锅炉内胆温度过控实训报告2

1、湖南工程学院 系统综合练习报告 课题名称过程限制系统 专业班级 姓名 学号 指导教师 20072007年4 4月9 9日一、概述 过程限制一般是指连续生产过程的自动限制.他是通过各种检测仪表、限制仪表 包括电动仪表和气动仪表,模拟仪表和智能仪表和电子计算机看作一台仪表等自动化工具,对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动限制. 一个过程空话子系统是由被限制过程和过程检测限制仪表两局部组成的.过程检 测限制仪表包括检测元件、变送器、调节器包括计算机、调节阀.过程限制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求,通过选用过程检测限制仪表构成系统,再通过 PID 参数的整定,实现对生产过程的最正确限制

2、. 在现代工业生产过程中,工业过程很复杂.由于生产规模大小不同,工艺要求各异,产品品种多样,因此过程限制中的被控过程是多种多样的.诸如石油化工过程中的精僻塔、化学反响器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等.他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性.有些机理复杂如发酵、生化过程等的过程至今尚未被人们熟悉,所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型,因此 设计能适应各种过程的限制系统并非易事. 由于被控过程具有大惯性、大滞后 大延时 等特性,因此决定了过程限制多届慢过程.另外,在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程

3、中.往往采用一些物理量和化学量如温度、压力、流量、液位、成分、PH 等来表征其生产过程是否正常,因此需要对上述参数进行自动检测和自动限制,故过程限制多半为参数限制. 随着现在工业生产的迅速开展,工艺条件越来越复杂,对过程限制的要求越来越高.过程限制系统的设计是以被控过程的特性为依据的.由于工业过程的 复杂、多变,因此其特性多半届多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等.为了满足上述特点与工艺要求,过程限制中的限制方案是十分丰富的.通常有单变量限制系统,也有多变量限制系统；有仪表过程限制系统,也有计算机集散过程限制系统；有复杂限制系统,也有满足特定要求的限制系统.二、实验装置概述 THJ-2

4、 型高级过程限制实验装置是基于工业过程的物理模拟对象,它集自动 化仪表技术、计算机技术、通信技术、自动限制技术为一体的多功能实验装置,该装置是本企业根据自动化及其它相关教学的特点,吸收了国内外同类实验装置 的优点和长处,经过精心设计,屡次实验和反复论证,推出了一套全新的实验装置,该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识,单回路限制,申级限制,前馈-反响限制,比值限制,解耦限制等多种限制形式.本装置还可根据用户的需要设计构成DDC,DCS,PLC,FCS 等多种限制系统. 三、系统组成与工作原理 一系统外部组成 “THJ-2 型高级过程限制系统实验装置由过程限制实验对象系统

5、、智能仪表限制台及上位监控 PC 机用户自备三局部组成. 1.过程限制实验对象系统 实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个申接有机玻璃圆筒型水箱；三相 4.5KW 电加热锅炉由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成和铝塑盘管组成. 系统动力系统有两套：一套由三相380V 交流不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计等组成；另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵 220V 变频、涡轮流量计等组成. 整套对象系统完全由不锈钢材料制造,包括对象框架、管道、底板,甚至小到每一颗紧固螺钉. 2.对象系统中的各类检测变送及执行装置 1扩散硅压力变送器三只：分别

6、检测上水箱、中水箱、下水箱液位； 2涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量； 3Pt100 热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管三只及上水箱出水口水温； 4限制模块：包含三相可控硅移相调压装置、电磁阀、电动调节阀、三菱变频器各一个; (5) 接触器位式限制装置、三相 380V 不锈钢磁力驱动泵、三相 220V 不锈钢磁力驱动泵. 3. 仪表限制台 智能仪表限制台由三局部组成： (1) 电源限制屏面板：提供实验所需的三相四线380V、三路单相220V 电源,总电源由三相钥匙开关限制,电网电压由三只指针式交流电压表监示, 三相带灯熔断器作为断相指示.设有漏电保

7、护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器.另外,还设有定时器兼报警记录仪,为学生实验技能的考核提供一个统一的标准. (2) 仪表限制面板：由变频调速器面板,AI/818A 智能调节仪面板,AI/70 8A 智能位式调节仪面板,解耦装置,比值器/前馈一反响装置组成,各装置接线端子通过面板上的插座引出.还可根据用户需要配置远程数据采集智能模块、S 7-200 西门子可编程限制器等. (3) I/O 信号接口面板：将各传感器检测及执行器限制信号同面板上的插座相连,便于学生自己连线组成不同的限制系统. 学生通过对对象系统进行不同的组合,结合不同的实验目的,可进行几十种过程限制实验. 4. 上位监

