过程控制综合实习要点

1、一、实习环境描述1 .变频器：装置中采用了松下f0 系列变频器，三相 220vac 变频输出用来驱动三相磁力驱动泵，控制信号输入：420madc或05vdc,供电：单相220vac。2 .调节阀：本装置采用的电动调节阀是由是honeywell 的 ml7420a6033 型电动阀门执行器和三通线性阀门组成。 其执行器采用智能直行程调节， 根据控制的信号变化， 来调节执行器的行程， 从而调节三通线性阀门的开度， 进而对控制回路的流量进行调节； 具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、使用和校正非常方便等优点；工作时需提供 24v 交流电源（

2、此电压由变压器提供） ，轴杆推力： 600n ，执行器行程： 20mm ，输入信号:0-10vdc 或 2-10vdc ；本装置中的执行器已被设置为输入信号为2-10vdc,由于从实验控制台输出的信号为420madc,故接到执行器的信号线两端加500 欧的电阻。其三通线性阀门的直径为 20mm 。3 .液位变送器：装置中采用了两个压力/液位变送器，其中二个压力/液位变送器分别用来对两个水箱的液位进行检测，也可作为各水箱的压力检测，其量程：05kp,即050cm,精度：0.5级，输出：420madc ,供电：24vdc ,接线方式：二线制；采用工业用的扩散 硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采

3、用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。且其零点和量程调节都出厂之前已调试好。4 .温度变送器：装置中采用了一个pt100 铂热电阻温度传感器，用来检测锅炉内胆的水温。经过控制台中的温度变送器，可将温度信号转换成 420ma直流电流信号。 温度变送器的量程：0+100c,精度：0.5级，输出：420madc,供电：24vdc ,接线方式：二 线制。 pt100 传感器精度高，热补偿性较好。5 .流量变送器：装置中采用的是涡轮流量计，是用来对变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。其量程：01200l/h,精度：1.0%,输出：420madc ,供电：24vdc ,接线方式：二线制。6

4、 .水箱：包括上水箱、下水箱和储水箱。水箱是透明的，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。 水箱底部均接有压力传感器与变送器， 可对水箱的压力和液位进行检测和变送。包括上下水箱、储水箱。有两个上水箱，一个下水箱，它们均采用淡黄色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上下水箱尺寸为：d=22cm ， h=30cm ；水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽， 出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽， 这样经过缓冲和线性化的处理， 工作槽的液位较为稳定， 便于观察。 上下水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送

5、器， 可对水箱的压力和液位进行检测和变送。 上、 下水箱可以组合成一阶、 二阶单回路液位控制系统和双闭环串级控制系统。储水箱为不锈钢储水体， 尺寸为：长x宽x高二60cmx 35 cmx 40 cm。并在两侧各与一水泵相连，为整个系统储水和供水，内有独特的结 构设计和不锈钢过滤网，拆洗维护方便，以防杂物进入水泵和管道。7 .锅炉内胆：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（有 机玻璃夹套），可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热 量快速散发，使加热层的温度快速下降。8 .pwm调压：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系

6、 列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲， 使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。二、变送器的输入输出特性测试1.液位变送器液 位(cm)04812162023.5信 号(ma)4.335.496.778.059.2810.5111.65量程为：049.3cm2.温度变送器温度（c）20.621.222.623.024.125.026.0信 号(ma )7.137.247.457.527.697.848.00温度（c）27.028

7、.029.030.031.032.033.0信 号(ma)8.168.308.458.628.278.929.07量程为：3.5490.74c3.流量变送器油（l/h）122240292520620信号（v）1.481.952.163.053.48油（l/h）710780825900970信号（v）3.844.134.294.64.88三、单回路集成1 .框图：2 .fb41模块：sfb/fb cont_c（连续控制器）在simatic s7可编程逻辑控制器上使 用，通过持续的输入和输出变量来控制工艺过程。在参数分配期间，可以通过激活或取消激活pid控制器的子功能使控制器适应过程的需要。使用参

8、数分配工具可以轻松完成分配（菜单路径：开始 simatic step7 分配pid控制参数）。开始 simatic step7 分配pid 控制（英文）中提供了在线电子手册。应用可以使用该控制器作为pid固定设定值控制器或在多循环控制中作为层叠、混料或比率控制器。该控制器的功能基于使用模拟信号的采样控制器的pid控制算法，必要时可以通过加入脉冲发生器阶段进行扩展，为使用成比例执行机构的两个或三个步骤控制器生成脉冲持 续时间调制输出信号。注意只有在以固定时间间隔调用块时，在控制块中计算的值才是正确的。为此，应该在周期性中断ob （ob30至ob38）中调用控制块。在 cycle参数中输入采样时间

