過程控制綜合實(shí)習(xí)

1、一、實(shí)習(xí)環(huán)境描述1.變頻器：裝置中采用了松下F0系列變頻器，三相220VAC變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵,控制信號輸入:420mADC或05VDC,供電：單相220VAC。2.調(diào)節(jié)閥：本裝置采用的電動調(diào)節(jié)閥是由是Honeywell的ML7420A6033型電動閥門執(zhí)行器和三通線性閥門組成。其執(zhí)行器采用智能直行程調(diào)節(jié)，根據(jù)控制的信號變化，來調(diào)節(jié)執(zhí)行器的行程，從而調(diào)節(jié)三通線性閥門的開度，進(jìn)而對控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)；具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、使用和校正非常方便等優(yōu)點(diǎn)；工作時需提供24V交流電源（此電壓由變壓器提供） ，軸桿推力

2、：600N ，執(zhí)行器行程：20mm ，輸入信號 :0-10Vdc或2-10Vdc ；本裝置中的執(zhí)行器已被設(shè)置為輸入信號為2-10Vdc，由于從實(shí)驗(yàn)控制臺輸出的信號為420mADC,故接到執(zhí)行器的信號線兩端加500歐的電阻。其三通線性閥門的直徑為20mm。3.液位變送器：裝置中采用了兩個壓力/液位變送器，其中二個壓力/液位變送器分別用來對兩個水箱的液位進(jìn)行檢測，也可作為各水箱的壓力檢測，其量程：05KP，即050cm，精度：0.5級，輸出：420mADC，供電：24VDC，接線方式：二線制；采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。且其零點(diǎn)和

3、量程調(diào)節(jié)都出廠之前已調(diào)試好。4.溫度變送器：裝置中采用了一個Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，用來檢測鍋爐內(nèi)膽的水溫。經(jīng)過控制臺中的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成420mA直流電流信號。 溫度變送器的量程：0+100，精度：0.5級，輸出：420mADC，供電：24VDC，接線方式：二線制。Pt100傳感器精度高，熱補(bǔ)償性較好。5.流量變送器：裝置中采用的是渦輪流量計(jì)，是用來對變頻器控制的動力支路及盤管出口處的流量進(jìn)行檢測。其量程：01200L/h，精度：1.0%，輸出：420mADC，供電：24VDC，接線方式：二線制。6.水箱：包括上水箱、下水箱和儲水箱。水箱是透明的，便于學(xué)生直接觀察液位的變

4、化和記錄結(jié)果。水箱底部均接有壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測和變送。包括上下水箱、儲水箱。有兩個上水箱，一個下水箱，它們均采用淡黃色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上下水箱尺寸為：D=22cm，H=30cm；水箱結(jié)構(gòu)獨(dú)特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進(jìn)水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。上下水箱底部均接有擴(kuò)散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測和變送。上、下水箱可以組合成一階、二階單回路液位控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)

5、串級控制系統(tǒng)。儲水箱為不銹鋼儲水體，尺寸為：長寬高=60cm3540。并在兩側(cè)各與一水泵相連，為整個系統(tǒng)儲水和供水，內(nèi)有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和不銹鋼過濾網(wǎng)，拆洗維護(hù)方便，以防雜物進(jìn)入水泵和管道。7.鍋爐內(nèi)膽：是利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（有機(jī)玻璃夾套），可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。做溫度實(shí)驗(yàn)時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。8.PWM調(diào)壓：控制方式就是對逆變電路開關(guān)器件的通斷進(jìn)行控制，使輸出端得到一系列幅值相等的脈沖，用這些脈沖來代替正弦波或所需要的波形。也就是在輸出波形的半個周期中產(chǎn)生多個脈沖，使各脈沖的等值電壓為正弦波形，所獲得的輸出

6、平滑且低次諧波少。按一定的規(guī)則對各脈沖的寬度進(jìn)行調(diào)制，即可改變逆變電路輸出電壓的大小，也可改變輸出頻率。二、變送器的輸入輸出特性測試1.液位變送器液位（cm）04812162023.5信號（mA）4.335.496.778.059.2810.5111.65量程為：049.3cm2.溫度變送器溫度（）20.621.222.623.024.125.026.0信號(mA）7.137.247.457.527.697.848.00溫度（）27.028.029.030.031.032.033.0信號（mA）8.168.308.458.628.278.929.07量程為：3.5490.743.流量變送器流量

