1、.湖南工程學院系統(tǒng)綜合訓練報告課題名稱過程控制系統(tǒng)專業(yè)班級姓名學號指導教師.2007年4月7日1目錄一前言3二 實驗系統(tǒng)概述及目的4三 控制系統(tǒng)組成及原理51 工作原理52 系統(tǒng)組成73 控制系統(tǒng)的連線10四 實訓內(nèi)容與調(diào)試結果111、MCGS 組態(tài)軟件的有關知識112、控制方式簡介113、單容水箱液位進行恒高度控制13五 實訓總結152一 前言過程控制是控制理論、 生產(chǎn)工藝、計算機技術和儀器儀表知識等相結合的綜合應用學科， 是通過各種檢測儀表、 控制儀表和電子計算機等自動化技術工具， 對整個生產(chǎn)過程進行自動檢測、 自動監(jiān)督和自動控制。 同時，半導體技術、 微電子技術、計算機技術和網(wǎng)絡技術的發(fā)

2、展， 自動化儀表已經(jīng)進入了計算機控制裝置時代。在石油、化工、制藥、熱工、材料和輕工等行業(yè)領域中， 以溫度、流量、物位、壓力和成分為主要被控變量的控制系統(tǒng)都稱為“過程控制”系統(tǒng)。過程控制不僅在傳統(tǒng)工業(yè)改造中，起到了提高質(zhì)量， 節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且已成為新建的規(guī)模大、結構復雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分。隨著計算機控制裝置在控制儀表基礎上的發(fā)展， 自動化控制手段也越來越豐富。在自動化控制手段越來越發(fā)展的今天, 智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、智能儀表加計算機組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、計算機 DDC 控制系統(tǒng)、PLC 控制系統(tǒng)、 DCS 分布式集散控制系統(tǒng)、 FCS 現(xiàn)場總線控制

3、系統(tǒng)等在工業(yè)領域有著廣泛應用。直接數(shù)字控制（DDC ）系統(tǒng)是用一臺工業(yè)計算機配以適當?shù)妮斎胼敵鲈O備，從生產(chǎn)過程中經(jīng)輸入通道獲取信息，按照預先規(guī)定的控制算法（如PID 、內(nèi)回流等）計算3出控制量，并通過輸出通道， 直接作用在執(zhí)行機構上， 實現(xiàn)對整個生產(chǎn)、實驗過程的閉環(huán)控制， 通常它有幾十個控制回路。 集散控制系統(tǒng)是由集中管理部分、分散控制監(jiān)測部分和通信部分組成, 具有通用性強、 系統(tǒng)組態(tài)靈活、 控制功能完善、 數(shù)據(jù)處理方便、 顯示操作集中、人機界面友好、調(diào)試方便、運行安全可靠的特點.二 實驗系統(tǒng)概述及目的THJ-2 型高級過程控制實驗裝置是基于工業(yè)過程的物理模擬對象，它集自動化儀表技術、計算機技

4、術、通信技術、自動控制技術為一體的多功能實驗裝置，該裝置是本企業(yè)根據(jù)自動化及其它相關教學的特點，吸收了國內(nèi)外同類實驗裝置的優(yōu)點和長處，經(jīng)過精心設計，多次實驗和反復論證，推出了一套全新的實驗裝置，該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋-反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設計構成DDC ，DCS ，PLC ，F(xiàn)CS 等多種控制系統(tǒng)。4本次工程實訓是單容水箱液位的PID 調(diào)節(jié)被控參數(shù)的選擇由產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量、安全生產(chǎn)、經(jīng)濟運行和環(huán)境保護具有決定性作用，所以貯槽液位控制系統(tǒng)選擇水箱內(nèi)的液位作為被控參數(shù)。三 控制系統(tǒng)組

5、成及原理1 工作原理如下圖 1 所示為貯槽液位控制系統(tǒng)控制過程中的工藝設備（在這次設計中以水箱來模擬） 。該系統(tǒng)使用水泵給水箱加水，通過對電動調(diào)節(jié)閥的控制，調(diào)節(jié)進水量。閥01 控制從水箱的底部小孔的流出的出水量，由上可知這個閥不會變動，之前都調(diào)節(jié)好了。通過液位傳感器將貯槽里的水位傳到控制中心，也就是計算機上，從而形成閉環(huán)控制來調(diào)節(jié)貯槽內(nèi)的水位。5圖 1 貯槽液位控制系統(tǒng)工藝設備單回路上水箱液位控制系統(tǒng)。 單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構。本系統(tǒng)所要保持的參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務是控制上水箱液位