9、。描述除了设定值和过程值分支中的功能，sfb/fb还通过持续操作变量输出和手动影响操作值的选项实现了完整的 pid控制器。下文提供了对这些子功能的详细说明：设定值分支以浮点格式在sp_int输入键入设定值。过程变量分支可以外设（i/o）或以浮点格式输入过程变量。crp_in功能根据以下公式将 pv_per外设值转 换为介于-100和+100 %间的浮点格式值：100output（xcpr in= pv per *尸-2764日pv_norm功能根据以下公式统一 crp_in输出的格式：pv_norm 的输出 =（cpr_in 的输出）* pv_fac + pv_offpv_fac的默认值为1,

10、 pv_off的默认值为0。出错信号设定值和过程变量间的差异就是出错信号。为消除由于操作变量量化导致的小幅恒定振荡（例如，在使用pulsegen进行脉宽调制时），将死区应用于出错信号 （deadband）。如果 deadb_w = 0 ,将关闭死区。pid算法pid算法用于定位计算。比例、积分 （int）和微分（dif）操作以并联方式连接，因而可以分别 激活或取消激活。这使对 p、pk pd和pid控制器进行组态成为可能。还可以对纯 i和d 控制器进行组态。手动值可以在手动和自动模式间进行切换。在手动模式下，使用手动选择的值更正操作变量。积分器（int）内部设置为lmn - lmn_p - d

11、isv ,微分单元（dif）设置为0并在内部进行匹配。这 意味着切换到自动模式不会导致操作值发生任何突变。操作值 使用lmnlimit功能可以将操作值限制为所选择的值。输入变量超过限制时，信号位会给予指示。lmn_norm功能根据以下公式统一 lmnlimit 输出的格式：lmn = （lmnlimit 的输出）* lmn_fac + lmn_offlmn_fac的默认值为1, lmn_off的默认值为 0。也可以得到外设格式的操作值。cpr_out功能根据以下公式将浮点值lmn转换为外设值:27b48前馈控制可以在disv输入前馈干扰变量。初始化sfb 41 cont_c”有一个在输入参数

12、com_rst = true 时自动运行的初始化程序。在初始化过程中，将把积分器内部设置为初始化值i_itval。以周期性中断优先级调用它时，它会从此值开始继续工作。将所有其它输出设置为它们各自的默认值。故障信息不使用出错车出参数 ret_val。cont c方框图spjm-pvperjonpitofflmn fag lmbfofflmn hlm, lmn-llm输入参数下表包含对 sfb 41/fb 41 cont_c”输入参数的说明。参数数据类型取值范围：默认 描述com_rst bool false complete restart 该块有一个在设置输入 com_rst时 自动执行的初始

13、化程序。man_on bool true manual v alue on如果设置输入 启用手动值 ，将中断控制回路。手动值作为操作值进行设置。pvper_on bool false process variable peripheral on如果从 i/o 读取过程变量，必须将输入 pv_per 连接到i/o ，且必须设置输入 启用过程变量外设 。p_sel bool true proportional action on可以在 pid 算法中单独激活或取消激活pid 操作。如果设置输入启用比例作用 ，将启用p 操作。i_sel bool true integral action on可以在

14、pid 算法中单独激活或取消激活pid 操作。如果设置输入启用积分作用 ，将启用 i 操作。int_hold bool false integral action hold设置输入 积分作用暂停可以 冻结 积分器的输出。i_itl_on bool false initialization of the integralaction on设置输入 积分作用初始化打开可以将积分器的输出连接到输入i_itl_val 。d_sel bool false deriv ative action on可以在 pid 算法中单独激活或取消激活pid 操作。如果设置输入启用微分作用 ，将启用 d 操作。cycl

15、e time = 1 毫秒 t#1s sampling time块调用之间的时间必须为常数。 采样时间输入指定块调用之间的时间。sp_int real -100.0 至 +100.0(%)或物理值1) 0.0 internal setpoint 内部设定值输入用于指定设定值。pv_in real -100.0 至 +100.0(%)或物理值1) 0.0 process variable in可以在 过程变量输入 输入设置初始化值，也可以连接浮点格式的外部过程变量。process variable peripheralpv_per word w#16#0000将 i/o 格式的过程变量连接到 过

