基于智能儀表溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計-資料下載頁
2024-12-01 22:05本頁面
【導(dǎo)讀】現(xiàn)代測控技術(shù)的主要工具。本文以電阻爐為控制對象、智能儀表為控制工具、熱電偶為溫度傳感。器、移相觸發(fā)模塊為執(zhí)行元件、RS-485串口通信設(shè)計溫度控制系統(tǒng)。依據(jù)系統(tǒng)設(shè)計要求，全面設(shè)?？刂菩Ч疚目刂埔?guī)律選擇PID控制方式。為重要的熱工參數(shù)之一。溫范圍越來越廣，因此溫度測控技術(shù)的研究是一個重要的研究課題。在高新技術(shù)的推動下，作為工業(yè)主要技術(shù)的測控儀表正跨入真正的數(shù)字化，智能。不僅各種測控設(shè)備是數(shù)字化的，而且可通過網(wǎng)絡(luò)將分散的控制裝置。和各類智能儀表連接起來，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)過程的集散監(jiān)控管理。隨后出現(xiàn)的以小型機為基礎(chǔ)的自動測控系統(tǒng)就可將各種被測參數(shù)等通過模。數(shù)轉(zhuǎn)換送入計算機，使測量參數(shù)得到及時的處理。接用來干預(yù)生產(chǎn)過程，組成計算機閉環(huán)控制系統(tǒng)。表運行穩(wěn)定，功能全面，確?？刂凭?。制器及測溫儀表來說，總體發(fā)展水平仍然不高。
【正文】 制系統(tǒng)按照液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對象往往比較接近，所以無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表 2 為經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進一步修正。若需加微分作用，微分時間常數(shù)按 TD=(1/3～ 1/4)TI計算。 表 2 經(jīng)驗法整定參數(shù) 系統(tǒng) δ(%) TI(min) TD(min) 溫度 20～ 60 3～ 10 ～ 3 流量 40～ 60 ～ 1 壓力 30～ 70 ～ 3 液位 20～ 80 (二 )臨界比例度法 圖 8 具有周期 TS 的等幅振蕩 這種整定方法是在閉環(huán)情況下進行的。設(shè) TI=∞， TD=0，使調(diào)節(jié)器工作在純比例情況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖 8 所示。根據(jù)臨界比例度δ K和振蕩周期 TS,按表 3 所列的經(jīng)驗算式，求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)值，這種整定方法是以得到 4:1 衰減為目標(biāo)。 表 3 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器參數(shù) δ TI(S) TD(S) P 2δK PI TS/ PID 臨界比例度法的優(yōu)點是應(yīng)用簡單方便，但此法有一定限制。首先要產(chǎn)生允許受控變 量能承受等幅振蕩的波動，其次是受控對象應(yīng)是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)。 圖 9 4： 1 衰減曲線法圖形 （三）衰減曲線法（阻尼振蕩法） 在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖 9 所示的 4： 1 衰減過程為止。這時的比例度稱為 4： 1 衰減比例度，用δ S表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為 4： 1 衰減周期 TS。根據(jù)δ S和 TS，運用 表 4 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值 [14]。 表 4 衰減曲線法計算公式 系統(tǒng) δ(%) TI(min) TD(min) P δs PI PID （四） 反應(yīng) 曲線法 如果被控對象是一 階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（ 4： 1 衰減）就有難度。對于這種情況，可采用下述的反應(yīng)曲線法來整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。圖 10 為實驗系統(tǒng)的方框圖。令調(diào)節(jié)器的輸出 X(t)為階躍信號，則 圖 10 實驗系統(tǒng)方框圖 對象經(jīng)測量變送器后的輸出 Y（ t），如圖 11 所示。 