)驗(yàn)裝置。其對(duì)象系統(tǒng)包含有：上、中、下三個(gè)儲(chǔ)水箱；單相1.5KW電加熱鍋爐。系統(tǒng)動(dòng)力支路分為兩路組成：一路由西山增壓水泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計(jì)、自鎖緊不銹鋼水管及手動(dòng)切換閥組成；另一路單相丹麥格蘭富循環(huán)水泵、變頻調(diào)速器、自鎖緊不銹鋼水管及手動(dòng)切換閥組成。水泵從水槽中抽水，由渦輪流量計(jì)測(cè)試水流流量，水箱壓力傳感器測(cè)量水位，并反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)則調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制流量的大??；水由管道流入水箱后，最后進(jìn)入鍋爐中，電壓調(diào)節(jié)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)電加熱管的控制，以此來調(diào)節(jié)水的溫度。通過溫度變送傳感器，將水溫實(shí)時(shí)溫度傳到控制中心，從而形成閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)鍋爐內(nèi)水的溫度。設(shè)備結(jié)構(gòu)如圖1

4、圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖由于時(shí)間原因，我選擇的是針對(duì)上水箱液位控制進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。訓(xùn)練的內(nèi)容就是對(duì)水箱的液位進(jìn)行控制。通過渦輪流量計(jì)對(duì)水流流量的測(cè)試和水箱壓力傳感器將信號(hào)反饋回系統(tǒng)，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)電動(dòng)調(diào)節(jié)筏控制流量的大小，一保證水箱的液位保持在所需要的范圍。圖2為水箱的物理結(jié)構(gòu)示意圖，圖3則是控制系統(tǒng)方框圖。圖 2 水箱示意圖圖 3 系統(tǒng)方框圖 檢測(cè)裝置實(shí)驗(yàn)對(duì)象的檢測(cè)裝置包括：擴(kuò)散硅壓力液位傳感器。用來檢測(cè)水箱液位。1、擴(kuò)散硅壓力液位變送器工作原理：當(dāng)被測(cè)介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時(shí)，壓力傳感器將壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，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(cè)介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對(duì)應(yīng)

5、關(guān)系的420mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號(hào)。接線如圖4所示。圖 4 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420mA電流信號(hào)，通過負(fù)載電阻250/50轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。當(dāng)負(fù)載電阻接250時(shí)信號(hào)電壓為15V，當(dāng)負(fù)載電阻切換成50時(shí)信號(hào)電壓為0.21V。變送器的調(diào)試：1. 先將變送器安接線圖正確接線。2. 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5。3. 調(diào)整步驟：（1）將壓力液位變送器裝于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上通電預(yù)熱15分鐘后，再進(jìn)行調(diào)整。（2）將變送器施加下

6、限值壓力，調(diào)整零位調(diào)節(jié)電位器使其輸出為4mA（接250負(fù)載電阻后為1V）。（3）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250負(fù)載電阻后為5V）。（4）反復(fù)b、c兩個(gè)步驟，直到使變送器輸出達(dá)到規(guī)定的要求。（5）旋緊變送器后蓋。圖5 變送器2、控制器：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(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)調(diào)節(jié)器來保持一個(gè)參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所要求的高度。一般言之，用比例調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個(gè)有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會(huì)影響到余差的大小，而且

7、也與系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分調(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)，Ti調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動(dòng)態(tài)性能。比例積分微分調(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(dòng)態(tài)性能。在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖5中的曲線、所示。 圖5 P、PI和PID調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線根據(jù)要求此系統(tǒng)要通過MCGS監(jiān)控軟件來控制水箱的液位。大致可以分成以下幾個(gè)部分：1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)使用MCGS工程組態(tài)軟件創(chuàng)建液位控制系統(tǒng)。并利用計(jì)算機(jī)對(duì)其進(jìn)行液位控制以及數(shù)據(jù)和曲線的讀取。2）傳感器檢測(cè)單元對(duì)水箱底部進(jìn)行壓力檢測(cè)，通過

