水箱液位過控實訓報告 2

1、 TOC o 1-5 h z 1引言12系統(tǒng)介紹12.1系統(tǒng)組成及其框圖12.2系統(tǒng)工作原理及其設備介紹 23調試系統(tǒng)44調試結果9心得體會101引言在工業(yè)生產過程中，液位是最基本的工藝參數(shù)之一，因此對 水箱液位實現(xiàn)自動控制是生產自動化的重要任務之一。自動化專業(yè)的畢業(yè)生工作后，將面臨的任務之一是對自動控 制系統(tǒng)（設備、裝置）進行維護、維修和技術改造等。本訓練項 目的任務是通過為期1周的工程實踐訓練，對單容水箱液位控制 系統(tǒng)的構成及工作原理作一個全面的了解，對主電路及控制電路 等進行原理分析，中間信號的檢測調試、故障分析處理等，進一 步完善和優(yōu)化系統(tǒng)性能。本次系統(tǒng)綜合工程實踐訓練內容覆蓋面廣，應

2、用性強，通過工 程訓練，目的是提高學生對所學知識的綜合能力，將理論知識用 于實踐分析問題和解決問題的能力，學習對實際系統(tǒng)的檢修調試 方法，積累實踐經驗，近一步縮短教學與生產實際的距離，為畢 業(yè)后順利上崗打下良好基礎。2系統(tǒng)介紹2.1系統(tǒng)組成及其系統(tǒng)框圖本次工程實踐訓練采用是THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)，它是一個 多功能多分支的大系統(tǒng)，由于時間關系，無法對此系統(tǒng)的各個子系統(tǒng) 進行全面熟悉和訓練，所以只是選用了此系統(tǒng)的單容水箱液位控制系 統(tǒng)及其設備作為訓練內容，系統(tǒng)由過程控制實驗對象系統(tǒng)、智能儀表 控制臺、上位監(jiān)控PC機及監(jiān)控軟件MCGS組態(tài)軟件組成。單容水箱液位控制系統(tǒng)的由液位給定，控制器，D/

3、A轉換器，電 動節(jié)閥，單容水箱，檢測變送器，A/D轉換器，擾動信號組成，框 圖如下：圖1單容水箱液位控制系統(tǒng)框圖2.2系統(tǒng)工作原理及其設備介紹工作原理THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)里的單容水箱液位控制系統(tǒng)是一 個使液位保持在一定高度的控制系統(tǒng)。它采用的控制方法是PID 控制。先用水泵給水箱抽水，改變電動調節(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，將測量的值傳輸給系統(tǒng)并與系統(tǒng)的給定值進行比較，通 過改變PID的控制參數(shù)，使測量值能夠跟隨系統(tǒng)給定值，實現(xiàn)對 液位的動態(tài)調節(jié)和控制。系統(tǒng)采用的PID控制器在模擬過程控制中，數(shù)字PID控制算 式為：u(k) =

4、 Kpe(k)+1 寸 e(j)+%(k) -e(k-1)TiTj=o式中：T采樣周期e(k)系統(tǒng)第k次采樣時刻的偏差值e(k-1)系統(tǒng)第(k-1)次采樣時刻的偏差值u (k)第k時刻的控制輸出k為采樣序號，k=0, 1, 2o過程控制實驗設備介紹實驗設備包含有：不銹鋼儲水箱；上、中、下三個串接有機 玻璃圓筒型水箱；三相4.5KW電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內膽加 溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構成)和鋁塑盤管組成。系統(tǒng)動力系統(tǒng)有兩套：一套由三相(380V交流)不銹鋼磁力 驅動泵、電動調節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計等組成;另一套由 日本三菱變頻器、三相不銹鋼磁力驅動泵(220V變頻)、渦輪流

