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1、过程参数检测及仪表课程设计（论文）报告 目录1. 课程设计目的12. 检测仪表及控制原理框图12.1 被控对象12.2 检测仪表22.3 执行机构22.4 控制屏组件32.4 智能仪表控制组件32.4.1 西门子S7-300系列PLC简介32.4.2 三菱D700变频器简介52.4.3 磁力驱动泵CQ型62.4.4 数据采集模块72.4.5 智能调节阀72.5 控制原理框图82.6 实验内容与步骤93.组态软件界面、逻辑、代码113.1 MCGS组态软件113.2 组态软件设计133.3 代码144.数据采集硬件系统构件、连线164.1 数据采集硬件系统构件164.2 硬件系统连线175.控制
2、算法代码175.1 PID控制器简介175.2 PID控制系统185.3 PID控制参数的整定及方法195.3.1 PID控制参数的整定简介195.3.2 PID控制参数整定方法196.实验结果曲线及分析217. 心得体会248.参考文献26锅炉夹套水温定值控制系统1. 课程设计目的在系统的学习了自动控制原理，过程检测技术及仪表，控制仪表及装置等课程后，为了更好的提高我们对所学知道的认识加深对理论知识的理解。借助THJ-4工程实验平台，通过对下水箱前馈反馈控制系统的设计，调试完成系统设计的设计与开发提高学生工程意识和能力提高创新能力。1了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。2了解PID参数自
3、整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。3研究调节器相关参数的改变对温度控制系统动态性能的影响。4分析比较锅炉夹套水温控制与锅炉内胆动态水温控制的控制效果。2. 检测仪表及控制原理框图本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。2.1 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。1水箱：包括上
4、水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板
5、制成，尺寸为：长宽高=68cm52cm43cm，完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。2模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。3盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米（43圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不
6、同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。4管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱侧面有一个进水阀和出水阀，当水箱需要更换水时，可把球阀打开将水直接接入或排出。2.2 检测仪表1压力传感器、变送器：三个液位传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测，其量程为05KP，精度为0.5级。采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补
7、偿。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源，输出：420mADC。2温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出口的水温。Pt100测温范围：-200+420。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成420mA直流电流信号。Pt100传感器精度高，热补偿性较好。3流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。流量范围：01.2m3/h；精度：1.0
8、%；输出：420mADC。4锅炉防干烧保护装置：为保证实验效果好、不降低锅炉加热功率的前提下，本套装置配备了良好的防干烧保护系统，当锅炉内胆液位低于红色警戒水位线时，保护装置将切断调压模块输出电压，以有效保护电加热管不被干烧损坏。2.3 执行机构1电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀型号为：QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为420mADC或15VDC，输出为420mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。2水泵：本装置采用磁力驱动
9、泵，型号为16CQ-8P，流量为30升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。3电磁阀：本套装置共有17支优质电磁阀配合控制器完成所有实验项目，其阀体为黄铜材质，磁力连接栓为不锈钢榜及弹簧、弹杆、橡皮膜片，以防止生锈，它具有体积小、流量大、耐高温、耐高压、动作快、寿命长等特点。2.4 控制屏组件1通讯线介绍“THJ-4型高级过程控制系统实验平台”可以挂智能仪表、远程数据采集和S7-200PLC挂件，并可控制对象系统完成相应的实验。屏中布有485通讯线线，从正面看控制
10、屏时，从左边数的五个通讯口挂在一条485总线上，然后引出来一根通讯线，通讯头上标有“1”的字样；最右边的通讯口单独从控制屏后引出一个通讯头，上面标有“6”的字样。485通讯线主要用于仪表和远程数据采集模块与计算机的通讯， 485通讯方式与计算机建立通讯时需接一个转换器到计算机串口上。THJ-4-3面板是与对象系统通过2号42芯和3号19芯电缆线相连的接口板，可取来对象上的信号，也可将控制屏上的信号通过它送出；面板上有24V开关电源的输出端子，它不但控制着面板上三路24V直流输出，而且控制着对象系统所有变送器的电源。2SA-11交流变频控制挂件采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH（
11、R）型变频器，控制信号输入为420mADC或05VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。有关变频器的使用请参考变频器使用手册中相关的内容。变频器常用参数设置：P 301；P 531；P 624；P 790。3三相移相SCR调压装置采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为420mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。2.4 智能仪表控制组件 2.4.1 西门子S7-300系列PLC简介图1. S7-300户外型模总体技术规范图SIMATIC S7-300可编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可
12、进行广泛组合以用于扩展。 中央处理单元 (CPU)各种CPU 有各种不同的性能，例如，有的CPU 上集成有输入/输出点，有的CPU上集成有PROFI- BUS-DP通讯接口等。 信号模块 (SM)：用于数字量和模拟量输入/输出 通讯处理器 (CP)：用于连接网络和点对点连接 功能模块 (FM)：用于高速计数，定位操作 (开环或闭环控制) 和闭环控制。根据客户要求，还可以提供以下设备： 负载电源模块 (PS)用于将SIMATIC S7-300 连接到120/230V AC电源。 接口模块 (IM)：用于多机架配置时连接主机架(CR)和扩展机架 (ER)。S7-300通过分布式的主机架(CR)和3
13、个扩展机架(ER)，可以操作多达32个模块。运行时无需风扇。 SIMATIC M7自动化计算机 ：AT-兼容的计算机用于解决对时间要求非常高的技术问题。它既可作为 CPU，也可以作为功能模块使用。 SIMATIC S7-300适用于通用领域： 高电磁兼容性和强抗振动，冲击性，使其具有最高的工业环境适应性。 S7-300 有两种类型： 功能 ：SIMATIC S7-300的大量功能支持和帮助用户进行编程、启动和维护 高速的指令处理 ：0.60.1ms的指令处理时间在中等到较低的性能要求范围内开辟了全新的应用领域。 浮点数运算：用此功能可以有效地实现更为复杂的算术运算 方便用户的参数赋值：一个带标
14、准用户接口的软件工具给所有模块进行参数赋值，这样就节省了入门和培训的费用。 人机界面 (HMI)：方便的人机界面服务已经集成在S7-300 操作系统内。因此人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面(HMI)从S7-300中要求数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送。 口令保护：多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改。 操作方式选择开关：操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式。这样就防止非法删除或改写用户程序。 通讯：SIMATIC S7-300具有多种不同的通讯接口
15、。多种通讯处理器用来连接AS-i接口、PROFIBUS 和工业以太网总线系统。通讯处理器用来连接点到点的通讯系统。多点接口(MPI) 集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统。 2.4.2 三菱D700变频器简介型号：D700系列 变频调速器紧凑型多功能变频器1.功率范围：0.47.5KW2.通用磁通矢量控制，1Hz时150%转矩输出3.采用长寿命元器件4.内置Modbus-RTU协议5.内置制动晶体管6.扩充PID，三角波功能7.带安全停止功能三菱变频器FR-D700系列虽然是高可靠性产品，但周边电路的连接方法错误以及运行，使用方法不当也会导致产品寿命缩短或损坏，在产品运行前我们需要重新确认下列注意事项：1）电源及电机接线的压接端子推荐使用带绝缘套管的端子。2）电源一定不能接到变频器输出端子（U、V、W）上，否则将损坏变频器。3）在接线时不要在变频器内留有异物，以免造成变频器发生误动作及异常故障等。4）为使电压降在2%以内请用适当规格的电线进行接线（变频器和电机间的接线较长
