基于流量比值智能仪表控制系统设计

1、安清石薛范苑设计主题基于流量比值智能仪表控制系统设计专业课：10级自动化(一)姓名和学生编号：章雷()刘兆远()许建平()讲师：徐文泉设计时间：2013年6月12日物理和电子工程学院2013年6月12日摘要本文首先分析了比值控制在实际工业生产过程中的意义和重要性，然后提出了流量比值控制系统的设计方案，并在引入MCGS组态软件辅助控制的基础上进行了开发，最后阐述了系统调试的原理和步骤。AI808智能仪表用于控制锅炉液位与进水流量的比值，组态软件MCGS用于实现上位机的实时组态和现场监控。根据系统的技术要求和实际需求，提出了流量比控制的设计方案和硬件实现，并着重介绍了工控组态软件在计算机流量比控制

2、系统设计和开发中的应用。实际运行结果表明，该系统不仅可以根据不同的比例关系进行控制，而且使主从动量具有很强的抗干扰能力，具有一定的实际应用价值。关键词：比例控制，MCGS组态软件，AI-808智能调节器摘要摘要：本文分析了实际工业过程流量比控制的意义和重要性，然后提出了流量比控制系统的设计方案，并在此基础上介绍了MCGS为辅助控制而开发的方案，最后阐述了系统调试步骤的原理。AI808智能水位表的锅炉-水流量比控制MCGS上位机在现场实时组态、监控、组态软件。本文根据系统的技术要求和实际需要，提出了流量比控制的设计和实现方案，并着重介绍了工控组态软件在流量比控制系统设计和开发中的应用。结果表明，

3、该系统不仅能实现不同的速比控制，而且能使主副动量具有很强的抗噪声动态能力。具有一定的实际应用价值。关键词：比率控制；MCGS组态软件；AI-808智能调节器目录摘要二抽象三1导言61.1导言61.2智能仪器的研究现状和发展趋势61.2.1智能仪器的研究现状61.2.2智能仪器发展概述61.2.3智能仪器的发展趋势61.3组态软件MCGS 7的基本原理及简介2牵引力控制系统82.1工作原理82.1.1比率控制系统概述82.1.2比率控制系统的特性82.1.3比率控制系统的类型82.1.4比率系数9的计算2.2比率控制系统的设计92.2.1系统结构92.2.2控制系统92.3系统方案设计103控制

4、系统的总体方案和硬件实现103.1控制对象和流程103.2硬件实施103.3总体规划113.4电脑和智能调节器之间的连接123 . 4 . 1电脑与单个智能调节器之间的连接103 . 4 . 2电脑和多个智能调节器之间的2PC连接103.4.3PC调试PC机与智能调节器10之间的串行通信3.5控制对象和流程133.6智能仪器参数设计134基于MCGS 15的配置界面设计4.1软件总体设计164.2智能仪表与PC机16通信软件的设计4.3系统监控界面设计185总结和展望19参考文件211导言1.1导言随着科学技术的飞速发展，人们对过程控制提出了越来越高的要求。在许多生产过程中，需要将两种或两种以

5、上的物流按一定的比例混合进行化学反应，对物料比例的要求变得非常严格。如果比例不符合要求，如果比例失衡，产品质量将达不到要求，造成损失甚至事故。例如，在制药过程中，为了提高药物疗效，需要在组分药物中加入注射液，而生产过程要求混合药物和注射液的含量必须达到要求的比例，否则药物疗效会降低，达不到要求。研究速比控制系统是十分必要的，对提高速比控制的精度和水平具有深远的意义。在过程控制实验装置上用人工智能调节器和PC机组成计算机控制系统，配合教学完成各种复杂的控制实验。这种设计方案也广泛应用于许多中小企业，具有重要的理论意义和实用价值。1.2智能仪器的研究现状及发展趋势1.2.1智能仪器的研究现状智能仪

6、器的出现极大地拓展了传统仪器的应用领域。智能仪器以其体积小、功能强、功耗低的优点，被广泛应用于家用电器、科研企业和工业领域。1.2.2智能仪器发展概述20世纪80年代以后，微处理器被用于仪器中，仪器的前面板开始向键盘方向发展。测量系统通常通过IEEE488总线连接。已经开发了不同于传统独立仪器模式的个人仪器。20世纪90年代，仪器仪表的智能化表现在以下几个方面：微电子技术的进步对仪器仪表的设计产生了更加深远的影响；随着微机的发展，仪器仪表有了更强的数据处理能力；图像处理功能的增加非常普遍；VXI公共汽车被广泛使用。近年来，智能测控仪器发展迅速。国内市场出现了多种智能测控仪表、自动补偿压差的智能

7、节流流量计、可编程控温的智能多级温度控制器、可实现数字PID和各种复杂控制规律的智能调节器、可分析处理各种光谱图的智能色谱仪。1.2.3智能仪器的发展趋势(1)小型化微智能仪器是指微电子技术、微机械技术和信息技术在仪器生产中的综合应用，使仪器成为体积小、功能齐全的智能仪器。它不仅具有传统仪器的功能，而且在自动化技术、航空航天、军事和医疗领域发挥着独特的作用。(2)多功能多功能本身就是智能仪器仪表的一个特点。多功能集成产品不仅具有比专用脉冲发生器和频率合成器更高的精度等性能，而且在各种测试功能上提供了更好的解决方案。(3)人工智能人工智能是计算机应用的一个新领域，它利用计算机来模拟人类的智能，应

