【正文】 將標準信號輸入到上位監(jiān)控畫面進行監(jiān)控。 上位機我使用組態(tài)王進行設(shè)計監(jiān)控畫面；下位主要是采集站的設(shè)計， 為了完成遠程數(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。 控制組件 可編程控制器（簡稱 PLC）是專為在工業(yè)環(huán)境下應用的一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)。 程數(shù)據(jù)采集控制即我們通常所說的直接數(shù)字控制（ DDC），它的特點是以計算機代替模擬調(diào)節(jié)器進行控制，并通過數(shù)據(jù)采集板卡或模塊進行 A/D、 D/A 轉(zhuǎn)換，控制算法全部在計算機上實現(xiàn) 。 （ 2） SA14 比值、前饋補償及解 耦 裝置掛件 比值、前饋補償裝置 同調(diào)節(jié)器一起使用，其原理如圖 13所示。AI818 型儀表為 PID 控制型，輸出為 4～ 20mADC 信號；而 AI708 型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點型開關(guān)量信號。 位式控制接觸器和 AI708 儀表一起使用，通過AI708 儀表輸出繼電器觸點的通斷來控制交流接觸器的通斷，從而完成鍋爐水溫的位式控制實驗。 （ 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，輸入控制信號為 4～ 20mA 標準電流信號 ，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比 。 （ 2） SA02 I/O 信號接口面板 該面板的作用主要是通過航空插頭（一端與對象系統(tǒng)連接）將各傳感器檢測信號及執(zhí)行器控制信號同面板上自鎖緊插孔相連，便于學生自行連線組成不同的控制系統(tǒng)。 THSA1 型過控綜合自動化控制系統(tǒng)實驗平臺 “ THSA1 型過控綜合自動化控制系統(tǒng)實驗平臺”主要由控制屏組件、智能儀表控制組件、遠程數(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。電磁閥型號為：2W16025 ； 工作壓力：最小壓力為 0Kg/㎝ 2，最大壓力為 7Kg/㎝ 2 ； 工作溫度：－ 5～ 80℃ ；工作電壓： 24VDC。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵 ,一只為三相 380V 恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻 220V 輸出驅(qū)動 。 （ 2）水泵 本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為 16CQ8P，流量為 30 升 /分，揚程為 8 米，功率為 180W。電動調(diào)節(jié)閥型號為： QSVP16K。 流量范圍： 0～ ； 精度： %； 輸出： 4～ 20mADC。它的優(yōu)點是測量精度高，反應快。Pt100 傳感器精度高，熱補償性較好。 Pt100 測溫范圍： 200～+420℃ 。采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償 。其中儲水箱底部有一個出水閥，當水箱需要更換水時，把球閥打開將水直接排出。 （ 4）管道及閥門 整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計流回儲水箱。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋 反饋控制，解耦控制等實驗。 （ 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，可利用它進行溫度實驗。 水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。 上、中水箱尺寸 均 為： D=25cm， H=20cm；下水箱尺寸為： D=35cm， H=20cm。供水系統(tǒng)有兩路：一路由三相（ 380V 恒壓供水）磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動泵（ 220V 變頻調(diào)速）、渦輪流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制 ，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。 它是根據(jù) 自動化及其他相關(guān)專業(yè)的教學特點，并吸收了國內(nèi)外同類實驗裝置的特點和長處，經(jīng)過精心設(shè)計，多次實驗和反復論證而推出的一套全新的綜合性實驗裝置。