【正文】 學(xué) 院 設(shè)計(jì)課題 《 基于流量比值智能儀表控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 物理與電氣工程學(xué)院 20xx 年 6 月 12 日 II 摘 要 本文首先分析了實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)過程中比值控制的意義和重要性 ,然后提出了流量比值控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案并在引入 MCGS 組態(tài)軟件輔助控制的基礎(chǔ)上加以研制 ,最 后闡述了該系統(tǒng)調(diào)試的原理與步驟。實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)不僅能夠?qū)崿F(xiàn)按不同比值關(guān)系進(jìn)行控制，且使主、從動(dòng)量均有較強(qiáng)的抗擾動(dòng)能力，具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。 I Abstract ......... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。如在制藥過程中，為了增加藥效，需要對(duì)其中成分 藥物加入注入劑，生產(chǎn)工藝要求藥物和注入劑混合后的含量必須符合要求的比例，否則會(huì)使藥效降低而達(dá)不到要求。 智能儀表的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 智能儀表的研究現(xiàn)狀 智能儀器的出現(xiàn)， 很大的 擴(kuò)充了傳統(tǒng)儀器的應(yīng)用 領(lǐng)域 。 90 年代，儀器儀表的智能化突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：微電子技術(shù)的進(jìn)步更深刻地影響儀器儀表的設(shè)計(jì)；微型機(jī)的發(fā)展，使儀器儀表具有更強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；圖像處理功能的增加十分普遍；VXI 總線得到廣泛的應(yīng)用。它不但具有傳統(tǒng)儀器的功能，而且能在自動(dòng)化技術(shù)、航天、軍事、醫(yī)療領(lǐng)域起到獨(dú)特的作用。智能儀器的進(jìn)一步發(fā)展將含有一定的人工智能，即代替人的一部分腦力勞動(dòng)，從而在視覺圖形及色彩辨讀、聽覺語音識(shí)別及語言領(lǐng)悟、思維推理、學(xué)習(xí)與聯(lián)想等方面具有一定的能力。作為智能儀器核心部件的單片計(jì)算機(jī)技術(shù)是推動(dòng)智能儀器向小型化、多功能化、更加靈活的方向發(fā)展的動(dòng)力。 本設(shè)計(jì)在傳統(tǒng)的過程控制需要人工監(jiān)測和人工調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上 ,加入了 MCGS 組態(tài)軟件進(jìn)行輔助控制 ,具有自動(dòng)監(jiān)測和自動(dòng)調(diào)節(jié)功能 ,它能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集 、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢曲線和報(bào)表輸出等。通過設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。 (4)制作圖形畫面 ,在用戶窗口實(shí)現(xiàn)。 8 (6)報(bào)警系統(tǒng)。 2 比值控制系統(tǒng) 工作原理 比值控制分開環(huán)比值控制、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制三種類型。 比值控制系統(tǒng)概述 比值控制系統(tǒng)是一種物料量隨另一種物料量而變化的自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)過程的不同要求，常用比值控制系統(tǒng)有定比值控制系統(tǒng)和變比值控制系統(tǒng)。 比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn) 比值控制系統(tǒng)的特征是使兩個(gè)或兩個(gè)以上物料保持一定比例關(guān)系。 （ 1） 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 單閉環(huán)比值控制表示一個(gè)燃燒過程單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)，主流量是燃料，副流量是空氣。但它們的方塊圖是不同的，功能也是不同的。如果沒有這個(gè)要求，兩個(gè)單獨(dú)的閉環(huán)控制系統(tǒng)也能使兩個(gè)流量保持比例關(guān)系，僅僅在動(dòng)態(tài)過程中，比例關(guān)系不能保證。 比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)中間過程變 量計(jì)算及其控制是由計(jì)算機(jī)功能模塊搭建來實(shí)現(xiàn)的，確定好控制方案后，在計(jì)算機(jī)里進(jìn)行組態(tài)控制，選擇一些控制需要的功能模塊，如 PID 算法塊、 Ratio 比 10 值計(jì)算塊、 AO 輸出塊，這些模塊的功能將代替常規(guī)儀表中的調(diào)節(jié)器、比值控制器等。 要求： （ 1）使進(jìn)水流量跟隨出水流量的變化。 （ 4）系統(tǒng)具有流程圖監(jiān)視畫面、參數(shù)設(shè)置和報(bào)警功能。當(dāng)雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)處于運(yùn)行中，要是主動(dòng)到干擾發(fā)生波動(dòng)則主動(dòng)量回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使主動(dòng)量一直穩(wěn)定在給定值附近，同時(shí)從動(dòng)量控制回路也會(huì)隨主動(dòng)量的波動(dòng)進(jìn)行調(diào)整；當(dāng)從動(dòng)量受到擾動(dòng)發(fā)生波動(dòng)時(shí)，從動(dòng)量控制回路對(duì)其進(jìn)行定值控制，使從動(dòng)量始終穩(wěn)定在定值附近，而主動(dòng)控制回路不受從動(dòng)量波動(dòng)的影響。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖 31 所示。