【正文】 圖 323 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 中的流量檢測裝置（ 電磁流量計）和 執(zhí)行機構(gòu)（閥門定位器）均為帶 PROFIBUSPA通訊接口的部件，掛接在 PROFIBUSPA總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與PROFIBUSDP 總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器CPU3152 DP，由于 PROFIBUSPA 總線和 PROFIBUSDP 總線中信號傳輸是雙向的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應為 PI 控制，并在實訓 中 P、 I參數(shù)設置要比較大。被控量為氣動調(diào)節(jié)閥支路（也可采用變頻器支路）的流量， 實訓 要求氣動閥支路流量穩(wěn)定至給定值。 圖 320 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 控制系統(tǒng)中鍋爐夾套溫度信號和移項調(diào)壓控制模塊控制信號均為模擬量信號，信號的傳輸路徑不涉及 PROFIBUSPA 總線， 鍋爐夾套溫度信號 TT2 直接傳送到 SIEMENS 的模擬量輸入模塊 SM331，模擬量輸出模塊 SM332 和模 擬量輸入模塊 SM331 與分布式 I/O模塊 ET200M直接相連， ET200M掛接到 PROFIBUSDP總線上，PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP（ CPU3152 DP 為PROFIBUSDP 總線上的 DP 主站），由于 PROFIBUSDP 總線信號傳輸南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 的雙向性，這樣既完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送，又使得 CPU發(fā)出的控制信號能傳送到模擬量輸出模塊，模擬量輸出模塊輸出的 4 到 20mA 電流信號控制移項調(diào)壓模塊的輸出電壓。 實訓 中用固定的小流量給鍋爐內(nèi)膽供循環(huán)水加快冷卻。 實訓 要求鍋爐夾套的水溫穩(wěn)定至給定值，將鉑電阻 TT2 檢測到的鍋爐夾套溫度信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制三相調(diào)壓模塊的輸出電壓（即三相電加熱管的端電壓），以達到控制鍋爐夾套水溫的目的。 圖 317 實訓 界面 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 第 六節(jié)、鍋爐夾套水溫 PID 控制 實訓 實訓 原理 圖 319 鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 319 所示?？刂菩盘栍?控制器 CPU3152 DP 發(fā)出，經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達分布式 I/O 模塊 ET200M，模擬量輸出模塊 SM332 和分布式 I/O 模塊 ET200M 直接相連，最后模擬量輸出 4到 20mA 電流信號控制移項調(diào)壓模塊的輸出電壓。 鍋爐內(nèi)膽溫度的檢測裝置為 PT100 熱電阻， PT100 熱電阻檢測到的信號傳送給溫度變送器，本系統(tǒng)采用 帶 PROFIBUSPA 通訊接南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 口的 溫度變送器， 掛接在 PROFIBUSPA 總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與 PROFIBUSDP 總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP，這 樣就完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送。 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 控制系統(tǒng)流程圖如圖 316 所示。 圖 315 鍋爐內(nèi)膽溫度特性測試系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 可以采用兩種方案對鍋爐內(nèi)膽的水溫進行控制： （一） 鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)） （二） 鍋爐夾套加冷卻水（動態(tài)） 顯然，兩種方案的控制效果是不一樣的，后者比前者的升溫過程稍慢，降溫過程稍快。在鍋爐內(nèi)膽水溫的南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)的整定方法與其它單回路控制系統(tǒng)一樣，但由于加熱 過程容量時延較大，所以其控制過渡時間也較長，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可選擇 PD 或 PID 控制。 圖 314 實訓 界面 第五節(jié)、鍋爐內(nèi)膽水溫 PID 控制 實訓 實訓 原理 本 實訓 以鍋爐內(nèi)膽作為被控對象，內(nèi)膽的水溫為系統(tǒng)的被控制量。 圖 313 實訓 控制系統(tǒng)的流程圖 在本 實訓 中，被控量下水箱液位（檢測信號 LT3）和執(zhí)行機構(gòu)閥門定位器均為帶 PROFIBUSPA 通訊接口的部件，掛接在PROFIBUSPA 總線上，二者通過不同的訪問地址加以區(qū)分，PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與PROFIBUSDP 總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器CPU3152 DP，由于 PROFIBUSPA 總線和 PROFIBUSDP 總線都是雙向傳輸?shù)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡，這樣既完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送，又使得控制器 CPU3152 DP 發(fā)出的控制信號經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達 PROFIBUSPA 總線來控制執(zhí)行機構(gòu)閥門定位器。調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定方法。本 實訓 要求下水箱液位穩(wěn)定至給定量 ，將壓力傳感器 LT3 檢測到的下水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制氣動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控制下水箱液位的目的。 圖 312 三容液位定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 以上、中、下三只水箱串聯(lián)作被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。在 實訓 主界面中選擇本 實訓 項即“ 串接雙容水箱液位 PID 整定 實訓 ”，系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)，呈現(xiàn)的 實訓 界面如圖 311所示。 實訓 之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1 F1 F16 全開，將上水箱出水閥門 F1中水箱出水閥門 F110 開至適當開度（要求閥 F19 稍大于閥 F110），其余閥門南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 均關閉。本 實訓 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 310 所示。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應為 PI 或 PID 控制。 圖 38 實訓 界面 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 第三節(jié)、串接雙容水箱液位 PID 整定 實訓 本 實訓 以上水箱與中水箱串聯(lián)作為被控對象，中水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。 