基于智能仪表和ADAM模块的过程控制实验论文.docx
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基于智能仪表和ADAM模块的过程控制实验论文
南阳理工学院
本科生毕业设计（论文）
学院（系）：
电子与电气工程学院
专业：
自动化
学生：
指导教师：
完成日期2012年5月
南阳理工学院本科生毕业设计（论文）
基于智能仪表和ADAM模块的过程控制实验
对象设计
DesignofExperimentObjectBasedonIntelligentInstrumentandADAMModule
总计：
22页
表格：
2个
插图：
14幅
南阳理工学院本科毕业设计（论文）
基于智能仪表和ADAM模块的过程控制实验对象设计
DesignofExperimentObjectBasedonIntelligentInstrumentandADAMModule
学院（系）：
电子与电气工程学院
专业：
自动化
学生姓名：
学号：
指导教师（职称）：
评阅教师：
完成日期：
南阳理工学院
NanyangInstituteofTechnology
基于智能仪表和ADAM模块的过程控制实验对象设计
自动化专业
［摘要］本课题是用智能仪表和ADAM模块做调节器，对模拟工程现场的压力、温度、流量、液位四大参数进行控制，设计过程控制实验装置。
具体设计了模拟工程实际的一阶、二阶大小惯性的实验对象，包括水箱、夹套锅炉、流量管道、水泵供水、循环储水箱、机械台架等。
为控制对象选用安装了温度、压力、流量、液位传感变送器，为控制回路执行调节选用安装了调节阀、电加热丝以及流量管道等。
［关键字］控制对象；机械台架；水泵；传感器；调节阀
DesignofExperimentObjectBasedonIntelligentInstrumentandADAMModule
AutomationSpecialtyZHUOXin
Abstract:
ThistopicusesintelligentinstrumentandADAMmoduleasregulator,tocontrolfourparametersofsimulatetheengineeringfieldofpressure,temperature,flow,liquidlevel,whichdesignprocesscontrolexperimentdevice.Thepaperprimarydesignthesimulationengineeringpracticeofthefirstandsecondordersizeofinertiasubjects,includingwatertank,clipsetofboiler,flowpipe,waterpumpwatersupply,circulationwaterstorage,mechanicaltestbenchandsoon.Installthetemperature,thepressure,flow,liquidlevelsensorfortheobjectofcontrol,andforregulatingexecutivecontrolcircuitchooseinstalltheregulator,electricheatingsilkandflowpipeandsoon.
Keywords:
Controlobject;mechanicalbench;waterpump;sensors;regulator
1引言
过程工业包括化工、石油化工、炼油、钢铁、有色冶金、电力、轻工、医药、生物化工、精细化工、食品、防止以及半导体生产等工业部门，占国民经济生产总值的一半左右。
在现代工业生产过程中，随着生产规模的不断扩大、生产过程的强化、对产品质量的严格要求以及各公司之间的激烈竞争、资源与能源的紧缺以及人类生存环境条件的恶化，对过程专业的自动控制要求越来越高，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求。
因此过程控制系统已成为工业生产过程中必不可少的装备，为保证现代企业安全、优质、低消耗和高效益生产提供了有效的技术手段[1]。
自动控制系统是在人工控制的基础上产生和发展起来的。
原始操作系统是操作工通过眼、脑、手相互配合完成对控制对象的控制，操作工与所控制的设备构成一个人工控制系统。
然而，人工控制难以满足现代工业对控制精度的要求，特别对于现代流程工业，典型的生产装置需要控制的回路多达几百个，人工控制几乎不可能完成。
如果能用一些仪表或自动化装置代替操作工的眼、脑、手来自动地完成控制任务，不仅能大大减轻操作工的劳动强度，而且可大大提高控制精度与工作效率。
由此我们引出了智能仪表和ADAM模块以及其它调节与控制装置。
用智能仪表和ADAM模块对模拟工程现场的压力、温度、流量、液位四大参数进行控制。
用管道、水箱、锅炉模拟过程工艺设备，用智能仪表、ADAM模块、变频器、调节阀做控制器和执行器，能够对温度、压力、流量、液位进行单双回路控制，设计过程控制实验装置。
其中测量变送器、控制器和执行器分别具有操作工的眼、脑、手的功能。
2智能仪表和ADAM模块以及力控的基础知识简介
2.1智能仪表介绍
本次设计主要用的宇电公司的AI808/AI808P、AI808H。
AI808/AI808P是宇电公司开发的人工智能控制器，出入采用数字化校正系统，内置常用热电偶和热电阻非线性化校正表格，测量精度高达0.2级；采用先进的模块化结构提供丰富的输出规格，能广泛满足各种应用场合的需要；此外采用先进的AI人工智能调节算法，无超调，具备自整定功能。
