基于ADAM7000系列的液位串级监控系统设计v.doc

基于ADAM7000系列的液位串级监控系统设计The Liquid Level Cascade Monitoring System Design Based on the ADAM7000 Series李红萍作者简介:李红萍(1970-),女,甘肃榆中人，副教授，主要从事化工仪表及计算机的教学和研究工作.基于虚拟技术的自动化控制实训室的构建、2010年甘肃省高等学校研究生导师科研项目 编号：1015-02贾秀明2 李兆瑞3李艺鸿4贾秀杰5Lihongping, Jiaxiuming,Lizhaorui, liyihong,jiaxiujie （1.兰州石化职业技术学院 电子电气工程系，甘肃兰州 7300602. 兰州石化公司，甘肃兰州 7300603. 西北师范大学外国语学院，甘肃兰州 7300704.5.四川石化公司，四川成都，611930）（1.The Electrical Engineering Department, Lanzhou Petrochemical College of Vocation Technology, Lanzhou 730060, China. 2. Lanzhou Chemical Company, Lanzhou 730060, China.3. College of Foreign Languages, Northwest Normal University, Lanzhou 730070, China. 4.5.Petrochina Sichuan Petrochemical CO Ltd.chengdou, 611930, china.）摘要：本文主要讨论液位串级监控系统的硬件设计、工作原理、MCGS组态、系统的调试与参数整定方法。液位串级监控系统的扩展应用，可实现工业现场设备运行数据的实时采集、集中处理，为整个系统的调度、协调提供可靠的保证；节省大量的人力、物力和财力，提高企业的管理水平和劳动生产率。Abstract: This paper mainly discusses the liquid level cascade control systems hardware design, working principle, MCGS configuration, system debugging and tuning method. the extended application of liquid level cascade control system can achieve real-time datas acquisition and processing during the equipment running in the industrial sites. It can provide a reliable guarantee for the entire systems scheduling, coordination, and save a lot of manpower, material and financial resources, improving the management level of enterprises and labor productivity.关键词：硬件设计、工作原理、MCGS组态、串级控制、PID参数整定Key word: Hardware design, working principle, MCGS configuration, cascade control, PID parameter tuning中图分类号：TP391.9 文献标识码：A一、前言自动控制技术在工业、农业、国防和科学技术现代化中起着十分重要的作用，自动控制水平的高低也是衡量一个国家科学技术先进与否的重要标志之一1。近年来，随着计算机技术、自动控制技术等的高速发展，计算机控制技术已广泛应用在军事、农业、工业、航空航天以及日常生活的各个领域2。但由于资金的限制，很多领域还无法实现计算机控制，为了充分利用工厂现有的设备实现计算机控制，本文提出以ADAM7000系列为基础，构建MCGS计算机液位控制系统，可为相关企业实现计算机控制提供借鉴3。二、系统概述本系统是以下水箱液位为主参数，中水箱的液位为副参数的串级控制系统。1、液位串级控制系统工艺流程图如图1所示。图1 液位串级控制系统工艺流程图2、液位串级控制系统方框图如图2所示。液位变送器1sv-被控参数1ADAM7017-01通道ADAM7024液位对象1电动调节阀-控制器1控制器2液位对象2被控参数2液位变送器2ADAM7017-02通道计算机图2 液位串级控制系统方框图液位串级控制系统由主回路和副回路组成，主回路是一个定值控制系统，副回路是一个随动控制系统。副回路由液位对象2、液位变送器2、ADAM7017-02通道、控制器2、ADAM7024、电动调节阀等组成4；主回路由液位对象1、液位变送器1、ADAM7017-01通道、控制器1、副回路等组成。下水箱液位是液位对象1，中水箱液位是液位对象2，控制器1的输出作为控制器2的设定值，控制器2的输出去控制执行元件5。主对象的输出为系统的被控变量（被控参数1），副对象的输出（被控参数2），被控参数2是一个辅助的被控变量。