16、程变量外设输入处的控制器man real -100.0 至 +100.0(%)或物理值2) 0.0 manual v alue 手动值 输入用于通过操作员界面功能设置手动值。gain real 2.0 proportional gain 比例值 输入指定控制器增益。ti time = cycle t#20s reset time 复位时间 输入决定积分器的时间响应。td time = cycle t#10s derivative time 微分时间 输入决定微分单元的时间响应。ative actiontm_lag time = cycle/2 t#2s time lag of the deri

17、vd 操作的算法包括可以在 微分作用的时间延迟输入分配的时间延迟。deadb_w real = 0.0 (%)或物理值 1) 0.0 dead band width将死区应用于出错。死区带宽输入决定死区的大小。lmn_hlm real lmn_llm .100.0 (%)或物理值 2) 100.0 manipulated v alue high limit操作值始终受上限和下限的限制。 操作值上限输入指定上 限。lmn_llm real-100.0. lmn_hlm (%)或物理值 2) 0.0 manipulated v alue low limit 操作值始终受 上限和下限的限制。 操作值

18、下限 输入指定 下限。pv_fac real1.0 process variable factor 过程变量因子输入与过程变量相乘。该输入用于调整过程变量范围。pv_off real 0.0 process variable offset将过程变量偏移量输入与过程变量相加。该输入用于调整过程变量范围。lmn_facreal1.0 manipulated v alue factor将操作值因子输入与操作值相乘。该输入用于调整操作值范围。lmn_off real 0.0 manipulated v alue offset将操作值偏移量与操作值相加。该输入用于调整操作值范围。i_itlv al re

19、al -100.0 至 +100.0(%)或物理值 2)0.0 initialization v alue of the integral action可以在输入 i_itl_on 设置积分器的输出。将初始化值应用于输入 积分作用的初始化值 。disv real -100.0 至 +100.0(%)或物理值 2)0.0 disturbance v ariable为进行前馈控制，将干扰变量连接到输入干扰变量 。1) 同一单元中设定值和过程变量分支中的参数2) 同一单元中操作值分支中的参数输出参数下表包含对sfb 41/fb41 cont_c 输出参数的说明。参数 数据类型取值范围： 默认 描述l

20、mn real 0.0 manipulated v alue有效的操作值为 操作值 输出处的浮点格式输出。lmn_per word w#16#0000 manipulated v alue peripheral将 i/o 格式的操作值连接到操作值外设输出的控制器。false high limit of manipulated v alueqlmn_hlm boolreached操作值始终受上限和下限的限制。如果输出为 达到操作值上限，则表明已超过上限。qlmn_llm boolreached 操作值始终受false low limit of manipulated v alue上限和下限的限制

21、。如果输出为 达到操作值下限，则表明已超过下限。lmn_p real 比例组件 输出 包含操作变量的比例组件。0.0proportional componentlmn_i real 积分组件 输出包含 操作值的积分组件。0.0integral componentlmn_d real 微分组件 输出包含操作值的微分组件。0.0deriv ative componentpv real 0.0 有效过程变量为process variable 过程变量 输出处的输出。er real 0.0 error signal有效出错为 出错信号 输出处的输出。3.变量表参数1 ）液位变量表的 kai l4t_1

22、 l2jl351uric jdoc1)cfd 3i1c-2 dr57 程序 1tblt editifiitrtplcvit* optiau i 白姐3ip可口|国。|圜x商1 |f，2.蝉 ，附.j蚓细id a岫工钻esj. dlroie&tstblils r&lue1(tetl 口片boolirue2db41.dbkd. iboolfalse30.2dooltrue416floatint_poikt60. j3et&u.dbd20float-pomd.27喇 l, dbd24tikettlnsdb41. dbd28tikerfms?1011dml.dbdsfloating _potitt40

23、. juib-sl.tiblj92float img.poikt1 ?db4ldbd72floatijtc_pomr14烟lmdec11lil dbd2floating-poiktif皿 ldhti92fxiatiw&_b.!wrnu烟 l dbvdec2022db4ldbp52floating_poiht-20.0zjdb4l.dbd相fioating.tonrrl j5ib4ldbd9uket#100hei-biil/dbi：ufloating_ponrtzq.odb41.dbx 0.1db41.dbd 24db41.dbd 9是手动自动转换 是积分时间常数 是采样周期db41.dbd 2