7、（L/h）122240292520620信號（V）1.481.952.163.053.48流量（L/h）710780825900970信號（V）3.844.134.294.64.88量程為：1.481006.73H/h三、單回路集成1.框圖：2.FB41模塊：SFB/FB CONT_C (連續(xù)控制器)在SIMATIC S7可編程邏輯控制器上使用，通過持續(xù)的輸入和輸出變量來控制工藝過程。在參數(shù)分配期間，可以通過激活或取消激活PID控制器的子功能使控制器適應(yīng)過程的需要。使用參數(shù)分配工具可以輕松完成分配(菜單路徑：開始 Simatic Step7 分配PID控制參數(shù))。開始 Simatic Step

8、7 分配PID控制(英文)中提供了在線電子手冊。應(yīng)用可以使用該控制器作為PID固定設(shè)定值控制器或在多循環(huán)控制中作為層疊、混料或比率控制器。該控制器的功能基于使用模擬信號的采樣控制器的PID控制算法，必要時可以通過加入脈沖發(fā)生器階段進(jìn)行擴(kuò)展，為使用成比例執(zhí)行機(jī)構(gòu)的兩個或三個步驟控制器生成脈沖持續(xù)時間調(diào)制輸出信號。注意只有在以固定時間間隔調(diào)用塊時，在控制塊中計(jì)算的值才是正確的。為此，應(yīng)該在周期性中斷OB (OB30至OB38)中調(diào)用控制塊。在CYCLE參數(shù)中輸入采樣時間。描述除了設(shè)定值和過程值分支中的功能，SFB/FB還通過持續(xù)操作變量輸出和手動影響操作值的選項(xiàng)實(shí)現(xiàn)了完整的PID控制器。 下文提供

9、了對這些子功能的詳細(xì)說明：設(shè)定值分支以浮點(diǎn)格式在SP_INT輸入鍵入設(shè)定值。過程變量分支可以外設(shè)(I/O)或以浮點(diǎn)格式輸入過程變量。CRP_IN功能根據(jù)以下公式將PV_PER外設(shè)值轉(zhuǎn)換為介于 -100和 +100 %間的浮點(diǎn)格式值：PV_NORM功能根據(jù)以下公式統(tǒng)一CRP_IN輸出的格式：PV_NORM的輸出 = (CPR_IN的輸出) * PV_FAC + PV_OFFPV_FAC的默認(rèn)值為1，PV_OFF的默認(rèn)值為0。出錯信號設(shè)定值和過程變量間的差異就是出錯信號。為消除由于操作變量量化導(dǎo)致的小幅恒定振蕩(例如，在使用PULSEGEN進(jìn)行脈寬調(diào)制時)，將死區(qū)應(yīng)用于出錯信號(DEADBAND)

10、。如果DEADB_W = 0，將關(guān)閉死區(qū)。PID算法PID算法用于定位計(jì)算。比例、積分(INT)和微分(DIF)操作以并聯(lián)方式連接，因而可以分別激活或取消激活。這使對P、PI、PD和PID控制器進(jìn)行組態(tài)成為可能。還可以對純I和D控制器進(jìn)行組態(tài)。手動值可以在手動和自動模式間進(jìn)行切換。在手動模式下，使用手動選擇的值更正操作變量。積分器(INT)內(nèi)部設(shè)置為LMN - LMN_P - DISV，微分單元(DIF)設(shè)置為0并在內(nèi)部進(jìn)行匹配。這意味著切換到自動模式不會導(dǎo)致操作值發(fā)生任何突變。操作值使用LMNLIMIT功能可以將操作值限制為所選擇的值。輸入變量超過限制時，信號位會給予指示。LMN_NORM功

11、能根據(jù)以下公式統(tǒng)一LMNLIMIT輸出的格式：LMN = (LMNLIMIT的輸出) * LMN_FAC + LMN_OFFLMN_FAC的默認(rèn)值為1，LMN_OFF的默認(rèn)值為0。也可以得到外設(shè)格式的操作值。CPR_OUT功能根據(jù)以下公式將浮點(diǎn)值LMN轉(zhuǎn)換為外設(shè)值：前饋控制可以在DISV輸入前饋干擾變量。初始化SFB 41 CONT_C有一個在輸入?yún)?shù)COM_RST = TRUE時自動運(yùn)行的初始化程序。在初始化過程中，將把積分器內(nèi)部設(shè)置為初始化值I_ITVAL。以周期性中斷優(yōu)先級調(diào)用它時，它會從此值開始繼續(xù)工作。將所有其它輸出設(shè)置為它們各自的默認(rèn)值。故障信息不使用出錯輸出參數(shù)RET_VAL。C

