1、DDC控制概述及相关的几个实验secret目 录一、DDC控制概述 2二、系统实验 11实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验 11实验二、上水箱液位PID整定实验 17实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验 22实验四、锅炉内胆温度控制实验（动态） 28实验五、锅炉夹套温度控制实验（动态） 32实验六、电磁流量计流量PID整定实验 36实验七、涡轮流量与小流量比值控制实验 39实验八、上水箱下水箱液位串级控制实验 43一、DDC控制概述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
2、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。它的框图如图1-1所示，从上图可看出：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
3、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。 一）、ICP7017模块的功能介绍：1、 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
4、部接线图：ICP 图1-3 ICP7017某一通道接线图图1-2 ICP7017接线图2、 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1-5 ICP7024接线图ICP 图1-4 ICP7024接线图二）、7000Utility软件的使用说明，如图所示：图1-6 7000Utility软件启动界面图1-7 7000Utility软件设置界面图1-8 7000Utility软件通讯检测界面70
5、00Utility软件主要是为7000系列的模块提供以下功能：1、 检测与主机相连的7000系列模块。2、 设置7000系列的配置。3、 对7000系列各个模块执行数据输入或数据输出。4、 保存检测到模块的信息(文件格式为*.map)三）、MCGS组态软件的介绍：MCGS组态软件的安装盘只有一张光盘。具体安装步骤如下： 启动Windows； 在相应的驱动器中插入光盘； 插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口（如没有窗口弹出，则从Windows的“开始”菜单中，选择“运行.“命令，运行光盘中AutoRun.exe文件），MCGS安装程序窗口如下图所示： 在安装程序窗口中选择“安装MCGS组态软
6、件通用版”，启动安装程序开始安装； 随后，安装程序将提示你指定安装目录，用户不指定时，系统缺省安装到D:MCGS目录下，如下图所示： 安装过程大约要持续数分钟；MCGS系统文件安装完成后，安装程序要建立象标群组和安装数据库引擎，这一过程可能持续几分钟，请耐心等待；安装过程完成后，安装程序将弹出“安装完成”对话框，上面有两个复选框，重新启动计算机和不启动计算机。一般在计算机上初次安装时需要选择重新启动计算机。按下“完成”按钮，将结束安装程序的运行，如下图所示： 安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如下图所示的两个图标，分别用于启动MCGS组态环境和运行环境： 同时，Windows开始
7、菜单中也添加了相应的MCGS程序组，如下图所示；MCGS程序组包括五项：MCGS组态环境、MCGS运行环境、MCGS电子文档、MCGS自述文件以及卸载MCGS组态软件。运行环境和组态环境为软件的主体程序，自述文件描述了软件发行时的最后信息，MCGS电子文档则包含了有关MCGS最新的帮助信息。 MCGS系统的运行方式MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。文件McgsSet.exe对应于MCGS系统的组态环境，文件McgsRun.exe对应于MCGS系统的运行环境。此外，系统还提供了几个组态完好的样例工程文件，用于演示系统的基本功能。MCGS系统安装完成后，在用户指定的目录（或系统缺省目录D
8、:MCGS）下创建有三个子目录：Program、Samples和Work。组态环境和运行环境对应的两个执行文件以及MCGS中用到的设备驱动、动画构件及策略构件存放在子目录Program中，样例工程文件存放在Samples目录下，Work子目录则是用户的缺省工作目录。分别运行执行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe，就能进入MCGS的组态环境和运行环境。安装完毕后，运行环境能自动加载并运行样例工程。用户可根据需要创建和运行自己的新工程。四）、ICP7000计算机组态介绍ICP7000通过RS485转232通讯硬件和组态软件进行设备通讯组态，可采集到ICP7017输入模块送来的（如：
9、液位、温度、流量）检测信号，在组态软件里编写（液位、温度、流量）PID控制算法，由计算机送出输出控制信号到ICP7024再经由他们送出到执行机构的控制端，即可组成闭环控制。通过画面组态，动画组态和策略组态等，可以良好的完成计算机动态实时监控对象的运行情况。并作出丰富的动态实时、历史图形曲线。1、组态说明：组态一共可以分主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行策略5大块内容，完成这五项，即完成的组态的全过程。在用户窗口选项菜单里，所有的计算机监控界面组态窗口都在用户窗口菜单项里建立。如下图所示：ICP7017和ICP7024数据采集是通过下图所示的设备窗口组态来完成的。详细设置请参看组态软