8、控 PC 机(用户自备) “THJ-2 型高级过程限制系统实验装置配置一台上位监控 PC 机,PC 机上 安装有工控组态软件(MCGS 组态王可选),通过 RS232/485 转换器、仪表限制台侧面的 RS485总线接口与所有的仪表进行通讯.学生可对下位仪表各参数进行设定、修改PID 限制参数,并能观察被控参数的实时曲线、历史曲线,SV 设定值、 PV 测量值、OP 输出值,各实验都设有动态变化棒图显示和实验指导. (二)ICP-7017 模块和 ICP-7024 模块 ICP-7017 是 8 通道模拟量输入模块,24V 供电,面板上提供了 4 通道的输入端口.每一通道根据功能表可输入允许范

9、围的热电阻,支持 485 通讯0ICP-7017 技术指标见下表 型号型号 1 1- -71077107 模州模州 量量+J+J输输* *J J入入 5 5 分辨率分辨率, , 输入通道输入通道 8 8路差动路差动- - 采样率采样率. . 1OH1OH时时 电压输入电压输入 +/+/- -150mV+150mV+J J +/+/- -500mV500mV +/TmM+/TmM +/+/- -5V5V +/+/- -10V+10V+ 电流输入电流输入 4 4- -/ /- -20mA20mA 图 1ICP-7033 面板 ICP-7017 模块将温度变送器送来的电压信号通过转换为数字信号后通过

10、 RS48 a：电源开关；b:RS485接口；c:ICP-7017模块；d:4通道的输入接口. ICP-7024 是 4 通道模拟量输出模块,24V 供电,提供了 4 通道的输出端口. 每一通道根据功能表可输入允许范围的电压或电流,支持485通讯.ICP-7024的技术指标见下表： CP-7024 模块将从计算机输出的信号加到三相 SC 础压模块 420mAfe 流限制信 型号型号 1 1- -70247024 分辨率力 模w w 拟-量卜输*出卜 轴出通道 q 4 4 路差动 7 电压输出- 十/ /- -1M1M +/+/- -5V5V Q1QQ1Q 电流输出- 0202.碱 4 4 4

11、420mA.*20mA.*- -1 1 号输入端 ICP-7024 远程数据采集模拟量 输出模块 a：电源开关；b:RS48 酝口；c:ICP-7014 模块；d:4 通道的输出接口 图 2ICP-7024 面板,模拟量电流型420mA输出通道、 四、调试与故障分析 在工程实际中,应用最为广泛的调节器限制规律为比例、积分、微分限制,简称 PID 限制,乂称 PID 调节.PID 限制器问世至今已有近 70 年历史,它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业限制的主要技术之一.当被控对象的结构和参数不能完全掌握,或得不到精确的数学模型时,限制理论的 其它技术难以采用时,系统限制器的结

12、构和参数必须依靠经验和现场调试来确定,这时应用PID 限制技术最为方便.即当我们不完全了解一个系统和被控对象,或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时,最适合用 PID 限制技术.PID 控 制,实际中也有PI和PD限制.PID限制器就是根据系统的误差,利用比例、积分、微分计算出限制量进行限制的. 本系统所要保持的包定参数是锅炉内胆温度给定值,即限制的任务是限制锅 炉内胆温度等丁给定值.根据限制框图,采用 PID 调节. 给定值炉内胆温度 DDC限制系统 温度变送器 图 3 锅炉内胆温度限制系统框图 一比例调节器P限制 比例限制是一种最简单的限制方式.其限制器的输出与输入误差信号成比例关系.当

13、仅有比例限制时系统输出存在稳态误差Steady-stateerror 按图 3 所示方块图的要求接成实验系统.系统接线如图 4 所示：给定值 电加热管 图 4 系统连线图 开通以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计以及锅炉内胆进水阀 1、阀 4、阀 11、阀 15 所组成的水路系统,关闭通往其他对象的切换阀 6、阀 7、阀 18、阀 21.将锅炉内胆的出水口阀 14 至适当高度.翻开 ICP 模块、电动调节阀、24VDC 电源开关.开启相关仪器和计算机软件,进入相应的实验,如图 5 所示: 实毂四、裙妒内腴St度技制实膝动态 w岫枷I魄AM ULUrrmLLM 王宜单美于 2043-11-0 2oo

