自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 基于MCGS的水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

1、綜綜 合合 實(shí)實(shí) 驗(yàn)驗(yàn) 報(bào)報(bào) 告告綜合實(shí)驗(yàn)名稱(chēng)綜合實(shí)驗(yàn)名稱(chēng) 自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn) 題題 目目 基于 mcgs 的水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn) 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 設(shè)計(jì)起止日期設(shè)計(jì)起止日期 2011 年 12 月 22 日12 月 31 日 系系 別別 自動(dòng)化學(xué)院控制工程系 專(zhuān)專(zhuān) 業(yè)業(yè) 自動(dòng)化 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 班級(jí)班級(jí) 學(xué)號(hào)學(xué)號(hào) 成成 績(jī)績(jī) 1目目 錄錄一、綜合實(shí)驗(yàn)的目的一、綜合實(shí)驗(yàn)的目的.3二、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備及安全操作規(guī)程二、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備及安全操作規(guī)程.3三、綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求三、綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求.3四、自選項(xiàng)目介紹：四、自選項(xiàng)目介紹：.3（一） 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.4（二） 、實(shí)驗(yàn)設(shè)備 .4（三） 、實(shí)

2、驗(yàn)原理 .4（四） 、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟 .5五、實(shí)驗(yàn)裝置介紹五、實(shí)驗(yàn)裝置介紹.6（一） 、被控對(duì)象 .6（二） 、檢測(cè)裝置 .7（三） 、執(zhí)行機(jī)構(gòu) .8（四） 、實(shí)驗(yàn)控制臺(tái) .8（五） 、實(shí)驗(yàn)掛件 .9（六） 、常規(guī)儀表側(cè)控制對(duì)象總貌圖： .11（7）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法 .11（一）經(jīng)驗(yàn)法.12(二)臨界比例度法.12（三）衰減曲線(xiàn)法（阻尼振蕩法.13六、軟件介紹六、軟件介紹.13一、mcgs 組態(tài)軟件.13二、remodaq8000-9000 軟件.14三、advantech device manager軟件.14四、應(yīng)用 mcgs 組態(tài)軟件做的實(shí)驗(yàn)工程.15五、智能調(diào)節(jié)儀的認(rèn)識(shí) .15（一

3、） 、 智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：.15（二） 、 智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：.15(三)、 智能調(diào)節(jié)儀的常用功能：.15七、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)七、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì).16（一） 、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖與元器件選擇 .16（二） 、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)圖 .181、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì).182、系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)置.193、修改通訊串口號(hào)和通訊地址并設(shè)置相關(guān)屬性.20（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置.22（3）組態(tài)策略設(shè)置.234、工程整定.24八、思考題八、思考題.242九、課設(shè)總結(jié)九、課設(shè)總結(jié).25十、參考文獻(xiàn)十、參考文獻(xiàn).25一、綜合實(shí)驗(yàn)的目的一、綜合實(shí)驗(yàn)的目的自動(dòng)控制系統(tǒng)綜合實(shí)驗(yàn)是在完成了自控理論，檢測(cè)技術(shù)與儀表，過(guò)程控制系統(tǒng)等

4、課程后的一次綜合訓(xùn)練。要求同學(xué)在給定的時(shí)間內(nèi)利用前期學(xué)過(guò)的知識(shí)和技術(shù)在過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)室的現(xiàn)有設(shè)備上，基于 mcgs 組態(tài)軟件或 wincc 組態(tài)軟件設(shè)計(jì)一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)，完成相應(yīng)參數(shù)的控制。在設(shè)計(jì)工作中，學(xué)會(huì)查閱資料、設(shè)計(jì)、調(diào)試、分析、撰寫(xiě)報(bào)告等，達(dá)到綜合能力培養(yǎng)的目的。二、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備及安全操作規(guī)程二、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備及安全操作規(guī)程實(shí)驗(yàn)前應(yīng)復(fù)習(xí)教科書(shū)有關(guān)章節(jié)，認(rèn)真研讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)，了解實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?xiàng)目、方法與步驟，明確實(shí)驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題，并按實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目準(zhǔn)備記錄等。實(shí)驗(yàn)前應(yīng)了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象、水泵和所用控制組件的名稱(chēng)、作用及其所在位置, 以便于在實(shí)驗(yàn)中對(duì)它們進(jìn)行操作和觀(guān)察。熟悉實(shí)驗(yàn)裝置面板圖，要求做到由

5、面板上的圖形、文字符號(hào)能準(zhǔn)確找到該設(shè)備的實(shí)際位置；熟悉工藝管道結(jié)構(gòu)、每個(gè)手動(dòng)閥門(mén)的位置及其作用。安全操作規(guī)程1 實(shí)驗(yàn)之前確保所有電源開(kāi)關(guān)均處于“關(guān)”的位置，儲(chǔ)水箱中是否有充足的水；2 開(kāi)水泵前請(qǐng)務(wù)必保證管路通暢，閥門(mén)打開(kāi)。3 切忌禁止帶電接線(xiàn)，尤其是與計(jì)算機(jī)連接的線(xiàn)纜嚴(yán)謹(jǐn)帶電插拔。4 若使用現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)側(cè)控制臺(tái)，使用時(shí)應(yīng)注意：1）打開(kāi)電源開(kāi)關(guān)順序：依次打開(kāi) plc 控制柜中總電源開(kāi)關(guān)、變頻器開(kāi)關(guān)（停大約 10s后） 、控制站開(kāi)關(guān)、24vdc 開(kāi)關(guān)等。2）關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)順序：首先關(guān)閉控制站開(kāi)關(guān)，再依次關(guān)閉其他電源開(kāi)關(guān)，最后關(guān)閉總電源開(kāi)關(guān)。3）step7 硬件組態(tài)下載程序時(shí)，請(qǐng)將 plc 控制柜中 cp

6、u 模塊開(kāi)關(guān)置于 stop 狀態(tài)，下載完畢時(shí)切換至 run 狀態(tài)。4）小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴(yán)防損壞儀表及模塊。5）嚴(yán)格遵守實(shí)驗(yàn)室有關(guān)規(guī)定。三、綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求三、綜合實(shí)驗(yàn)內(nèi)容要求本次在 thpcat-2 型自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上完成，實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。該實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的監(jiān)控對(duì)象包括模擬鍋爐和水箱，可以設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)溫度控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)或流量控制系統(tǒng)。軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)主要是監(jiān)控組態(tài)軟件 mcgs、wincc 和 matlab 等，根據(jù)設(shè)計(jì)題目和要求在實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上選擇相關(guān)設(shè)備及軟件，完成設(shè)計(jì)調(diào)試和設(shè)計(jì)報(bào)告。深入學(xué)習(xí) mcgs 軟件的應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)，根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)合適的監(jiān)控組態(tài)界面，完成硬件組態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)