5、量 計等組成。整套對象系統(tǒng)完全由不銹鋼材料制造，包括對象框架、管道、 底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置擴散硅壓力變送器三只：分別檢測上水箱、中水箱、下水 箱液位；渦輪流量計三只：分別檢測兩條動力支路及盤管出水口的 流量；Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內膽、鍋 爐夾套、盤管(三只)及上水箱出水口水溫；控制模塊：包含三相可控硅移相調壓裝置、電磁閥、電動 調節(jié)閥、三菱變頻器各一個；接觸器位式控制裝置、三相380V不銹鋼磁力驅動泵、三相220V 不銹鋼磁力驅動泵。上位監(jiān)控PC機“THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”配置一臺上位監(jiān)控PC機，PC機上安裝

6、有工控組態(tài)軟件（MCGS、組態(tài)王可選），通過 RS232/485轉換器、儀表控制臺側面的RS485總線接口與所有的儀 表進行通訊。我們可對下位儀表各參數(shù)進行設定、修改PID控制 參數(shù)，并能觀察被控參數(shù)的實時曲線、歷史曲線，SV設定值、PV 測量值、OP輸出值，各實驗都設有動態(tài)變化棒圖顯示和實驗指導。3調試系統(tǒng)單容水箱液位控制系統(tǒng)的調試主要包括以下各部分：調試控 制對象、調試檢測裝置、調試執(zhí)行裝置、調試控制器以及PID調 試。由于控制對象、檢測裝置、執(zhí)行裝置、控制器都是由生產廠 家調試好了的，在成功運行這些裝置的情況下，主要是調試PID 參數(shù)?？刂茖ο髨A筒形有機玻璃上水箱（200 X 330mm

7、）的水箱液位。檢測裝置擴散硅壓力液位變送器工作原理：當被測介質（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（液體）的液位壓力成線 性對應關系的420mA標準電流輸出信號。水箱液位傳感器的校準：水箱液位傳感器測量范圍：010Kpa； 24VDC電源供電，420mA 電流輸出，兩線制接法。校準前先打開電源總開關，接通24V開 關電源，檢查直流電壓是否為24V，用萬用表在接線口測量確認。 確認后可以開始校準。校準方法：零位校準（15V對應液位01000mm）打開閥L01 （R01）,排空上水箱中的水后，關閉閥L01（

8、R01）。用萬用表20V直流電壓檔測量I/O信號面板上的上水箱液位的電壓值，此時上水箱液位為零，調節(jié)上水箱液位傳感器 的Z（zero）電位器，使測量的電壓值為1.00V。增益校準：打開單相水泵的220V供電電源開關，上水箱開始進水。當上水箱液位達到溢流口時，關閉單相水泵電源開關，從水箱刻度尺上讀出測量值。看萬用表20V直流電壓檔測量的 上水箱液位的電壓值，測量值二（電壓值-1）X 250mm，若不是， 調節(jié)上水箱液位傳感器的R （增益）電位器，使電壓值經過換算后 和測量值吻合。重復步驟1）、2），復調零位和增益。直到液位為零時電壓顯 示為1V，最大值時電壓與實際測量值吻合。注：調好以后就不 再

9、調。注：液位傳感器的校準一般在出廠前已完成。執(zhí)行裝置：電動調節(jié)閥QSTP-16K智能電動單座調節(jié)閥主要技術參數(shù)：執(zhí)行機構型式：智能型直行程執(zhí)行機構輸入信號：010mA/420mADC/05VDC/15VDC輸入阻抗：250Q /500Q輸出信號：420mADC輸出最大負載：5000信號斷電時的閥位：可任意設置為保持/全開/全關/0100%間 的任意值電源：220V10%/50Hz控制器單回路上水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調節(jié)系統(tǒng)一般指在一個 調節(jié)對象上用一個調節(jié)器來保持一個參數(shù)的恒定，而調節(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 持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務

10、是控制上小水箱 液位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，當調節(jié)方案確定之后，接下來就是整定調節(jié) 器的參數(shù)，一個單回路系統(tǒng)設計安裝就緒之后，控制質量的好壞 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。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會使控制 質量變壞，達不到預期效果。因此，當一個單回路系統(tǒng)組成好以 后，如何整定好控制器參數(shù)是一個很重要的實際問題。一個控制 系統(tǒng)設計好以后，系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定是十分重要的工作。根據(jù)實驗經驗我們知道，用比例（P）調節(jié)器的系統(tǒng)是一個 有差系統(tǒng)，比例度6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

