【正文】 也歸入過程控制。過程控制系統(tǒng)的設計是根據(jù)工業(yè)過程的特性和工藝要求，通過選用過程檢測控制儀表構成系統(tǒng)，再通過 PID參數(shù)的整定，實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的最佳控制。動態(tài)特性多數(shù)具有大慣性、大滯后、非線性特性。 隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的飛速 法杖，工藝條件越來越復雜，對過程控制的要求越來越高。通常有單變量控制系統(tǒng)，也有多變量控制系統(tǒng)；有儀表過程控制系統(tǒng)，也有計算機集散控制系統(tǒng)；有復雜控制系統(tǒng)，也有滿足特定要求的控制系統(tǒng)。 過程控制系統(tǒng)可分為單回路控制系統(tǒng)、串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、大滯后補償控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)、模糊控制系統(tǒng)等一些復雜控制系統(tǒng)。副調節(jié)器的任務是要快速動作以迅速消除進入副回路的擾動 ， 而且副參數(shù)并不要求無差 ， 所以一般選擇 P調節(jié)器 ， 也可采用 PD調節(jié)器 ， 但這增加了系統(tǒng)的復雜性 。 采用噴水減溫 的串級汽溫控制系統(tǒng)如圖 22所示。 溫度調節(jié)器 1溫度測量變送器溫度測量變送器過熱器減溫器溫度調節(jié)器 2執(zhí)行器溫度給定)(1 sY)(2 sY閥門 圖 22 噴水減溫串級系統(tǒng)結構框圖 串級汽溫控制系統(tǒng)的工作原理 圖 22所示的串級汽溫控制系統(tǒng)，只要導前汽溫 2? 發(fā)生變化，副調節(jié)器 P就去改 過 熱 器爐 膛汽 鼓水過 熱 蒸 汽減 溫 器TT1TT2CT1CT21?2? 圖 23 噴水減溫串級汽溫控制系統(tǒng) 變減溫水流量 ?W ，初步維持后級過熱器入口汽溫 2? 在一定范圍內，起粗調作 10 用。副 回路及副調節(jié)器的任務是快速消除內擾，要求控制過程的持續(xù)時間較短，但不要求無差，故一般可選用純比例調節(jié)器。 單回路過程控制系統(tǒng)亦稱單回路調節(jié)系統(tǒng)簡稱單回路系統(tǒng)，一般是指針對一個過程（調節(jié)對象），采用一個測量變送器監(jiān)測被控過程，采用一個控制（調節(jié)）器來保持一個被控參數(shù)恒定（或在很小范圍內變化） ，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構（調節(jié)閥）。 與單回路控制系統(tǒng)相比，串級控制系統(tǒng) 的控制效果顯著提高，原因是在串級 控制系統(tǒng)中增加了一個二次擾動的副回路，使系統(tǒng)改善了被控過程的動態(tài)特性，提高了系統(tǒng)的工作頻率，對二次干擾有很強的克服能力，提高了對一次擾動的克服能力和對回路參數(shù)變化的自適應能力。測量值最終回到設定值，系統(tǒng)重新回到平衡狀態(tài)?？稍诰€修改參數(shù) ,流量小信號切除、失敗模式電流輸出等功能 。并開發(fā)出 HART 手持式通訊器 ,方便地實現(xiàn)智能儀表與通訊器之間的雙向通訊。 除智能式儀表正確的安裝和設定量程范圍外 ,還應注意以下幾點。 c)智能變送器的使用電壓和環(huán)境溫度考慮 用戶設備計算機儀表通訊接口 D / A Hz傳感 放大D / A液晶驅動器EPR OM液晶顯示CPU按鍵電源部件 圖 31智能 儀表原理結構框圖 1）一般智能變送器的適應電壓范圍較寬，但超出其通訊要求范圍的電壓將使變送器不能與外界進行數(shù)字通訊。 2）儀表標稱的測量精度不是一成不變的，而是符合要求下的最高精度。 E．智能儀表選型 本設計選用的智能儀表為百特公司的 XMA5000 系列的智能儀表。其它用戶特殊訂制信號。 