6、等于給定值所要求的高度。根據(jù)控制框圖，這是一個閉環(huán)反饋單回路液位控制，采用工業(yè)智能儀表控制。當調(diào)節(jié)方案確定之后，接下來就是整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)選擇有著很大的關系。合適的控制參數(shù)，可以帶來滿意的控制效果。反6之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會使控制質(zhì)量變壞，達不到預期效果。一個控制系統(tǒng)調(diào)好好以后，系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定是十分重要的工作。圖 2 系統(tǒng)結構框圖由上圖可知把給定值經(jīng)過A/D 轉換成數(shù)值量，輸入給 PID 控制器，計算結果（數(shù)字信號）再由 ICP-7024 輸出模塊（D/A 轉換），將數(shù)字信號轉換成模擬控制信號輸出給電動調(diào)節(jié)閥，從而調(diào)節(jié)水箱內(nèi)液位，液位的高度由液位變壓

7、器檢測出，經(jīng)ICP-7017 輸入模塊（ A/D 轉換）轉換成反饋值給PID 控制器進行進一步條整，如此循環(huán)直至水箱的液位穩(wěn)定在給定值。2 系統(tǒng)組成模塊1、擴散硅壓力液位變送器當被測介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉換成電信號，經(jīng)歸一化差分放大和輸V/A 電壓、電流轉換器，轉換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應關系7的 420mA 標準電流輸出信號。2 、 遠程數(shù)據(jù)采集熱電阻輸入模塊ICP-70338 通道模擬量輸入模塊。表1 為 ICP-7033 的技術指標。面板如圖 3 所示，ICP-7033 模塊 24V 供電，面板上提供了3 通道的輸入端口。每一通道根據(jù)功能

8、表可輸入允許范圍的熱電阻。支持485 通訊。表 1 ICP-7033 的技術指標將液位變送器的電壓信號通過ICP-7033 模塊轉換為數(shù)字信號通過 RS485 接口送入計算機處理。圖 3 ICP-7033 面板a：電源開關；b： RS485接口； c： ICP-7017模塊； d ： 4 通道的輸入接8口。4 、 遠程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊ICP-70244 通道模擬量輸出模塊。 表 2 為 ICP-7024 的技術指標。面板如圖 4 所示，ICP-7024 模塊 24V 供電，提供了 4 通道的輸出端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流。支持485 通訊。ICP-7024遠程數(shù)據(jù)

9、采集模擬量c輸出模塊a電源開關dbRS485模擬量 ( 電流型 420mA）輸出通道+A/O 0A/O 1A/O 2A/O 3-圖 4 ICP-7024 面板a ：電源開關； b：RS485 接口； c：ICP-7014模塊； d：4 通道的輸出接口。表 2ICP-7024的技術指標95、三相 SCR 調(diào)壓模塊三相 SCR 調(diào)壓模塊，它是通過 420mA 電流控制信號控制三相交流電源在0380V 之間根據(jù)控制電流的大小實現(xiàn)連續(xù)變化。本系統(tǒng)通過計算機中的組態(tài)軟件MCGS 進行 PID 整定后輸出控制信號通過遠程數(shù)據(jù)輸出模塊加到單相SCR 調(diào)壓裝置的輸入端，以此來控制電動控制閥的大小。3 控制系統(tǒng)

10、的連線將三相電源的輸出端 U、V、W 對應接到 SCR 移相調(diào)壓器的輸入端 U、 V、W ，三相 SCR 移相調(diào)壓器的輸出端 U0 、 V0、 W0 接到三相自動調(diào)節(jié)閥的輸入端 U0、V0 、W0 ，變頻器輸出端 A、B、C 對應接到三相磁力泵（ 220V ）的 A、B、C 端。液位檢測傳感器的 1a、 1b、 1c 端對應接到 7033 輸入模塊的第一通道的 E1 、S1、C1 端，7024 模塊第一輸出通道 A/O 的正端接到 24V 開關電源的正端，將 7024 模塊第一輸出通道 A/O 的負端接到三相自動調(diào)節(jié)閥 420mA 輸入正端，三相自動調(diào)節(jié)閥10420mA 輸入負端接到 24V

11、開關電源的負端。用通信電纜連接到7033 、7024 的 485 通訊接口，再通過 485/232 轉換器連接到計算機的 COM2 口上 .四 實訓內(nèi)容與調(diào)試結果1、MCGS 組態(tài)軟件的有關知識通過自學和老師的講解下。使我們基本上了解了液位控制系統(tǒng)的原理與控制過程， 學會了如何使用MCGS 組態(tài)軟件。 MCGS 系統(tǒng)分為組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。ICP7000通過 RS485轉232 通訊硬件和組態(tài)軟件進行設備通訊組態(tài)，可采集到ICP7017輸入模塊送來的（如：液位、溫度、流量）檢測信號，在組態(tài)軟件里編寫（液位、溫度、流量） PID 控制算法，由計算機送出輸出控制信號到 ICP7024 再經(jīng)

