学生实习(实训)总结报告关于过程控制系统装置综合实训总结-精品Word格式.doc
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2010年12月26日
指导教师评语:
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成绩(五级记分制):
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指导教师(签字):
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13
目录
1实训安排 1
2简单控制系统电器连接图 2
2.1温度采集传感器PT100 2
2.2AS3010智能仪表 2
2.3CHNT6L2模块 2
2.4上位机 3
3复杂控制系统的组成和参数调整 4
3.1液位-流量的串级控制系统 4
3.1.1液位-流量的串级控制系统组成 4
3.1.2液位-流量的串级控制系统参数整定 4
3.1.3液位-流量的串级控制系统参数整定结果及分析 5
3.2下水箱液位的前馈——反馈控制系统 5
3.2.1下水箱液位的前馈-反馈控制系统的原理和结构 5
3.2.2下水箱液位的前馈-反馈控制系统参数的整定 6
3.2.3下水箱液位前馈—反馈控制系统参数整定结果及分析 7
3.3单闭环流量比值控制系统 8
3.3.1单闭环流量比值控制系统原理及结构 8
3.3.2单闭环比值控制系统的参数整定 8
3.3.3单闭环比值控制系统参数整定结果及分析 8
3.4单容、双容水箱性的测试 9
3.4.1单容水箱的特性测试 9
3.4.2双容水箱的特性测试 10
4仿真体会 12
5总结 13
1实训安排
这次实训共有两个星期,主要有以下4个大的内容。
第一个任务是查简单控制回路电器连接图。
查完用Protel画出来,绘制电器连接图。
流量温度,压力电路图。
分10人,每人做一个图,一天。
第二个任务是对象的传递函数,做控制对象的数学模型,用实验法。
一天时间,单容水箱和双容水箱的数学模型。
第三个任务是复杂控制系统的组成和参数调整,3天。
做3个复杂控制系统,液位流量的串级控制系统,做单闭环比之控制系统,做一个前馈控制系统,每个系统做一天,要完成系统接线。
要完成干扰源的加入已经各种情况下的参数整定。
第四个任务是典型控制系统的操作。
3个代表:
热交换系统,投运操作,间歇反映,连续反映。
2简单控制系统电器连接图
本小组是第一组,在这一组中,本同学组要是查看温度控制系统的电器连接图,在这个温度控制系统中,组要由4部分组成。
及采集温度的传感器PT100、智能温度控制模块AS3010智能仪表、进行适时监控的PC机、电压转换器等。
2.1温度采集传感器PT100
在本温度控制系统中,所用的传感器是工业上常用的PT100温度传感器,它具有测量精度高,线性度较好的优点。
而且它比起热电偶来说,具有在较低温度下有较大的输出信号的优点;
比起铜热电阻来讲,它不易被氧化,性能比铜热电阻稳定。
总之,它是在测温范围在-50到500℃的首选产品。
用这个温度传感器测温的时候,由于控制芯片往往离传感器比较远,在测温电桥中,如果采用两线制,导线电阻带来的误差往往非常大。
如果采用四线制,成本有比较高,所以往往都采用的是三线制。
在本温度系统中,也是采用三线制接法。
2.2AS3010智能仪表
AS3010智能仪表可以直接把PT100的电阻信号转变成4到20毫安的标准信号。
因此,在本加热系统中,是直接把PT100的电阻信号接在了AI0+和AI0-的接线端子。
这样就可以成功地把电阻信号转换成了DDZ—3型标准信号。
AS3010可以进行PID运算,把标准电流信号来做PID运算,再把输出信号以4到20毫安的标准信号输送到CHNT6L2,它可以接收来自控制器的DDZ—3型标准控制信号,在由它来控制加热炉的380V三相电。
在AS3中,还有串行总线端口,有了这个端口,就可以和上位机进行通讯,上位机可以直接监控整个温度控制系统的运行状况,也可以在上位机上修改PID各个参数。
2.3CHNT6L2模块
CHNT6L2模块是接收AS3010传来的标准控制信号,它可以按照传来的4到20毫安标准信号的大小,成正比地输出加热炉的电压控制信号。
这样,就达到了用小信号控制大信号的目的。
2.4上位机
在本系统中,上位机起到实时监控的目的,同时还可以在上位机上设计积分时间、微分时间、比例系数、温度的设定值等参数。
它和AS3010之间的通讯,是通过串行总线进行的,整个控制系统的接线框架就是这样,图2就是整个加热炉温度控制系统的接线图。
图2 加热炉温度控制系统的接线图
3复杂控制系统的组成和参数调整
3.1液位-流量的串级控制系统
3.1.1液位-流量的串级控制系统组成
串级调节是改善调节质量的有效方法之一,它得到了广泛的应用。
它适用于控制对象的容量滞后、纯滞后大,干扰较大以及非线性严重的控制场合。
它是一个双回路控制系统,实质上是把两个调节起串接起来,通过它们的协调工作,使一个被调参量准确保持为给定值。
传级控制系统由主回路和副回路两个闭环组成,其中,副环的对象惯性小,工作频率高,而主环的惯性大,工作频率低。