4) 多種控制輸出方式可選（ 96*9 72*72 放表和 48*96 小表多種控制輸出之間可模塊切換） 10mA、 4～ 20mA、 0～ 5V、 1～ 5V控制輸出 ； 時間比控制繼電器輸出（ 1A/220V DC 阻性負載） ； 時間比控制 5～ 30VSSR 控制信號輸出 ； 時間比控制雙向可控硅輸出（ 3A， 600V） ； 單相 2路可控硅過零或移相觸發(fā)控制輸出（獨創(chuàng)電路觸發(fā) 3～ 1000A 可控硅） ； 三相 6 路可 控硅過零（（獨創(chuàng)電路觸發(fā) 3～ 1000A 可控硅）。 本課題選用的 智能儀表為福光百特所生產(chǎn)的， 型號為 XMA5666FU0FDRS485，所代表的含義是： XMA：智能型人工智能專家自整定 PID 調節(jié)器； 5：開關電源； 6： 4～ 20mA 恒流輸出 +上下限報警或控制； 15 U： 萬能分度號輸入 ； 0： PID 控制給定值：機內定值 給定； F： 96*96*110mm 方 表 D:供電電源 24VDC； RS485：通訊接口類型為 RS485 隔離通訊接口。 測量溫度的方法很多，從測量與被測介質接觸與否來分，有接觸式和非接觸式測溫 兩 類。但是由于測溫元件要與被測介質接觸進行熱交換，才能達到熱平衡，因此產(chǎn)生了滯后現(xiàn)象。 16 但是 受到物體的輻射率、距離、煙塵和水汽的因素影響，測溫誤差較大。鉑易于提純，在氧化性介質中，甚至在高溫時，其物理、化學性質穩(wěn)定，測量精度高。 滿足上式關系的鉑電阻，其溫度系數(shù) α=℃ 。 ，為了確保儀表工作的可靠性和提高儀表的使用壽命，諸如工藝現(xiàn)場的氣體性質（氧化性、還原性 、腐蝕性等），溫度環(huán)境等，并需采取相應的技術措施。若選用熱電阻測量時，則必須注意三線制接法。該產(chǎn)品為德國進口芯片，精度高，固定螺紋安裝，互換型好。 SBWR/Z 溫度變送器模塊可以安裝于熱電阻的接線盒內與之形成一體化結構，也可單獨安裝在儀表內作轉換元件。 %； 環(huán)境溫度影響：177。 執(zhí)行器 是過程控制工程中的一個重要組成環(huán)節(jié)。電動執(zhí)行器動作迅速，其信號便于遠傳、并便于與計算機配合使用。這些優(yōu)勢主要體現(xiàn)在： PC 技術保持了較快的發(fā)展速度，各種相關技術成熟；由 PC構建的工業(yè)控制系統(tǒng)具有相對較低的成本； PC的軟件資源和硬件資源豐富，軟件之間的互操作性強；基于 PC 的控制系統(tǒng)易于學習和使用，可以容易地得到技術方面的支持。監(jiān)控組態(tài)軟件最早出現(xiàn)時，HMI 或 MMI 是其主要內涵，即主要解決人機圖形界面問題。但是，從技術上說，各種組態(tài)軟件提供實現(xiàn)這些功能的方法卻各不相同。由 OPC 基金組織提出的 OPC 規(guī)范基于微軟的 OLE/DCOM 技術，提供了在分布式系統(tǒng)下，軟件組件交互和共享數(shù)據(jù)的完整的解決方案。同時，組態(tài)軟件同樣可以作為服務器為其他的應用系統(tǒng)（如 MIS 等）提供數(shù)據(jù)。因此，大多數(shù)組態(tài)軟件提供了腳本語言的支持。微軟 的 VBA 是一種相對完備的開發(fā)環(huán)境，采用 VBA 的組態(tài)軟件通常使用微軟的 VBA 環(huán)境和組件技術，把組態(tài)系統(tǒng)中的對象以組件方式實現(xiàn)，使用 VBA 的程序對這些對象進行訪問。增加功能最常用的手段是 ActiveX 組件的應用，目前還只有少數(shù)組態(tài)軟件能提供完備的 ActiveX 組件引入功能及實現(xiàn)引入對象在腳本語言中的訪問。隨著生產(chǎn)決策活動對信息需求的增加，可以預見，組態(tài)軟件與管理信息系統(tǒng)或領導信息系統(tǒng)的集成必將更加緊密，并很可能以實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析與決策功能的模塊形式在組態(tài)軟件中出現(xiàn)。