单容水箱资料

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4月1日目录前言…………………1一实训装置介绍……………………1二液位系统介绍……………………4三调试结果与调试说明…………114.1调试说明：………………114.2调试结果…………………12五．实训心得………133.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以上为“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”基型产品，上位机控制还有下列扩展系列：THJ-2型DCS分布式过程控制系统THJ-2型S7-300PLC过程控制系统THJ-2型三菱PLC过程控制系统THJ-2型远程数据采集过程控制系统THJE-1型以太网分布式过程控制系统THJE-2型嵌入式以太网分布式过程控制系统液位系统介绍由于工程实训只有短短的一周时间，所以实训期间重点了解了THJ-2型液位系统。液位是指密封容器或开口容器中液位的高低。在工业生产过程自动化中，需要对某些设备与容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测了解容器中的原料、半成品或成品的数量，以便调容器中输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节所需要的物料或进行经济核算；通过液位的测量，了解生产是否正常运行，以便及时监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。这次我们的工程实训是单容水箱液位的控制，PID调节被控参数的选择；在生产过程中，有的控制参数的选择是很明显的，如锅炉水位控制系统，控制参数只能选给水量。但是在有的生产过程中，可能有几个控制参数可供选择，着就需要通过分析比较不同的控制通道和不同的扰动通道对控制质量的影响而作出合理的选择。所以正确选择控制参数，就是正确选择控制通道的问题。这次贮槽液位控制系统选择水箱内的液位作为被控参数。从液位贮罐的生产过程来看，影响液位有两个量，一是流入贮槽的流量，二是流出贮槽的流量。调节这两个流量的大小都可以改变液位的高低，选择流入量为控制参数更合理一些。一个完整的过程控制系统包括：控制对象、检测装置、执行装置、控制器。被控参数贮槽液位控制系统选择水箱内的液位作为被控参数。（2）控制器一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。如上所述我们设计的水箱液位控制系统根据工艺要求，液位温度保持恒定，精度要求比较高，所以该系统要采用比例积分（PI）控制；由于水位控制系统滞后比较大，故必须采用比例微分（PD）控制。因此我们采用比例积分微分（PID）控制。它是一种较理想的控制规律，它在比例的基础上引入积分，可以消除余差，再加入微分作用，又能提高系统的稳定性。它适用于控制通道时间常数或容量滞后较大、控制要求较高的场合。如温度控制、成分控制等。贮槽液位控制系统是一个单回路的闭环控制系统，控制要求的精度较高，因此可采用PID控制规律。（3）电动执行器电动执行器是调节系统中的一个重要部分。它接收来自调节器的4~20mA的直流电流信号，并将其转换成相应的角位移或直行程位移，去操纵阀门、挡板等调节机构，以实现自动调节。电动执行器有角行程、直行程和多转式等类型。角行程电动执行机构以电动机为动力元件，将输入的直流电流信号转换为相应的角位移，这种执行机构适用于操纵蝶阀、挡板之类的旋转式调节阀。直行程执行机构接收输入的支流电流信号后，使电动机转动，然后经减速器减速并转换为直线位移输出，去操纵单座、双座、三通等各种调节阀和其他的直线式调节机构。多转式电动执行结构主要用来开启和关闭闸阀、截止阀等多转式阀门，由于它的电机功率比较大，最大的有几十千瓦，一般多用作就地操作和遥控。我们使用的执行器是：QSTP-16K智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：0~10mA/4~20mADC/0~5VDC/1~5VDC输入阻抗：250Ω/500Ω输出信号：4~20mADC输出最大负载：<500Ω信号断电时的阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0~100%间的任意值电源：220V±10%/50Hz（4）扩散硅压力液位变送器扩散硅压力液位变送器用来实现贮槽液位的测量和变送工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输V/A电压、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4~20mA标准电流输出信号。接线如图1所示。