7、的組態(tài)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，能夠記錄實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)。四、自選實(shí)驗(yàn)介紹3四、自選項(xiàng)目介紹：四、自選項(xiàng)目介紹：基于基于 mcgsmcgs 的水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)的水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)對(duì)下水箱液位進(jìn)行控制，采用上水箱液位作為副參數(shù)，下水箱液位作為主參數(shù)構(gòu)成串級(jí)控制系統(tǒng)，要求 1用mcgs軟件設(shè)計(jì)監(jiān)控界面，實(shí)現(xiàn)下水箱液位的定值控制。2打開(kāi)電磁閥，加入階躍干擾。3觀(guān)察下水箱液位過(guò)渡過(guò)程，以響應(yīng)快速性和超調(diào)量小為控制目標(biāo)。（一）（一） 、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)組成原理。2、掌握水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運(yùn)方法。3、了解階躍擾動(dòng)分別作用于副

8、對(duì)象和主對(duì)象時(shí)對(duì)系統(tǒng)主控制量的影響。4、掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。5、深入學(xué)習(xí) mcgs 軟件的應(yīng)用開(kāi)發(fā)技術(shù)，根據(jù)題目要求設(shè)計(jì)合適的監(jiān)控組態(tài)界面，完成硬件組態(tài)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的組態(tài)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)特定參數(shù)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，能夠記錄實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn)。6、根據(jù)題目的功能要求，設(shè)計(jì)控制算法，畫(huà)出軟件流程圖。深入學(xué)習(xí) mcgs 編程語(yǔ)言，進(jìn)行控制算法組態(tài)或控制算法程序的編寫(xiě)，對(duì)控制算法的功能進(jìn)行測(cè)試，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集和控制等主要功能。（二）（二） 、實(shí)驗(yàn)設(shè)備、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1thpcat-2 型現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)過(guò)程控制對(duì)象系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置；2at-i 智能調(diào)節(jié)儀表掛件、rs485/232 轉(zhuǎn)換器及

9、rs485 通訊線(xiàn)；3pc 機(jī)、mcgs 組態(tài)軟件。（三）（三） 、實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)原理下圖是串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖，該系統(tǒng)有主、副兩個(gè)控制回路，主、副調(diào)節(jié)器相串聯(lián)工作，其中主調(diào)節(jié)器有自己獨(dú)立的給定值 r，它的輸出 m1作為副調(diào)節(jié)器的給定值，副調(diào)節(jié)器的輸出 m2控制執(zhí)行器，以改變主參數(shù) c1。4圖圖 1 1 串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖f1(t)-作用在主對(duì)象上的擾動(dòng)； f2(t)-作用在副對(duì)象上的擾動(dòng)。本實(shí)驗(yàn)為水箱液位的串級(jí)控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個(gè)回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)器稱(chēng)主調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為下水箱，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱(chēng)副調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為上水箱，

10、又稱(chēng)副對(duì)象，上水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，因而副控回路是一個(gè)隨動(dòng)控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的輸出直接驅(qū)動(dòng)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，從而達(dá)到控制下水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無(wú)靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為 pi 或 pid 控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準(zhǔn)確地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)的變化規(guī)律，對(duì)副參數(shù)的動(dòng)態(tài)性能和余差無(wú)特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用 p 調(diào)節(jié)器。（四）（四） 、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇上小水箱和下水箱串聯(lián)作為被測(cè)對(duì)象（也可選擇上大水箱和下水箱或者上小水箱和上大水箱） 。以上小水箱和下水箱串聯(lián)為例敘述實(shí)驗(yàn)步驟如下： 1.

11、實(shí)驗(yàn)前的準(zhǔn)備工作： 1） 將“at-i 智能調(diào)節(jié)儀” 掛件掛到網(wǎng)孔板上，并將掛件的通訊線(xiàn)插頭通過(guò)rs485 通訊線(xiàn)與 rs485/232 轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口 1。 （注意串口連線(xiàn)時(shí)至少保證一方斷電）2） 將儲(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門(mén) f1-1、f1-3、f1-4、f1-6 全開(kāi)，將上小水箱出水閥門(mén) f1-10、下水箱出水閥門(mén) f1-12 開(kāi)至適當(dāng)開(kāi)度（要求 f1-10 開(kāi)度稍大于 f1-12 的開(kāi)度） ，其余閥門(mén)均關(guān)閉。3) 管路連接：將工頻泵出水口和支路 1 進(jìn)水口連接起來(lái)；將支路 1 出水口和上小水箱進(jìn)水口連接起來(lái)；將下水箱出水口和儲(chǔ)水箱進(jìn)水口連接起來(lái)。2. 實(shí)驗(yàn)步驟：1） 強(qiáng)電連線(xiàn)

12、：?jiǎn)蜗?i 電源 l、n 端對(duì)應(yīng)接到 at-1 掛件電源輸入 l、n 端。2） 弱電連線(xiàn)：下水箱液位 lt3 的 1-5v+、-端對(duì)應(yīng)接到智能調(diào)節(jié)儀 i 的 1-5v 電壓輸入 1、2 端；智能調(diào)節(jié)儀 i 的輸出 7、5 端并接本掛件上的 250 精密電阻后對(duì)應(yīng)接至智能調(diào)節(jié)儀 ii 的 1-5v 電壓輸入 1、2 端；上小水箱液位 lt1 的 0.2-1v+、-端（紅為正、綠為負(fù)）對(duì)應(yīng)接到智能調(diào)節(jié)儀 ii 的 0-1v 電壓輸入 3、2 端；智能調(diào)節(jié) ii 輸出7、5 對(duì)應(yīng)接到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控控制輸入+ 、-端。3） 管路、閥門(mén)、接線(xiàn)檢查無(wú)誤后接通總電源開(kāi)關(guān)，打開(kāi)單相 i 開(kāi)關(guān)、24v 電源開(kāi)關(guān)、

13、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)關(guān)。4） 檢查智能調(diào)節(jié)儀基本參數(shù)設(shè)置：sn=33,dil=0,dih=50，run=0,dip=1。5） 打開(kāi)上位機(jī) mcgs 組態(tài)環(huán)境，打開(kāi)“thpcat-2 智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入 mcgs 運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)” ，進(jìn)入監(jiān)控界面。6） 檢查智能調(diào)節(jié)儀基本參數(shù)設(shè)置，關(guān)鍵參數(shù)有智能調(diào)節(jié)儀 i 的sn=33,dih=50，dip=1，addr=1,智能調(diào)節(jié)儀 ii 的 sn=32, dil=0,dih=50, run=0，dip=1,addr=2。57） 將主控儀表設(shè)置為“手動(dòng)” ，并將輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值，此操作可通過(guò)調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)。8） 將

14、磁力泵開(kāi)關(guān)打到手動(dòng)值，磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，適當(dāng)增加/減少主調(diào)節(jié)器的輸出量，使下水箱的液位平衡于設(shè)定值，且上小水箱液位也穩(wěn)定于某一值（此值一般為 35cm，以免超調(diào)過(guò)大，水箱斷流或溢流） 。9） 選擇 pi 或 pid 控制規(guī)律，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)法設(shè)定 pid 三個(gè)參數(shù)值，或者根據(jù)任一種整定方法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，并按整定得到的參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)器設(shè)定。10）當(dāng)液位趨于給定值時(shí)，將手動(dòng)狀態(tài)切換為自動(dòng)狀態(tài)，待液位平衡后，施加干擾。待液位平衡后，通過(guò)以下幾種方式加干擾：a.突增（或突減）儀表設(shè)定值的大小，使其有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化。b.適當(dāng)改變上小水箱出水閥 f1-10 開(kāi)度。c.適當(dāng)改變下水箱出水閥 f1-