t 圖 11 階躍響應(yīng)曲線 x0 H(S) y(t) WC(S) WO(S) WV(S) 由該圖可確定τ、 T 和 K，其中 K 按下式確定 0( ) (0)yyKx??? （ 34） 根據(jù)所求的 K、 T 和τ，利用下表 5 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應(yīng)于衰減率為 4：1 時調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù) [15]。 表 5：經(jīng)驗計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) δ（ %） TI(S) TD(S) P %100?TK? PI 100%KT? ? PID 100%KT? ? 2τ 本系統(tǒng)中在單位階躍作用下， P， PI， PID 調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)下 只有在 PID 調(diào)節(jié)下，系統(tǒng)的 階躍 響應(yīng)超調(diào)量和調(diào)節(jié)時間都比較好 ，所以本系統(tǒng)采用 PID 控制規(guī)律 。 采用 臨界比例度法 進行參數(shù)整定，最終得到最優(yōu)參數(shù) δ＝ 30， TI＝ 8， TD＝ 。 4 總結(jié)與展望 本論文重點討論基于智能儀表的溫度控制系統(tǒng)的全部設(shè)計開發(fā)過程，包括 傳感器的選擇，智能儀表的 原理，執(zhí)行機構(gòu)的選擇，溫度變送，控制算法以及參數(shù)整定，講述了系統(tǒng)各部分的功能和具體實現(xiàn)方法，重點介紹了智能儀表的原理與功能。總體看來具有以下特點： 1. 采用智能儀表使得整體設(shè)計更加簡介，使得系統(tǒng)具有操作簡便，可維護性強，高可靠性等特點 。 2. 系統(tǒng)的控制算法采用 PID 控制。這種控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方便。 然而，基于智能儀表的溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，需要考慮的問題還很多，因此本流量控制裝置系統(tǒng)仍然有繼續(xù)研究的空間，通過對本課題總結(jié)，還可以從以下幾個方面繼續(xù)研究 : 1. 可以引進 模糊控制與 PID 控制相結(jié)合提高 PID 控制速度和準(zhǔn)確度。 2. 可以結(jié)合 MCGS 組態(tài)軟件得到最優(yōu)的控制參數(shù)，并結(jié)合 VB 技術(shù)，使系統(tǒng)達到最優(yōu)。 參考文獻 [1]徐愛鈞 .智能化測量控制儀表原理與設(shè)計 [M].北京 :北京航空航天大學(xué)出版社， [2]李昌禧 .智能儀表原理與設(shè)計 [M].北京 :化學(xué)工業(yè)出版社， [3]宋文緒 .自動檢測技術(shù) [M].北京 :冶金工業(yè)出版社， [4]吳興惠王彩君 .傳感器與信號處理 [M].北京 :電子工業(yè)出版社， [5]王 健石 .工業(yè)用熱電偶及補償導(dǎo)線技術(shù)手冊 [M].北京 :中國計量出版社， [6]楊振江 .熱電偶測溫的軟件處理方法 [J].電子科技雜志 (第三期 )， 1994. 4446 [7]金鋒 .智能儀表設(shè)計基礎(chǔ) [M].北京 :清華大學(xué)出版社，北京交通大學(xué)出版社， 2020. 6567 [8] AI全通用人工智能調(diào)節(jié)器說明書 [M].上海 :上海萬迅儀表有限公司 , 2020. 326 [9]李躍忠，李昌禧 .多功能智能調(diào)節(jié)儀開關(guān)電源設(shè)計 [T].華東理工學(xué)院學(xué)報， 2020. 278281 [10] 凌志浩 .智能 儀表原理與設(shè)計技術(shù) [ :華東理工大學(xué)出版社， 2020. 4560 [11] 移相觸發(fā)器模塊 說明書 [M]， 杭州； 杭州西子固態(tài)繼電器廠 ， [12]金以慧，過程控制 [M]，北京 :清華大學(xué)出版社， 2020. 103186 [13]邵裕森 、 戴先中 ， 過程控制工程 [M]， 機械工業(yè)出版社 。 ， 4560 [14]過程裝備控制技術(shù)及應(yīng)用 [M]， 化學(xué)工業(yè)出版社 ， ,6567 [15]李東明 ， 穩(wěn)定回路控制系統(tǒng)設(shè)計 [J]， 哈爾濱工程大學(xué)控制理論與控制工程 專業(yè) 碩 士 論文 ，
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