过程控制综合实习(共26页)399.pdf

一、实习环境(hunjng)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(cl)驱动泵,控制信号输入:420mADC或 05VDC,供电：单相 220VAC。2.调节阀：本装置(zhungzh)采用的电动调节阀是由是 Honeywell 的ML7420A6033型电动(din dn)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（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+100，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.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：长宽高=60cm35 40。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(gul)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(kui s)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(jnxng)控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，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(txng)测试 1.液位变送器 液位（cm）0 4 8 12 16 20 23.5 信号（mA）4.33 5.49 6.77 8.05 9.28 10.51 11.65 量程(lingchng)为：049.3cm 2.温度(wnd)变送器 温度（）20.6 21.2 22.6 23.0 24.1 25.0 26.0 信号(mA）7.13 7.24 7.45 7.52 7.69 7.84 8.00 温度（）27.0 28.0 29.0 30.0 31.0 32.0 33.0 信号（mA）8.16 8.30 8.45 8.62 8.27 8.92 9.07 量程(lingchng)为：3.5490.74 3.流量(liling)变送器 流量（L/h）122 240 292 520 620 信号（V）1.48 1.95 2.16 3.05 3.48 流量（L/h）710 780 825 900 970 信号（V）3.84 4.13 4.29 4.6 4.88 量程(lingchng)为：1.481006.73H/h 三、单回路(hul)集成 1.框图(kungt)：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(dioyng)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。描述(mio sh)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(shxin)了完整的 PID 控制器。下文(xiwn)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：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_OFF PV_FAC 的默认值为 1，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、PI、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(shyng)手动选择的值更正操作变量。积分器(INT)内部设置为 LMN-LMN_P-DISV，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(cozu)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(tngy)LMNLIMIT 输出的格式：LMN=(LMNLIMIT 的输出(shch)*LMN_FAC+LMN_OFF LMN_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：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 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 不使用出错输出参数 RET_VAL。CONT_C方框图 输入(shr)参数 下表包含对 SFB 41/FB 41 CONT_C输入参数(cnsh)的说明。参数(cnsh)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(shzh)输入 COM_RST 时 自动执行的初始化程序。MAN_ON BOOL TRUE MANUAL VALUE ON 如果设置输入启用手动值，将中断控制(kngzh)回路。手动值 作为操作值进行设置。PVPER_ON BOOL FALSE PROCESS VARIABLE PERIPHERAL ON 如果(rgu)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(sun f)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 PID算法中单独 激活或取消激活 PID操作。如果设置输入(shr)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 INTEGRAL ACTION 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 DERIVATIVE 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。CYCLE 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(binling)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。PV_PER WORD W#16#0000 PROCESS VARIABLE PERIPHERAL 将 I/O格式(g shi)的过程变量连接到 过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 VALUE 手动值输入用于通过操作员界面功能(gngnng)设置手动 值。GAIN REAL 2.0 PROPORTIONAL GAIN 比例值输入(shr)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。TM_LAG TIME=CYCLE/2 T#2s TIME LAG OF THE DERIVATIVE ACTION D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 VALUE 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 VALUE LOW LIMIT 操作值始终受 上限和下限(xixin)的限制。