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1、基于SMPT-的液位控制系统设计 作者： 日期：基于SMPT-1000的液位控制系统设计作 者： 指导教师： 苏州市职业大学 电子信息工程学院2021年5月摘 要SMPT-1000是一款将全数字仿真技术与实物外观模拟装置相结合，集多种实验功能于一体的仿真实验装置，此装置由硬件、软件两大局部构成，软、硬件之间通过小型实时数据库和实时数字通信机制协调运行，完成过程模拟。SMPT-1000仿真模拟果汁生产果浆的一套实验装置，是采用420mA的电流信号模拟现场的一些真实的物理量，此最大的特点是方便理论的操纵验证。SMPT-1000模拟由锅炉和蒸发器组成的水汽热能全流程，可拆分成非线性储罐与离心泵单元、
2、动力除氧单元、高阶换热单元、加热炉单元、锅炉单元、蒸发器单元，提供由简到难的各个层次的过程控制被控变量。SMPT-1000仿真生产装置包括五个生产工艺流程，本文主要通过对的第一环节对象，除氧器做详细的说明，以此来说明这套装置的作用，以及多种控制方案的选用。关键词：SMPT-1000 仿真装置 电流信号 除氧器 控制方案AbstractSMPT-1000 is a full digital simulation and physical simulation device combination，The simulation experiment device set in a variety
3、of experimental functions，This device consists of hardware, software two parts.The soft, hardware through the coordinated operation of small real-time database and real-time digital communication mechanism, process simulation.SMPT-1000 simulation of an experimental device of juice production of frui
4、t juice, is some real physical quantity of current signal using 420mA simulations of the site, the biggest feature is the easy manipulation to verify theory.SMPT-1000 simulation of the whole process is composed of boiler and the evaporator vapor heat energy, can be divided into nonlinear tank with c
5、entrifugal pump unit, power deoxidization unit, high order heat exchange unit, heating unit, boiler unit, evaporator unit, from simple to difficult at all levels of the process control the controlled variable.SMPT-1000 simulation of a production device comprises five production process, this paper m
6、ainly through the first step of the deaerator, detailed description, in order to explain the role of device, and a variety of control scheme.Keywords：SMPT-1000 current signal simulation device Deaerator Control Scheme目 录摘 要i第1章 SMPT-1000硬件概述11.1 SMPT-1000硬件11.1.1 SMPT-1000的硬件组成11.1.2 小锅的测量器和变送器21.1.
7、3 SMPT-1000的执行器3第2章 SMPT-1000软件概述42.1 SMPT-1000软件组成42.1.1 上位机软件SMPTLAB的功能52.1.2 实时仿真引擎软件SMPTRuntime的功能5第3章 除氧器简单介绍63.1 除氧器663.1.2 除氧器构造63.1.3 除氧器原理6第4章 除氧器液位控制系统设计74.1 除氧系统工艺流程74.2 选择被控变量确定操纵变量74.3 调节阀的选择84.4 控制方案设计84.4.1 单回路控制系统84.4.2 串级控制系统134.4.3 前馈-反应控制系统144.4.4 前馈-串级控制系统164.4.5 均匀控制系统17参 考 文 献1
