【正文】 系數(shù)大，電阻與溫度關(guān)系線性度好，在測(cè)溫范圍內(nèi)物理化學(xué)性能穩(wěn)定。 結(jié)構(gòu)圖如圖 所示： 圖 渦輪流量計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖 （ 3）電磁流量計(jì) 采用浙大中控的 SF10TDC一體式電磁流量計(jì)，內(nèi)壁光滑、無(wú)阻流件，壓力損失為零，測(cè)量精度177。 渦輪流量計(jì)中渦輪的軸裝在導(dǎo)管的中心線上，流體軸向流過(guò)渦輪時(shí)，推動(dòng)葉片，使渦輪轉(zhuǎn)動(dòng)，其轉(zhuǎn)速近似正比于流量 Q。 下圖是這種根據(jù)壓阻效應(yīng)工作的半導(dǎo)體壓力測(cè)量元件的結(jié)構(gòu)示意圖，在杯狀單晶硅膜片的表面上，沿一定的晶軸方向擴(kuò)散著一些長(zhǎng)條形電阻。因此系統(tǒng)可以完成如單容、雙容（一階、二階）液位對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)、單回路液位控制實(shí)驗(yàn)、不同干擾方式下液位 控制實(shí)驗(yàn)、不同水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)、前饋 反饋控制實(shí)驗(yàn)、耦合控制實(shí)驗(yàn)等多種液位、流量或其的組合實(shí)驗(yàn)。該對(duì)象由一個(gè)可控硅控制的電加熱管提供熱源，通過(guò)調(diào)節(jié)電加熱管功率或待加熱水量以達(dá)到控制純滯后水箱出水溫度的目的。該 對(duì)象由四個(gè) 水箱組成，每個(gè)水箱均裝有壓力 變送器； 通過(guò)閥門切換，任何兩組動(dòng)力的水流可以到達(dá)任何一個(gè)水箱?？蓱?yīng)用于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)教學(xué)和 工程實(shí)訓(xùn)、重大技術(shù)展示及研究平臺(tái)、過(guò)程控制網(wǎng)絡(luò)化示范工程、流稱工業(yè)自動(dòng)化綜合技術(shù)實(shí)訓(xùn)中心等多個(gè)層面的應(yīng)用，既有自動(dòng)化學(xué)科發(fā)展的先進(jìn)性、前瞻性，又有很強(qiáng)的針對(duì)性，體現(xiàn)了以產(chǎn)業(yè)需求帶動(dòng)學(xué)科發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的新趨勢(shì)。生產(chǎn)工藝 的變革、設(shè) 備的更新、生產(chǎn)規(guī)模的擴(kuò)大、新產(chǎn)品的涌現(xiàn)都會(huì)促進(jìn)自動(dòng)化的發(fā)展進(jìn)程 。本次設(shè)計(jì) 分析了解過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)現(xiàn)在的發(fā)展現(xiàn)狀，研究智能采集模塊在其中的應(yīng)用，對(duì)設(shè)備進(jìn)行選型，然后進(jìn)行方案設(shè)計(jì)，選擇浙大中控的CS4000系 列過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置和浙江天煌的 THSA1型搭建成 實(shí)驗(yàn) 硬件平臺(tái)， 采用ADAM4000智能采集模塊構(gòu)成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的集中采集站，利用組態(tài)王監(jiān)控軟件及 PC機(jī)構(gòu)成的上位操作站完成系統(tǒng)編程設(shè)計(jì)。工廠自動(dòng)化、辦公自動(dòng)化、家庭自動(dòng)化和農(nóng)業(yè)自動(dòng)化將成為新技術(shù)革命的重要內(nèi)容，并得到迅速發(fā)展。 現(xiàn)代生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)自動(dòng)化技術(shù)提出越來(lái)越高的要求，同時(shí)也為自動(dòng)化技術(shù)的革新提供了必要條件。 自動(dòng)化技術(shù)廣泛用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、軍事、科學(xué)研究、交通運(yùn)輸、商業(yè)、醫(yī)療、服務(wù)和家庭等方面：其中，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用中，最主要的方向是工業(yè)自動(dòng)化。 自動(dòng)控制理論可以抵消干擾變量起到系統(tǒng)控制的作用，是自動(dòng)化技術(shù)的核心。 自動(dòng)化技術(shù)的核心及發(fā)展現(xiàn)狀 自動(dòng)化技術(shù)是一門綜合性技術(shù)，它和 控制論 、 信息論 、 系統(tǒng)工程 、 計(jì)算機(jī)技術(shù) 、 電子學(xué) 、液壓氣壓技術(shù)、自動(dòng)控制等都有著十分密切的關(guān)系，而其中又以控制理論和計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)自動(dòng)化技術(shù)的影響最大。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中要自始至終本著對(duì)工程設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)的態(tài)度，從難從嚴(yán)要求，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性、實(shí)用性、安全可靠性和先進(jìn)性，嚴(yán)肅認(rèn)真地進(jìn)行設(shè)計(jì)，高質(zhì)量地完成設(shè)計(jì)任務(wù)。 