《双容水箱液位串级控制.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《双容水箱液位串级控制.（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、沧州师范学院过程控制实训任务书 届 机电工程 系 专业 题目： 串级控制系统 子题： 双容水箱液位串级控制 学生姓名： 指导教师（签章）： 所在教研室： 下达日期：2012年 11月5日 完成日期：2012 年 11月20 日实训简介过程控制实训是电气自动化专业教学中重要的实践教学环节，它是在学生具有了基本的过程控制技术与自动化仪表知识以后，为强化学生所学的知识和提高学生的初步设计能力及实际动手能力而开设的实践教学。具体任务、内容及要求（包括设计计算、实验分析、绘图质量各类图纸张数、外文翻译、参考文献及撰写外文摘要等要求）一实训内容：过程控制实训就是根据生产工艺要求，综合考虑工艺、技术和经济等
2、方面因素，科学地制定出控制方案，优化确定各工艺参数的大小和变化范围，合理选择自动化装置，并经合理、规范安装与配接线后，进行系统调试，使整个生产达到优质、高产、低耗、安全的目的。二实训要求： 树立正确的设计思想，尽量结合生产实际，综合考虑技术性、经济性、实用性、可靠性、安全性及先进性等方面的要求，严肃认真地进行设计。 及时了解自动化技术发展动向，查阅有关资料，做好设计准备工作，充分发挥自己的主观能动性和创造性。 要求设计计算正确、系统结构合理、图面整洁、标注齐全、图样及标注符合国家标准。 实训报告要求文字通顺、调理清楚、书写工整。三应完成的项目 完成控制方案的论证及确定，并画出控制系统结构图。
3、完成主要设备与仪表的选型计算，并列出仪表清单。 画出主要仪表的安装图和控制系统的仪表图。 完成系统的管路和电气联接工作，并做好相关仪表的校验工作。 完成控制系统的调试工作。 完成实训报告的编写，并装订成册。时间进度安排控制方案的确定1天控制系统图绘制2天主要设备及仪表的选型计算3天平面安装图的绘制与配接线3天PLC程序的编写、上位机组态6天调试运行、考核3天实训报告的整理与编写3天实验室主任签章：目录摘要1 串级控制系统概述 1.1 串级控制系统概述 1.2串级控制系统的特点 1.3 主、副调节器控制规律的选择 1.4 主、副调节器正、反作用方式的选择 1.5 串级控制系统的整定方法2 生产工
4、艺 3 仪表选型 3.1 液位变送器的认识 3.2 电动调节阀的认识和校验 3.3 电磁流量计的认识和校验 3.4 变频器的认识和校验 3.5 控制屏4系统结构和方框图5 双容水箱特性测试6 调试说明 6.1双容水箱PID液位控制系统设计程序 6.2 PID整定 6.3硬件调试、 6.3.1检查线路 6.3.2排除故障 6.3.3通电调试 6.4 MATLAB软件介绍7 系统操作说明事项8 小结参考文献摘要双容水槽是工业生产过程的常见被控对象,对其液位的控制通常采用模拟仪表、计算机、PLC等单回路控制, 但是，随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长
5、的要求，加之，现代工业生产中的工艺过程日趋复杂 ,对控制系统的指标要求也越来越高。在这种情况下,传统的单回路液位控制已经难以满足一些复杂的控制要求。因此，本文采用了西门子S7-300系列PLC结合液位传感器实现双容液位串级控制系统。该系统能有效克服对象的容量滞后,提高控制精度,减小系统超调。本文阐述了PLC实现双容液位串级控制系统的的工作原理,并从系统硬件组成、PLC工作流程、I/O口分配、控制方式以及工控组态人机监控界面设计等方面进行了详细论述，具有较强的实用性关键词： 西门子S7-300；串级控制；液位；PID整定 1 串级控制概述1.1 串级控制系统概述图是串级控制系统的方框图。该系统有
6、主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。 串级控制系统方框图R-主参数的给定值； C1-被控的主参数 ； C2-副参数；f1(t)-作用在主对象上的扰动； f2(t)-作用在副对象上的扰动。1.2 串级控制系统的特点串级控制系统及其副回路对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。1、改善了过程的动态特性；2、能及时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力；3、提高了系统的鲁棒性；4、具有一定的自适应能力。1.3 主、副调节器控制规律的选择
7、在串级控制系统中，主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用，它的控制任务是使主参数等于给定值（无余差），故一般宜采用PI或PID调节器。由于副回路是一个随动系统，它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P或PI调节器。1.4 主、副调节器正、反作用方式的选择如在单回路控制系统设计中所述，要使一个过程控制系统能正常工作，系统必须采用负反馈。对于串级控制系统来说，主、副调节器的正、反作用方式的选择原则是使整个系统构成负反馈系统，即其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。 各环节的放大系数极性是这样规定的：当测