8、8致 谢19第1章 SMPT-1000硬件概述1.1 SMPT-1000硬件1.1.1 SMPT-1000的硬件组成SMPT-1000按实际比例比例缩小的流程设备模型，是集多种实验功能于一体的仿真实验装置。SMPT-1000硬件主要包括设备盘台、数字式软仪表、接口硬件、嵌入式工控机、辅助操纵台等。图1-1所示为SMPT-1000外观构造。报警蜂鸣指示灯除氧罐换热器运行指示灯 显示屏蒸发器省煤器除氧器炉膛立体流程设备盘台I/O系统钢制盘台图1-1 SMPT-1000外观v 立体流程设备盘台 按比例缩小的流程设备模型SMPT-1000运用真实的立体管路和空间分布的设备外观设计，在钢构造的盘台上安装
9、着由不锈钢制的比例缩小的流程设备模型，主设备包括1台卧式除氧器、1台盘管式省煤器、1台加热炉炉体、1台除氧罐、1台列管式换热器、1台蒸发器、2台离心泵、1台鼓风机、11个手操/自控双效阀其中有2个旋钮位于辅助操纵台上、5个开关阀、1个炉膛着火指示灯以及假设干管路系统。 数字式软仪表空间分布有9个流量F、3个液位L、5个压力P、4个温度T、1个组分的仿传感器变送器数字式软仪表。 显示屏可进展人机交互、完成实验工程管理、组态等 运行指示灯和报警蜂鸣指示v 钢制盘台 嵌入式工控机运行仿真软件、管理实验工程、完成控制系统实 辅助操纵台报警灯、报警确认开关、电机启动开关、点火开关、风机调速旋钮、烟道挡板
10、开度、联锁保护切换开关、紧急停车按钮、蒸汽指示灯 标准I/O系统8路12位模拟量输入/输出、16路数字量干点输入/输出ProfibusDP通信接口v 除氧器 + 炉膛 + 省煤器 + 除氧罐 + 换热器 = 锅炉系统v 锅炉 + 蒸发器 = 水汽热能全流程v 锅炉系统 之 水汽系统 - “锅 除氧器，整个流程是从这儿开场的。从公用工程来的锅炉给水到这里，用蒸汽把给水加热到饱和温度，把里面溶解的氧和二氧化碳逼出来，以免锅炉结垢。 省煤器，从除氧器出来的锅炉给水，进入省煤器预热，降低排烟温度，提高锅炉热效率。 除氧罐，小锅的心脏，饱和水在这里进展汽水别离。 饱和水有的是从省煤器来的，有的是从水冷壁
11、来的。水冷壁：除氧罐的饱和水经过对流管束进入水冷壁，在水冷壁中吸收炉膛辐射热，变成汽水混合物，再返回到除氧罐进展汽水别离。 过热器：由除氧罐别离出来的饱和蒸汽首先进入过热器，进展汽相升温，变成过热蒸汽。 减温器，就是列管式换热器，主要是调节过热蒸汽温度，调节范围在1033之间。v 锅炉系统 之 燃烧系统 - “炉燃油经油泵输送进入炉膛燃烧，空气由鼓风机吹入炉膛助燃。燃烧产生的热量传给锅炉水，燃烧后的烟气经烟道通过烟囱排入大气。 泵，是将液体从低位输送到高位的设备。在小锅的身上，有一个锅炉上水泵，还有一个燃油泵。 风机，主要的作用就是送风或引风。在这里是个鼓风机，是负责往炉膛里送助燃风的。 蒸发
12、器用小锅的蒸汽，把蒸发器里的稀液加热，把稀液里面的水蒸出来。v 在小锅身上，大局部都是数字式软仪表，模拟检测、变送、显示三位一体的测量仪表。蓝色外壳的显示流量，绿色外壳的显示压力，橘黄色外壳的显示温度，灰色外壳的显示组分。光柱，模拟显示是液位 。1.1.2 小锅的测量器和变送器测量变送器工艺变量是通过检测元件又叫传感器获取的，它把工艺变量转化成一个与之成对应关系的输出信号，比方：热电阻测温度时，把被测温度转化成电阻信号；节流装置测流量时，把被测流量的变化转化成差压信号。流量计针对一般流体、液体、蒸汽流量的测量，可选择差压式流量计、转子流量计、速度流量计靶式流量计、涡轮流量计、涡街流量计、超声波
13、流量计、科氏力质量流量计、热导式质量流量计、旋进旋涡流量计。流量测量节流装置在工业中应用最广泛，节流装置属于差压式流量计，如孔板流量计、文丘里管等。差压式变送器在使用时往往要考虑输出零点调整的问题。一体式仪表对于检测仪表来说，检测、变送、显示可以是3个独立局部，也可以只用到其中2个局部。比方热电偶测量温度得到的毫伏信号，可以不通过变送器，直接送到电子电位差计显示。当然，检测、变送和显示可以有机地组合在一起成为一体，比方单圈弹簧管压力表，测量出来的压力值，通过变送后直接就可显示出来。1.1.3 SMPT-1000的执行器执行器在控制系统中的作用是承受控制器的输出信号，直接控制能量或物料等，调节介
14、质的输送量，到达控制温度、压力、流量、液位等工艺参数的目的。执行器就是实现生产过程自动化的“手脚，执行器可以分为电动执行器气动执行器。电动执行器把来自控制器的020mA或420mA的直流统一电信号，转换成与输入信号相对应的转角或位移，推动各种类型的调节阀，调节生产工艺过程中的流量。能源取用方便、信号传输速度快和传输距离远，适用于防爆要求不太高及缺乏气源的场所。气动执行器承受控制器或转换器的输出气压信号20100KPa，按照一定的规律转换成推力，推动调节阀产生一定的位移。工作可靠、维护方便、防火防爆，目前在工业控制中获得最普遍的应用。在过程控制系统中，最常用的执行器是气动薄膜调节阀。第2章 SMPT-1000软件概述 SMPT-1000软件组成SMPT-1000软件系统主要包括上位机软件SMPTLAB、实时仿真引擎软件SMPTRuntime其他软、硬件接口软件。SMPTLAB初始画面如图2-1所示。图2-1 SMPTLAB初始画面换新的在SMPTLAB中翻开一个工程，SMPT-1000监控环境主要由