自動(dòng)化專業(yè) 的畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生 動(dòng)手能力要求 較高， 畢業(yè)設(shè)計(jì)大部分是在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行軟件的編程、系統(tǒng)仿真和監(jiān)控，這就需要學(xué)生能夠熟練使用計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件來(lái)完成這部分設(shè)計(jì)工作，然后與實(shí)際設(shè)備進(jìn)行連接，采集數(shù)據(jù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)進(jìn)行監(jiān)控 。 （ 3）分析解決問(wèn)題的能力 。畢業(yè)設(shè)計(jì)作為教學(xué)中的最后一個(gè)環(huán)節(jié)， 不是局限于單獨(dú)的課程的學(xué)習(xí)，而是對(duì)大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一個(gè)綜合應(yīng)用， 將所學(xué)的基礎(chǔ)理論、技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)和專業(yè)知識(shí)應(yīng)用到工程實(shí)際問(wèn)題中， 為以后的工作做好準(zhǔn)備。 本科生 畢業(yè)設(shè)計(jì) 在培養(yǎng)大學(xué)生積極探求知識(shí)、進(jìn)行科學(xué)研究的基本訓(xùn)練、提高本科生的設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)踐方面，有著不可替代的作用，是教育與社會(huì)實(shí)踐相結(jié)合的產(chǎn)物，是培育大學(xué)生的創(chuàng)新和實(shí)踐的重要環(huán)節(jié)。智能采集模塊在集中監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用設(shè)計(jì) 摘要： 本設(shè)計(jì)通過(guò)了解 CS4000型和 THSA1型兩臺(tái)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的測(cè)量過(guò)程，對(duì)裝置的測(cè)量過(guò)程中的主要變量進(jìn)行分析， 為 實(shí)現(xiàn)對(duì) CS4000 型和 THSA1 型兩臺(tái)過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置的各個(gè)參數(shù) 進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控，針對(duì)該過(guò)程的數(shù)據(jù)采集需求與特點(diǎn)，采用 ADAM4000 系列智能采集模塊為數(shù)據(jù)采集輸入模塊， 通過(guò) RS485 通訊結(jié)合組態(tài)王軟件 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控。 畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用知識(shí)能力的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，是最靠近以后工作一個(gè)環(huán)節(jié)。 （ 2）查閱應(yīng)用文獻(xiàn)資料的能力。在畢業(yè)設(shè)計(jì)題目選定之后， 就應(yīng)該著手開始查閱資料，根據(jù)題目的要求， 結(jié)合自己所學(xué)的知識(shí)，選擇合適的設(shè)備、采集模塊硬件和軟件等，然后初步制定一個(gè)完整的設(shè)計(jì)方案 ，并對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行成本、經(jīng)濟(jì)的比較，選擇最優(yōu)路線，樹立起生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。 （ 5）撰寫畢業(yè)設(shè)計(jì)論文的能力。 在畢業(yè)設(shè)計(jì)中遇到問(wèn)題不敷衍，要通過(guò)查閱資料和復(fù)習(xí)有關(guān)教科書，通過(guò)積極思考，提出個(gè)人見(jiàn)解，主動(dòng)解決問(wèn)題，注 重能力培養(yǎng)。 采用自動(dòng)化技術(shù)不僅可以使人從繁重的體力勞動(dòng)、部分腦力勞動(dòng)以及惡劣、危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來(lái)，而且能擴(kuò)展人的器官功能，極大地提高勞動(dòng)生 產(chǎn)率，增強(qiáng)人類認(rèn)識(shí)世界和改造世界的能力。先后經(jīng)歷了經(jīng)典控制理論、現(xiàn)代控制理論和智能控制理論三個(gè)時(shí)期，每個(gè)階段都伴隨著當(dāng)時(shí)時(shí)期各具特點(diǎn)，智能控制理論就是將信息論、運(yùn)籌學(xué)、人工智能、和現(xiàn)在經(jīng)常使用的自動(dòng)控制集成于一體，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)控制。在這一方面主要應(yīng)用的領(lǐng)域有： CAD、 CAM、 OA過(guò)程控制以及自動(dòng)化儀器儀表，這種技術(shù)的應(yīng)用使得工業(yè)生產(chǎn)效率得到了極大地提高，在石油、化工、冶金、輕工業(yè)等領(lǐng)域表現(xiàn)尤為明顯。 