1、水箱液位控制过程控制 2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 12 日目 录前言.2系统概述.3检测装置.5控制器.7系统调试.11程序清单.11实习心得.16前 言临近毕业，作为应届毕业生，无法快速的将在书本上所学的知识运用到实际中，是我们走出校门进入社会的一大障碍。所以学校组织本次为期两周的工程实训，让我们在对各种设备的实际运行中理解所学的知识。本次的实训对象是锅炉水箱的过程控制系统。在对设备和控制过程的调试中学习。在次之前就先需要对什么是工程控制有一定的了解。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
2、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。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。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。系统总体概述在工业生产过程中，液位贮槽设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽内的液位需维持在给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出。通过实践，来熟悉工业过程控制的工作流程
3、以及其控制原理。此次实验装置为AE2000B2型高级过程控制实验装置。其对象系统包含有：上、中、下三个储水箱；单相1.5KW电加热锅炉。系统动力支路分为两路组成：一路由西山增压水泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路单相丹麦格兰富循环水泵、变频调速器、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。水泵从水槽中抽水，由涡轮流量计测试水流流量，水箱压力传感器测量水位，并反馈给系统，系统则调节电动调节阀控制流量的大小；水由管道流入水箱后，最后进入锅炉中，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
4、水的温度。设备结构如图1图1 系统结构图由于时间原因，我选择的是针对上水箱液位控制进行实验。训练的内容就是对水箱的液位进行控制。通过涡轮流量计对水流流量的测试和水箱压力传感器将信号反馈回系统，系统通过调节电动调节筏控制流量的大小，一保证水箱的液位保持在所需要的范围。图2为水箱的物理结构示意图，图3则是控制系统方框图。图 2 水箱示意图图 3 系统方框图 检测装置实验对象的检测装置包括：扩散硅压力液位传感器。用来检测水箱液位。1、扩散硅压力液位变送器工作原理：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
5、体）的液位压力成线性对应关系的420mA标准电流输出信号。接线如图4所示。图 4 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420mA电流信号，通过负载电阻250/50转换成电压信号。当负载电阻接250时信号电压为15V，当负载电阻切换成50时信号电压为0.21V。变送器的调试：1. 先将变送器安接线图正确接线。2. 旋开变送器后盖即可看到零点和满量程调节电位器，如图5。3. 调整步骤：（1）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
6、整。（2）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250负载电阻后为1V）。（3）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250负载电阻后为5V）。（4）反复b、c两个步骤，直到使变送器输出达到规定的要求。（5）旋紧变送器后盖。图5 变送器2、控制器：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。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。一般言之，用比例调节器的系统是一个有差系统，比例度的大小不仅
7、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，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。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图5中的曲线、所示。 图5 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线根据要求此系统要通过MCGS监控软件来控制水箱的液位。大致可以分成以下几个部分：1）计算机系统使用MCGS工程组态软件创建液位控制系统。并利用计算机对其进行液位控制以及数据和曲线的读取。2）传感器检测单元对水
8、箱底部进行压力检测，通过通讯线将所测的模拟量输送的实验台的压力变送器。3）ICP-7017远程数据采集模拟量输入模块将压力变送器的模拟信号进行模/数转换变成数字信号，然后通过通讯线将数字信号传给计算机。8通道模拟量输入模块。表1 为ICP-7017的技术指标。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。4）ICP-7024远程数据采集模拟量输出模块将计算机传送过来的数字信号转换成模拟信号，并控制水箱液位控制系统的电动调节阀。4通道模拟量输出模块。表2 为ICP-7017的技术指标。ICP-7024模块24V供电，提
9、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。表1 表2 型号 功能 I-7107 模拟量输入分辨率16bit输入通道8路差动采样率10Hz电压输入+/-150mV+/-500mV+/-1mV+/-5V+/-10V电流输入+/-20mA 型号 功能 I-7024 模拟量输出分辨率14bit输出通道4路差动电压输出+/-10V+/-5V010V05V电流输出020mA420mA 调试过程将各个装置安装好后，接好线进行调试实验，所得曲线图如下：程序清单：启动脚本程序：!setdevice(7024,1, )!setdevice(7017,1, )Qp=0Qi=
10、0Qd=0OPA=0sv=0pvx=0run=0!SetWindow(实时曲线,2)退出脚本程序：!setdevice(7024,2, )!setdevice(7017,2, )Qp=0Qi=0Qd=0OPA=0sv=0pvx=0run=0!SetWindow(实时曲线,3)循环脚本程序：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
11、=0 and Td=0 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=
12、0 thenQi=QielseQi=Qi+mxendifpvx=pv1OPA=Qp+Qi+Qdif OPA100 thenOPA=100endifendif经过实验所得曲线图如下： 其中设定值SV：10.0cm，测量值PV：10.0cm，输出值OP：12.2%，比例系数K：10.0，积分系数Ti：95.0。由以上参数可得到以下曲线。工程训练心得：在此次实训中，通过对水箱液位的控制进行调试，使自己对于过程控制系统有了进一步的了解。并对在实验中的使用的一些传感器有了新的认识。工程训练是对课程学习的总结，培养我们运用所学的基础理论，基本知识和基本技能去分析、解决实际问题的能力。通过此次工程训练，锻炼
13、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所学知识解决工程实际问题的方法。我们面临着就业的压力，所以我们应注重实际能力的培养，把课堂上所学的知识应用到实际工作中去，这是我们学习的最终目的。训练时间虽然只有短短两个星期，却是我们学习的最好总结。这是很有效率的两个星期，相信这是我们以后工作的很好开端。最后衷心感谢指导老师在整个设计过程中耐心的指导，同时也感谢学校提供这么好的实验设备和机会，相信我们湖工的学生一定能在社会上发挥自己的光和热。电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价硬件测试或软件调试情况 完成任务情况独立工作能力组织纪律性（出勤率）报告质量综合评分 指导教师签名：_ 日 期：_