14、-mo-6场. onuo 5岫. ih 0 ifir 顿把匕收 rri*TBIT脚入liF-：0.0 I fforflujno raif-r O lzat. Igg用 rfIV-nlrtTP.-niAV-AYLnyv.,o #咕+：牛I柚k*成纳主本家罚 运行 MCG 织态软件,进入相应的实验,把输出置丁“手动,输出值为小丁等丁 10,把温度设定丁某给定值如：将水温限制在 40.C,设置各项参数,使调节器工作在比例P调节器状态,此时系统处丁开环状态.实时曲线如下列图所示： 图 6P 调节曲线 二比例积分PI调节器限制 在积分限制中,限制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系.对一个自 动限制系

15、统,如果在进入稳态后存在稳态误差,那么称这个限制系统是有稳态误差的或简称有差系统SystemwithSteady-stateError.为了消除稳态误差,在限制器中必须引入“积分项.积分项对误差取决丁时间的积分,随着时间的增加,积分项会增大.这样,即便误差很小,积分项也会随着时间的增加而加大,它推动限制器的输出增大使稳态误差进一步减小,直到等丁零.因此,比例+积 分PI限制器,可以使系统在进入稳态后无稳态误差. 在比例调节器限制实验的根底上,待被调量平稳后,参加积分“I作用,观察被限制量能否回到原设定值的位置,以验证系统在 PI 调节器限制下没有余差.固定比例 P 值中等大小,然后改变积分时间

16、常数 I 值,观察加扰动后被调量的动态曲线如图 7. 1DD.U1DD.U 000000 BU.UBU.U AnnAnn fA. /、 1 11 1111 *一 1 r1- 1j1j 1 1 1 1 1t1t 1i1i .PID 调节 PID 限制器的参数整定是限制系统设计的核心内容.它是根据被控过程的特 性确定 PID 限制器的比例系数、积分时间和微分时间的大小.PID 限制器参数整 定的方法很多,概括起来有两大类：一是理论计算整定法.它主要是依据系统的数学模型,经过理论计算确定限制器参数.这种方法所得到的计算数据未必可以直接用,还必须通过工程实际进行调整和修改.二是工程整定方法,它主要依赖

17、工程经验,直接在限制系统的试验中进行,且方法简单、易丁掌握,在工程实际中被广泛采用.PID 限制器参数的工程整定方法,主要有临界比例法、反响曲线法和衰减法.三种方法各有其特点,其共同点都是通过试验,然后根据工程经验公式对限制器参数进行整定.但无论采用哪一种方法所得到的限制器参数,都需 要在实际运行中进行最后调整与完善. 在比例调节器限制实验的根底上,待被调量平稳后,引入积分“I作用,使被调量回复到原设定值.减小 P,并同时增大 I,观察加扰动信号后的被调量的动态曲线,验证在 PI调节器作用下,系统的余差为零.在 PI 限制的根底上加上适量的微分作用“D,然后再对系统加扰动扰动幅值与前面的实验相

18、同,比拟所得的动态曲线与用 PI 限制时的不同处.选择适宜的 P、I 和 D,调节后的曲线如图 8 所示. 一般言之,用比例P 调节器的系统是一个有差系统,比例度 a 的大小不仅会影响到余差的大小,而且也与系统的动态性能密切相关.比例积分PI调 节器,由丁积分的作用,不仅能实现系统无余差,而且只要参数 a,Ti 调节合理,也能使系统具有良好的动态性能.比例积分微分PID调节器是在 PI 调节器的根底上再引入微分 D 的作用,从而使系统既无余差存在,乂能改善系统的动态性能快速性、稳定性等. A 1111 X1-1 1 五、心得体会 为期一周的工程实训顺利结束了,这次的主要任务是利用 THJ-2 型过程限制实验装置为硬件根底做锅炉内胆水温限制系统实验分析,采用 MCGS 组态软件 在上位机实现显示和限制.通过本次工程实践,来熟悉工业过程限制的限制流程以及其限制原理. 由于我是学的电气自动化方向,对于过程限制这门学科来说是初次接触,所以当接到这个实训任务的时候都有点担忧,怕不能按时完成老师指定的任务.但在实习过程中通过唐老师的耐心讲解和同学们的帮助下顺利完成了