70 年代以后，自動(dòng)化開始向復(fù)雜的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)控制和高級(jí)的智能控制發(fā)展，并廣泛地應(yīng)用到國(guó)防、科學(xué)研究和經(jīng)濟(jì)等各個(gè)領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)更大規(guī)模的自動(dòng)化，例如大型企 業(yè)的綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、全國(guó)鐵路自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng) 、國(guó)家 電力網(wǎng) 自動(dòng)調(diào)度系統(tǒng)、 空中交通管制系統(tǒng) 、城市交通控制系統(tǒng)、自動(dòng)化指揮系統(tǒng)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)管理系統(tǒng)等。 PLC 是在繼電器控制和計(jì)算機(jī)控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來(lái)的，并逐漸發(fā)展成以為處理器為基礎(chǔ)，綜合計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)與一體的新型工 業(yè)自動(dòng)控制裝置。 主要包括以下幾部分： 對(duì)象裝置的介紹及參數(shù)特性； 控制系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)； 設(shè)備的選型和設(shè)計(jì)； 系統(tǒng)的編程設(shè)計(jì)。工業(yè)生產(chǎn)對(duì)過(guò)程控制的要求主要有安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性，所以為了提高穩(wěn)定性和方便，研究智能采集模塊在過(guò)程控制監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。 CS4000 過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置 CS4000 過(guò)程實(shí)驗(yàn)裝置 綜述 CS4000 實(shí)驗(yàn)裝置 包括兩個(gè)獨(dú)立的水路動(dòng)力系統(tǒng)，主管路由磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì)組 回路通道； 副管路 由變頻器、磁力驅(qū)動(dòng)循環(huán)泵 、渦輪流量計(jì)組成干擾通道。通過(guò) 該多變量對(duì)象，可方便地實(shí)現(xiàn)多回路控制、多變量非最小相位系統(tǒng)、多變量選擇與超馳控制、多變量解耦控制、多變量預(yù)測(cè)控制等多變量控制系統(tǒng) 。 通過(guò) 該純滯后對(duì)象， 就 可方便地實(shí)現(xiàn) SMITH 補(bǔ)償、內(nèi)?？刂频燃儨罂刂品桨?。 系統(tǒng)框圖如圖 所示： 三號(hào)左上液位控制水箱四號(hào)右上液位控制水箱一號(hào)左下液位控制水箱二號(hào)右下液位控制水箱主管路副管路V21V11V22V12V23V13V24V14V10V20V15V50五號(hào)加熱水箱六號(hào)純滯后水箱TT 2TT 3TT 1LT 1 LT 2LT 3 LT 4調(diào)壓模塊V42V31V41V32V 6 0通儲(chǔ)水箱 圖 四容水箱液位系統(tǒng) （ 3）加熱水箱 純滯后水箱溫度系統(tǒng) 系統(tǒng)剩余的兩個(gè)水箱分別為加熱水箱和純滯后水箱，它們不同的時(shí)間常數(shù)位置裝有 Pt100 熱電阻檢測(cè)溫度，由可控硅控制電加熱管提供可調(diào)熱源，可以完成如溫度對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)（包括純滯后特性）、不同水流狀態(tài)溫度位式 控制實(shí)驗(yàn)、不同水流狀態(tài)溫度單回路 PID 控制實(shí)驗(yàn)、不同時(shí)間常數(shù)純滯后溫度控制實(shí)驗(yàn)等多個(gè)溫度實(shí)驗(yàn)。當(dāng)硅膜片上下兩側(cè)出現(xiàn)壓差時(shí)，膜片內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，使擴(kuò)散電阻的阻值發(fā)生變化。 渦輪流量計(jì)的輸出，由于軸在管道里面不便直接引出，都采用非接觸的電磁感應(yīng)方式，如根據(jù)磁阻變化產(chǎn)生脈沖的輸出方式。 %，其結(jié)果不受液體的壓力、溫度、密度、電導(dǎo)率等物理參數(shù)影響，工作可靠。目前用得最多的是鉑和銅兩種材料，其中鉑 電阻精度高，性能穩(wěn)定可靠，被國(guó)際組織規(guī)定為 ~+℃間的基準(zhǔn)器，在工業(yè)上則廣泛用于 200~+500℃間的溫度測(cè)量。當(dāng)閥芯在閥體內(nèi)上下移動(dòng)時(shí)，可改變閥芯閥座間的流通面積。 （ 3）變頻器 各國(guó)使用的交流供電電源，無(wú)論是用于家庭還是用于工廠，其電壓和頻率均200V/60Hz（ 50Hz）或 100V/60Hz（ 50Hz），等等。最上方為電源開關(guān)和按鈕。若電源意外斷開，在此供電時(shí)必須重新按動(dòng)啟動(dòng)按鈕對(duì)象才會(huì)通電。 