限于國內目前的網(wǎng)絡基礎設施和工業(yè)控制應用的程度，筆者認為，在較長時間內，以瀏覽 器方式通過 Inter 對工業(yè)現(xiàn)場的監(jiān)控，將會在大部分應用中停留于監(jiān)視階段，而實際控制功能的完成應該通過更穩(wěn)定的技術，如專用的遠程客戶端、由專業(yè)開發(fā)商提供的 ActiveX 控件或 Java 技術實現(xiàn)。先進控制策略主要有：雙重控制及閥位控制、純滯后補償控制、解耦控制、自適應控制、差拍控制、狀態(tài)反饋控制、多變量預測控制、推理控制及軟測量技術、智能控制（專家控制、模糊控制和神經(jīng)網(wǎng)絡控制）等，尤其智能控制已成為開發(fā)和應用的熱點。從上可以看出能嵌入先進控制和優(yōu)化控制策略的組態(tài)軟件必將受到用戶的極大歡迎。只需要進行填表操作，即可生成適合于用戶的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層， 不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。而且能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設 備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢曲線等，可便利的生成各種報表。對用戶而言 ,操作簡單易學且編程簡單 ,參數(shù)輸入與修改靈活 ,具有多次或重復仿真運行的控制能力 ,可以實時地顯示參數(shù)變化前后系統(tǒng)的特性曲線 ,能很直觀地顯示控制系統(tǒng)的實時趨勢曲線 ,這些 很強的交互能力使其在自動控制系統(tǒng)的實驗中可以發(fā)揮理想的效果。 表 42 動態(tài)參數(shù) 設置 序號 名稱 動態(tài)性質 命令語言 1 電動閥門（圖） 連接 \\本站點 \減溫水調節(jié)閥 2 溫度表（圖） 連接 \\本站點 \ PV 3 實時曲線（ 1） 連接 \\本站點 \PV 4 實時曲線（ 3） 連接 \\本站點 \SP 5 P 設置 模擬值輸入 \\本站點 \P 6 P 設置值 模擬值輸出 \\本站點 \P 7 I 設置 模擬值輸入 \\本站點 \I 8 I 設置值 模擬值輸出 \\本站點 \I 9 D 設置 模擬值輸入 \\本站點 \D 10 D 設置值 模擬值輸出 \\本站點 \D 11 過熱蒸汽溫度值 模擬值輸出 \\本站點 \PV 12 報警和事件 彈起時 ShowPicture(報警和事件 )。 報警和事件窗口設計 運行報警時間記錄是監(jiān)控軟件必不可少的功能，“組態(tài)王”提供了強有力的支持和簡單的控制運行報警和時間記錄方法。 如圖 42 24 圖 42 報警事件界面 建立數(shù)據(jù)庫連接 組態(tài)王 SQL 訪問功能實現(xiàn)組態(tài)王和其他外部數(shù)據(jù)庫（支持 ODBC 訪問接口）之間的數(shù)據(jù)傳輸。通過表格模板在數(shù)據(jù)庫表中建立表格；通過記錄體建立數(shù)據(jù) 庫表格列和組態(tài)王之間的聯(lián)系，允許組態(tài)王通過記錄體直接操作數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。是生產(chǎn)過程必不可少的一個部分。即可以制作實時報表，也可以制作歷史報表。 PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史 ,它以其結構簡單 、穩(wěn)定性好 、 工作可靠 、 調整方便而成為工業(yè)控制的主要技術之一。PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差 ,利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。 積分（ I）控制 在積分控制中 ,控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關系。這樣 ,即便誤差很小 ,積分項也會隨著時間的增加而加大 ,它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進一步減小 ,直到等于零。