12、由他們送出到執(zhí)行機構的控制端，即可組成閉環(huán)控制。通過畫面組態(tài)，動畫組態(tài)和策略組態(tài)等，可以良好的完成計算機動態(tài)實時監(jiān)控對象的運行情況，并做出豐富的動態(tài)實時、歷史圖形曲線。2、控制方式簡介進入組態(tài)軟件的界面后，可以看到界面一共有主控窗口、設備窗口、用戶窗口、實時數(shù)據(jù)庫、運行策略5 大塊內(nèi)容，完成這五項，即完成的組態(tài)的全過程。11有三種控制包括比例控制，積分控制，和微分控制。單容水箱是個比較簡單的控制系統(tǒng)，我們采用PID 控制。控制一個液位的高度，整個過程為采用水泵恒定抽水，改變電動調(diào)節(jié)閥的開度來控制水的流量從而控制水箱液位的高度。并選用壓力傳感器對液位高度進行測量，將測量的值與系統(tǒng)的給定值進行比較

13、，來確定閥的開度。1） 比例控制比例控制簡稱 P 控制 (Proportional). 比例控制的輸出與輸入是同步變化的，沒有慣性和時間上的延遲。響應快，與輸入成比例的變化，只是比例控制最突出的優(yōu)點，正是由于這一特點，使比例控制成為一種最重要的基本控制規(guī)律。所有的工業(yè)控制器都包含有比例控制比例控制也可以單獨構成控制器。使調(diào)節(jié)器工作在比例（ P）調(diào)節(jié)器狀態(tài)，此時系統(tǒng)處開環(huán)狀態(tài)。實時曲線如下圖12圖 5P調(diào)節(jié)曲線2.）比例積分控制它適用于控制通道滯后比較小，負荷變化不大，控制要求不高，被控參數(shù)在一定范圍內(nèi)允許有一定的余差的場合。3） 比例微分控制它適用于控制通道的時間常數(shù)或者滯后較大的場合。可以提

14、高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。減小動態(tài)偏差。4） 比例積分微分控制適用于控制通道時間常數(shù)或者容量滯后比較大，控制要求比較高的場合。3、單容水箱液位進行恒高度控制單容水箱液位進行恒高度控制采用PID 調(diào)節(jié)，在比例調(diào)節(jié)器13控制實驗的基礎上，待被調(diào)量平穩(wěn)后，引入積分（ “I）”作用，使被調(diào)量回復到原設定值。減小 P，并同時增大 I，觀察加擾動信號后的被調(diào)量的動態(tài)曲線， 驗證在 PI 調(diào)節(jié)器作用下， 系統(tǒng)的余差為零。在 PI 控制的基礎上加上適量的微分作用“ D，” 然后再對系統(tǒng)加擾動（擾動幅值與前面的實驗相同） ，比較所得的動態(tài)曲線與用 PI 控制時的不同處。選擇合適的 P、I 和 D ，調(diào)節(jié)后的曲線如圖 8

15、所示。一般言之，用比例（ P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會影響到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關。比例積分（ PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參數(shù)， Ti 調(diào)節(jié)合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（ PID ）調(diào)節(jié)器是在 PI 調(diào)節(jié)器的基礎上再引入微分 D 的作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善系統(tǒng)的動態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等） 。圖 6 PID 調(diào)節(jié)曲線14五 實訓總結通過這次實訓我學到了很多知識：比如對于 MCGS 軟件，之前是根本不懂的，經(jīng)過沈老師的耐心指導，我已經(jīng)基本能夠運用這個軟件了，對其基本的編程也有了一些了解。這次課程設計培養(yǎng)了我的設計思維，擴充了自己的理論知識這次工程實訓我積累了一些經(jīng)驗，同時也進一步鞏固了以前所學過的知識。使我更深入的了解并掌握了單容水箱的控制原理 , 增強了我在實際操作中的實踐能力，使我在以后的工作學習中有更豐富的經(jīng)驗真正讓我感受到了理論與實踐相結合的重要性與優(yōu)越性。并且經(jīng)過這次課程設計，我真正感受到了實踐的重要性，每天學習理論知識，沒有很強的實際動手能力是不行的，實踐讓我們做出了在實際當中占重要地位的控制工程，