12、ONT_C方框圖輸入?yún)?shù)下表包含對SFB 41/FB 41 CONT_C輸入?yún)?shù)的說明。參數(shù)數(shù)據(jù)類型取值范圍：默認(rèn)描述COM_RSTBOOLFALSECOMPLETE RESTART該塊有一個在設(shè)置輸入COM_RST時自動執(zhí)行的初始化程序。MAN_ONBOOLTRUEMANUAL VALUE ON如果設(shè)置輸入啟用手動值，將中斷控制回路。手動值作為操作值進(jìn)行設(shè)置。PVPER_ONBOOLFALSEPROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON如果從I/O讀取過程變量，必須將輸入PV_PER連接到I/O，且必須設(shè)置輸入啟用過程變量外設(shè)。P_SELBOOLTRUEPROPORTIONA

13、L ACTION ON可以在PID算法中單獨(dú)激活或取消激活PID操作。如果設(shè)置輸入啟用比例作用，將啟用P操作。I_SELBOOLTRUEINTEGRAL ACTION ON可以在PID算法中單獨(dú)激活或取消激活PID操作。如果設(shè)置輸入啟用積分作用，將啟用I操作。INT_HOLDBOOLFALSEINTEGRAL ACTION HOLD設(shè)置輸入積分作用暫?？梢詢鼋Y(jié)積分器的輸出。I_ITL_ONBOOLFALSEINITIALIZATION OF THE INTEGRAL ACTION ON設(shè)置輸入積分作用初始化打開可以將積分器的輸出連接到輸入I_ITL_VAL。D_SELBOOLFALSEDERI

14、VATIVE ACTION ON可以在PID算法中單獨(dú)激活或取消激活PID操作。如果設(shè)置輸入啟用微分作用，將啟用D操作。CYCLETIME= 1毫秒T#1sSAMPLING TIME塊調(diào)用之間的時間必須為常數(shù)。采樣時間輸入指定塊調(diào)用之間的時間。SP_INTREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值 1)0.0INTERNAL SETPOINT內(nèi)部設(shè)定值輸入用于指定設(shè)定值。PV_INREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值1)0.0PROCESS VARIABLE IN可以在過程變量輸入輸入設(shè)置初始化值，也可以連接浮點(diǎn)格式的外部過程變量。PV_PERWORDW#16#000

15、0PROCESS VARIABLE PERIPHERAL將I/O格式的過程變量連接到過程變量外設(shè)輸入處的控制器。MANREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值2)0.0MANUAL VALUE手動值輸入用于通過操作員界面功能設(shè)置手動值。GAINREAL2.0PROPORTIONAL GAIN比例值輸入指定控制器增益。TITIME= CYCLET#20sRESET TIME復(fù)位時間輸入決定積分器的時間響應(yīng)。TDTIME= CYCLET#10sDERIVATIVE TIME微分時間輸入決定微分單元的時間響應(yīng)。TM_LAGTIME= CYCLE/2T#2sTIME LAG OF THE

16、DERIVATIVE ACTIOND操作的算法包括可以在微分作用的時間延遲輸入分配的時間延遲。DEADB_WREAL= 0.0 (%)或物理值1)0.0DEAD BAND WIDTH將死區(qū)應(yīng)用于出錯。死區(qū)帶寬輸入決定死區(qū)的大小。LMN_HLMREALLMN_LLM .100.0 (%)或物理值2)100.0MANIPULATED VALUE HIGH LIMIT操作值始終受上限和下限的限制。操作值上限輸入指定上限。LMN_LLMREAL-100.0. LMN_HLM (%)或物理值2)0.0MANIPULATED VALUE LOW LIMIT操作值始終受上限和下限的限制。操作值下限輸入指定

17、下限。PV_FACREAL1.0PROCESS VARIABLE FACTOR過程變量因子輸入與過程變量相乘。該輸入用于調(diào)整過程變量范圍。PV_OFFREAL0.0PROCESS VARIABLE OFFSET將過程變量偏移量輸入與過程變量相加。該輸入用于調(diào)整過程變量范圍。LMN_FACREAL1.0MANIPULATED VALUE FACTOR將操作值因子輸入與操作值相乘。該輸入用于調(diào)整操作值范圍。LMN_OFFREAL0.0MANIPULATED VALUE OFFSET將操作值偏移量與操作值相加。該輸入用于調(diào)整操作值范圍。I_ITLVALREAL-100.0至 +100.0 (%)或物