为了提高系统的调节性能,希望主副环的工作频率相差三倍以上,以避免频率相近发生共振现象而破坏正常工作。
在本串级控制系统中,是下水箱的液位控制系统。
所以控制对象是下水箱的液位。
要保持下水箱液位不变,如果用简单控制,则是通过检测下水箱的液位,如果下水箱的液位高于设定值,则就减小控制阀门的开度,从而控制流量的减小;
如果下水箱的液位低于设定值,则加大控制阀门的开度,从而加大流量的输出;
这样就保持了水箱液位的相对恒定。
但是这样存在一个问题,就是当管道的压力变化的时候,同样的阀门开度,却带来了不同的流量大小,这样流量的扰动使控制效果变坏。
同时,当流量变化后,要经过一定的输送管道才能到达容器,这样有加大了纯滞后时间,使总的滞后时间加大,从而使控制效果变差。
为了解决上述问题,本控制方案采用了串级控制体统,为了避免流量的变化对调节系统性能的影响,本控制系统增加了一个副回路,即通过传感器检测管道的流量,通过流量信号和液位信号来构成双闭环,用最后的输出控制电磁阀,从而实现了下水箱液位的串级控制。
整体来看,本系统是这样组成的,通过传感器检测下水箱的液位,在把传感器的输出信号给AS3010的第一个智能控制器,把第一个智能控制器的输出给第二个控制器的外给定信号,这相当于是低二个控制器的设定值,只不过设定值是外给定的。
同时,把流量信号传递给了这个控制器,这个流量信号就是这个控制器的测量值,这样就实现了下水箱液位的串级控制。
3.1.2液位-流量的串级控制系统参数整定
在本次控制器的整定参数中,是使用的“两步整定法”,在主环闭合的情况下,将主调节器的比例带P1设置在100%,用经验法整定副回路。
求出副回路在衰减率为0.75左右时副调节器的比例度P2。
将副回路置于求得的这一比例度上,并且把副回路视为调节系统的一个组成部分,用同样的方法,求出主回路在衰减率为0.75左右的主调节器的比例度P和被调量Y1在出现第一个高峰时的时间Tr。
然后根据P、Tr按经验公式求出主调节器的参数。
就这一按,先副后主的原则,先放上副调节器的参数,在放上主调节器的参数。
反复调试,求出主副回路的最佳PID参数。
3.1.3液位-流量的串级控制系统参数整定结果及分析
图3.1.3是液位-流量的串级控制系统参数整定结果,它是在变频器的扰动频率加35HZ的扰动信号下系统的飞升曲线图。
由图可以看见,副回路是用的纯比例调节,它的作用是消除主要的误差,所以,理论上用纯比例调节比较合适,纯比例调节足够消除大部分误差。
同时,可以发现主回路是用的PID调节,因为主回路的作用是消除静态误差,所以调节器中包含积分项是很有必要的,微分作用是为了减小调节时间。
最后,本串级调节系统的静态误差为0.1℃左右,在这么大的扰动下做到0.1℃的静态误差还是相当满意的。
图3.1.3液位-流量的串级控制系统参数整定结果
3.2下水箱液位的前馈——反馈控制系统
3.2.1下水箱液位的前馈-反馈控制系统的原理和结构
前馈控制系统又称为扰动补偿,它是一个开环控制系统,它与反馈调节原理完全不同,是按引起被调参数变化的干扰大小进行的调节。
在这个系统中要直接测量负载干扰量的变化,当干扰刚刚出现又能测出时,调节器就能发出调节信号使调节量做相应的变化,使两者抵消于被调量发生偏差之前。
因此,前馈调节对干扰的克服比反馈调节块。
由此可见,如果补偿得当,对应某一特定扰动,前馈控制系统的品质将十分理想,明显优越于反馈控制系统。
但是,要实现完全补偿并非容易的事,因为要得到工业过程的精确数学模型是非常困难的一件事。
同时,扰动也不是特定的一种或数种,因此,为了保证有更大的适应性,往往把前馈控制系统和反馈控制系统结合起来,构成前馈反馈控制系统。
前馈克服主要扰动的影响,反馈克服余扰动以及前馈补偿不完全部分。
这样,系统理论上在大而频繁的扰动下,依旧可以得到良好的控制品质。
在本下水箱液位的前馈-反馈控制系统中,是通过变频器控制其中一个水泵,手动改变变频器的频率,从而改变干扰的大小,在利用流量传感器测出这个支路流量的大小,把这个流量的大小值传输到控制器上,实现对它的开环控制。
同时,把液位的高低用传感器测量出来,同时作用于控制器,并且使控制器的输出作用于电磁阀,来调节主回路的流量大小。
主要的干扰就通过流量变送器测量出来,并且在干扰还没作用到对象之前,就对它进行了相应的处理,实现了提前控制,使干扰消除于萌芽之中。
同时,还通过测量下水箱液位来实现反馈控制,即当下水箱液位的设定值不等于实际测量值时,就通过控制器的输出作用于电磁阀,改变主流量的大小,从而保证液位的相对稳定。
3.2.2下水箱液位的前馈-反馈控制系统参数的整定
在本控制系统中,参数整定是用的经验法。
具体来说,是通过对控制对象施加扰动,然后根据测量值跟随设定值在时间轴上的变化趋势来设定PID三个参数的大小,通过反复的施加扰动,并不断改变PID三个参数,最终早点一组相对合适的PID参数。
经验法的整定依据主要有以下几点。
①比例系数Kc对系统性能的影响
在系统的动态过程中,比例系数越大,系统的动作越灵敏,速度越快。
但比例系数增大,振荡次数增多,调节时间加长。
Kc太大,将使系统不稳定。
Kc太小,又会使系统动作