过程控制综合实习

1、一、实习环境描述1.变频器：装置中采用了松下F0系列变频器，三相220VAC变频输出用来驱动三相磁力驱动泵,控制信号输入:420mADC或05VDC,供电：单相220VAC。2.调节阀：本装置采用的电动调节阀是由是Honeywell的ML7420A6033型电动阀门执行器和三通线性阀门组成。其执行器采用智能直行程调节，根据控制的信号变化，来调节执行器的行程，从而调节三通线性阀门的开度，进而对控制回路的流量进行调节；具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、使用和校正非常方便等优点；工作时需提供24V交流电源（此电压由变压器提供） ，轴杆推力

2、：600N ，执行器行程：20mm ，输入信号 :0-10Vdc或2-10Vdc ；本装置中的执行器已被设置为输入信号为2-10Vdc，由于从实验控制台输出的信号为420mADC,故接到执行器的信号线两端加500欧的电阻。其三通线性阀门的直径为20mm。3.液位变送器：装置中采用了两个压力/液位变送器，其中二个压力/液位变送器分别用来对两个水箱的液位进行检测，也可作为各水箱的压力检测，其量程：05KP，即050cm，精度：0.5级，输出：420mADC，供电：24VDC，接线方式：二线制；采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。且其零点和

3、量程调节都出厂之前已调试好。4.温度变送器：装置中采用了一个Pt100铂热电阻温度传感器，用来检测锅炉内胆的水温。经过控制台中的温度变送器，可将温度信号转换成420mA直流电流信号。 温度变送器的量程：0+100，精度：0.5级，输出：420mADC，供电：24VDC，接线方式：二线制。Pt100传感器精度高，热补偿性较好。5.流量变送器：装置中采用的是涡轮流量计，是用来对变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。其量程：01200L/h，精度：1.0%，输出：420mADC，供电：24VDC，接线方式：二线制。6.水箱：包括上水箱、下水箱和储水箱。水箱是透明的，便于学生直接观察液位的变

4、化和记录结果。水箱底部均接有压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。包括上下水箱、储水箱。有两个上水箱，一个下水箱，它们均采用淡黄色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上下水箱尺寸为：D=22cm，H=30cm；水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。上下水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、下水箱可以组合成一阶、二阶单回路液位控制系统和双闭环

5、串级控制系统。储水箱为不锈钢储水体，尺寸为：长宽高=60cm3540。并在两侧各与一水泵相连，为整个系统储水和供水，内有独特的结构设计和不锈钢过滤网，拆洗维护方便，以防杂物进入水泵和管道。7.锅炉内胆：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（有机玻璃夹套），可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。8.PWM调压：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出

6、平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。二、变送器的输入输出特性测试1.液位变送器液位（cm）04812162023.5信号（mA）4.335.496.778.059.2810.5111.65量程为：049.3cm2.温度变送器温度（）20.621.222.623.024.125.026.0信号(mA）7.137.247.457.527.697.848.00温度（）27.028.029.030.031.032.033.0信号（mA）8.168.308.458.628.278.929.07量程为：3.5490.743.流量变送器流量

7、（L/h）122240292520620信号（V）1.481.952.163.053.48流量（L/h）710780825900970信号（V）3.844.134.294.64.88量程为：1.481006.73H/h三、单回路集成1.框图：2.FB41模块：SFB/FB CONT_C (连续控制器)在SIMATIC S7可编程逻辑控制器上使用，通过持续的输入和输出变量来控制工艺过程。在参数分配期间，可以通过激活或取消激活PID控制器的子功能使控制器适应过程的需要。使用参数分配工具可以轻松完成分配(菜单路径：开始 Simatic Step7 分配PID控制参数)。开始 Simatic Step

8、7 分配PID控制(英文)中提供了在线电子手册。应用可以使用该控制器作为PID固定设定值控制器或在多循环控制中作为层叠、混料或比率控制器。该控制器的功能基于使用模拟信号的采样控制器的PID控制算法，必要时可以通过加入脉冲发生器阶段进行扩展，为使用成比例执行机构的两个或三个步骤控制器生成脉冲持续时间调制输出信号。注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断OB (OB30至OB38)中调用控制块。在CYCLE参数中输入采样时间。描述除了设定值和过程值分支中的功能，SFB/FB还通过持续操作变量输出和手动影响操作值的选项实现了完整的PID控制器。 下文提供