18、理值2)0.0INITIALIZATION VALUE OF THE INTEGRAL ACTION可以在輸入I_ITL_ON設(shè)置積分器的輸出。將初始化值應(yīng)用于輸入積分作用的初始化值。DISVREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值2)0.0DISTURBANCE VARIABLE為進(jìn)行前饋控制，將干擾變量連接到輸入干擾變量。1) 同一單元中設(shè)定值和過程變量分支中的參數(shù)2) 同一單元中操作值分支中的參數(shù)輸出參數(shù)下表包含對SFB 41/FB41 CONT_C輸出參數(shù)的說明。參數(shù)數(shù)據(jù)類型取值范圍：默認(rèn)描述LMNREAL0.0MANIPULATED VALUE有效的操作值為操作值輸出處的

19、浮點(diǎn)格式輸出。LMN_PERWORDW#16#0000MANIPULATED VALUE PERIPHERAL將I/O格式的操作值連接到操作值外設(shè)輸出的控制器。QLMN_HLMBOOLFALSEHIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED操作值始終受上限和下限的限制。如果輸出為達(dá)到操作值上限，則表明已超過上限。QLMN_LLMBOOLFALSELOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED操作值始終受上限和下限的限制。如果輸出為達(dá)到操作值下限，則表明已超過下限。LMN_PREAL0.0PROPORTIONAL COMPONENT比

20、例組件輸出包含操作變量的比例組件。LMN_IREAL0.0INTEGRAL COMPONENT積分組件輸出包含操作值的積分組件。LMN_DREAL0.0DERIVATIVE COMPONENT微分組件輸出包含操作值的微分組件。PVREAL0.0PROCESS VARIABLE有效過程變量為過程變量輸出處的輸出。ERREAL0.0ERROR SIGNAL有效出錯為出錯信號輸出處的輸出。3.變量表參數(shù)（1）液位變量表DB41.DBX 0.1是手動自動轉(zhuǎn)換 DB41.DBD 20 是比例值DB41.DBD 24 是積分時間常數(shù) DB41.DBD 28 是微分時間常數(shù)DB41.DBD 9 是采樣周期

21、DB41.DBD 44 是最低下限值DB41.DBD 16 是初值（2）流量變量表DB41.DBX 0.1是手動自動轉(zhuǎn)換 DB41.DBD 20 是比例值DB41.DBD 24 是積分時間常數(shù) DB41.DBD 28 是微分時間常數(shù)DB41.DBD 9 是采樣周期 DB41.DBD 44 是最低下限值DB41.DBD 16 是初值4.I/O地址：（DB41）PV_PERPIW752 LMN_PERPQW752 5.STL程序：（1）液位 CALL CONT_C , DB41 COM_RST := MAN_ON := PVPER_ON:= P_SEL := I_SEL := INT_HOLD:=

22、 I_ITL_ON:= D_SEL := CYCLE := SP_INT := PV_IN := PV_PER :=PIW752 MAN := GAIN := TI := TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM := LMN_LLM := PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN := LMN_PER :=PQW752 QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := NOP 0（2）流量CALL CONT

23、_C , DB41 COM_RST := MAN_ON := PVPER_ON:= P_SEL := I_SEL := INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL := CYCLE := SP_INT := PV_IN := PV_PER :=PIW752 MAN := GAIN := TI := TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM := LMN_LLM := PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN := LMN_PER :=PQW752 QLMN_HLM:=

24、 QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := NOP 06.階躍響應(yīng)曲線：(1)液位（2）流量7.外部接線圖：變頻器單容液位控制實(shí)驗(yàn)接線圖變頻器流量控制實(shí)驗(yàn)接線圖四、液位-流量串級控制系統(tǒng)1.框圖：2.STL程序CALL CONT_C , DB42 COM_RST := MAN_ON := PVPER_ON:= P_SEL := I_SEL := INT_HOLD:= I_ITL_ON:= D_SEL := CYCLE := SP_INT := PV_IN := PV_PER :=PIW752 MAN := GAIN := TI := TD := TM_LAG := DEADB_W := LMN_HLM := LMN_LLM := PV_FAC := PV_OFF := LMN_FAC := LMN_OFF := I_ITLVAL:= DISV := LMN := LMN_PER :=PQW752 QLMN_HLM:= QLMN_LLM:= LMN_P := LMN_I := LMN_D := PV := ER := NOP 0CALL CONT_C , DB41 COM_R