【正文】 uration 目 錄 1 緒論 1 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 3 設(shè)計(jì)方案 3 PID 原理和特點(diǎn) 3 PID 控制參數(shù)整定方法 4 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 6 THJ3 過程裝置簡介 8 MACS 系統(tǒng)簡介 11 建立工程 14 服務(wù)器算法組態(tài) 17 圖形組態(tài) 21 調(diào)試結(jié)果 31 1 1 緒論 過程控制是自動(dòng)化的重要分支，其應(yīng)用范圍覆蓋石油、化工、制藥、生物、醫(yī)療、水利、電力、冶金、輕工、建材、環(huán)境等眾多的領(lǐng)域，在國民經(jīng)濟(jì)中占有極其重要的地位。過程控制的主要任務(wù)是對生產(chǎn)過程中的 有關(guān)參數(shù) (溫度、壓力、流量、物位、成分、濕度、 PH 值和物性等 )進(jìn)行控制，使其保持恒定或按一定規(guī)律變化，在保證產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全的前提下，是連續(xù)型生產(chǎn)過程自動(dòng)的進(jìn)行下去。這就是過程控制要研究和解決的問題?？刂茰囟葘θ祟惾粘Ｉ?、工業(yè)生產(chǎn)、氣象預(yù)報(bào)、物資倉儲(chǔ)等都有重要影響，特別是在冶金、化工、建材、食品、機(jī)械、石油等工業(yè)中， 溫度更是重中之重。 鍋爐在日常生活生產(chǎn)中的影響非常大。早在 200 多年前鍋爐就已經(jīng)問世，但鍋爐在工業(yè)方面的應(yīng)用和發(fā)展是最近幾十年才開始的。反觀我國，鍋爐在新中國成立以后才開始建立和發(fā)展在工農(nóng)業(yè)方面的應(yīng)用。鑒于鍋爐在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)生活中所扮演的角色的不同，我們把鍋爐分為三類：發(fā)電廠使用的是電站鍋爐；居民所需要的熱水和取暖所需要的是生產(chǎn)鍋爐；工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)需要的驅(qū)動(dòng)機(jī)械的能源則是由工業(yè)鍋爐來提供的。隨著科學(xué)技術(shù)發(fā)展，控制理論和技術(shù)也有了很大的發(fā)展，對于鍋爐的自動(dòng)化控制的掌握程度也在慢慢的提高。鍋爐的自動(dòng)控制技術(shù)從三四十年代的單參數(shù)儀表控制開始，經(jīng)歷了四五十年代 2 單元組合儀表、綜合參數(shù)儀表控制，一直到六十年代興起的計(jì)算機(jī)過程控制，越來越說明了計(jì)算機(jī)正在成為這一領(lǐng)域的主要角色并且在鍋爐的自動(dòng)控制的適用范圍越來越廣。 國外從 1970 左右就開始研究如何對溫度進(jìn)行控制。一直到 1989 年左右分布式系統(tǒng)才第一次出現(xiàn)在世人面前。隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，溫度控制技術(shù)也隨之逐步提高，甚至有些國家已經(jīng)在向著更高的自動(dòng)化控制水平 —— 無人化自動(dòng)控制發(fā)展了。作為發(fā)展中國家，相對于其他發(fā)達(dá)國家，我國的科學(xué)家們在 1980 年才開始在吸取其他國家技術(shù)的基礎(chǔ)上慢慢地學(xué)習(xí)并掌握針對單項(xiàng)環(huán)境因子的溫度室內(nèi)微機(jī)技術(shù)。但是現(xiàn)在我們還沒有真正的多參數(shù)綜合控制系統(tǒng)，比起其他國家，我國在技術(shù)上還是落后不少。 到目前為止，我國在溫度的控制這方面仍然比較落后，總體水平處于 20 世紀(jì) 80年代中后期水平，要想用于一些控制滯后、復(fù)雜、時(shí)變的溫度系統(tǒng)控制，還是有不小的困難。在形成商品化、控制參數(shù)自整定方面，我們還沒有開發(fā)出性能可靠的自整定軟件，控制系統(tǒng)的參數(shù)的確定大多都是依靠經(jīng)驗(yàn)或者現(xiàn)場調(diào)試。 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案 (1)基于 DCS系統(tǒng)中編制 PID控制軟件。 (3)實(shí)現(xiàn) 鍋爐內(nèi)膽水溫定值控制 設(shè)計(jì)方案和工作原理 設(shè)計(jì)方案 單閉環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單， 穩(wěn)定性好、可靠性高，在工業(yè)控制 中得到廣泛的應(yīng)用。