15、12 開(kāi)度。d.將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路 f1-5（同電磁閥）開(kāi)至適當(dāng)開(kāi)度，將電磁閥開(kāi)關(guān)打至“手動(dòng)”位置。以上幾種干擾均要求擾動(dòng)量為控制量的 515，干擾過(guò)大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開(kāi)原平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段調(diào)節(jié)時(shí)間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（采用后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值） ，記錄此時(shí)的智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，以及液位的響應(yīng)過(guò)程曲線(xiàn)。11）待液位再次平衡后，據(jù)實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)，合理整定 pid 參數(shù)，分析不同 pid 參數(shù)的控制效果。五、實(shí)驗(yàn)裝置介紹五、實(shí)驗(yàn)裝置介紹（一）（一） 、被控對(duì)象、被控對(duì)象由不銹鋼儲(chǔ)水箱、有機(jī)玻璃水箱、單相電加熱模擬鍋爐(由不銹

16、鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、盤(pán)管、管道、閥門(mén)等組成。1 1水箱：水箱：包括上水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。上、下水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀(guān)察液位的變化和記錄結(jié)果。有機(jī)玻璃水箱尺寸：長(zhǎng)寬高=350380300（mm） 。上水箱可以分為兩個(gè)小水箱共五個(gè)槽組成，分別為小水箱緩沖槽、小水箱工作槽、大水箱緩沖槽、大水箱工作槽和溢流槽組成，進(jìn)水時(shí)水管的水先流入緩沖槽，然后才流入工作槽，這樣經(jīng)過(guò)緩沖和線(xiàn)性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀(guān)察。兩個(gè)小水箱底部均設(shè)置有采壓口、出水口以及并連水箱連通口。下水箱與上水箱不同，共有四個(gè)槽組成，分別為左進(jìn)水緩沖槽、溢流

17、槽、右進(jìn)水緩沖槽和工作槽，水箱底部設(shè)置有采壓口，出水口。儲(chǔ)水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長(zhǎng)寬高=900m520430（mm） ，完全能滿(mǎn)足有機(jī)玻璃水箱以及加熱鍋爐的實(shí)驗(yàn)供水需要。儲(chǔ)水箱內(nèi)部有兩個(gè)橢圓形塑料過(guò)濾網(wǎng)罩，以防雜物進(jìn)入水泵和管道。62 2模擬鍋爐：模擬鍋爐：是利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套） ，均由不銹鋼精制而成，可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度，可完成溫度的定值控制、串級(jí)控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實(shí)驗(yàn)。3 3盤(pán)管：盤(pán)管：模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的

18、管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長(zhǎng) 21 米（24 圈） ，在盤(pán)管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。盤(pán)管的出水通過(guò)軟管連接既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)流回儲(chǔ)水箱。它可用來(lái)完成溫度的滯后和流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)。4 4管道及閥門(mén)：管道及閥門(mén)：整個(gè)系統(tǒng)固定不動(dòng)的管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動(dòng)閥門(mén)均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。實(shí)驗(yàn)用管道采用軟管連接，軟管連接部分均采用快速軟管接頭，方便軟管插拔，不同的實(shí)驗(yàn)需要連接不同的管路，完全開(kāi)放，老師學(xué)生可以隨意組合控制系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力

19、，使設(shè)備更具研究?jī)r(jià)值。（二）（二） 、檢測(cè)裝置、檢測(cè)裝置1 1壓力傳感器、變送器：壓力傳感器、變送器：五個(gè) ddz-iii 型壓力傳感器，用來(lái)對(duì)上小、上大、下水箱的液位以及常規(guī)儀表側(cè)管道壓力進(jìn)行檢測(cè)，精度為 0.5 級(jí)。采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。采用標(biāo)準(zhǔn)二線(xiàn)制傳輸方式，工作時(shí)需提供 24v 直流電源，輸出：420madc。其中檢測(cè)管道壓力的壓力變送器量程為 0-200kpa，其余用于檢測(cè)液位的四個(gè)變送器量程均為 0-5kpa。西門(mén)子壓力變送器用來(lái)對(duì)現(xiàn)象總線(xiàn)側(cè)下水箱液位進(jìn)行檢測(cè)，數(shù)量 1 套。測(cè)量偏差小于 0.1。采用 sie

20、mens 帶 profibus-pa 通訊接口的壓力傳感器，siemens 帶profibus-pa 通訊協(xié)議的壓力傳感器通過(guò)總線(xiàn)供電，不需要另外接工作電源。2 2溫度傳感器：溫度傳感器：裝置中采用了五個(gè) pt100 鉑熱電阻溫度傳感器和一個(gè) k 型熱電偶傳感器，五個(gè)熱電阻傳感器分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤(pán)管（有 3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)）的水溫。pt100 測(cè)溫范圍：-200+420。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 420ma 直流電流信號(hào)。pt100 傳感器精度高，熱補(bǔ)償性較好。k 型熱電偶傳感器用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽水溫，測(cè)溫范圍：0-1100。3 3流量計(jì)：流量計(jì)：一個(gè)模擬轉(zhuǎn)換器（渦輪

21、流量計(jì)）掛接在網(wǎng)孔板上，兩端接有快速接頭，用來(lái)連接軟管測(cè)量流量。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，反應(yīng)快。采用標(biāo)準(zhǔn)二線(xiàn)制傳輸方式，工作時(shí)需提供 24v 直流電源。流量范圍：01.2m3/h；精度：1.0%；輸出：420madc。一個(gè)孔板流量計(jì)（需要配合差壓變送器） ，刻度流量 01.5m3/h，最大差壓60kpa。一個(gè)西門(mén)子電磁流量計(jì)，公稱(chēng)直徑 15mm，測(cè)量精度0.5。與流量轉(zhuǎn)換器配合使用?；谖⑻幚砥鞯淖兯推?，帶有數(shù)字顯示，可連接多種傳感器，采用siemens 帶7profibus-pa 通訊接口電磁式流量計(jì)。4 4差壓變送器：差壓變送器：配合孔板流量計(jì)測(cè)量管道流量，采用電容式差壓變送器， 4-20m

22、a信號(hào)輸出，0.25 級(jí)測(cè)量精度。5 5. .液液位位傳傳感感器器：由三個(gè)電接觸點(diǎn)組成，分別對(duì)低、中、高水位進(jìn)行檢測(cè)，配合液位控制器，可以對(duì)水位起到監(jiān)視作用，本實(shí)驗(yàn)裝置中共用了兩個(gè)液位傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽水位和儲(chǔ)水箱水位。（三）（三） 、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)1 1電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為：qstp-16k。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，電源為單相220v，控制信號(hào)為 420madc 或 15vdc，輸出為 420madc 的閥位信號(hào)，使

23、用和校正非常方便。2.2.氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（配套西門(mén)子閥門(mén)定位器）：氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥（配套西門(mén)子閥門(mén)定位器）：額定流量 0.3t/h，等百分比特性。由智能電氣閥門(mén)定位器控制的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，帶有profibus-pa 通訊功能。3 3水泵：水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為 16cq-8p，流量為 30 升/分，揚(yáng)程為 8米，功率為 180w。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相 380v 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻 220v 輸出驅(qū)動(dòng)。4 4電磁閥：電磁閥：在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。5 5u u 型單相電加熱管：型單相電加