和單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)相比，雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn)如下： （ 1) 控制系統(tǒng)更為穩(wěn)定：對(duì)主動(dòng)量的定值控制克服了干擾對(duì)主動(dòng)量的影響，因此主動(dòng)量變化平穩(wěn)，從動(dòng)量也將 平穩(wěn)，進(jìn)而系統(tǒng)的總物料流量穩(wěn)定，更好地滿生產(chǎn)工藝要求。 此方案適合于要求兩流量之比一定，負(fù)荷變化不大，而對(duì)總流量變化無要求的情況。 操作變量 : 支路流 量 。在計(jì)算機(jī)與智能調(diào)節(jié)器通電前，將傳感器與智能調(diào)節(jié)器相連。 當(dāng) PC 機(jī)與多臺(tái)具有 RS485 接口的調(diào) 節(jié)器通信時(shí)，由于兩端設(shè)備接口電氣特性不一，不能直接相連，因此，也采用 RS232 接口到 RS485 接口轉(zhuǎn)換器將 RS232 接口轉(zhuǎn)換為 RS485信號(hào)電平，再與調(diào)節(jié)器相連。運(yùn)行“串口調(diào)試助手”程序，首先 設(shè)置串口號(hào)、波特率、校驗(yàn)位、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)（與儀表參數(shù)設(shè)置一致），選擇十六進(jìn)制顯示和十六進(jìn)制發(fā)送方式，打開串口。 智能儀表參數(shù)設(shè)計(jì) 根據(jù)控制要求，設(shè)計(jì)主調(diào)節(jié)器和從調(diào)節(jié)器的參數(shù)如表 31 和 32 所示。 （ 2）下限報(bào)警：當(dāng)測量值小于 LoALdF 時(shí)產(chǎn)生下限報(bào)警，當(dāng)測量值大于 LoAL+dF 時(shí)下限報(bào)警解除。 設(shè)置 dHAL=9999 （ 溫度時(shí)為 ℃）時(shí)，正偏差報(bào)警功能被取消。每秒測量值升高值（測量值單位是 ℃或 1 個(gè)定義單位） 如儀表以 100％功率加熱并假定沒有散熱時(shí)，電爐每秒升 1℃，則： P＝ 1000247。 （ 7）、 輸入規(guī)矩： Sn（ 33） 1－ 5V 電壓輸入 （ 8）輸入下限顯示值：用于定義線性輸入信號(hào)下限刻度值，對(duì)外給定、變送輸出、光柱顯示均有效。 當(dāng)設(shè)置了分段功率限制功能時(shí)（參見 CF 參數(shù)設(shè)置），作為測量值低于下限報(bào)警時(shí)的輸出上限 。 A=1，為正作用調(diào)節(jié)方式，輸入增大時(shí)，輸出趨向增大，如致冷控制。 F=0，儀表光柱指示輸出值， F=1，儀表光柱指示測量值（僅帶光柱的儀表）。監(jiān)控畫面在用戶窗口中完成，利用豐富的“動(dòng)畫組態(tài)”功能可快速構(gòu)造各種復(fù)雜生動(dòng)的動(dòng)態(tài)畫面。 （ 2）強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能。 MCGS 組態(tài)軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩大部分，用戶所有組態(tài)配置過程都是在組態(tài)環(huán)境中進(jìn)行的，用戶組態(tài)后可生成一個(gè)“組態(tài)結(jié)果數(shù)據(jù)庫”文件。在 MCGS 中，通過用戶設(shè)備的組態(tài)即可完成智能多任務(wù) 多線程 建動(dòng)畫 構(gòu)建動(dòng)畫 動(dòng)畫顯示 報(bào)警組態(tài) 設(shè)計(jì)報(bào)表 連接設(shè)備 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 現(xiàn)場控制 報(bào)警輸出 報(bào)表打印 設(shè)備輸出 流程控制 組態(tài)軟件核心 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫 構(gòu)建動(dòng)畫 流程控制 組態(tài) 組態(tài)環(huán)境 運(yùn)行環(huán)境 17 調(diào)節(jié)器和 PC 機(jī)的通信功能。如宇光 _AI808 儀表這個(gè)設(shè)備構(gòu)件就是用于 MCGS 操作和通過串行口讀寫 AI808 智能調(diào)節(jié)器的數(shù)據(jù)。 圖 設(shè)備窗口的組態(tài) 圖 42 設(shè)備窗口 （ 1）串口通信父設(shè)備的基本屬性的組態(tài) 最小采集周期為 200ms，串口端號(hào)為 COM1，通訊波特率為 9600，數(shù)據(jù)位位數(shù)為 8位，停止位位數(shù)為 2 位，數(shù)據(jù)校驗(yàn)方式為無校驗(yàn)，數(shù)據(jù)采集方式為異步采集。本文中， PV 值、SV 值和 OP 值通道分別對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的 PVn、 SVn 和 OPn 三個(gè)變量。通過設(shè)備窗口配置數(shù)據(jù)采集與控制輸出連接與驅(qū)動(dòng)設(shè)備用的數(shù)據(jù)變量。該窗口定義不同類型和名稱的變量 , 作為數(shù)據(jù)采集、 處理、 輸出控制、 動(dòng)畫連接及設(shè)備驅(qū)動(dòng)的對(duì)象。圖元、圖符對(duì)象定義相應(yīng)的狀態(tài)屬性，即可實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫效果。 圖 43 進(jìn)水流量 F1 跟隨出水流量 F2 的比值調(diào)節(jié) 19 圖 44 進(jìn)水流量 F1 定值調(diào)節(jié)（水箱作水源） 圖 45 進(jìn)水流量 F1 定值調(diào)節(jié)（水泵作水源） ( 5) 定義動(dòng)畫鏈接。當(dāng) 數(shù)據(jù)對(duì)象的值 或狀態(tài)發(fā)生改變時(shí) , 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫判斷對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)是否發(fā)生報(bào)警或已產(chǎn)生的報(bào)警是否已經(jīng)結(jié)束 , 并把所產(chǎn)生的報(bào)警信息通知給系統(tǒng)的其它部分 , 同時(shí) , 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫根據(jù)用戶的組態(tài)設(shè)定 , 把報(bào)警信息存入指定的存盤數(shù)據(jù)庫文件中。本系統(tǒng)已調(diào)試成功 ,運(yùn)行良