8、通訊線將所測(cè)的模擬量輸送的實(shí)驗(yàn)臺(tái)的壓力變送器。3）ICP-7017遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊將壓力變送器的模擬信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號(hào)，然后通過通訊線將數(shù)字信號(hào)傳給計(jì)算機(jī)。8通道模擬量輸入模塊。表1 為ICP-7017的技術(shù)指標(biāo)。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。4）ICP-7024遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊將計(jì)算機(jī)傳送過來的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，并控制水箱液位控制系統(tǒng)的電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。4通道模擬量輸出模塊。表2 為ICP-7017的技術(shù)指標(biāo)。ICP-7024模塊24V供電，提供了4通道的輸出端口。每

9、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 表2 型號(hào) 功能 I-7107 模擬量輸入分辨率16bit輸入通道8路差動(dòng)采樣率10Hz電壓輸入+/-150mV+/-500mV+/-1mV+/-5V+/-10V電流輸入+/-20mA 型號(hào) 功能 I-7024 模擬量輸出分辨率14bit輸出通道4路差動(dòng)電壓輸出+/-10V+/-5V010V05V電流輸出020mA420mA 調(diào)試過程將各個(gè)裝置安裝好后，接好線進(jìn)行調(diào)試實(shí)驗(yàn)，所得曲線圖如下：程序清單：啟動(dòng)腳本程序：!setdevice(7024,1, )!setdevice(7017,1, )Qp=0Qi=0Qd=0OPA=0sv

10、=0pvx=0run=0!SetWindow(實(shí)時(shí)曲線,2)退出腳本程序：!setdevice(7024,2, )!setdevice(7017,2, )Qp=0Qi=0Qd=0OPA=0sv=0pvx=0run=0!SetWindow(實(shí)時(shí)曲線,3)循環(huán)腳本程序：水箱PV=(pv1-1000)*0.02if 水箱PV38 then水箱PV=38endif水箱SV=svAOch0=(OPA+25)/6.25if run=0 thenQp=0Qi=0Qd=0pvx=0endif if run=1 thenei=sv-(pv1-1000)*0.02if k=0 and Ti=0 and Td=0

11、thenQp=0Qi=0Qd=0endifif k0 and Ti0 thenQp=k*eimx=k*0.2*ei/TiQd=k*Td*(pvx-pv1)*0.02)/0.2endifif k=0 thenQp=0mx=0.2*ei/TiQd=Td*(pvx-pv1)*0.02)/0.2endifif Ti=0 thenQp=k*eiQi=0mx=0Qd=k*Td*(pvx-pv1)*0.02)/0.2endifif mx5 thenmx=5endifif mx0 and OPA=100 thenQi=QielseQi=Qi+mxendifif ei0 and OPA=0 thenQi=Qie

12、lseQi=Qi+mxendifpvx=pv1OPA=Qp+Qi+Qdif OPA100 thenOPA=100endifendif經(jīng)過實(shí)驗(yàn)所得曲線圖如下： 其中設(shè)定值SV：10.0cm，測(cè)量值PV：10.0cm，輸出值OP：12.2%，比例系數(shù)K：10.0，積分系數(shù)Ti：95.0。由以上參數(shù)可得到以下曲線。工程訓(xùn)練心得：在此次實(shí)訓(xùn)中，通過對(duì)水箱液位的控制進(jìn)行調(diào)試，使自己對(duì)于過程控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解。并對(duì)在實(shí)驗(yàn)中的使用的一些傳感器有了新的認(rèn)識(shí)。工程訓(xùn)練是對(duì)課程學(xué)習(xí)的總結(jié)，培養(yǎng)我們運(yùn)用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識(shí)和基本技能去分析、解決實(shí)際問題的能力。通過此次工程訓(xùn)練，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)能力以及掌握了用所學(xué)知識(shí)解決工程實(shí)際問題的方法。我們面臨著就業(yè)的壓力，所以我們應(yīng)注重實(shí)際能力的培養(yǎng)，把課堂上所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際工作中去，這是我們學(xué)習(xí)的最終目的。訓(xùn)練時(shí)間雖然只有短短兩個(gè)