用ADAM7017智能模块、ADAM7024智能模块、PID控制软设备实现对液位的串级控制，并用MCGS软件实现对各种参数的显示、存储与控制功能6。三、系统硬件设计及控制原理计算机MCGS软件RS232/RS485转换器DATE+DATE-DATE+DATE-DATE+DATE-IOUTNAGNDVIN2+VIN2-变送器2+-25024V调节阀ADAM7017ADAM7024变送器1+-25024VVIN1+VIN1-1、液位串级控制系统接线如图3所示。24V图3 液位串级控制系统接线图2、系统控制原理中水箱、下水箱的液位信号经两个液位变送器的转换，将其按量程范围转换为420mA的电流信号，经250的标准电阻转换为15V的电压信号，然后送到模数转换模块ADAM7017的01、02通道，将两路15V的电压信号转换为数字信号，经RS485到RS232的转换，转换为计算机能够接收的信号送到计算机，PID软控制器将两路测量信号分别与其给定值进行比较，然后将偏差进行PID运算，其中PID软设备1（控制器1）的输出作为PID软设备2（控制器2）的给定值，PID软设备2（控制器2）的输出送出计算机，经RS232到RS485的转换，然后送到数模转换模块ADAM7024的01通道，转换为420mA的电流信号送到电动调节阀，从而控制水箱进水流量的大小7。串级系统由于增加了副回路，因而对于进入副回路的干扰具有很强的抑制作用，使作用于副回路的干扰对主变量的影响大大减小。四、系统软件设计本系统利用MCGS 组态软件来实现对生产过程的监督与控制。MCGS组态软件作为上位机监控组态软件,可提供解决实际工程问题的方案和开发平台, 并能够完成现场的数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出及企业监控网络等功能。以下介绍的是液位监控系统的主要组态步骤8。1、在实时数据库窗口创建液位串级控制系统组态所需的变量。2、在设备窗口ADAM7017、ADAM7024、PID控制软设备1、PID控制软设备2等设备，并对所有设备进行设置，其中PID控制软设备设置如图4所示。图4 PID软设备设置3、用户窗口组态如图7所示。图7 液位串级控制系统控制界面5、循环脚本pv主=(pv1主/5000-1)*50pv副=(pv1副/5000-1)*50if qh主=1 thenmv2主=mv主elsemv2主=op主endifsv副=mv2主*2if qh副=1 thenmv2副=mv副elsemv2副=op副endifmv1副=mv2副/6.25+4五、系统调试将液位串级监控系统投入运行，分别对主回路和副回路进行调试，最后再进行联调。1、主回路调试：开环调试：将主回路的手自动切换按钮置于手动方式，观察控制系统测量值和输出值是否正常显示，如果显示不正常，检查系统接线及设备组态，直到正常显示为止。闭环调试：将手自动切换按钮置于自动方式，观察控制系统的控制效果是否达到控制要求，如果没有达到控制要求，则反复调试，直到达到控制要求为止。2、副回路调试：开环调试：将主回路手自动切换按钮置于手动方式，将副回路手自动切换按钮置于手动方式，观察副回路控制系统测量值和输出值是否正常显示，如果显示不正常，检查系统接线及设备组态，直到正常显示为止。闭环调试：将主回路手自动切换按钮置于手动方式，将副回路手自动切换按钮置于自动方式，观察控制系统的控制效果是否达到控制要求，如果没有达到控制要求，则反复调试，直到达到控制要求为止。4. 将主回路、副回路都置于自动方式，使控制系统进入串级控制方式。六、PID参数整定主回路采用PI调节规律，副回路采用P调节规律。将主控制器置于手动方式，用经验湊试法对副回路进行参数整定，直到出现4：1衰减曲线为止。将主回路置于自动方式，调整主控制器参数，观察过渡过程曲线，直到出现4：1衰减曲线为止。找到合适的主、副控制器参数后，系统即可投入正常的运行中9。七、结束语基于ADAM7000系列的液位串级监控系统设计，可扩展到整套设备，甚至整个企业的自控装置中，实现了工业现场设备运行数据的实时采集，集中处理，为整个系统的调度、协调提供可靠的保证；其次，可以实现生产现场无人值守，从而节省大量的人力、物力和财力，特别是对于一些条件恶劣、不适宜人工操作的现场环境有着重要的意义。第三，借助于监控技术，可以实现设备远程故障诊断。液位串级监控系统可实现对设备和生产过程的实时监控，对突发事件进行实时处理，是提高管理水平以及提高劳动生产率的真正体现。参考文献：1 马林、马茵，PLC在上、下水箱液位串级变频调速控制中的应用J.电气传动自动化，2011，33(2)：48-492 吴兴纯、杨秀莲、赵金燕、杨燕云，基于FX2N 系列PLC的双容水箱液位控制系统的设计J 电子设计工程，2011，19(14)：60-633 戴航丹、吴赛婷、童科慰，控制吹灰系统在超临界机组中的应用J.仪器仪表用户，2009，16（4）：59-604 林雪梅、何香山，基于PLC 的温度串级控制J.机电工程技术，2011，40(10)：38-425 靳莹瑞、陈玉国，基于的双容水箱液位串级控制J.中原工学院学报，2011，22(2)：59-616 吴兴纯、杨燕云、吴瑞武、杨秀莲，基于参数自整定的双容液位模糊控制系统设计J. 自动化与仪器仪表，2011，(4)：41-437 杨松柏、曾广胜、蒲涛，化肥厂生产装置控制系统升级