24、熱管：一根 1kw u 型電加熱管用來(lái)對(duì)鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加溫。 6.6. 單相調(diào)壓模塊單相調(diào)壓模塊單相調(diào)壓模塊安裝在控制屏內(nèi)部，它為單相交流 220v 輸入，輸出為單相交流 220v平滑可調(diào)，控制信號(hào)為 dc 420ma，利用智能調(diào)節(jié)儀的輸出信號(hào)可控制調(diào)壓模塊的輸出電壓，從而使加熱介質(zhì)水最終穩(wěn)定在某一數(shù)值，實(shí)現(xiàn)溫度的自動(dòng)控制。（四）（四） 、實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)、實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)1.1. 電源控制屏面板：電源控制屏面板：裝有漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)，三相電壓指示表，各種執(zhí)行器控制開(kāi)關(guān)，報(bào)警指示燈。 電磁閥開(kāi)關(guān)，三位式開(kāi)關(guān)，打到中間位置為電磁閥斷電閉合狀態(tài)；打到手動(dòng)位置，電磁閥得電打開(kāi)；打到自動(dòng)位置，只有當(dāng)電磁閥的控

25、制端子（信號(hào)面板上“電磁閥控制”弱電接線(xiàn)柱或者接線(xiàn)端子 df+與 df-）接通時(shí)電磁閥才接通。380v 磁力泵開(kāi)關(guān)，三位式，中間為停止?fàn)顟B(tài)，打到中間位置，380v 磁力泵斷電；打到手動(dòng)位置，當(dāng)儲(chǔ)水箱有水時(shí)（此時(shí)水位報(bào)警指示燈為熄滅狀態(tài)） ，磁力泵接通電源；打到自動(dòng)位置，只有當(dāng)儲(chǔ)水箱有水，同時(shí)磁力泵控制端子（信號(hào)面板上“磁力泵控制”弱電接線(xiàn)柱或者接線(xiàn)端子 cl+與 cl-）接通時(shí)磁力泵才接通電源。dc24v 電源開(kāi)關(guān)，打到開(kāi)位置，dc24v 開(kāi)關(guān)電源得電，ddz-iii 型傳感器工作的前8提條件是要有直流 24v 電源，故正常工作時(shí)要打開(kāi)此開(kāi)關(guān)。調(diào)壓模塊開(kāi)關(guān)，打到開(kāi)位置，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽有水時(shí)，調(diào)壓模

26、塊電源輸入端得電，當(dāng)做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)需打開(kāi)此開(kāi)關(guān)。電動(dòng)閥開(kāi)關(guān)，打到開(kāi)位置，智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥得電。單相 i，單相 ii 開(kāi)關(guān)，打到開(kāi)位置，信號(hào)面板上的強(qiáng)電柱“單相 i” 、 “單相 ii”分別得電，為給實(shí)驗(yàn)掛件供電提供條件。鍋爐報(bào)警、水位報(bào)警指示燈，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽沒(méi)水時(shí)，鍋爐報(bào)警指示燈亮，此時(shí)，不能夠給鍋爐加熱；當(dāng)儲(chǔ)水箱沒(méi)水時(shí)，水位報(bào)警指示燈亮，此時(shí)不能用磁力泵抽水。2.2. i/oi/o 信號(hào)面板：信號(hào)面板：測(cè)量信號(hào)、控制信號(hào)的連接均在此面板上完成，便于學(xué)生自行連線(xiàn)組成不同的控制系統(tǒng)。測(cè)量信號(hào)部分：lt1、lt2、lt3 分別對(duì)應(yīng)上小、上大、下水箱的液位測(cè)量信號(hào)，紅色和藍(lán)色弱電柱之間電壓為 0.2-1v

27、，藍(lán)色和黑色弱電柱之間電壓為 1-5v；ft1、ft2 分別對(duì)應(yīng)孔板流量計(jì)流量信號(hào)和渦輪流量計(jì)信號(hào)；pt 為管道壓力的測(cè)量信號(hào)；tt1、tt2、tt3、tt4、tt5、tt6 分別測(cè)量鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤(pán)管上、盤(pán)管中、盤(pán)管下、鍋爐內(nèi)膽水溫的溫度；k1、k2 分別為干燒報(bào)警，水位報(bào)警報(bào)警用觸點(diǎn)，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警繼電器動(dòng)作，常開(kāi)觸點(diǎn)（no）或常閉觸點(diǎn)（nc）與公共點(diǎn)（com）接通或斷開(kāi)?？刂戚敵霾糠郑骸半妱?dòng)閥”為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 4-20ma 控制信號(hào)輸入端；“電動(dòng)閥閥位反饋”為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開(kāi)度反饋信號(hào)（4-20ma） ；“溫控模塊”為調(diào)壓模塊控制信號(hào)輸入端；“變頻器”為 fcs 控制柜里的西門(mén)

28、子變頻器 4-20ma 控制信號(hào)輸入端，若要控制變頻器還需要給變頻器通電和進(jìn)行一些參數(shù)設(shè)置；磁力泵控制、電磁閥控制分別為磁力泵和電磁閥在自動(dòng)狀態(tài)時(shí)的控制輸入端，當(dāng)兩個(gè)端子短接，相應(yīng)的控制對(duì)象就接通電源。電源部分:為實(shí)驗(yàn)掛件等提供電源。備用部分：用于擴(kuò)展，主要用于測(cè)量信號(hào)遠(yuǎn)傳至其他控制系統(tǒng)或其他系統(tǒng)的控制信號(hào)遠(yuǎn)傳至該控制系統(tǒng)。接線(xiàn)端子：詳見(jiàn)控制屏接線(xiàn)端子對(duì)應(yīng)表。（五）（五） 、實(shí)驗(yàn)掛件、實(shí)驗(yàn)掛件1.at-11.at-1 aiai 智能調(diào)節(jié)儀表掛件：智能調(diào)節(jié)儀表掛件：采用上海萬(wàn)迅儀表有限公司生產(chǎn)的 ai 系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，其中智能調(diào)節(jié)儀 i、智能調(diào)節(jié)儀 ii 為 ai-818 型，流量積

29、算儀為 ai-708h 型。ai-818 型儀表為 pid控制型，輸出為 420madc 信號(hào)；而 ai-708h 型儀表為流量積算儀，輸出為繼電器觸點(diǎn)型開(kāi)關(guān)量信號(hào)。ai 系列儀表通過(guò) rs485 串口通信協(xié)議與上位計(jì)算機(jī)通訊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。2 2at-2at-2 比值、前饋補(bǔ)償及解耦裝置掛件：比值、前饋補(bǔ)償及解耦裝置掛件：比值、前饋補(bǔ)償裝置同調(diào)節(jié)器一起使用，其原理如圖 2 所示。上面一路作為比值器，輸入電壓經(jīng)過(guò)電壓跟隨器、反相比例放大器、反相器輸出 05v 電壓，可以實(shí)現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)；當(dāng)上面一路作為干擾輸入，下面一路作為調(diào)節(jié)器輸出時(shí)，兩路相加或相減（通過(guò)