9、了对这些子功能的详细说明：设定值分支以浮点格式在SP_INT输入键入设定值。过程变量分支可以外设(I/O)或以浮点格式输入过程变量。CRP_IN功能根据以下公式将PV_PER外设值转换为介于 -100和 +100 %间的浮点格式值：PV_NORM功能根据以下公式统一CRP_IN输出的格式：PV_NORM的输出 = (CPR_IN的输出) * PV_FAC + PV_OFFPV_FAC的默认值为1，PV_OFF的默认值为0。出错信号设定值和过程变量间的差异就是出错信号。为消除由于操作变量量化导致的小幅恒定振荡(例如，在使用PULSEGEN进行脉宽调制时)，将死区应用于出错信号(DEADBAND)

10、。如果DEADB_W = 0，将关闭死区。PID算法PID算法用于定位计算。比例、积分(INT)和微分(DIF)操作以并联方式连接，因而可以分别激活或取消激活。这使对P、PI、PD和PID控制器进行组态成为可能。还可以对纯I和D控制器进行组态。手动值可以在手动和自动模式间进行切换。在手动模式下，使用手动选择的值更正操作变量。积分器(INT)内部设置为LMN - LMN_P - DISV，微分单元(DIF)设置为0并在内部进行匹配。这意味着切换到自动模式不会导致操作值发生任何突变。操作值使用LMNLIMIT功能可以将操作值限制为所选择的值。输入变量超过限制时，信号位会给予指示。LMN_NORM功

11、能根据以下公式统一LMNLIMIT输出的格式：LMN = (LMNLIMIT的输出) * LMN_FAC + LMN_OFFLMN_FAC的默认值为1，LMN_OFF的默认值为0。也可以得到外设格式的操作值。CPR_OUT功能根据以下公式将浮点值LMN转换为外设值：前馈控制可以在DISV输入前馈干扰变量。初始化SFB 41 CONT_C有一个在输入参数COM_RST = TRUE时自动运行的初始化程序。在初始化过程中，将把积分器内部设置为初始化值I_ITVAL。以周期性中断优先级调用它时，它会从此值开始继续工作。将所有其它输出设置为它们各自的默认值。故障信息不使用出错输出参数RET_VAL。C

12、ONT_C方框图输入参数下表包含对SFB 41/FB 41 CONT_C输入参数的说明。参数数据类型取值范围：默认描述COM_RSTBOOLFALSECOMPLETE RESTART该块有一个在设置输入COM_RST时自动执行的初始化程序。MAN_ONBOOLTRUEMANUAL VALUE ON如果设置输入启用手动值，将中断控制回路。手动值作为操作值进行设置。PVPER_ONBOOLFALSEPROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON如果从I/O读取过程变量，必须将输入PV_PER连接到I/O，且必须设置输入启用过程变量外设。P_SELBOOLTRUEPROPORTIONA

13、L ACTION ON可以在PID算法中单独激活或取消激活PID操作。如果设置输入启用比例作用，将启用P操作。I_SELBOOLTRUEINTEGRAL ACTION ON可以在PID算法中单独激活或取消激活PID操作。如果设置输入启用积分作用，将启用I操作。INT_HOLDBOOLFALSEINTEGRAL ACTION HOLD设置输入积分作用暂停可以冻结积分器的输出。I_ITL_ONBOOLFALSEINITIALIZATION OF THE INTEGRAL ACTION ON设置输入积分作用初始化打开可以将积分器的输出连接到输入I_ITL_VAL。D_SELBOOLFALSEDERI

14、VATIVE ACTION ON可以在PID算法中单独激活或取消激活PID操作。如果设置输入启用微分作用，将启用D操作。CYCLETIME= 1毫秒T#1sSAMPLING TIME块调用之间的时间必须为常数。采样时间输入指定块调用之间的时间。SP_INTREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值 1)0.0INTERNAL SETPOINT内部设定值输入用于指定设定值。PV_INREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值1)0.0PROCESS VARIABLE IN可以在过程变量输入输入设置初始化值，也可以连接浮点格式的外部过程变量。PV_PERWORDW#16#000