其原因是由于存在。 微分（ D）控制 在微分控制中 ,控制器的輸出與 輸入誤差信號的微分（即誤差的變化率）成正比關系。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差 ,在控制器中必須引入 “積分項 ”。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關系。即當我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時 ,最適合用 PID 控制技術。 繪制實時報表 界面如 圖 44。 組態(tài)王提供內嵌式報表系統(tǒng)，工程人員可以任意設置報表格式，對報表進行組態(tài)。 繪制數(shù)據(jù)庫連接界面如圖 43。 SQL 訪問管理器用來建立數(shù)據(jù)庫列和組態(tài)王變量之間的聯(lián)系。通過這 些報警和事件，用戶可以方便地記錄和查看系統(tǒng)的報警、操作和各個工作站的運行情況。 14 數(shù)據(jù)庫連接 彈起時 ShowPicture(數(shù)據(jù)連接庫 )。 最后設置串口通訊參數(shù)，將通信方式選為 RS485，其他默認。 ： (1)圖形界面的設計 22 (2)構造數(shù)據(jù)庫 (3)建立動畫連接 (4)運行和調試 : (1)實驗全部用軟件來實現(xiàn) ,只需利用現(xiàn)有的計算機就可完成自動控制系統(tǒng)課程的實驗 ,從而大大減少購置儀器的經(jīng)費。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設計。 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)正以標 準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)， 具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。 組態(tài)王是一個 具有易用性、開放性和集成能力的通用組態(tài)軟件。國外許多控制軟件公司和 DCS 廠商都在競相開發(fā)先進控制和優(yōu)化控制的工程軟件包。 隨著企業(yè)提出的高柔性、高效益的要求，以經(jīng)典控制理論為基礎的控制方案已經(jīng)不能適 應，以多變量預測控制為代表的先進控制策略的提出和成功應用之后，先進過程控制受到了過程工業(yè)界的普遍關注。 Inter 將是實現(xiàn)分布式生產(chǎn)的基礎。在生產(chǎn)制造過程中，需要現(xiàn)場的大量數(shù)據(jù)進行流程分析和過程控制，以實現(xiàn)對生產(chǎn)流程的調整和優(yōu)化。而面向對象的腳本語言提供了對象訪問機制，對系統(tǒng)中的對象可以通過其屬性和方法進行訪問，比較容易學習、掌握和擴展，但實現(xiàn)比較復雜。類 C/Basic語言要求用戶使用類似高級語言的語句書寫腳本，使用系統(tǒng)提供的函數(shù)調用組合完成各種系統(tǒng)功能。隨著支持 OPC 的組態(tài)軟件和硬件設備的普及，使用 OPC 進行數(shù)據(jù)采集必將成為組態(tài)中更合理的選擇。由于 COM 技術是在二進制代碼級實現(xiàn)的，所以服務器 和客戶可以由不同的廠商提供。 大多數(shù)組 態(tài)軟件提供多種數(shù)據(jù)采集程序，用戶可以進行配置。隨著技術的發(fā)展，監(jiān)控組態(tài)軟件將會不斷被賦予新的內容。 組態(tài)的概念最早來自英文 Configuration，含義是使用軟件工具對計算機及軟件的各種資源進行配置，達到讓計算機或軟件按照預先設置自動執(zhí)行特殊任務、滿足用戶要求的目的。 19 4 過熱蒸汽溫度 度控 制 監(jiān)控系統(tǒng)設計 組態(tài)軟件 概述 “組態(tài)”的概念是伴隨著集散型控制系統(tǒng)（ Distributed Control System,簡稱 DCS）的出現(xiàn)，才被廣大的過程自動化技