11、能密切相關。比例積分（PI）調節(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)6，Ti調節(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）調節(jié)器是 在PI調節(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）。在單位階 躍作用下，P、PI、PID調節(jié)系統(tǒng)的階躍響應分別如圖4-2中的曲 線、所示。圖2 P、PI和PID調節(jié)的階躍響應曲線4.PID參數(shù)調節(jié)PID參數(shù)的整定有兩種可用的方法，理論設計法及實驗確定 法。用理論設計法確定PID控制參數(shù)的前提是要有被控對象準確 的數(shù)學模型，這在工業(yè)過程中是很難做到的。因此，用實驗確定 法

12、來選擇PID控制參數(shù)的方法便成為經常采用而行之有效的辦法。 根據(jù)所學知識及實際情況考慮，本次系統(tǒng)的PID參數(shù)調試采用試 湊法。試湊法是通過仿真或實際運行，觀察系統(tǒng)對典型輸入作用的 響應曲線，根據(jù)各控制參數(shù)對系統(tǒng)的影響，反復調節(jié)試湊，直到 滿意為止，從而確定PID參數(shù)。我們知道，PID控制器各參數(shù)對系統(tǒng)的影響是；增大開環(huán)比例 系數(shù)Kp，一般將加快系統(tǒng)的影響速度，在有靜差的情況下則有利 于減小靜差；但過大的比例系數(shù)又會加大系統(tǒng)超調，甚至產生振 蕩，使系統(tǒng)不穩(wěn)定。在試湊時，實行先比例、后積分、再微分的反復調整。其步驟如下:1）整定比例部分先置PID控制器中的T1=8、T2=0,使之成為比例控制器，

13、再將比例系數(shù)Kp由小變大，觀察相應的響應，使系統(tǒng)的過渡過程 達到4:1的衰減振蕩和較小的靜差。如果系統(tǒng)靜差已小到允許范圍 內，并且已達到4： 1衰減的響應曲線，那么只需用比例控制器既 可，最優(yōu)比例度就由此確定。2）加入積分環(huán)節(jié)如果只用比例控制，系統(tǒng)的靜差不能滿足要求，則需加入積 分環(huán)節(jié)。整定時，先將比例系統(tǒng)減小10-20%，以補償因加入積 分作用而引起的系統(tǒng)穩(wěn)定性下降，然后由大到小調節(jié)Ti，在保持 系統(tǒng)良好動態(tài)性能的情況下消除靜差。這一步可以反復進行，以 期得到滿意的效果。3）加入微分環(huán)節(jié)在整定時，先置T為零，然后，在第2步整定的基礎上再增 大T，同時相應地改變比例系數(shù)K和積分時間T，逐步試湊

14、以獲得 的控制效果和控制參數(shù)。4調試結果在系統(tǒng)設備調試成功后，運行MCGS軟件，在實驗平臺上通 過PID試湊法經過多次調節(jié)，較為理想的一組PID值為：P=18.00， Ti=95.0，Tp=0.0，其曲線如下圖所示：圖3調試曲線圖心得體會經過為期1周的單容水箱控制系統(tǒng)工程實踐訓練，進一步理解 和掌握了計算機過程控制這門課的基本理論和實驗方法。在沈細 群老師的精心指導和同學們互相團結協(xié)作下得以圓滿地完成了此 次訓練任務。通過工程實踐訓練，增強了我的學習能力，提高了 將理論知識用于分析實踐問題和解決具體問題的能力。學習對實 際系統(tǒng)的檢修調試方法，積累了實踐經驗，近一步縮短教學與生 產實際的距離，為畢業(yè)后順利參加工作打下良好基礎。同時也學 到了很多新的知識，開闊了視野。在這一過程中，我一直嚴格要 求自己，認真對待此次實踐訓練，力求理論與實踐像結合，達到 學以全用的效果。此次實踐訓練中遇到了許許多多的困難，但在 老師的詳細