8、量值增加，调节器的输出也增加，则调节器的放大系数Kc为负（即正作用调节器），反之，Kc为正（即反作用调节器）；本装置所用气动调节阀的放大系数Kv恒为正；当过程的输入增大时，即调节阀开度增大，其输出也增大，则过程的放大系数K0为正，反之K0为负。1.5 串级控制系统的整定方法在工程实践中，串级控制系统常用的整定方法有以下三种：（一） 逐步逼近法所谓逐步逼近法，就是在主回路断开的情况下，按照单回路的整定方法求取副调节器的整定参数，把副调节器的参数设置在所求的数值上，然后使主回路闭合，仍按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。尔后，将主调节器参数设置在所求得的数值上，再进行整定，求取第二次副调节器的
9、整定参数值，然后再整定主调节器。依此类推，逐步逼近，直至满足动态品质指标要求为止。（二） 两步整定法两步整定法就是第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数。整定的具体步骤为： 1、在工况稳定，主回路闭合，主、副调节器都在纯比例作用条件下，主调节器的比例度置于100%，然后用单回路控制系统的衰减（如4：1）曲线法来整定副回路。记下相应的比例度2S和振荡周期T2S。2、将副调节器的比例度置于所求得的2S值上，且把副回路作为主回路中的一个环节，用同样方法整定主回路，求取主回路的比例度1S和振荡周期T1S。3、根据求取的1S、T1S和2S、T2S值，按单回路系统衰减曲线法的整定公式，计算主、副调
10、节器的比例度、积分时间TI和微分时间Td的数值。4、按“先副后主”，“先比例后积分最后微分”的整定程序，设置主、副调节器的参数，再观察过渡过程曲线，必要时进行适当地调整，直到过程的动态品质达到满意为止。（三） 一步整定法由于两步整定法要寻求两个4：1的衰减过程，这是一件很花时间的事。因而对两步整定法做了简化，提出了一步整定法。所谓一步整定法，就是根据经验先确定副调节器的参数，然后将副回路作为主回路的一个环节，按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。具体的整定步骤为：1、在工况稳定，系统为纯比例作用的情况下，根据K02/20.5这一关系式，通过副回路的放大系数K02，求取副调节器的比例
11、放大系数2或按经验选取，并将其设置在副调节器上。2、按照单回路控制系统的任一种参数整定方法来整定主调节器的参数。3、改变给定值，观察被控制量的响应曲线。根据主调节器放大系数K1 和副调节器放大系数K2的匹配原理，适当调整调节器的参数，使主参数的动态品质指标最佳。4、如果出现较大的振荡现象，只要加大主调节器的比例度或增大积分时间常数TI，即可得到改善。2 生产工艺人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程， 通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足
12、需求。因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。因此液位是工业控制过程中一个重要的参数。特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的生产效果。水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计。由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化
13、处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的PID控制必将得到更加广泛的应用。3仪表选型 3.1液位变送器的认识了解压力、液位变送器的结构、明确各部件的作用，巩固和加深压力、液位变送器的工作原理及其特性的理解，熟悉压力、液位变送器的安装及使用方法。 1、液位变送器的主要技术指标：测量范围0100Kpa输出电流420mA负载能力250300工作电源24（15%）V DC2、注意事项：（1）本实验采用的压力、液位变送器是两线制仪表
14、，应串入24伏直流电源（内部已经接好）。接线时，注意电源极性。接线完毕后，应检查接线是否正确，并请指导教师确认无误后，方能通电。（2）没通电、不加压；先卸压、再断电。（3）进行量程调整时，应注意调整电位器的调整方向。（4）小心操作，切勿生扳硬拧，严防损坏仪表。（5）一般仪表应通电预热15分钟后再进行校验，以保证校验的准确性。（6）如果压力、液位变送器的安装位置与取压点不在一个水平位置上，应对压力变送器进行零点迁移。3、调试 （1）校验液位变送器。（2）液位变送器的零点及量程调校（1）零点调整 在水箱水极少时如10mm，观察WINCC软件上的显示值，如果不对，则调整调零电位器，直至读数正确。（2）满量程调整
