过程控制课程综合设计报告

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1、 过程控制课程设计实习报告过程控制课程设计实习报告学院名称：学院名称：电子与信息工程学院电子与信息工程学院班班 级：级：测测 控控 1010 - - 2 2 班班姓姓 名：名： 龙龙 邦邦 森森 学学 号：号： 120103107017120103107017 指导教师：指导教师： 姜姜 克克 君君 实习时间：实习时间：2013.8.26-2013.9.212013.8.26-2013.9.21一、过程控制设计的目的一、过程控制设计的目的实习题目为过程控制过系统综合实习实习内容主要是基于最新购进的过程控制系统实验装置上，借助数字控制仪表，可编程控制器 PLC 和 HIM 组态软件 PROTOO

2、L，MCGS 对其单容液位对象，多容液位对象，多容液位对象，温度对象和流量对象等进行全程监控。实习过程中要理论联系实际结合以往学过的课程理论，如过程控制系统 过程控制仪表 PLC 应用技术 ，重点强化培养解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。也在一定的程度上加强自己与同学之间的合作能力，为接下来的实习跟毕业之后参加工作打下良好的基础。二、设计内容二、设计内容1、变送器量程测试（液位变送器，温度变送器和流量变送器的 L-U T-U F-U 输入/输出特性曲线及最大电压下对应的 Lmax、Tmax、Fmax） 。2、对象测试和监控（液位变送器、温度变送器、流量变送器）K、T、3、调节器（S7-2

3、00PLC）程序设计（模拟控制、PID 指令、中断结构、定时结构） 。4、执行单元、变送器学习掌握。5、单回路集成组态、调试、参数整定。6、系统转移，组态画图（MCGS）实现文本、趋势曲线、棒图变量显示、实习全控件可视化操作。7、实习报告：PPT 演示文稿。8、温度流量串级系统为后备补充。三、设计要求三、设计要求1、以 RTGK-2 型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC 作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。2、PLC 控制器采用 PID 算法，各项控制性能满足要求：超调量 20%，稳态误差0.1；调节

4、时间 ts60s；3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和 PID 输出值实时曲线；4、选择合适的整定方法确定 PID 参数，并能在组态测控界面上实时改变PID 参数；5、通过 S7-200PLC 编程软件 Step7 实现 PLC 程序设计与调试；6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告四、过程控制课程设计设备简介四、过程控制课程设计设备简介1 1 概述概述THKGK-1 是过程控制的综合实习设备，在 THKGK-1 上可以做实习设备的基本调试与仪的整定；单容水箱对象特性测试，双容

5、水箱对象特性测试，温度位式控制系统，智能仪表温度位式控制系统，温度 PID 控制系统，单容水箱液位 PID 控制系，双容水箱液位 PID 控制系，流量控制系，单容水箱压力 PID控制系等过程控制的实习内容能够完全满足工业自动化专业过程控制方面的实习要求。1 实习设备简介系系 统统 组组 成成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。调节器主要有模拟调节器（含比例 P 调节、比例积分 PI 调节、比例微分 PD 调节、比例积分微分 PID 调节） 、位式调节器、智能仪表调节器、PLC 控制器、单片机控制、计算机控制等。执行器模块主要有固态继电器、磁力驱动泵、电加热丝。变送器模块主要有流量

6、变送器（FT） 、液位变送器（LT1，LT2） 、温度变送器（TT） 、压力变送器（PT）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号 DC0-5V 输出。另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232） ，以满足计算机实时控制实验的需要。系统的结构组成如右图所示，被控对象的供水有两路：一路是由磁力泵 1 从储水箱中抽水，通过阀 1 再经阀 3 向上水箱供水、经阀 4 向下水箱供水、经阀 5 向复合加热水箱的内胆供水；另一路是磁力泵 2 从储水箱中抽水，分别通过阀 2 经阀 9 向上水箱供水、经阀 10 向下水箱供水、经阀 11 向复合加热水箱的夹套供水。每个水箱的出水口均经过线性化处理，

7、上水箱的水通过阀 6 流到下水箱，在上水箱中安装了压力传感器（PT、LT1） ，用于检测压力、液位的大小;而下水箱的水经阀 7 流到复合加热水箱的外套，再经阀 8 流回储水箱，各水箱都设有溢流口，保证水箱满后不外流并顺利经溢流口流回储水箱。在复合加热水箱的内套安装了加热器和 PT100温度传感器（TT） ，它们分别用于加热和检测温度。挂挂 箱箱 介介 绍绍1 1）GK-01GK-01 电源控制屏电源控制屏GK-01 电源控制屏如图 3 所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动和停止按钮、漏电保护器、电加热器控制开关、照明开

8、关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。图 3 GK-01 控制屏面板图具体操作方法如下：1） 、将电源插座接 220V 市电电源，要注意“左零右火”的接线方式并且要有可靠的接地保护。如果一插上电源就有嘶嘶的声音，这时要检查电源的接线方式是否正确，是否可靠接地。2） 、插上三芯插头，此时控制屏左、右两侧的三芯电源插座均带电。3） 、先打开空气开关，再打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总电源接通。4） 、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。5） 、拨动照明钮子开关到“上”侧，此时接通日光灯电源，日光灯亮。注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏

9、上漏电时保护系动作，告警灯亮并自动切断系统电源，等到解除报警时才能起动。2、三相异步电动机电源接线区：它与 GK-07 交流变频控制挂件配合使用。在此接线区一共有 U1、V1、W1, U2、V2、W2 六个强电接线柱，它们与三相异步电动机引线相对应，已在内部连好。 3、加热器控制接线区：包括固态继电器接线端和电加热器接线端，面板上给出了基本的工作原理。如果用温度位式控制，直接将固态继电器的 220V 输出端与电加热器的输入端相连；如果用温度连续控制，直接将单相调压模块的输出端与电加热器的输入端相连。 4、温度智能位式调节仪：在此把调节仪的输出和输入端子都引到面板上了，输出端包括位式调节输出及变

10、送输出两部分，输入端包括 PT100 铂热电阻输入。最下面有 PT100 铂热电阻输出端，是检测加热水箱温度的，可以直接加到智能仪表的“PT100 铂热电阻”输入端。2 2）GK-02GK-02 传感器输出与显示传感器输出与显示1、此挂件主要是对各个传感器变换信号的显示，包括上水箱的液位和压力；下水箱的液位以及交流支路管道的流量。2、如右图 4 所示，图中左边为各个传感器变换输出端，右边显示各个被控参量的实时测量值。当打开电源时，各个表头就会显示相应被控参量的当前测量值。在水箱没有水的情况下有可能显示不为零，这是由于传感器的零点漂移引起的，通过调节压力变送器的零点电位器来纠正误差，具体方法后述

11、。3、左边输出端是各个传感器通过检测、变换后输出的电压值，也就是反馈值。它的输出与各个被控参量显示之间有一定的比例关系，对应比例如下：液位传感器：输出 05V 电压对应 020Cm 的高度1V 电压对应 5Cm 的 高度。 压力传感器:输出 05V 电压对应 02000Pa 的压力1V 电压对应 400Pa的高度。 流量传感器:输出 05V 电压对应 075ml/S 的流量1V 电压对应 15ml/S的流量。 温度传感器：输出 05V 电压对应 0100的温度1V 电压对应 20的温度。 以上关系式是根据被控对象的量程和各个传感器的量程换算出来的，在实验过程中要注意。图 4 GK-02 控制屏

12、面板图 图 5 GK-03 挂箱面板图3 3）GK-03GK-03 单片机控制单片机控制单片机控制挂件如图 5 所示。它可以同时采集五路信号，一路输出用来控制执行器，以实现自动控制。单片机控制挂件的主要组成部分有：1、五路模拟量输入：分别为 LT1、PT、LT2、FT、TT，其接线端正好与右侧 GK-02 屏上传感器输出端相对应，模拟量输入为 05V 标准电压信号。2、一路模拟量输出：此输出为单片机的控制输出端，输出为 05V 标准信号。3、通讯接口方式：通过 RS232 串行通讯口与计算机通讯，以实现计算机监控。4、键盘操作：共有六个功能键，分别为回路、向上、向下、整定、移位、确认。通过对这

13、几个功能键的操作可以对单片机的各个参数进行整定。5、两个显示框：功能显示框（显示所选参数）,数值显示（显示对应参数值） 。4 4）GK-04GK-04 模拟模拟 PIDPID 调节器挂箱调节器挂箱如图 6 所示，本挂箱由给定信号源、比例积分微分设定旋钮以及 PID 调节回路组成。调节器的结构、使用方法如下：1、接线端：给定信号输入端、反馈信号输入端、 PID 信号输出端。注意地线是公共的，只有两个地线接线端子，给定信号的大小由本模块中给定信号源提供，反馈信号输入是由传感器输出提供，调节器输出信号用于控制执行器（如交流电机） 。2、积分时间波段开关：共有三档：X、X1、X10。当选择 X档时才可

14、进入纯 P，或 PD 控制方式。 P、I、D 参数设置：“P 比例调节”比例系数 KC（即放大系数）的调节。它是比例度 的倒数，即 KC=1/。 “I 积分调节”指积分时间常数 Ti 的调节，调节范围“0.01 至 2.5 分”和“0.1 至 25 分” 。 “D 微分调节器”指微分时间常数 Td 的调节，调节范围“0.01 至 10分”。 3、 “I”有开/关两种状态， “D”也有开/关两种状态（通过钮子开关切换，两个开关处于“开”时积分和微分才起作用） 。4、若需要选用“PI”控制，具体设置为：“I”波段开关置于 X1 或 X10 档，I 开/关置于“开” ，电位器 P、I 旋至某一个刻度即可。此时“D”开关应置于“关” 。5、正/反作用开关：用于改变调节器的正反作用，实质上是改变输入偏差信号的正负号，以构成一个负反馈系统。6、手动/自动开关：当开关置于“手动”时，调节手动电位器，即可手动控制调节器输出信号。若需要进行 PID 控制，则此开关必须位于“自动”状态。7、给定信号源：其输出信号由钮子开关切换输出值的正、负。 8、当进行串级模拟 PID 控制实验时，可利用两个 GK-04 调节器组成所需的自动控制系统。5 5）GK-05GK-05 位式、连续控制器挂箱位式、连续控制器挂箱如图 7 所示，