操作值 下限输入指定 下限。PV_FAC REAL 1.0 PROCESS VARIABLE FACTOR 过程变量因子(ynz)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(shr)与过程变量相加。该输入用于 调整过程变量范围。LMN_FAC REAL 1.0 MANIPULATED VALUE FACTOR 将操作值因子(ynz)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 VALUE 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_ITLVAL REAL-100.0至+100.0 (%)或物理值 2)0.0 INITIALIZATION VALUE 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 VARIABLE 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 LMN REAL 0.0 MANIPULATED VALUE 有效的操作(cozu)值为 操作值输出处 的浮点格式输出。LMN_PER WORD W#16#0000 MANIPULATED VALUE PERIPHERAL 将 I/O格式的操作值 连接(linji)到操作值外设 输出的控制器。QLMN_HLM BOOL FALSE HIGH LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED 操作值始终(shzhng)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 BOOL FALSE LOW LIMIT OF MANIPULATED VALUE REACHED 操作(cozu)值始终受 上限和下限的限制。如果输出为达到 操作值下限，则表明已 超过下限。LMN_P REAL 0.0 PROPORTIONAL COMPONENT 比例组件输出 包含操作变量的比例 组件。LMN_I REAL 0.0 INTEGRAL COMPONENT 积分组件输出包含 操作值的积分 组件。LMN_D REAL 0.0 DERIVATIVE COMPONENT 微分组件输出包含 操作值的微分 组件。PV REAL 0.0 PROCESS VARIABLE 有效过程变量为 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(binling)表参数 （1）液位变量(binling)表 DB41.DBX 0.1是手动自动转换(zhunhun)DB41.DBD 20 是比例值 DB41.DBD 24 是积分(jfn)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（2）流量变量表 DB41.DBX 0.1是手动自动(zdng)转换 DB41.DBD 20 是比例值 DB41.DBD 24 是积分时间常数(sh jin chn sh)DB41.DBD 28 是微分时间常数 DB41.DBD 9 是采样(ci yn)周期 DB41.DBD 44 是最低下限值 DB41.DBD 16 是初值 4.I/O地址(dzh)：（DB41）PV_PERPIW752 LMN_PERPQW752 5.STL程序：（1）液位 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:=PQW752 QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P :=LMN_I :=LMN_D :=PV :=ER :=NOP 0（2）流量(liling)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:=PQW752 QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P :=LMN_I :=LMN_D :=PV :=ER :=NOP 0 6.阶跃响应(xingyng)曲线：(1)液位 （2）流量(liling)7.外部(wib)接线图：变频器单容液位控制(kngzh)实验接线图 变频器流量控制(kngzh)实验接线图 四、液位-流量(liling)串级控制系统 1.框图(kungt)：2.STL程序(chngx)CALL CONT_C,DB42 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:=PQW752 QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P :=LMN_I :=LMN_D :=PV :=ER :=NOP 0 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 :=PIW754 MAN :=GAIN :=TI :=TD :=TM_LAG :=DEADB_W:=LMN_HLM:=LMN_LLM:=PV_FAC :=PV_OFF :=LMN_FAC:=LMN_OFF:=I_ITLVAL:=DISV :=LMN :=DB42.DBD6 LMN_PER:=QLMN_HLM:=QLMN_LLM:=LMN_P :=LMN_I :=LMN_D :=PV :=ER :=NOP 0 3.变量(binling)表参数：DB41.DBX 0.1是手动自动转换(zhunhun)DB41.DBD 20 是比例值 DB41.DBD 24 是积分时间常数(sh jin chn sh)DB41.DBD 28 是微分时间常数 DB41.DBD 9 是采样(ci yn)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(zdng)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(dzh)：(DB42)PV_PERPIW752 LMN_PERPQW752(DB41)PV_PERPIW754 LMNDB42.DBD 6 5.内外(niwi)环曲线：6.外部(wib)接线图：水箱液位与变频器支路(zh l)流量串级控制实验接线图 五、液位-流量(liling)串级控制 Wincc 组态流程图 变量(binling)定义与 PLC 变量相互对应的格式与地址 操作(cozu)截图：控件名称(mngchng)：Tlg Online Trend 用 Tlg Online Trend 控件来显示流量(liling)变化和液位变化 控件属性(shxng)截图 六、心得体会 内容摘要 （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）操作值 使用 LMNLIMIT 功能可以将操作值限制为所选择的值（3）CPR_OUT 功能根据以下公式将浮点值 LMN转换为外设值：前馈控制 可以在 DISV 输入前馈干扰变量（4）该输入 用于调整操作值 范围