圖 37 驗控制系統(tǒng)的流程圖 上水箱液位檢測信號 LT1 為標準的模擬信號，直接傳送到SIEMENS的模擬量輸入模塊 SM331， SM331和分布式 I/O模塊 ET200M直接相連， ET200M 掛接到 PROFIBUSDP 總線上， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP（ CPU3152 DP 為 PROFIBUSDP總南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 線上的 DP主站），這樣就完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應為 PI 或 PID 控制。被控量為上水箱南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 （也可采用中水箱或下水箱）的液位高度， 實 訓 要求它的液位穩(wěn)定在給定值。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，此時應采用動態(tài)特性參數(shù)法進行整定。根據(jù)δ S和 TS，運用表 33 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預整定的參數(shù)值。這時的比例度稱為 4： 1 衰減比例度，用δ S表示之。在求取等幅振蕩曲線時，應特別注意控制閥出現(xiàn)開、關的極端狀態(tài)。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 圖 34 具有周期 TS的等幅振蕩 表 32 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ TI(S) TD(S) P 2δ k PI k TS/ PID k 臨界比例度法的優(yōu)點是應用簡單方便，但此法有一定限制。設 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)的輸出響應呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖 34 所示。若需加微分作用，微分時間常數(shù)按 TD=(31 ～ 41 )TI 計算。工程 實訓 整定法有以下四種： （一）經(jīng)驗法 若將控制系統(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，所以無論是控制器的形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。它的傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1+s1IT+TDs)＝ ?1 (1+s1IT+TDs) (34) 圖 33 表示了同一對象在相同階躍擾動下，采用不同控制規(guī)律時具有相同衰減率的響應過程。 比例積分微分 (PID)調(diào)節(jié)器 PID 是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。其傳遞函數(shù)為 GC(s)=KP(1+s1IT)＝ ?1 (1+s1IT) (32) 式中 TI為積分時間。其傳遞函數(shù)為 GC(s)= KP =?1 (31) 式中 KP為 比例系數(shù)，δ為比例帶。由于比例調(diào)節(jié)只有一個參數(shù)，所以整定很方便。 圖 32 擾動作用于不同位置的控制系統(tǒng) 三、控制規(guī)律的選擇 PID 控制規(guī)律及其對系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響已在有關課程中介紹，在此將有關結(jié)論再簡單歸納一下。同一形式、大小相同的擾動作用在系統(tǒng)中不同的位置所產(chǎn)生的靜差是不一樣的。 +南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 干擾進入系統(tǒng)中的不同位置。 如果干擾通道是一慣性環(huán)節(jié)，令其時間常數(shù)為 Tf，如果時間常數(shù) Tf 越大，干擾對被控量的作用就越小。 干擾通道的放大系數(shù) Kf 會影響干擾加在系統(tǒng)中的幅值。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方便等優(yōu)點，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應用。 第三章 單回路控制系統(tǒng) 實訓 第一節(jié)、單回路控制系統(tǒng)的概述 一、單回路控制系統(tǒng)的概述 圖 31 為單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，它是由被控對象、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器和測量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 圖 211 實訓 控制系統(tǒng)的流程圖 中水箱液位檢測信號 LT2 為標準的模擬信號，直接傳送到SIEMENS的模擬量輸入模塊 SM331， SM331和分布式 I/O模塊 ET200M直接相連， ET200M 掛接到 PROFIBUSDP 總線上， PROFIBUSDP 總線上掛 接有控制器 CPU3152 DP（ CPU3152 DP 為 PROFIBUSDP總線上的 DP主站），這樣就完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送。 在改變相應的閥門開度后，對象可能會出現(xiàn)滯后特性，這時可由 S 形曲線的拐點 P 處作一切線，它與時間軸的交點為 A， OA對應的時間即為對象響應的滯后時間 ? 。在圖 210 所示的階躍響應曲線上求?。? (1) h2（ t） |t=t1= h2(∞ )時曲線上的點 B 和對應的時間 t1； (2) h2（ t） |t=t2= h2(∞ )時曲線上的點 C 和對應的時間 t2。由圖 29可見，上水箱液位的響應曲線為一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)（圖 29 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 (a)） ；而中水箱液位的響應曲線則呈 S 形曲線（圖 29 (b)） ，即中水箱液位的響應有滯后，其滯后的時間與閥 F110 和 F111 的開度大小密切相關。根據(jù)本章第一節(jié)單容水箱特性測試的原理，可知雙容水箱的數(shù)學模型是兩個單容水箱數(shù)學模型的乘積，即雙容水箱的數(shù)學模型可用一個二階慣性環(huán)節(jié)來描述： G(s)=G1(s)G2(s)=)1)(1(11 212 21 1 ?????? sTsT KsT ksT k (27) 式中 K＝ k1k2，為雙容水箱的放大系數(shù)， T T2 分別為兩個水箱的時間常數(shù)。 圖 28 雙容水箱對象特性測試系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 由圖 28 可知，被測對象由兩個水箱相串聯(lián)組成，故稱其為雙容對象。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 本 實訓 的執(zhí)行機構(gòu)為帶 PROFIBUSPA 通訊接口的閥門定位器，掛接在 PROFIBUSPA 總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和COUPLER 組成的 DP 鏈路 與 PROFIBUSDP 總線 交換數(shù)據(jù)，PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP，這樣控制器CPU3152 DP 發(fā)出的控制信號就經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達PROFIBUSPA 總線來控制執(zhí)行機構(gòu)閥門定位器。圖中 OB 即為對象的滯后時間τ， BC 為對象的時間常數(shù) T，所 得的南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 傳遞函數(shù)為： H(S)= TsKes??1 ?