而控制參數(shù)為鍋爐內(nèi)膽的水溫，即要求鍋爐內(nèi)膽的水溫等于設(shè)定值。待系統(tǒng)投入運(yùn)行后，再打開鍋爐內(nèi)膽的進(jìn)水閥，允許變頻器 磁力泵以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在結(jié)構(gòu)原理框圖中可以清楚的看出，我們給定溫度的設(shè)定值，將溫度傳感器的值與設(shè)定值相比較，把偏差值送入 PID調(diào)節(jié)器， PID 調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)送入可控硅調(diào)壓裝置，經(jīng)調(diào)壓裝置輸出的電壓信號(hào)來控制加熱裝置的阻值，從而控制鍋爐內(nèi)膽 的水溫。 P I D調(diào) 節(jié) 器三 相 可 控 硅調(diào) 壓 裝 置鍋 爐內(nèi) 膽溫 度 變 送 器鍋 爐 內(nèi) 膽 水 的 溫 度設(shè) 定 值+擾動(dòng) 圖 1 鍋爐水溫定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖 PID 原理和特點(diǎn) PID控制器由比例單元 P、積分單元 I和微分單元 D組成。 4 dt tdeTdtteTteKtu dip )()(1)()( 0? ??? （ 1） 公式 (1)中 : u(t)為控制器的輸出 。Kp、 Ti、 Td 分別為控制器的比例放大系數(shù)、積分時(shí)間常數(shù)、微分時(shí)間常數(shù) 。 PID控制在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)有很多年了，現(xiàn)在依然廣泛地被應(yīng)用。人們在應(yīng)用的過程中積累了許多的經(jīng)驗(yàn)，對 PID 的研究現(xiàn)在已經(jīng)達(dá)到了一個(gè) 比較高的程度。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。偏差減小的速度由比例系數(shù) Kp 來決定， Kp 越大偏差減小的越快。比例控制的缺點(diǎn)是不能消除穩(wěn)態(tài)誤差，必須要有積分控制來輔助。為了消除控制系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。因此，就算誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)慢慢變大，由它推動(dòng)控制器的輸出增大，使穩(wěn)態(tài)誤差慢慢減小至零。 (3) 微分（ D）控制 在微分控制下，控制器的輸出的微分增加了，輸入誤差信號(hào)的微分同時(shí)也會(huì)增加。這就是說，在控制器中僅 引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，但是加入的微分項(xiàng)卻能夠避免較大的誤差出現(xiàn)，因?yàn)樗梢灶A(yù)測誤差變化的方向。 PID 控制參數(shù)整定方法 控制器參數(shù)的整定方法很多，歸納起來可分為兩大類，理論計(jì)算整定法與工程整定法。由于無論是用解析法或?qū)嶒?yàn)法求取的過程數(shù)學(xué)模型都只能近似反映過程的動(dòng)態(tài)特性，因而理論計(jì)算所得到的整定參數(shù)值可靠性不夠高，在現(xiàn)場使用中還需進(jìn)行反復(fù)調(diào)整。 下面將介紹本次設(shè)計(jì)中在現(xiàn)場調(diào)試調(diào)節(jié)器參數(shù)時(shí)所采用的一種整定方法，現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)整定法。 若將控制系統(tǒng)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，無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。若需加微分作用，微分時(shí)間常數(shù)按 TD=（ 1/3 ～ 1/4） TD計(jì)算。 被控對象裝置總貌圖如圖 2所示。 模擬鍋爐：本裝置采用模擬鍋爐進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)，此鍋爐采用不銹鋼精制而成，設(shè)計(jì)巧妙。有效提高了實(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。 （ 2）檢測裝置 變送器：采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，含不誘鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4~20mA DC 電流信號(hào)。 （ 3）執(zhí)行機(jī)構(gòu) 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：采用智能型電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控 制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便，實(shí)用性強(qiáng)等眾多優(yōu)點(diǎn)，控制信號(hào)為 4~20mA DC或 1 ~5V DC,輸出 4~20mA DC的閥位信號(hào)，使用和非常校正方便。 水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)泵，型號(hào)為 16CQ8P，流量為 32 升 /分，揚(yáng)程為 8米，功率為 180W。本裝置采用兩只磁力驅(qū) 動(dòng)泵。 可移相 SCR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號(hào)為 4~20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)。 電磁閥：在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。 C。該系統(tǒng)采用了目前世界上先進(jìn)的現(xiàn)場總線技術(shù) (ProfiBusDP 總線 )，對控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)監(jiān)控，具有可靠性高，適用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，是一個(gè)完善、經(jīng)濟(jì)、可靠的控制系統(tǒng)。一個(gè)大型系統(tǒng)可由多組服務(wù)器組成，由此將系統(tǒng)劃分成多個(gè)域，每個(gè)域可由獨(dú)立的服務(wù)器、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) SNET和多個(gè)現(xiàn)場控制站組成，完成相對獨(dú)立的采集和控制功能。各個(gè)域可以共享監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)和工程師站。數(shù)據(jù)按域獨(dú)立組態(tài)，域間數(shù)據(jù)可以由域間引用或域間通信組態(tài)進(jìn)行定義，并通過監(jiān) 9 控網(wǎng)絡(luò)相互引用。 各模塊的介紹 （ 1）工程師站 (ENS) 由高檔微機(jī)組成，具有以下功能：系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫組態(tài)、設(shè)備組態(tài)、圖形組態(tài)、控制語言組態(tài)、報(bào)表組態(tài)、事故庫組態(tài)、離線查詢、調(diào)試、下裝。 （ 3）現(xiàn)場控制站 (FCS) 由專用控制柜和專用控制軟件組成，控制柜中包括電源、主控單元、過程 I/O單元、通信單元及控制網(wǎng)絡(luò)等組件。 （ 4）系統(tǒng)服務(wù)器 (SVR) 由高檔微機(jī)或服務(wù)器構(gòu)成，完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫管理和存取、歷史數(shù)據(jù)庫管理和存取、文件存取服務(wù)、數(shù)據(jù)處理、系統(tǒng)裝載等功能的計(jì)算機(jī)。 （ 5） FM148 DCS 模擬量輸入模塊 FM148八路模擬 量輸入現(xiàn)場總線 I/O模塊通過 ProfibusDP現(xiàn)場總線都接入 MCU主控單元（現(xiàn)場控制站）中，進(jìn)而把對象上的所有電壓型或電流型傳感器檢測信號(hào)傳送到本現(xiàn)場控制站中，進(jìn)行算法控制。 （ 6） FM143A DCS 熱 電阻輸入模塊 FM143A八路熱電阻輸入現(xiàn)場總線 I/O模塊通過 ProfibusDP現(xiàn)場總線都接入 MCU主控單元（現(xiàn)場控制站）中，進(jìn)而把對象上的所有溫度傳感器 檢測信號(hào)傳送到本現(xiàn)場控制站中，進(jìn)行算法控制。 （ 7） FM151 DCS 模擬量輸出模塊 FM151八路模擬量輸出現(xiàn)場總線 I/O模塊通過 ProfibusDP現(xiàn)場總線都接入 MCU 10 主控單（現(xiàn)場控制站）中，通過現(xiàn)場控制站輸出來控制對象上的的執(zhí)行器信號(hào)。 （ 8） MCU