10、件的帮助文档。根据不同的实验需要采集的数据不同，设置不同的通道，本装置同时提供4路电压输入通道。若实验中只要用到一个通道，则不同的实验可以共用一个通道。比如:通道AD0上的数据对象为pv1,那么流量、温度、液位等都可以通过这个通道采集上来，只是需要在用户窗口里的控制脚本中把pv1转化为流量、温度、液位的对应值即可。通道组态连接表：实验名称ICP7017通道值ICP7024通道值接入信号数据对象对应通道号数据对象通道号实验一、一阶单容系统对象特性测试实验上水箱液位pv1AD0OP2DA0实验二、上水箱液位PID整定实验上水箱液位pv1AD0OP2DA0实验三、锅炉内胆二位式控制实验锅炉水温pv1
11、AD0OP2DA0实验四、锅炉内胆温度控制实验锅炉水温pv1AD0OP2DA0实验五、锅炉夹套温度控制实验夹套水温pv1AD0OP2DA0实验六、电磁流量计流量控制实验电磁流量pv1AD0OP2DA0实验七、涡轮流量与小流量比值控制实验电磁流量涡轮流量pv1pv2AD0AD1OP2DA0实验八、上下水箱液位串级控制实验下水箱液位上水箱液位pv1（主控）pv2（副控）AD0AD1OP4DA1下图所示是主画面的组态界面：包括对象的动力支路演示、实时液位的跟踪、给定值的设定、参数的调节、实时曲线和历史曲线的记录、通讯状态的指示等。 下图所示的是实时数据库选项：在实时数据库里建立数据对象名称，组态里需
12、要用到的变量（如液位、温度、流量、中间变量、比例、积分、微分等）均在此定义，且一个变量对应一个点，点数不能超过128点，若超过128点，运行将出错。在组态环境运行组态好的程序可以直接按F5或点击按钮即可进入运行环境。二、系统实验实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一、实验目的1）、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2）、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二、实验设备1）、AE2000过程控制实验装置：配置：ICP-7017、7024模块、万用表、上位机软件、计算机、实验连接线。三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：图1-1、单容水箱系统结构图
13、四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得： 式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小
14、会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为过程的放大倍数，R2为V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为：当t=T时，则有：h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h()即 h(t)=KR0(1-e-t/T)当t时，h（）=KR0，因而有K=h（）/R0=输出稳态值/阶跃输入上式表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的图1-2、 阶跃响应曲线阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作
15、切线，切线与稳态值交点 所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：上式表示h（t）若以在原点时的速度h（）/T 恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（）。五、实验内容和步骤1、 设备的连接和检查：（1）、关闭阀22，将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀7，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀6、阀11、阀18、阀21。（3）、打开上水箱的出水阀：阀9至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭2、 系统连线图：图1-3、 实验接线图1）、关闭电源控制板上的所有电源开关。2
16、）、按照上图1-3所示进行接线。3、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关。4、实验步骤1）、打开电动调节阀、24VDC电源开关。2）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图1-4所示：图1-4、实验软件界面2）、点击启动模块按钮后，双击设定输出按钮，进行设定输出值的大小，这个值根据阀门开度的大小来给定，一般初次设定值测量值，且当e=VS-VPdF时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常闭，电加热管接通380V电源而加热。随着水温T的升高，Vp也不断增大，e相应变小。若T高于给定值，即VsVp，e=Vg-Vi=负值
17、，若e-dF时，则两位调节器的继电器线圈断开，常闭触点变成常开，切断电加热管的供电。由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。图3-2位式控制系统的方块图如图3-2位式控制系统的方框图所示，温度给定值在智能仪表上通过设定获得。被控对象为锅炉内胆中的三相电热管，被控制量为内胆水温。它由铂电阻PT100测定，输入到智能调节仪上。根据给定值加上dF与测量的温度相比较向继电器线圈发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。由过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图4-3所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，若要振幅小，则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。 3-3 双位控系统的过程曲线