用戶在購到所需的 PLC 后，只需按說明書的提示，做少量的接線和簡易的用戶程序的編制工作，就可靈活方便地將 PLC 應用于生產(chǎn)實踐。 （ 3） PLC 可編程控制器控制系統(tǒng) 可編程邏輯控制器是一個以微處理器為核心的數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)裝置，專為在工業(yè)現(xiàn)場應用而設(shè)計，它采用可編程序的存儲器，用以在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時 /計數(shù)和算術(shù)運算等操作指令，并通過數(shù)字式或模擬式的輸入、輸出接口，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程。 儀表提供 2個頻率輸入通道， 8個模擬量（ 15V）輸入通道， 4個模擬量（ 420mA）輸出通道。同時， DDC 實驗軟件為學生在過程控制實驗裝置上進行實驗提供了友好的人機交互界面，包括：首頁界面、實驗界面、控制器界面、趨勢界面和I/O設(shè)置界面。 （ 2） DDC 計算機直接控制系統(tǒng) DDC 實驗軟件具有一般通用組態(tài)軟件 在系統(tǒng)組態(tài)、數(shù)據(jù)采集和實時監(jiān)控等方面的優(yōu)勢，同時我們的軟件具有功能強大的控制算法模塊，克服了通用組態(tài)軟件在算法運算的方面的不足。 控制系統(tǒng) （ 1） 智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng) 智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)主要是 浙大中控的 C3000 調(diào)節(jié)記錄儀。溫控表中已將高溫報警設(shè)置為 65177。此外，如果加熱使水箱中熱水溫度過高也有可能發(fā)生液體飛濺燙傷事件 ，為防止此類事件發(fā)生，在對象裝置上特加裝了防高溫裝置。因此在加熱水箱裝有防干燒裝置，當檢測到加熱水箱中液位高度過低時會自動切斷調(diào)壓模塊的控制信號，這樣加熱管便會停止工作，同時電氣控制柜面板上的報警指示燈點亮，只有當液位重新升高后加熱管才會重新工作。 加熱開關(guān)為可控硅調(diào)壓模塊供電，通過調(diào)壓模塊來調(diào)節(jié)加熱管的加熱功率。 啟動 停止總電源主回路泵 電動調(diào)節(jié)閥變頻器變頻器電源 手自動切換加熱 檢測設(shè)備加熱區(qū)溫度指示干燒報警加熱電壓指示 圖 電氣控制柜面板 變頻器型號為三菱 ，其參數(shù)設(shè)置如表 所示，變頻器的具體使用參見《 FRS500 使用手冊》。 變頻器的輸出端直接副管路泵，通過控制水泵電機的轉(zhuǎn)速來控制副管路的流量，其電源開關(guān)在變頻器的左下方。若電源意外斷開，在此供電時必須重新按動啟動按鈕對象才會通電。電源采取自鎖設(shè)計。最上方為電源開關(guān)和按鈕。 整個對象系統(tǒng)有著完善的輔助系統(tǒng)，包括漏電保護、防干燒，防高溫等。 （ 3）變頻器 各國使用的交流供電電源，無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。從調(diào)節(jié)器來的信號通過伺服放大器驅(qū)動電動機，經(jīng)減速器帶動調(diào)節(jié)閥，同時經(jīng)位置發(fā)信器將閥桿行程反饋給伺服放大器，組成位置隨動系統(tǒng)。當閥芯在閥體內(nèi)上下移動時，可改變閥芯閥座間的流通面積。 （ 2）電動調(diào)節(jié)閥 電動調(diào)節(jié)閥通過改變管路的流通面積來改變控制通過的流量，由電動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。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，被國際組織規(guī)定為 ~+℃間的基準器，在工業(yè)上則廣泛用于 200~+500℃間的溫度測量。 示意圖如圖 所示： 電極電極QE磁極磁極非磁性測量管 圖 電磁流量計示意圖 （ 4） Pt100 熱電阻溫度傳感器 熱電阻測溫儀表是根據(jù)金屬導體的電阻隨溫度變化的特性進行測溫的，對確定的電阻，只要精確地測定其阻值的變化，便可知道溫度的高低。 %，其結(jié)果不受液體的壓力、溫度、密度、電導率等物理參數(shù)影響，工作可靠。這種脈沖信號很易遠傳，而且積算總量特別方便，只需配用電子脈沖計數(shù)器即可。 渦輪流量計的輸出，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方式，如根據(jù)磁阻變化產(chǎn)生脈沖的輸出方式。 1%， 24VDC 供電。當硅膜片上下兩側(cè)出現(xiàn)壓差時，膜片內(nèi)部產(chǎn)生應力，使擴散電阻的阻值發(fā)生變化。