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辽宁科技大学本科课程设计·1过程控制系统课程设计辽宁科技大学本科课程设计·2课程设计收获：此次过程控制系统综合实习为其两周，实习内容主要是基于最新购进的过程控制系统实验装置上，借助数字控制仪表，可编程控制器PLC和HIM组态软件PROTOOL，MCGS对其单容液位对象，多容液位对象，温度对象和流量对象等进行全程监控。在实习过程中，我了解了实验设备的基本结构和组成，掌握了变送器的量程测量，对书本上的单容水箱对象测试实际操作及参数的整定进一步了解及掌握。S7--200PLC调节器的模拟控制、PID指令、中断结构、定时结构的设计操作也有了一定掌握，学习了新的MCGS软件，并通过此软件完成了系统转移，组态画面，实现文本、趋势曲线、棒图、变量显示，实现了全控件可视化操作。理论联系实际结合以往学过的课程理论，如《过程控制系统》《过程控制仪表》《PLC应用技术》，重点强化了培养解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。对课程设计的建议:1、课程设计时间较短，同学们不能充分发挥动手能力，希望老师能更多地指导我们的设计，为我们以后的时间和学习打下良好的基础。2、同时，同学们应该互相学习，更多的学习理论知识，将理论与实际相结合在一起。总成绩教师评语:教师签字:年月日辽宁科技大学本科课程设计·3一．过程控制综合实习的目的1、了解过程控制系统实验装置的结构与组成，掌握实验装置的基本操作，变送器仪表的调整方法及使用方法。2、了解单容水箱的自衡特性，掌握单容水箱对象测试温度，液位参数的整定以及数学模型及其阶跃响应曲线。3、掌握调节器S7--200PLC程序设计方法，掌握MCGS组态软件的使用方法。4、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。以及能够定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。5、理论联系实际结合以往学过的课程理论，如《过程控制系统》《过程控制仪表》《PLC应用技术》，强化解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。二．设计实习内容1、液位、温度、流量变送器的量程测试。2、单容水箱液位、温度对象特性的测试。3、调节器S7--200PLC（模拟控制、PID指令、中断结构、定时结构）程序设计。4、系统转移，组态画面（MCGS），实现文本，趋势曲线、棒图、变量显示，实现全控件可视化操作。三．实习时间二周四．实习安排日期内容地点第一周星期一讲解实习任务。实验室星期二熟悉综合实习系统装置实验室星期三变送器输入/输出特性测试实验室星期四变送器输入/输出特性测试实验室星期五单容液位对象开环飞升曲线测试实验室星期一双容液位对象开环飞升曲线测试实验室辽宁科技大学本科课程设计·4第二周星期二用S7-200PROTOOL或MCGS生成闭环控制系统，温度，液位，流量对象任选实验室星期三同周二实验室星期四综合练习实验室星期五撰写实习报告五．过程控制综合实习设备简介1．概述THKGK-1是过程控制的综合实习设备，在THKGK-1上可以做实习设备的基本调试与仪的整定；单容水箱对象特性测试，双容水箱对象特性测试，温度位式控制系统，智能仪表温度位式控制系统，温度PID控制系统，单容水箱液位PID控制系，双容水箱液位PID控制系，流量控制系，单容水箱压力PID控制系等过程控制的实习内容能够完全满足工业自动化专业过程控制方面的实习要求。2．实习设备简介系统组成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。调节器主要有模拟调节器（含比例P调节、比例积分PI调节、比例微分PD调节、比例积分微分PID调节）、位式调节器、智能仪表调节器、PLC控制器、单片机控制、计算机控制等。执行器模块主要有固态继电器、磁力驱动泵、电加热丝。变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器（TT）、压力变送器（PT）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号DC0-5V输出。