24、0db41.dbd 28db41.dbd 44是比例值是微分时间常数 是最低下限值db41.dbd 16 是初值(2)流量变量表db41.dbx 0.1db41.dbd 24db41.dbd 9db41.dbd 16是手动自动转换 是积分时间常数 是采样周期 是初值db41.dbd 20db41.dbd 28db41.dbd 44是比例值 是微分时间常数 是最低下限值4.i/o 地址： （ db41 ） pv_per piw752 lmn_per pqw7525.stl 程序： （ 1 ）液位call cont_c , db41 com_rst := man_on := pvper_on:=

25、p_sel := i_sel := int_hold:= i_itl_on:= d_sel := cycle := sp_int := pv_in :=pv_per :=piw752 man := gain:=ti :=td:=tm_lag := deadb_w := lmn_hlm := lmn_llm := pv_fac := pv_off := lmn_fac := lmn_off := i_itlval:= disv := lmn := lmn_per :=pqw752 qlmn_hlm:= qlmn_llm:= lmn_p := lmn_i :=lmn_d := pv:=er:=no

26、p 0 （ 2 ）流量call cont_c , db41 com_rst := man_on := pvper_on:= p_sel := i_sel := int_hold:= i_itl_on:= d_sel := cycle := sp_int := pv_in := pv_per :=piw752 man := gain:=ti := td:=tm_lag := deadb_w := lmn_hlm := lmn_llm := pv_fac := pv_off := lmn_fac := lmn_off := i_itlval:= disv := lmn := lmn_per :=p

27、qw752 qlmn_hlm:= qlmn_llm:= lmn_p := lmn_i := lmn_d := pv:=er:=nop 06.阶跃响应曲线:(1)液位(2)流量7.外部接线图:变频器单容液位控制实验接线图变频器流量控制实验接线图四、液位-流量串级控制系统1.框图：lff2.stl程序call cont_c , db42 com_rst := man_on := pvper_on:= p_sel := i_sel := int_holdk i_itl_on:= d_sel := cycle := sp_int := pv_in := pv_per kpiw752 man := ga

28、in:=ti := td:=tm_lag := deadb_w := lmn_hlm := lmn_llm := pv_fac := pv_off := lmn_fac := lmn_off := i_itlval:= disv := lmn := lmn_per :=pqw752 qlmn_hlm:=qlmn_llm:= lmn_p := lmn_i := lmn_d := pv:=er:=nop 0call cont_c , db41 com_rst :=man_on := pvper_on:= p_sel := i_sel := int_hold:= i_itl_on:= d_sel :

29、= cycle :=sp_int := pv_in :=pv_per :=piw754man :=gain:=ti :=td:=tm_lag := deadb_w := lmn_hlm := lmn_llm := pv_fac := pv_off := lmn_fac := lmn_off := i_itlval:= disv :=lmn :=db42.dbd6lmn_per := qlmn_hlm:= qlmn_llm:= lmn_p := lmn_i := lmn_d :=pv:=er:=nop 03.变量表参数:db41.dbx 0.1是手动自动转换db41.dbd 20是比例值db41

30、.dbd 24是积分时间常数db41.dbd 28是微分时间常数db41.dbd 9是采样周期db41.dbd 44是最低下限值db41.dbd 16是初值db42.dbx 0.1是手动自动转换db42.dbd 20是比例值db42.dbd 24是积分时间常数db42.dbd 28是微分时间常数db42.dbd 9是采样周期db42.dbd 44是最低下限值db42.dbd 16 是初值4.i/o地址：(db42)pv_perpiw752lmn_per pqw752 (db41)pv_perpiw754lmn - db42.dbd 65.内外环曲线:变穿 一 vat 1 12312八sisat

31、ic 300(l)cpu 314c-2 dps7 程片(l oilihei利口同0林图(jp-犷(q) 1 w 5叼叼砌丝间电e x| laj红评 q2r4ix软力伯 j (&1db41.dbx0.7i bool12db41.dbx011 boolfl false3db41.dbx0.2boolntrue4db41.dbd16float im5 point20.056db41.dbd20float nk.poinr1.01.0tdb41.ddd24tugt40sit 40s8db41.ddd28itihet410rt*10910mdb41.dbd6floatin；_poikr40. 0耶：b12db41.dbd92float oi；_poikr48. 1481513dd41.ddd72floatin；_poinr34.7864：4db41.db 滞76dec9618：516db41.dbd2|tihet100os：7dbq1.dbd92float in; point48.148151819dbqldb 涌14 dec163网2。2122db41.dbd52floaini;_poixr-20.023db41.dbd48floatrn5_poixr1. 1524db41.dbd9itihet100jis力db41.dbd44f