啟動(dòng) 停止總電源主回路泵 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥變頻器變頻器電源 手自動(dòng)切換加熱 檢測(cè)設(shè)備加熱區(qū)溫度指示干燒報(bào)警加熱電壓指示 圖 電氣控制柜面板 變頻器型號(hào)為三菱 ，其參數(shù)設(shè)置如表 所示，變頻器的具體使用參見(jiàn)《 FRS500 使用手冊(cè)》。因此在加熱水箱裝有防干燒裝置，當(dāng)檢測(cè)到加熱水箱中液位高度過(guò)低時(shí)會(huì)自動(dòng)切斷調(diào)壓模塊的控制信號(hào)，這樣加熱管便會(huì)停止工作，同時(shí)電氣控制柜面板上的報(bào)警指示燈點(diǎn)亮，只有當(dāng)液位重新升高后加熱管才會(huì)重新工作。溫控表中已將高溫報(bào)警設(shè)置為 65177。 （ 2） DDC 計(jì)算機(jī)直接控制系統(tǒng) DDC 實(shí)驗(yàn)軟件具有一般通用組態(tài)軟件 在系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)采集和實(shí)時(shí)監(jiān)控等方面的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)我們的軟件具有功能強(qiáng)大的控制算法模塊，克服了通用組態(tài)軟件在算法運(yùn)算的方面的不足。 儀表提供 2個(gè)頻率輸入通道， 8個(gè)模擬量（ 15V）輸入通道， 4個(gè)模擬量（ 420mA）輸出通道。用戶在購(gòu)到所需的 PLC 后，只需按說(shuō)明書的提示，做少量的接線和簡(jiǎn)易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制 ，前饋 反饋控制，滯后控制、比值控制，解耦控制等多種控制形式。 上、中水箱尺寸 均 為： D=25cm， H=20cm；下水箱尺寸為： D=35cm， H=20cm。 （ 2）模擬鍋爐 利用電加 熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。盤管的出水通過(guò)手動(dòng)閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)流回儲(chǔ)水箱。其中儲(chǔ)水箱底部有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把球閥打開將水直接排出。 Pt100 測(cè)溫范圍： 200～+420℃ 。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，反應(yīng)快。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為： QSVP16K。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵 ,一只為三相 380V 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻 220V 輸出驅(qū)動(dòng) 。 THSA1 型過(guò)控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái) “ THSA1 型過(guò)控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”主要由控制屏組件、智能儀表控制組件、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制組件、 DCS 分布式控制組件、 PLC 控制組件等幾部分組成。 （ 4）三相移相 SCR 調(diào)壓裝置、位式控制接觸器 采用三相可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號(hào)為 4～ 20mA 標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) ，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比 。AI818 型儀表為 PID 控制型，輸出為 4～ 20mADC 信號(hào)；而 AI708 型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點(diǎn)型開關(guān)量信號(hào)。 程數(shù)據(jù)采集控制即我們通常所說(shuō)的直接數(shù)字控制（ DDC），它的特點(diǎn)是以計(jì)算機(jī)代替模擬調(diào)節(jié)器進(jìn)行控制，并通過(guò)數(shù)據(jù)采集板卡或模塊進(jìn)行 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換，控制算法全部在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn) 。 上位機(jī)我使用組態(tài)王進(jìn)行設(shè)計(jì)監(jiān)控畫面；下位主要是采集站的設(shè)計(jì)， 為了完成遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的采集與傳輸，并保證采集的數(shù)據(jù)的質(zhì)量， 采用智能采集模塊，本次設(shè)計(jì)只涉及采集數(shù)據(jù) 而 不考慮控制，所以我采用研華 ADAM4000系列智能采集模塊。 圖 控制系統(tǒng)總體方案框圖 采集站 各部分功能分析 采集站 柜子 的設(shè)計(jì) 在采集站中，需要把現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的參數(shù)進(jìn)行采集，通過(guò)電流信號(hào)分配器或隔離分配器將采集到的電流信號(hào)或電壓信號(hào)分成兩路，一路傳送到現(xiàn)場(chǎng)的顯示儀表完成數(shù)據(jù)采集，另外一