30、鈕子開(kāi)關(guān)切換） ，再經(jīng)過(guò) i/v 變換輸出420ma 電流，這部分構(gòu)成一個(gè)前饋補(bǔ)償器，可以實(shí)現(xiàn)液位與流量、溫度與流量的前饋9-反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。圖圖 2 2 比值、前饋補(bǔ)償器原理圖比值、前饋補(bǔ)償器原理圖解耦裝置同調(diào)節(jié)器一起使用，其原理如圖 3 所示。上面一路的輸入對(duì)輸出的影響，以及下面一路的輸入對(duì)輸出的影響均為 1：1 的關(guān)系；兩路之間相互的影響通過(guò)可調(diào)比例放大器及加法器實(shí)現(xiàn)。圖圖 3 3 解耦裝置原理圖解耦裝置原理圖3 3at-3at-3 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)掛件：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集實(shí)驗(yàn)掛件：遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制即我們通常所說(shuō)的直接數(shù)字控制（ddc） ，它的特點(diǎn)是以計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)

31、采集板卡或模塊進(jìn)行 a/d、d/a 轉(zhuǎn)換，控制算法全部在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。在本裝置中遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)包括 8 路模擬量輸入模塊 r-8017，4 路模擬量輸出模塊 r-8024， 萬(wàn)能模擬量輸入模塊 r-8019+；rs485-rs232 通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊 r8520。remodaq8000 系列智能采集模塊通過(guò) rs485 等串行口通訊協(xié)議與 pc 相連，由 pc 中的算法及程序控制并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集模塊對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的模擬量、開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸入和輸出、脈沖信號(hào)的計(jì)數(shù)和測(cè)量脈沖頻率等功能。圖 4 所示即為遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖。圖中輸入輸出通道即為 remodaq8000 智能采集模塊。關(guān)于 remod

32、aq8000 智能模塊的具體使用請(qǐng)參考裝置附帶的光盤(pán)中的相關(guān)內(nèi)容。10圖 1-5 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)框圖 圖圖 4 4 遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)框圖“thpcat-2 遠(yuǎn)程采集控制系統(tǒng)”的信號(hào)通道與實(shí)際信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳見(jiàn)附錄。3.at-43.at-4 數(shù)據(jù)采集卡實(shí)驗(yàn)掛件：數(shù)據(jù)采集卡實(shí)驗(yàn)掛件：pci-1711 數(shù)據(jù)采集卡是功能強(qiáng)大的多功能 pci 總線(xiàn)數(shù)據(jù)卡，完全符合 pci 規(guī)格rev2.1 標(biāo)準(zhǔn)，支持即插即用，采樣時(shí)可完成多路選通開(kāi)關(guān)的控制，可根據(jù)每個(gè)通道不同的輸入電壓類(lèi)型，來(lái)進(jìn)行輸入范圍的確定。其配備了 16 路單端 ai 模擬量輸入，12位 a/d 轉(zhuǎn)換器，采樣速率可達(dá)

33、 100k，每個(gè)輸入通道的增益可編程，具有自動(dòng)通道/增益掃描功能，卡上有 1k 的采樣 fi/fo 緩沖器，2 路 ao 位模擬量輸出，16 路 di，16 路do。支持相關(guān)軟件（如 vb、vc、labview、matlab 等）編程連接，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)算法的研究。同時(shí)提供相關(guān)了軟件的測(cè)試應(yīng)用軟件，給學(xué)生做設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)提供了前提和基礎(chǔ)?！皌hpcat-2 數(shù)據(jù)采集卡控制系統(tǒng)”的信號(hào)通道與實(shí)際信號(hào)的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳見(jiàn)附錄。（六）（六） 、常規(guī)儀表側(cè)控制對(duì)象總貌圖：、常規(guī)儀表側(cè)控制對(duì)象總貌圖：11圖圖 5 5 常規(guī)儀表側(cè)控制對(duì)象總貌圖常規(guī)儀表側(cè)控制對(duì)象總貌圖（7）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法）調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法調(diào)

34、節(jié)器參數(shù)的整定一般有兩種方法：一種是理論計(jì)算法，即根據(jù)廣義對(duì)象的數(shù)學(xué)模型和性能要求，用根軌跡法或頻率特性法來(lái)確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)；另一種方法是工程實(shí)驗(yàn)法，通過(guò)對(duì)典型輸入響應(yīng)曲線(xiàn)所得到的特征量，然后查照經(jīng)驗(yàn)表，求得調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。工程實(shí)驗(yàn)整定法有以下四種：（一）經(jīng)驗(yàn)法（一）經(jīng)驗(yàn)法若將控制系統(tǒng)按照液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來(lái)分類(lèi)，則屬于同一類(lèi)別的系統(tǒng)，其對(duì)象往往比較接近，所以無(wú)論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表 1 為經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進(jìn)一步修正。若需加微分作用，微分時(shí)間常數(shù)按 td=()ti 計(jì)算。3141表表 1 1 經(jīng)驗(yàn)法整定參數(shù)經(jīng)驗(yàn)法整定

35、參數(shù)參 數(shù)系 統(tǒng)(%)ti(min)td(min)溫 度20603100.53流 量401000.11壓 力30700.43液 位2080 (二二)臨界比例度法臨界比例度法圖圖 6.6.具有周期具有周期 tsts 的等幅振蕩的等幅振蕩這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。設(shè) ti=，td=0，使調(diào)節(jié)器工作在純比例情況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖 3 所示。根據(jù)臨界比例度 k 和振蕩周期 ts，按表 2 所列的經(jīng)驗(yàn)算式，求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)值，12這種整定方法是以得到 4：1 衰減為目標(biāo)。表表 2 2 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)

36、節(jié)器名稱(chēng)ti(s)td(s)p2kpi2.2kts/1.2pid1.6k0.5ts0.125ts臨界比例度法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，但此法有一定限制。首先要產(chǎn)生允許受控變量能承受等幅振蕩的波動(dòng)，其次是受控對(duì)象應(yīng)是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線(xiàn)時(shí)，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開(kāi)、關(guān)的極端狀態(tài)。（三）衰減曲線(xiàn)法（阻尼振蕩法（三）衰減曲線(xiàn)法（阻尼振蕩法）圖圖 7.7. 4 4：1 1 衰減曲線(xiàn)法圖形衰減曲線(xiàn)法圖形在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動(dòng)觀(guān)察輸出響應(yīng)的衰減過(guò)程，直至出現(xiàn)圖 4 所示的

37、4：1 衰減過(guò)程為止。這時(shí)的比例度稱(chēng)為 4：1 衰減比例度，用 ,s 表示之。相鄰兩波峰間的距離稱(chēng)為 4：1 衰減周期 ts。根據(jù) s 和 ts，運(yùn)用表 3 所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。表表 3 3 衰減曲線(xiàn)法計(jì)算公式衰減曲線(xiàn)法計(jì)算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱(chēng)（%）ti(min)td(min)pspi1.2s0.5tspid0.8s0.3ts0.1 ts （四）動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法所謂動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開(kāi)環(huán)廣義過(guò)程階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的方法，即根據(jù)第二章中對(duì)象特性的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)測(cè)試法測(cè)得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)（k、t、 等） ，利用表 4 所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出對(duì)應(yīng)于