AI808H含有50段程序编程能力，具有很好的扩展性[2]。
AI808H型流量积算仪可对物质的质量、体积、长度、流量进行累计计算并可进行批量控制。
它采用技术成熟且已大量生产AI系列仪表通用硬件，配合优秀的流量积算仪软件，使仪表具备功能丰富，编程简便、抗干扰性好、可靠性。
2.2ADAM硬件的基本知识
2.2.1ADAM-4000系列的硬件介绍
（1）ADAM-4017
ADAM-4017是16位A/D8通道的模拟量输入模块，可以采集电压、电流等模拟量输入信号。
（2）ADAM-4021
ADAM-4021是模拟量输出模块，它接收到主机的请求信号后，就将数据通过RS-485网络按照所需的格式发送出去。
（3）ADAM-4520
ADAM-4520隔离转换器可在以前配置的RS-232系统中充分利用RS-422和RS-485的优点。
它可以将RS-232信号转换为隔离RS-422或RS-485信号。
不需要对PC硬件或软件做任何修改。
ADAM-4520可以让使用标准的PC硬件构建一个工业级、长距离通讯的系统，仅需两根导线就可以构建一个RS-485网络。
传输速率最高可达115.2Kbps[3]。
2.2.2ADAM-4000内部的配置
（1）打开桌面上的ADAM-4000Utility。
（2）选中COM1，内部数据可以采取缺省值，点击工具栏快捷键search：
（3）COM1下方会出现ADAM-4017、ADAM-4021图标[4]，如图1所示：
点击各图标，就可以进行配置，若实用某个通道，就在这个通道前打√。
另外各模块的地址必须设好，且各模块地址不能设重复，后面的实验需要用到这个地址。
图1ADAM4000系列的参数设置
3控制对象的机械台架设计和安装
3.1控制对象机械台架的设计和安装
本实验装置的设计目的在于模拟工业现场对工业生产过程进行控制。
设计时力求与工业现场保持一致，尽可能的达到工业现场所能达到的效果。
为达到这种效果，设计时也考虑引入外部干扰，尽可能再现工业现场情景（如：
在做温度对象设计时，我们引入了循环水来代替进行降温的流动水，虽然可能效果上有些小差别，但大体上能起到类似效果）。
本机械台由长方体框架作为主结构，内部安装固定三角铁作为固件结构。
所用材料均是规格为∠30×30×3的角钢，通过人工截取，用螺丝、三角片固定组建而成。
主体为长、宽、高为150cm、50cm、205cm的长方体。
内部由角钢支撑和固定各检测元件、变送器、控制阀、取源点及控制对象。
所有现场接线排线也依附于角钢铁架，既能方便操作，又能有效的保护人身安全，符合工业现场设计规则。
3.2主要实验设备的安装
本控制现场用到的主要设备有磁力驱动泵、智能调节阀、压力变送器、温度传感器、液位传感器及变送器、流量传感器及变送器（涡轮流量计）、加热丝等。
为了更好的利用空间，本次设计将长方体角钢架大体划分为四层。
第一层安放作为水源的源水槽、磁力驱动泵和压力传感器。
从源水槽出来用直径为20mm的铝塑管接到磁力驱动泵的进水口，这样才能与磁力驱动泵的进水口直径相符；然后用直径为12mm的铝塑管接到水泵的出水口，从出水口出来后所有管道都是用直径为12mm的铝塑管，因为这样才能满足磁力驱动泵的杨程和出水口直径。
第二层安装智能调节阀、流量传感器。
第三层内部架装锅炉和一个水槽，在锅炉底部安装压力传感器，在左上角安装温度变送器和流量变送器。
第四层架装两个水槽，放置液位传感器。
具体安装位置为，从水槽引管道出来接磁力驱动泵，离磁力泵20cm处插入压力变送器，检测供水压力。
而后管道分为两路，各接智能调节阀FV101、FV102[5]。
在离智能电动调节阀20cm处接入流量传感器FE101、FE102。
而后接入锅炉、下水槽，两个上水槽。
在此设备中共用到KSMP磁力驱动泵1台、KY-B380压力变送器1台、LWGY-10电磁流量传感器2块、QSTP智能调节阀2台、KY-B380液位变送器2台、夹套锅炉1个、Cu50电阻温度传感器1个、铂电阻Pt100温度传感器1个、不锈钢法兰直径10内经3的螺母34只、压力表直接接头21只、T16三通中间接头8只、T20三通中间接头1只、L20弯通接头5只、Q16铝塑管专用阀12只、DN15铝塑管专用阀3只、L16万通中间接头16只、T16*20异径三通接头1只、5*0.8螺丝16根。
控制对象机械台架的设计和安装[6]如图2、图3、图4所示：
图2机械台架主视图
图3机械台架安装侧视图
图4机械台架安装后视图
4主要设备的选型及功能简介
4.1储水箱的设计
4.1.1储水箱的选型及安装
储水箱材质可使用不锈钢板、搪瓷钢板、玻璃钢（SMC）、热镀锌钢板、钢板内衬不锈钢板。
结合给水箱设计规范标准，材质的选择，经济实用和安装要求我选用不锈钢板作为储水箱材质。
储水箱尺寸为100cm*43cm*44cm，容积为189L。
实物图5如下：
图5储水箱实物图
4.1.2水泵的选用和安装
泵选型的原则：
（1）使所选泵的型式和性能符合装置流量、扬程、压力、温度、气蚀流量、吸程等工艺参数的要求。
（2）必须满足截至特性的要求。
（3）机械方面可靠性高，噪声低，振动小，维修方便等。
流量是选泵的重要性能数据之一，它直接关系到整个装置的生产能力和输送能力。
杨程是选泵的又一重要性能数据，一般要求放大5%—10%余量后扬程来选型。
根据上面所述，本次设计的水泵，我采用CQ型磁力驱动泵（简称磁力泵），是将永磁联轴器的工作原理应用于离心泵的新产品。
其优点是设计合理
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