图1压力液位传感器接线图接线说明：传感器为二线制接法，它的端子位于中继管内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接红线，白线/蓝线接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接24V-。传感器输出4~20mA电流信号，通过负载电阻250/50Ω转换成电压信号。当负载电阻接250Ω时信号电压为1~5V，当负载电阻切换成50Ω时信号电压为0.2~1V。变送器的调试：先将变送器安接线图正确接线。旋开变送器后盖即可看到零点和满量程调节电位器，如图1.2-3。调整步骤：将压力液位变送器装于实验台上通电预热15分钟后，再进行调整。将变送器施加下限值压力，调整零位调节电位器使其输出为4mA（接250Ω负载电阻后为1V）。将变送器施加上限值压力，调整满度调节电位器使其输出为20mA（接250Ω负载电阻后为5V）。反复b、c两个步骤，直到使变送器输出达到规定的要求。（5）远程数据采集模块ICP-7017、ICP-7024面板控制台由喷塑钢板作为框架，以防火材料为桌面板，桌底装有滚动轮子和固定地盘，外观优美，耐用结实。在这次工程实训中我们用到远程数据采集模块ICP-7017、ICP-7024面板。1.ICP-70178通道模拟量输入模块。表1为ICP-7017的技术指标。面板如图2所示，ICP-7017模块24V供电，面板上提供了4通道的输入端口。每一通道根据功能表可输入允许范围的电压或电流。支持485通讯。表1图2ICP-7017面板图中，a：电源开关；b：RS485接口；c：ICP-7017模块；d：4通道的输入接口。2.ICP-70244通道模拟量输出模块。表2为ICP-7017的技术指标。表2面板如图3所示，亚当ICP-7024模块24V供电，提供了4通道的输出端口。每一通道根据功能表可输入允许范围的电压或电流。支持485通讯。图3ICP-7024面板图中，a：电源开关；b：RS485接口；c：ICP-7014模块；d：4通道的输出接口。该系统为单输入单输出过程控制系统，结构简单只采用了一个测量变送器监测被控过程，一个调节器来保持一个被控参数恒定在很小的范围内变化，其输出也只控制一个调节阀，故采用单回路控制系统。其单回路控系统框图如下图所示：图4单回路控制系统框图上图为单回路水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统调好好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。由上图可知把给定值经过A/D转换成数值量，输入给PID控制器，计算结果（数字信号）再由ICP-7024输出模块（D/A转换），将数字信号转换成模拟控制信号输出给电动调节阀，从而调节水箱内液位，液位的高度由液位变压器检测出，经ICP-7017输入模块（A/D转换）转换成反馈值给PID控制器进行进一步条整，如此循环直至水箱的液位稳定在给定值。四．调试结果与调试说明4.1调试说明调试前先对设备进行检查，检查完毕后进行接线如图10所示，然后启动实验装置。图10上水箱液位PID参数整定控制接线图启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统选择相应的实验界面，如图8所示，打开电动调节阀和单相电源泵开关，开始调试。设定给定值20，调整比例系数（K），待系统稳定后，在比例调节实验的基础上，加入积分作用，即在界面上设置积分时间（Ti）不为0，观察被控制量是否能回到设定值，选择合适的K和Ti值。在积分调节控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置微分时间（Td）参数，选择合适的K、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。4.2调试结果这次工程实训的调试中我经过多次调试得到了下面两个较为满意的曲线图，其中个值显示为“设定值[SV]：10”、“测量值[PV]：10”、“输出值[OP]：12.2”、“比例系数[K]：18”、“积分时间[Ti]：95”、“微分时间[Td]：0”。五．实训心得我的课题是单容水箱控制系统。经过沈老师一周的的悉心指导，我们完成了单容水箱控制系统这个课题的工程实训。虽然只有短短的五天，但是在这五天里，在沈老师的精心指导下，我不仅增长了见识，而且还对单容水箱控制系统的工作原理和在实践中的广泛应用等都有了深入的了解。在工程实训的每一天里，感觉自己就像真的站在自己的工作岗位上一样。面对一个可以说是非常具有实用功能的领域，开始是充满着神秘感，也感到很多东西的不解。但通过查阅大量相关资料和老师的悉心指导，我了解了单容水箱控制系统的基本原理，它以后的广泛应用。作为高新技术、基础技术、已经渗透到经济领域的所有技术部门中。通过对单容水箱控制系统的实验，我逐渐了解了它的工作原理，更进一步地掌握了它的使用方法。通过此次工程实训，锻炼了我分析问题与解决问题的能力，提高了我的学习能力以及掌握了用