另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机实时控制实验的需要。系统的结构组成如图1所示，被控对象的供水有两路：一路是由磁力泵1从储水箱中抽水，通过阀1再经阀3向上水箱供水、经阀4向下水箱供水、经阀5向复合加热水箱的内胆供水；另一路是辽宁科技大学本科课程设计·5图1系统的结构图磁力泵2从储水箱中抽水，分别通过阀2经阀9向上水箱供水、经阀10向下水箱供水、经阀11向复合加热水箱的夹套供水。每个水箱的出水口均经过线性化处理，上水箱的水通过阀6流到下水箱，在上水箱中安装了压力传感器（PT、LT1），用于检测压力、液位的大小;而下水箱的水经阀7流到复合加热水箱的外套，再经阀8流回储水箱，各水箱都设有溢流口，保证水箱满后不外流并顺利经溢流口流回储水箱。在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感（TT），它们分别用于加热和检测温度。挂箱介绍1）GK-01电源控制屏GK-01电源控制屏如图3所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动和停止按钮、漏电保护器、电加热器控制开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。图3GK-01控制屏面板图具体操作方法如下：1）、将电源插座接220V市电电源，要注意“左零右火”的接线方式并且要有可靠的接地保护。如果一插上电源就有嘶嘶的声音，这时要检查电源的接线方式是否正确，是否可靠接地。2）、插上三芯插头，此时控制屏左、右两侧的三芯电源插座均带电。3）、先打开空气开关，再打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总电源接通。4）、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。5）、拨动照明钮子开关到“上”侧，此时接通日光灯电源，日光灯亮。注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏上漏电时保护系动作，告警灯亮并自动切断系统电源，等到解除报警时才能起动。2、三相异步电动机电源接线区：它与GK-07交流变频控制挂件配合使用。在此接线区一共有U1、V1、W1,U2、V2、W2六个强电接线柱，它们与三相异步辽宁科技大学本科课程设计·6电动机引线相对应，已在内部连好。3、加热器控制接线区：包括固态继电器接线端和电加热器接线端，面板上给出了基本的工作原理。如果用温度位式控制，直接将固态继电器的220V输出端与电加热器的输入端相连；如果用温度连续控制，直接将单相调压模块的输出端与电加热器的输入端相连。4、温度智能位式调节仪：在此把调节仪的输出和输入端子都引到面板上了，输出端包括位式调节输出及变送输出两部分，输入端包括PT100铂热电阻输入。最下面有PT100铂热电阻输出端，是检测加热水箱温度的，可以直接加到智能仪表的“PT100铂热电阻”输入端。2）GK-02传感器输出与显示1、此挂件主要是对各个传感器变换信号的显示，包括上水箱的液位和压力；下水箱的液位以及交流支路管道的流量。2、如右图4所示，图中左边为各个传感器变换输出端，右边显示各个被控参量的实时测量值。当打开电源时，各个表头就会显示相应被控参量的当前测量值。在水箱没有水的情况下有可能显示不为零，这是由于传感器的零点漂移引起的，通过调节压力变送器的零点电位器来纠正误差，具体方法后述。3、左边输出端是各个传感器通过检测、变换后输出的电压值，也就是反馈值。它的输出与各个被控参量显示之间有一定的比例关系，对应比例如下：液位传感器：输出0～5V电压对应0～20Cm的高度→1V电压对应5Cm的高度。压力传感器:输出0～5V电压对应0～2000Pa的压力→1V电压对应400Pa的高度。流量传感器:输出0～5V电压对应0～75ml/S的流量→1V电压对应15ml/S的流量。