38、衰減率為 4：1 時(shí)調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。如果被控對(duì)象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（4：1 衰減）就有難度，此時(shí)應(yīng)采用動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法進(jìn)行整定。表表 4 4 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式13調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱(chēng)（%）titdp100%tkpi1.1100%tk3.3pid0.85100%tk20.5六、軟件介紹六、軟件介紹一、一、mcgs 組態(tài)軟件組態(tài)軟件mcgs（monitor and control generated system）是一套基于 windows 平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于 microsoft wind

39、ows95/98/nt/2000/xp 等操作系統(tǒng)。mcgs 軟件為用戶(hù)提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。有關(guān) mcgs 軟件的使用參考配套的手冊(cè)及光盤(pán)。二、二、remodaq8000-9000 軟件軟件遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制方案采用 remodaq8000 系列智能采集模塊，remodaq8000-9000是其配套的模塊調(diào)試軟件。軟件安裝完以后，會(huì)在桌面創(chuàng)建快捷方式，雙擊“remodaq-8000-9000 series utility”圖標(biāo)，運(yùn)行程序自動(dòng)檢測(cè)模塊，當(dāng)檢

40、測(cè)到模塊后，可雙擊模塊進(jìn)行模塊參數(shù)的顯示及修改。若模塊通訊失敗，請(qǐng)檢查通訊線(xiàn)是否已按實(shí)驗(yàn)要求連接；若上位機(jī) mcgs 組態(tài)與模塊通訊失敗，請(qǐng)用 remodaq-8000-9000 軟件檢查模塊地址，并作正確修改。遠(yuǎn)程采集模塊地址：模擬量輸入模塊 r8017 地址為 1，萬(wàn)能模擬量輸入模塊兒地址為 2，模擬量輸入模塊地址為 3。三、三、advantech device manager 軟件軟件pci1711 數(shù)據(jù)采集卡使用advantech device manager 作為測(cè)試軟件，可對(duì)板卡各個(gè)通道進(jìn)行測(cè)試。在使用“thpcat-2 數(shù)據(jù)采14集卡控制工程”組態(tài)工程前，也必須要先安裝該測(cè)試軟件

41、?？梢允褂迷撥浖榭传@得 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡的基地址，具體方法是：打開(kāi) advantechadvantech devicedevice managermanager 軟件，在“supportedsupported devicesdevices”選擇框中選中“advantechadvantech pci-1711pci-1711” ，單擊“addadd”按鈕，在“installedinstalled devicesdevices”選擇框中，可以看到 pci-1711 的 io 基地址，為 16 進(jìn)制圖圖 8 8 數(shù)據(jù)采集卡數(shù)據(jù)采集卡 1616 進(jìn)制顯示進(jìn)制顯示顯示，如圖所示。軟件的安裝與

42、使用詳見(jiàn) pci1711 數(shù)據(jù)采集卡使用說(shuō)明書(shū)。四、應(yīng)用四、應(yīng)用 mcgs 組態(tài)軟件做的實(shí)驗(yàn)工程組態(tài)軟件做的實(shí)驗(yàn)工程本裝置中智能儀表控制方案、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制方案和 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡控制方案均采用了北京昆侖公司的 mcgs 組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。五、智能調(diào)節(jié)儀的認(rèn)識(shí)五、智能調(diào)節(jié)儀的認(rèn)識(shí)（一）（一） 、 智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：智能調(diào)節(jié)儀的功能及作用：智能調(diào)節(jié)儀不僅可以采集本套裝置中所有傳感器和變送器的輸出信號(hào)在儀表上進(jìn)行顯示，還可以進(jìn)行設(shè)定值控制、變送輸出、輸出 420ma 線(xiàn)性電流信號(hào)控制執(zhí)行器動(dòng)作、與上位機(jī)建立 rs485 通訊關(guān)系等等，即可作為現(xiàn)場(chǎng)獨(dú)立控制器，也可與上

43、位機(jī)組成監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，是工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最常見(jiàn)且可靠的控制器之一。（二）（二） 、 智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：智能調(diào)節(jié)儀的參數(shù)和使用：詳見(jiàn)智能調(diào)節(jié)儀的使用說(shuō)明書(shū)，本套裝置的 ai-818 智能調(diào)節(jié)儀與使用說(shuō)明書(shū)上介紹的 ai-808p 儀表相同（儀表在上電時(shí)會(huì)顯示本塊儀表的型號(hào)） 。(三三)、 智能調(diào)節(jié)儀的常用功能：智能調(diào)節(jié)儀的常用功能：1.1. 數(shù)據(jù)的采集：數(shù)據(jù)的采集：在儀表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集前，需要知道本套裝置傳感器、變送器的輸出信號(hào)的規(guī)格：液位檢測(cè)： 0-5kpa 擴(kuò)散硅壓力變送器：dc15v流量檢測(cè)： 孔板流量計(jì)（0-60kpa 差壓變送器）：dc15v 渦輪流量計(jì)：dc15v壓力檢測(cè)： 管道靜壓變送器(

44、0-200kpa 擴(kuò)散硅式)：dc15v溫度檢測(cè)：15 鍋爐內(nèi)膽溫度檢測(cè)傳感器熱電偶：k 型熱電偶 其他溫度傳感器：pt100 熱電阻綜上說(shuō)述，所有傳感器及變送器的輸出信號(hào)分為三種：15vdc、pt100 熱電阻、k 型熱電偶信號(hào)。當(dāng)采集液位、信號(hào)時(shí)，儀表需要設(shè)置參數(shù)為：輸入規(guī)格 sn=33，輸入下限顯示值 dil0cm，輸入上限顯示值 dih50cm，如果想提高顯示范圍，可將輸入下限設(shè)為 0mm，輸入上限設(shè)為 500mm。設(shè)置范圍為 050cm是與裝置上傳感器的量程一一對(duì)應(yīng)的。其它電壓輸出的變送器輸入規(guī)格同樣 sn=33，只是量程要根據(jù)傳感器的量程來(lái)設(shè)置。當(dāng)采集孔板流量計(jì)（差壓變送器）信號(hào)時(shí)

45、，儀表基本設(shè)置為：sn=33，dil0，dih60(kpa)；采集渦輪流量計(jì)信號(hào)時(shí)，儀表基本設(shè)置為：sn=33，dil0，dih20（l/min） ；當(dāng)采集管道壓力信號(hào)時(shí)，儀表基本設(shè)置為：sn=33，dil0，dih200（kpa） 。當(dāng)采集 pt100 熱電阻的溫度信號(hào)時(shí)，儀表需要設(shè)置參數(shù)為：輸入規(guī)格 sn=21，輸入下限顯示值 dil 和輸入上限顯示值 dih 均不用設(shè)置，儀表會(huì)對(duì)采集到阻值激勵(lì)出來(lái)的電壓信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)算，得出結(jié)果送到測(cè)量區(qū)進(jìn)行顯示輸出，但前提就是 sn=21，以便使儀表轉(zhuǎn)入 pt100 熱電阻溫度算法程序。采集 k 型熱電偶信號(hào)信號(hào)時(shí)，只需將 sn 設(shè)置為 0。采集熱電阻

