过程控制系统系统综合训练报告-锅炉内胆水温控制

湖南工程学院系统综合训练报告课题名称 过程控制系统 专业班级 姓 名 学 号 指导教师 2007年 3 月 19 日目录一 过程控制系统概述2二 工程实训内容3三 锅炉水温控制系统简介8四 调试过程9五 心得体会10电气与信息工程系课程设计评分表1112一 过程控制系统概述随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、物位、压力和成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”系统。过程控制不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且已成为新建的规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。随着计算机控制装置在控制仪表基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态软件控制系统、计算机DDC控制系统、PLC控制系统、DCS分布式集散控制系统、FCS现场总线控制系统等。在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等起到越来越大的作用。二 工程实训内容我们本次工程实训的任务就是通过锅炉内胆水温控制系统调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。一、系统组成“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”由过程控制实验对象系统、智能仪表控制台及上位监控PC机三部分组成。1过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。系统动力系统有两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计等组成;另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。2对象系统中的各类检测变送及执行装置(1) 扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；(2) 涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；(3) Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；(4) 控制模块：包含三相可控硅移相调压装置、电磁阀、电动调节阀、三菱变频器各一个；(5) 接触器位式控制装置、三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵。3. 直接数字控制系统自动化技术是当今举世瞩目的高技术之一，也是今后实现工业高度自动化重点要发展的一个高科技领域。现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展最为迅速的两个分支，计算机控制技术是这两个分支相结合的产物，是工业自动化的重要支柱。计算机控制可分为集中控制、分布式控制和直接数字控制等。直接数字控制（DDC）系统是用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法（如PID、内回流等）计算出控制量，并通过输出通道，直接作用在执行机构上，实现对整个生产、实验过程的闭环控制，通常它有几十个控制回路。实验过程中的各种物理量（如温度、压力、流量、液位等），由一次仪表（如温度变送器、压力变送器等）测量放大，统一变换为420mA（或1-5V）信号，通过ICP7017模数转换，作为DDC的输入， 计算机按照预定的控制程序，对被测量进行必要的处理、分析和比较，并按一定的规律（如PID控制规律）进行运算，从而得出控制量的改变值，输出到ICP7024数模转换直接控制执行机构。ICP7017是带通讯功能的AD采集卡，ICP7024是带通讯功能的DA输出卡。作为工控机AD采集卡的延伸产品在工控领域得到了广泛的应用。4. ICP7017模块的功能介绍ICP7017模块：8通道模拟量输入模块。工作电源：直流24V输入类型：电压、电流。输入范围：150150mv,-500500mv,-11v,-55v,-1010v,-220mA通讯方式：485通讯任一通道接线图：ICP7017模块外部接线图：图1-2 ICP7017某一通道接线图图1-3 ICP7017接线图ICP7024模块：4路电压型模拟量输出，4路电流型模拟量输出。工作电源：直流24V电流输出范围：020mA,420mA电压输出范围：-10v10v,010v,-55v,05v通讯方式：485通讯ICP7024模块外部接线图：任一通道接线方式：图1-4 ICP7024接线图图1-5 ICP7024接线图5. 控制系统的连线 将三相电源的输出端U、V、W对应接到SCR移相调压器的输入端U、V、W ，三相SCR移相调压器的输出端U0、V0、W0接到三相电加热管输入端U0、V0、W0，变频器输出端A、B、C对应接到三相磁力泵（220V）的A、B、C端。内胆温度TT1铂电阻的1a、1b、1c端对应接到7033输入模块的第一通道的E1、S1、C1端，7024模块第一输出通道A/O的正端接到24V开关电源的正端，将7024模块第一输出通道A/O的负端接到三相电加热管420mA输入正端，三相电加热管420mA输入负端接到24V开关电源的负端。用通信电缆连接到7033、7024的485通讯接口，再通过485/232转换器连接到计算机的COM2口上。二、上位机工控组态软件介绍本装置既可配置MCGS工控组态软件。MCGS组态软件是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/NT/2000等操作系统。组态软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。三、系统主要特点1.被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数 2.执行器中既有电动调节阀仪表类执行机构，又有变频器、晶闸管移相调控等电力拖动类执行器3.系统除了改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动4.一个被调参数可用不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣5.能进行多变量控制系统及特定过程控制系统实验6.各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以控制7.实验数据及图表在MCGS软件系统中很容易存储及调用，以便实验者进行实验后的比较和分析三 锅炉水温控制系统简介本次工程实训我们重点了解了THJ-2型过程控制装置。本系统采用铂电阻Pt100做为温度传感器。铂电阻Pt100在温度为0cI=时输出的阻值为100fl，温度为100cI=时输出的阻值为13850fl。在0100cI=之间线性变化时输出的阻值也在10013850Q之间几乎线性变化，能够很好地满足系统的要求。由铂电阻Ptl00测量到的电阻信号在输入AD口之前，必须经过信号调理电路转换成标准电压信号，信号调理电路如图2所示。温度检测元件P100输出的信号经调理之后产生05V的电压信号，需要转换成计算机能处理的数字量，采用ADC0809将模拟信号转换成数字信号。ADC0809是8位AD转换芯片，它是采用逐次逼近的方法完成AD转换的。ADC0809由单一+5V电源供电；片内带有锁存功能的8路模拟多路开关，可对8路05V的输入模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需100s，分辨率为04，可以满足温度控制系统的精度要求。 本系统被控对象是为锅炉加热的1KW电加热管，被控制量是锅炉内胆的水温T，通过温度检测与变送器将检测的水温信号转化为电流信号，再A/D转换将模拟信号转换为数字信号后，通过串行总线将信号输入计算机，在MCGS组态环境下，根据控制要求，将信号经过PID整定后，通过D/A转换将计算机的数字信号转换为420mA的电流模拟信号控制三相SCR调压装置输出电压，达到对加热管电压大小调节，从而达到控制锅炉内胆水温的作用。锅炉内胆温度控制系统的任务是控制锅炉内胆温度等于给定值。控制框图如图所示。 锅炉内胆温度控制系统框图四 调试过程锅炉内胆水温控制系统使用水泵给锅炉加水，通过对调节阀1的控制，调节进水量。为了防止锅炉水满溢出，有一个自然出水口1。调节阀2控制输出的热水量。电压调节电路实现对电加热管的控制，以此来调节水的温度。通过温度变送传感器，将水温实时温度传到控制中心，从而形成闭环控制来调节锅炉内水的温度。然后进入MCGS单容水箱液位控制系统操作界面，打开水阀检查通路连通，开启控制面板电源打开电动阀电源，这时就有水进入水箱。将输出值设定为50。调整P、I、D值，观察曲线走向绿色曲线无限接近红色曲线说明系统稳定。控制曲线如下