温度传感器：输出0～5V电压对应0～100℃的温度→1V电压对应20℃的温度。以上关系式是根据被控对象的量程和各个传感器的量程换算出来的，在实验过程中要注意。辽宁科技大学本科课程设计·7图4GK-02控制屏面板图3）GK-03单片机控制单片机控制挂件如图5所示。它可以同时采集五路信号，一路输出用来控制执行器，以实现自动控制。单片机控制挂件的主要组成部分有：1、五路模拟量输入：分别为LT1、PT、LT2、FT、TT，其接线端正好与右侧GK-02屏上传感器输出端相对应，模拟量输入为0～5V标准电压信号。2、一路模拟量输出：此输出为单片机的控制输出端，输出为0～5V标准信号。3、通讯接口方式：通过RS232串行通讯口与计算机通讯，以实现计算机监控。4、键盘操作：共有六个功能键，分别为回路、向上、向下、整定、移位、确认。通过对这几个功能键的操作可以对单片机的各个参数进行整定。5、两个显示框：功能显示框（显示所选参数）,数值显示（显示对应参数值）。图5GK-03挂箱面板图4）GK-04模拟PID调节器挂箱如图6所示，本挂箱由给定信号源、比例积分微分设定旋钮以及PID调节回路组成。调节器的结构、使用方法如下：1、接线端：给定信号输入端、反馈信号输入端、PID信号输出端。注意地线是公共的，只有两个地线接线端子，给定信号的大小由本模块中给定信号源提供，反馈信号输入是由传感器输出提供，调节器输出信号用于控制执行器（如交流电机）。2、积分时间波段开关：共有三档：X∞、X1、X10。当选择X∞档时才可进入纯P，或PD控制方式。P、I、D参数设置：“P比例调节”——比例系数KC（即放大系数）的调节。它是比例度δ的倒数，即KC=1/δ。“I积分调节”——指积分时间常数Ti的调节，调节范围“0.01至2.5分”和“0.1至25分”。“D微分调节器”——指微分时间常数Td的调节，调节范围“0.01至10分”。图6GK-04挂箱面板图3、“I”有开/关两种状态，“D”也有开/关两种状态（通过钮子开关切换，两个开关处于“开”时积分和微分才起作用）。辽宁科技大学本科课程设计·84、若需要选用“PI”控制，具体设置为：“I”波段开关置于X1或X10档，I开/关置于“开”，电位器P、I旋至某一个刻度即可。此时“D”开关应置于“关”。5、正/反作用开关：用于改变调节器的正反作用，实质上是改变输入偏差信号的正负号，以构成一个负反馈系统。6、手动/自动开关：当开关置于“手动”时，调节手动电位器，即可手动控制调节器输出信号。若需要进行PID控制，则此开关必须位于“自动”状态。7、给定信号源：其输出信号由钮子开关切换输出值的正、负。8、当进行串级模拟PID控制实验时，可利用两个GK-04调节器组成所需的自动控制系统。5）GK-05位式、连续控制器挂箱如图7所示，位式、连续控制挂箱由位式控制器、智能仪表、单相移相调压模块和给定信号源四部分组成。1、位式控制器输入端为Vmax、Vi、Vmin,输出端为Vo（在温度控制系统中用于控制固态继电器的通断）。其中Vmax表示上限电压值，Vmin表示下限电压值，Vi为反馈信号的输入端。接线原则：上正下负（即上方空芯接线柱接电压信号正端，下方空芯接线柱接电压信号地端）。注意：其中Vmax应大于Vmin，为保证实验效果明显，可设定Vmax与Vmin差值大于1V。2、智能仪表图7GK-05挂箱面板图辽宁科技大学本科课程设计·9本挂箱采用的是上海万迅仪表有限公司的AI-718A型智能仪表，0～5V、1～5V输入、铂热电阻输入、调节输出以及RS485通讯口等各端子已引到面板上。使用时只要将相应的连线接好就可以了，输出端是0～5V的标准信号用于驱动执行机构。3、单相移相调压模块面板上已经引出信号输入端和调压输出端，打开挂件上的电源开关，此模块就得电。当输入控制信号时，输出端就有电压输出，随着控制信号的变化，输出电压也会跟着变化。4、给定信号源分别由两路1.25～6V的可调直流电源组成，电位器RP1和RP2分别用于调节输出电压大小，它们作为位式控制器上、下限幅值的给定。6）GK-06控制系统流程图图8所示，是本实验装置的控制对象系统流程图。两路供水系统都可以供水给每个对象，包括上水箱、下水箱、复合加热水箱。两套动力系统都采用了交流变频调速，分别驱动三相电机带动磁力驱动泵打水，每条支路都有相应