46、溫度信號(hào)時(shí)，要將熱電阻輸出信號(hào)的 a、b、c 三端對(duì)應(yīng)接到儀表的e、s、c 輸入端即可。采集熱電偶信號(hào)時(shí)需將熱電偶正負(fù)輸入端對(duì)應(yīng)接到儀表的 0-1v電壓輸入 3、2 端。2.2. 儀表的給定值設(shè)定：儀表的給定值設(shè)定：當(dāng)儀表用于 ptd 算法控制時(shí)，需要設(shè)定控制變量的設(shè)定值，也就是需要控制儀表采集上來(lái)的傳感器、變送器數(shù)據(jù)變量到達(dá)設(shè)定值，具體設(shè)置可參考儀表使用說(shuō)明書(shū)。3.3. 儀表的輸出：儀表的輸出：本 ai-818 智能調(diào)節(jié)儀有 420ma 線(xiàn)性電流信號(hào)，以控制執(zhí)行器動(dòng)作，以調(diào)節(jié)被控參量的變化到達(dá)給定值。輸出有手動(dòng)和自動(dòng)兩種狀態(tài)，當(dāng)用于算法控制時(shí)需設(shè)置輸出到自動(dòng)狀態(tài)才能啟動(dòng) pid 算法，需要手

47、動(dòng)控制執(zhí)行器時(shí)，可以先將儀表的輸出狀態(tài)切換到手動(dòng)輸出狀態(tài)，具體設(shè)置詳見(jiàn)儀表使用說(shuō)明書(shū)。4.4. 儀表的變送輸出：儀表的變送輸出：本 ai-818 智能調(diào)節(jié)儀還有變送輸出的功能，可以將 pt100 的溫度信號(hào)線(xiàn)性變送輸出 420ma 電流信號(hào)，充當(dāng)變送器的作用。基本設(shè)置是：sn=21,ctrl=0, dil0，dih100（）,opl=40, oph=200，這樣儀表輸出便是對(duì) pt100 溫度信號(hào)的變送輸出，0-100線(xiàn)性對(duì)應(yīng) 420ma 電流輸出，注意此時(shí)主窗口將不再有顯示，也不再具有調(diào)節(jié)輸出功能。不詳之處參見(jiàn)儀表使用說(shuō)明書(shū)。七、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)七、系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)（一）（一） 、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖與

48、元器件選擇、系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)框圖與元器件選擇實(shí)驗(yàn)設(shè)備包括：1、thj-2 型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)試驗(yàn)裝置162、計(jì)算機(jī)、mcgs 工控組態(tài)軟件、rs232/485 轉(zhuǎn)換器 1 只、串口線(xiàn)一根3、萬(wàn)用表一只液位控制系統(tǒng)主要是基于 thj-2 型遠(yuǎn)程控制數(shù)據(jù)采集過(guò)程控制裝置。系統(tǒng)的主要目的是控制下水箱的液位。主要干擾為隨機(jī)流入水箱中的使水位上漲，超過(guò)警戒水位；同時(shí)出于某種考慮，不能時(shí)水位低于某個(gè)值。整個(gè)液位控制系統(tǒng)由控制器、電動(dòng)調(diào)節(jié)器、上水箱、下水箱和液位變阻器模塊等組成。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)上水箱的進(jìn)水量的大小，液位變送器用于檢測(cè)上水箱和下水箱中的液位，控制器的輸出量用于控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度。液位控制系統(tǒng)

49、硬件結(jié)構(gòu)如下圖。上水箱和下水箱的液位信號(hào)分別由兩壓力傳感器檢測(cè)，檢測(cè)到液位喜好經(jīng)液位變送器轉(zhuǎn)換成 420ma 的電流信號(hào)，再通過(guò) a/d 將采集到的數(shù)字信號(hào)在組態(tài)軟件中由 pid 控制器進(jìn)行處理得出控制信號(hào)，控制信號(hào)經(jīng) rs485送給 d/a 轉(zhuǎn)換器，最后轉(zhuǎn)換得到的模擬信號(hào)驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)閥工作。圖圖 9 9 液位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖液位控制系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖用泵作為輸入源，把液位從低位液池抽到高位液池，讓其產(chǎn)生壓力使液位流經(jīng)調(diào)節(jié)閥再通過(guò)智能儀表加以調(diào)節(jié)，使其液箱的液位達(dá)到控制的要求，液位箱的箱底連接一個(gè)排除閥門(mén)（此閥門(mén)的開(kāi)關(guān)決定液位箱的循環(huán)速度） 。排出閥門(mén)的管道同時(shí)也連接到低位液池，是整個(gè)系統(tǒng)處于循環(huán)狀

50、態(tài)，從而節(jié)約用水。17實(shí)實(shí)實(shí)圖圖 1010 驗(yàn)裝置總貌圖驗(yàn)裝置總貌圖 （二）（二） 、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)圖、系統(tǒng)軟件功能模塊設(shè)計(jì)圖圖圖 1111 mcgsmcgs 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)的進(jìn)步 、工業(yè)生產(chǎn)工藝過(guò)程控制要求的提高和生產(chǎn)管理的完善 ，ddc控制系統(tǒng)作為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的一種基本形式在工業(yè)控制過(guò)程 中占有非常重要 的地位。ddc 系統(tǒng)首先 是把反應(yīng) 過(guò)程狀態(tài)的參數(shù)經(jīng)過(guò)采樣 ，經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)中。計(jì)算機(jī)根據(jù)一定 的控制算法進(jìn)行計(jì)算，控制作用通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換 為相應(yīng)的模擬量 ，通過(guò)執(zhí)行機(jī)構(gòu)去控制生產(chǎn)過(guò)程以達(dá)到預(yù)期的目的。本

51、控制系統(tǒng) 中實(shí) 現(xiàn)的是 雙容水箱液 位 的 ddc 控制。系統(tǒng)的工藝要求是下水箱18液位維持在一給定值上 ，故選擇下水箱液位作為主被控變量 ，以上水箱液位為副被控變量。由于在上水箱的輸入變量為進(jìn)水流量 ，則選取上水箱的進(jìn)水流量為操縱變量 ，該進(jìn)水流量由 qsvp16n 智能 電動(dòng)單 座調(diào)節(jié) 閥來(lái)進(jìn)行控制，故系統(tǒng) 中的執(zhí)行器為 qsvp 一 16n 智能電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥。系統(tǒng)采用 bp800 型壓力變送器用來(lái)測(cè)量?jī)伤涞囊何?，故選用 bp800 型壓力變送器作為主 、副測(cè)量變送器 。主、副控制器選用的均為 ai818a 智能調(diào)節(jié)儀，智能調(diào)節(jié) 儀與上位機(jī)之 間通 過(guò) rs485 一 rs232 的

