水箱液位控制過程控制2

1、系統(tǒng)綜合訓(xùn)練報告課題名稱 過程控制系統(tǒng) 專業(yè)班級 姓 名 學(xué) 號 指導(dǎo)教師 2007年 3 月 12 日目 錄前言.2系統(tǒng)概述.3檢測裝置.5控制器.7系統(tǒng)調(diào)試.11程序清單.11實習(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)的知識運用到實際中，是我們走出校門進(jìn)入社會的一大障礙。所以學(xué)校組織本次為期兩周的工程實訓(xùn)，讓我們在對各種設(shè)備的實際運行中理解所學(xué)的知識。本次的實訓(xùn)對象是鍋爐水箱的過程控制系統(tǒng)。在對設(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。隨著計算機控制裝置在控制儀表基礎(chǔ)上的發(fā)展，自動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)效益和勞動生產(chǎn)效率、改善勞動條件、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。此次實驗

3、裝置為AE2000B2型高級過程控制實驗裝置。其對象系統(tǒng)包含有：上、中、下三個儲水箱；單相1.5KW電加熱鍋爐。系統(tǒng)動力支路分為兩路組成：一路由西山增壓水泵、電動調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成；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切換閥組成。水泵從水槽中抽水，由渦輪流量計測試水流流量，水箱壓力傳感器測量水位，并反饋給系統(tǒng)，系統(tǒng)則調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥控制流量的大?。凰晒艿懒魅胨浜?，最后進(jìn)入鍋爐中，電壓調(diào)節(jié)電路實現(xiàn)對電加熱管的控制，以此來調(diào)節(jié)水的溫度。通過溫度變送傳感器，將水溫實時溫度傳到控制中心，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)圖由于時間原因，我選擇的是針對上水箱液位控制進(jìn)行實驗。訓(xùn)練的內(nèi)容就是對水箱的液位進(jìn)行控制。通過渦輪流量計對水流流量的測試和水箱壓力傳感器將信號反饋回系統(tǒng)，系統(tǒng)通過調(diào)節(jié)電動調(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 檢測裝置實驗對象的檢測裝置包括：擴散硅壓力液位傳感器。用來檢測水箱液位。1、擴散硅壓力液位變送器工作原理：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)

5、關(guān)系的420mA標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號。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，通過負(fù)載電阻250/50轉(zhuǎn)換成電壓信號。當(dāng)負(fù)載電阻接250時信號電壓為15V，當(dāng)負(fù)載電阻切換成50時信號電壓為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驗臺上通電預(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)是一個有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會影響到余差的大小，而且

7、也與系統(tǒng)的動態(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部分：1）計算機系統(tǒng)使用MCGS工程組態(tài)軟件創(chuàng)建液位控制系統(tǒng)。并利用計算機對其進(jìn)行液位控制以及數(shù)據(jù)和曲線的讀取。2）傳感器檢測單元對水箱底部進(jìn)行壓力檢測，通過

8、通訊線將所測的模擬量輸送的實驗臺的壓力變送器。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進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號，然后通過通訊線將數(shù)字信號傳給計算機。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算機傳送過來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，并控制水箱液位控制系統(tǒng)的電動調(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 功能 I-7107 模擬量輸入分辨率16bit輸入通道8路差動采樣率10Hz電壓輸入+/-150mV+/-500mV+/-1mV+/-5V+/-10V電流輸入+/-20mA 型號 功能 I-7024 模擬量輸出分辨率14bit輸出通道4路差動電壓輸出+/-10V+/-5V010V05V電流輸出020mA420mA 調(diào)試過程將各個裝置安裝好后，接好線進(jìn)行調(diào)試實驗，所得曲線圖如下：程序清單：啟動腳本程序：!setdevice(7024,1, )!setdevice(7017,1, )Qp=0Qi=0Qd=0OPA=0sv

10、=0pvx=0run=0!SetWindow(實時曲線,2)退出腳本程序：!setdevice(7024,2, )!setdevice(7017,2, )Qp=0Qi=0Qd=0OPA=0sv=0pvx=0run=0!SetWindow(實時曲線,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)過實驗所得曲線圖如下： 其中設(shè)定值SV：10.0cm，測量值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：在此次實訓(xùn)中，通過對水箱液位的控制進(jìn)行調(diào)試，使自己對于過程控制系統(tǒng)有了進(jìn)一步的了解。并對在實驗中的使用的一些傳感器有了新的認(rèn)識。工程訓(xùn)練是對課程學(xué)習(xí)的總結(jié)，培養(yǎng)我們運用所學(xué)的基礎(chǔ)理論，基本知識和基本技能去分析、解決實際問題的能力。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)知識解決工程實際問題的方法。我們面臨著就業(yè)的壓力，所以我們應(yīng)注重實際能力的培養(yǎng)，把課堂上所學(xué)的知識應(yīng)用到實際工作中去，這是我們學(xué)習(xí)的最終目的。訓(xùn)練時間雖然只有短短兩個