8、用于机器人学、医学诊断、推理等方面。智能仪器的进一步发展将包含一些人工智能，即取代部分人类脑力劳动，从而在视觉图形和颜色阅读、听觉语音识别和语言理解、思维推理、学习和联想等方面具有一定的能力。显然，人工智能在现代仪器仪表中的应用使我们不仅能够解决一类用传统方法难以解决的问题，而且能够解决用传统方法根本无法解决的问题。(4)总结智能仪器是计算机科学、电子学、人工智能、超大规模集成电路等新兴技术与传统仪器技术的结合。随着专用集成电路、个人仪器和其他相关技术的发展Mcgs(监控生成系统)是一套基于视窗平台的组态软件系统，用于快速构建和生成上位机监控系统，并能在微软视窗95/98/NT/2000等操作

9、系统上运行。MCGS5.1为用户解决实际工程问题提供了一个完整的解决方案和开发平台，可以完成当前数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、过程控制、动画显示、趋势曲线和报告输出、企业监控网络等功能。在传统过程控制中人工监控和调节的基础上，增加了MCGS组态软件进行辅助控制，具有自动监控和调节功能。它可以完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、过程控制、动画显示、趋势曲线和报告输出等。设计步骤如下：(1)建立项目。(2)配置设备。设备配置的目的是实现上位机和下位机之间的通信，即实现计算机和智能仪器之间的连接。为数据采集配置数据变量，通过设备窗口控制输出连接和驱动设备。(3)构建

10、数据库。要求与设备所需的数据库一致。此窗口将不同类型和名称的变量定义为数据采集、处理、输出控制、动画连接和设备驱动的对象。(4)制作一幅图片，并在用户窗口中实现。主要用于工程中人机交互界面的设置，如：生成水位变化的动画显示画面、报警输出、数据和曲线图等。(5)定义动画链接。动画链接是将动画与数据库变量连接起来，当数据库变量发生变化时，可以显示动画。(6)报警系统。当数据对象的值或状态改变时，实时数据库判断相应的数据是否发出警报，并将生成的警报信息通知系统的其他部分。(7)运行和调试。完成上述步骤后，您可以在通过配置检查后进入运行环境进行调试。2比率控制系统2.1工作原理比率控制分为三种类型：环

11、比率控制、单闭环比率控制和双闭环比率控制。开环比率控制的控制方案是最简单的。单闭环比例控制系统是为了克服开环比例控制方案的缺点而设计的，开环比例控制方案的缺点是主流不构成闭环控制。该系统的采样单闭环比值控制方案。2.1.1比率控制系统概述比例控制系统是一种物料量随另一种物料量变化的自动调节系统。根据实际生产过程的不同要求，常用的速比控制系统包括固定速比控制系统和可变速比控制系统。其特征是保持主流F1与二次流F2的比例恒定。比率计算块的参数在计算和设置后不会改变，过程所需的实际流量比k将是固定的；当主流F1改变时，比率控制回路快速跟随和跟踪，使得二次流F2=k*F1之间的关系改变，并且F2和F1

12、之间的比例关系被严格保持。次级回路任务是克服干扰并确保主控制器输出设定的比率系数，而主回路的任务是确保代表产品质量指标的主控制变量是恒定的，且可变比率控制系统中的主控制变量必须是可连续测量的。2.1.2比率控制系统的特性比例控制系统的特点是将两种或两种以上的物料保持一定的比例。在保持一定比例的物料中，主导物料被称为主要物料，也称为有效量，因为在过程控制中经常保持比例的参数是流量，通常用Q1表示；另一种物质随着主物质的变化而成比例地变化，这种物质被称为从物质，也称为从动量，这通常由Q2表示。两种材料的比例系数可以设置为K，那么K=Q1/Q22.1.3比率控制系统的类型在生成比例控制系统的过程中，

13、对过程允许负荷、干扰和产品质量的要求是单闭环比例控制是指燃烧过程的单闭环比例控制系统，其中主流是燃料，二次流是空气。由FMT测量的主流量被转换成标准信号，该标准信号乘以比率系数K，并用作辅助流量控制系统中受控变量Fs的给定值。这样，可以保持一次流和二次流之间的比例关系。从系统结构看，单闭环比例控制系统似乎与串级控制系统相似。但是它们的框图不同，功能也不同。单闭环速比控制系统的框图如图2-1所示。图2-1单闭环比率控制系统框图从图2-1可以看出，没有主对象和主调节器，这是单闭环比例控制系统和级联结构的区别。串级中的二次变量是调节变量和控制变量之间的总对象的中间变量，而二次流量不影响主流量的比例，这是两者之间的本质区别。(2)双闭环比值控制系统在主流量也需要控制的情况下，如果增加一个主流量闭环控制系统，单闭环比例控制系统将变成双闭环比例控制系统，如图2-2所示图2-2双闭环比例控制系统框图双闭环比率控制系统主要用于总流量需要频繁调整的情况(即过程负荷增加和减少)。没有这个要求，两个独立的闭环控制系统可以保持两个流量之间的比例关系，而这种比例关系不能只在动态过程中得到保证。2.1.4比率系数计算流量比和仪器中设置的比值系数