15、0PROCESS VARIABLE PERIPHERAL将I/O格式的过程变量连接到过程变量外设输入处的控制器。MANREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值2)0.0MANUAL VALUE手动值输入用于通过操作员界面功能设置手动值。GAINREAL2.0PROPORTIONAL GAIN比例值输入指定控制器增益。TITIME= CYCLET#20sRESET TIME复位时间输入决定积分器的时间响应。TDTIME= CYCLET#10sDERIVATIVE TIME微分时间输入决定微分单元的时间响应。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时间延迟输入分配的时间延迟。DEADB_WREAL= 0.0 (%)或物理值1)0.0DEAD BAND WIDTH将死区应用于出错。死区带宽输入决定死区的大小。LMN_HLMREALLMN_LLM .100.0 (%)或物理值2)100.0MANIPULATED VALUE HIGH LIMIT操作值始终受上限和下限的限制。操作值上限输入指定上限。LMN_LLMREAL-100.0. LMN_HLM (%)或物理值2)0.0MANIPULATED VALUE LOW LIMIT操作值始终受上限和下限的限制。操作值下限输入指定

17、下限。PV_FACREAL1.0PROCESS VARIABLE FACTOR过程变量因子输入与过程变量相乘。该输入用于调整过程变量范围。PV_OFFREAL0.0PROCESS VARIABLE OFFSET将过程变量偏移量输入与过程变量相加。该输入用于调整过程变量范围。LMN_FACREAL1.0MANIPULATED VALUE FACTOR将操作值因子输入与操作值相乘。该输入用于调整操作值范围。LMN_OFFREAL0.0MANIPULATED VALUE OFFSET将操作值偏移量与操作值相加。该输入用于调整操作值范围。I_ITLVALREAL-100.0至 +100.0 (%)或物

18、理值2)0.0INITIALIZATION VALUE OF THE INTEGRAL ACTION可以在输入I_ITL_ON设置积分器的输出。将初始化值应用于输入积分作用的初始化值。DISVREAL-100.0至 +100.0 (%)或物理值2)0.0DISTURBANCE VARIABLE为进行前馈控制，将干扰变量连接到输入干扰变量。1) 同一单元中设定值和过程变量分支中的参数2) 同一单元中操作值分支中的参数输出参数下表包含对SFB 41/FB41 CONT_C输出参数的说明。参数数据类型取值范围：默认描述LMNREAL0.0MANIPULATED VALUE有效的操作值为操作值输出处的

19、浮点格式输出。LMN_PERWORDW#16#0000MANIPULATED VALUE PERIPHERAL将I/O格式的操作值连接到操作值外设输出的控制器。QLMN_HLMBOOLFALSEHIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED操作值始终受上限和下限的限制。如果输出为达到操作值上限，则表明已超过上限。QLMN_LLMBOOLFALSELOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED操作值始终受上限和下限的限制。如果输出为达到操作值下限，则表明已超过下限。LMN_PREAL0.0PROPORTIONAL COMPONENT比

20、例组件输出包含操作变量的比例组件。LMN_IREAL0.0INTEGRAL COMPONENT积分组件输出包含操作值的积分组件。LMN_DREAL0.0DERIVATIVE COMPONENT微分组件输出包含操作值的微分组件。PVREAL0.0PROCESS VARIABLE有效过程变量为过程变量输出处的输出。ERREAL0.0ERROR SIGNAL有效出错为出错信号输出处的输出。3.变量表参数（1）液位变量表DB41.DBX 0.1是手动自动转换 DB41.DBD 20 是比例值DB41.DBD 24 是积分时间常数 DB41.DBD 28 是微分时间常数DB41.DBD 9 是采样周期

21、DB41.DBD 44 是最低下限值DB41.DBD 16 是初值（2）流量变量表DB41.DBX 0.1是手动自动转换 DB41.DBD 20 是比例值DB41.DBD 24 是积分时间常数 DB41.DBD 28 是微分时间常数DB41.DBD 9 是采样周期 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.阶跃响应曲线：(1)液位（2）流量7.外部接线图：变频器单容液位控制实验接线图变频器流量控制实验接线图四、液位-流量串级控制系统1.框图：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