52、轉(zhuǎn)換 接 口實(shí)現(xiàn) 了兩者之 間的通訊 ，控制規(guī)律選擇智能 pid 控制。由于計(jì)算機(jī)輸 入 、輸 出的信號(hào)是數(shù)字量 ，故在測(cè)量元件的后面和執(zhí)行元 件的前面添加 ad 和 da 轉(zhuǎn) 換元件實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換 ，本系統(tǒng)選擇的是 icp7017 和 icp7024。2、系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)置、系統(tǒng)的組態(tài)設(shè)置在系統(tǒng)的組態(tài)過(guò)程中，首先對(duì)所組態(tài)的控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，通過(guò)分析 ，在本設(shè)計(jì)過(guò)程 中建立了 6 個(gè)用戶(hù)窗 口：內(nèi)膽溫度控制工程 、內(nèi)膽溫度實(shí)時(shí)曲線(xiàn) 、內(nèi)膽溫度歷史 曲線(xiàn) 、數(shù)據(jù)瀏覽 、退出工程 、主菜單在確定了系統(tǒng)的用戶(hù) 窗口后 ，系統(tǒng)的組態(tài)過(guò)程如下 ：(1)打開(kāi) mcgs 組態(tài)環(huán)境，建立工程項(xiàng)目。(

53、2)制作工程畫(huà)面。工程畫(huà)面制作是在用戶(hù)窗口內(nèi)完成的，根據(jù)系統(tǒng)中所用到的硬件設(shè)備 ，在 mcgs 的設(shè)備工具箱中進(jìn)行選取 ，然后放到合適的位置 ，讓系統(tǒng)中的物料流動(dòng)構(gòu)成一個(gè)閉合回路 ，以實(shí)現(xiàn)與操作人員之間的交互式界面。如下圖所示圖圖 1212 雙容液位串級(jí)控制系統(tǒng)組臺(tái)界面雙容液位串級(jí)控制系統(tǒng)組臺(tái)界面(3)定義數(shù)據(jù)對(duì)象。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是 mcgs 工程的數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)處理中心。數(shù)據(jù)對(duì)象是構(gòu)成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的基本單元，建立實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù) 的過(guò)程也就是定義數(shù)據(jù)對(duì)象的過(guò)程。定義數(shù)據(jù)對(duì)象的內(nèi)容主要包括：指定數(shù)據(jù)變量的名稱(chēng) 、類(lèi)型 、初始值和數(shù)值范圍確定與數(shù)據(jù)變量存盤(pán)相關(guān)的參數(shù)，如存盤(pán)的周期 、存盤(pán)的時(shí)間范 圍和保存期

54、限等 。19(4)動(dòng)畫(huà)連接。由圖形對(duì)象搭制而成 的圖形畫(huà)面是靜止不動(dòng)的，需要對(duì)這些圖形對(duì)象進(jìn)行動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì) ，真實(shí)地描述外界對(duì)象 的狀態(tài)變化 ，達(dá)到過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控的目的。mcgs實(shí)現(xiàn)圖形動(dòng)畫(huà)設(shè)計(jì)的主要方法是將用戶(hù)窗口中圖形對(duì)象與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)對(duì)象建立相關(guān)性連接，并設(shè)置相應(yīng)的動(dòng)畫(huà)屬性。在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中，圖形對(duì)象的外觀(guān)和狀態(tài)特征，由數(shù)據(jù)對(duì)象的實(shí)時(shí)采集值驅(qū)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)了圖形的動(dòng)畫(huà)效果 。(5)曲線(xiàn)顯示。在曲線(xiàn)顯示部分包括實(shí)時(shí)曲線(xiàn)和歷史曲線(xiàn) 2 個(gè)部分。實(shí)時(shí)曲線(xiàn)構(gòu)件是用曲線(xiàn)顯示 1 個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象數(shù)值 的動(dòng)畫(huà)圖形 ，像筆繪記 錄儀一樣實(shí)時(shí)記錄數(shù)據(jù)對(duì)象值的變化情況。歷史曲線(xiàn)構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了歷史數(shù)據(jù)的曲線(xiàn)瀏覽功

55、能。運(yùn)行時(shí) ，歷史曲線(xiàn)構(gòu)件能夠根據(jù)需要畫(huà)出相應(yīng)歷史數(shù)據(jù)的趨勢(shì)效果圖。歷史曲線(xiàn)主要用于事后查看數(shù)據(jù)和狀態(tài)變化趨勢(shì)和總結(jié)規(guī)律 。(6)設(shè)備連接。在該過(guò)程中對(duì)控制系統(tǒng)中需要的模擬設(shè)備進(jìn)行添加，并設(shè)置其屬性，使其與所控制的物理對(duì)象之間建立聯(lián)系 ，并完成與上位機(jī)之間的通訊設(shè)置。(7)運(yùn)行調(diào)試。系統(tǒng)組態(tài)完成 后首先進(jìn)行組態(tài)的檢查，在確認(rèn)沒(méi)有錯(cuò)誤的情況下進(jìn)入運(yùn)行環(huán)境。3、修改通訊串口號(hào)和通訊地址并設(shè)置相關(guān)屬性、修改通訊串口號(hào)和通訊地址并設(shè)置相關(guān)屬性打開(kāi)組態(tài)工程，選擇設(shè)備窗口：圖圖 1313 組態(tài)工程窗口組態(tài)工程窗口雙擊“設(shè)備窗口” ，而后選擇串口通訊父設(shè)備并雙擊它進(jìn)入該設(shè)備的通訊設(shè)置，選擇修改需要修改的通信

56、參數(shù)后，確認(rèn)保存即可20 圖圖 1414 設(shè)置通訊參數(shù)設(shè)置通訊參數(shù)選擇儀表 1（這里是智能調(diào)節(jié)儀 i） ，并雙擊，進(jìn)入儀表 1 的通訊設(shè)置，選擇并修改智能儀表的通訊地址等。圖圖 1515 智能儀表智能儀表 1 1 的通訊設(shè)置的通訊設(shè)置修改 pci1711 數(shù)據(jù)采集卡基地址，要想應(yīng)用此實(shí)驗(yàn)工程，必須保證該項(xiàng)設(shè)置與實(shí)際相符，又因?yàn)閿?shù)據(jù)采集卡基地址是系統(tǒng)自動(dòng)為采集卡分配的，具有隨機(jī)性，所以每次打開(kāi)應(yīng)用該工程時(shí)，都要核對(duì)該項(xiàng)設(shè)置21 圖圖 1616 修改修改 pci1711pci1711 數(shù)據(jù)采集卡基地址數(shù)據(jù)采集卡基地址(1)(1)按基本情況設(shè)置設(shè)備屬性：按基本情況設(shè)置設(shè)備屬性： 圖圖 1717 設(shè)備屬性設(shè)置設(shè)備屬性設(shè)置22 圖圖 1818 設(shè)備屬性設(shè)置設(shè)備屬性設(shè)置（2）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)置：逐個(gè)添加所需實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)。圖圖 1919 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)設(shè)置實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)設(shè)置（3）組態(tài)策略設(shè)置）組態(tài)策略設(shè)置：在相應(yīng)窗口設(shè)置組態(tài)并添加腳本程序，檢查無(wú)誤后保存。過(guò)程如下：23 圖圖 2020 組態(tài)策略的設(shè)置組態(tài)策略的設(shè)置（4 4）運(yùn)