1%，輸出： 4~20mA， 24VDC 供電。 系統(tǒng)框圖如圖 所示： 三號左上液位控制水箱四號右上液位控制水箱一號左下液位控制水箱二號右下液位控制水箱主管路副管路V21V11V22V12V23V13V24V14V10V20V15V50五號加熱水箱六號純滯后水箱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)剩余的兩個水箱分別為加熱水箱和純滯后水箱，它們不同的時間常數(shù)位置裝有 Pt100 熱電阻檢測溫度，由可控硅控制電加熱管提供可調(diào)熱源，可以完成如溫度對象特性測試實驗（包括純滯后特性）、不同水流狀態(tài)溫度位式 控制實驗、不同水流狀態(tài)溫度單回路 PID 控制實驗、不同時間常數(shù)純滯后溫度控制實驗等多個溫度實驗。 系統(tǒng)框圖如圖 所示： 副管路泵主管路泵大儲水箱電磁流量計V1主管路副管路V 2V9V8V 3V 4渦輪流量計電動調(diào)節(jié)閥 圖 雙管路流量系統(tǒng) （ 2）四容水箱液位系統(tǒng) 系統(tǒng)有四個裝有壓力變送器的水箱，通過閥門切換，任何兩組的水流都可以到達任意一個水箱。 通過 該純滯后對象， 就 可方便地實現(xiàn) SMITH 補償、內(nèi)?？刂频燃儨罂刂品桨?。該純滯后對象是中控教儀公司的專利產(chǎn)品， 由一個加熱水箱和一個溫度純滯后水箱組成，在加熱水箱出水口與純滯后水箱的不同位置安裝有多個 Pt100 熱電阻檢測儀表。通過 該多變量對象，可方便地實現(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、多變量預測控制等多變量控制系統(tǒng) 。 如圖 所示： 圖 CS4000實驗裝置 CS4000 實驗裝置 還 包含了一套自主開發(fā)的典型的多輸入多輸出受控對象 。 CS4000 過程實驗裝置 CS4000 過程實驗裝置 綜述 CS4000 實驗裝置 包括兩個獨立的水路動力系統(tǒng)，主管路由磁力驅(qū)動循環(huán)泵、電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計組 回路通道； 副管路 由變頻器、磁力驅(qū)動循環(huán)泵 、渦輪流量計組成干擾通道。本系列產(chǎn)品融入多項先進控制技術(shù)（包括多變量智能解耦控制技術(shù)、純滯后，非線性控制技術(shù)、自適應與智能控制技術(shù)等）、工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)、企業(yè)實時信息管理系統(tǒng)等多項前沿技術(shù)。工業(yè)生產(chǎn)對過程控制的要求主要有安全性、穩(wěn)定性和經(jīng)濟性，所以為了提高穩(wěn)定性和方便，研究智能采集模塊在過程控制監(jiān)控系統(tǒng)中的應用。 過程控制系統(tǒng)一般是對生產(chǎn)過程中的有關(guān)參數(shù)進行控制，主要對系統(tǒng)的溫度、壓力、流量、液位、成分、和物質(zhì)六大類參數(shù)進行控制 ，由于其控制對象的特殊性，過程控制系統(tǒng)具有對象復雜多樣、存在滯后、特性的非線性，控制系統(tǒng)復雜并多屬慢過程參數(shù)控制，定值控制的特點 生產(chǎn)過程自動化是適應生產(chǎn)發(fā)展的需要而發(fā)展 起來的，它們之間相互依存，相互促進，密切相關(guān)。 主要包括以下幾部分： 對象裝置的介紹及參數(shù)特性； 控制系統(tǒng)方案的設(shè)計； 設(shè)備的選型和設(shè)計； 系統(tǒng)的編程設(shè)計。 課題主要內(nèi)容 本次設(shè)計主要主要是研究智能采集模塊在集中監(jiān)控系統(tǒng)中的應用設(shè)計，主要是大學期間所學知識的的一個綜合應用，提高自身綜合設(shè)計和實踐的能力，檢驗所學過的知識。 PLC 是在繼電器控制和計算機控制的基礎(chǔ)上開發(fā)出來的，并逐漸發(fā)展成以為處理器為基礎(chǔ)，綜合計算機技術(shù)、自動控制技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)與一體的新型工 業(yè)自動控制裝置。自動化將在更大程度上模仿人的智能，機器人已在工業(yè)生產(chǎn)、海洋開發(fā)和宇宙探測等領(lǐng)域得到應用，專家系統(tǒng)在醫(yī)療診斷、地質(zhì)勘探等方面取得顯著效果。 70 年代以后，自動化開始向復雜的電氣自動化系統(tǒng)控制和高級的智能控制發(fā)展，并廣泛地應用到國防、科學研究和經(jīng)濟等各個領(lǐng)域，實現(xiàn)更大規(guī)模的自動化，例如大型企 業(yè)的綜合自動化系統(tǒng)、全國鐵路自動調(diào)度系統(tǒng) 、國家 電力網(wǎng)