过程控制设计实验报告压力控制.doc

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1、目次第一章进程操纵仪表课程计划的目标.11.1计划目标.11.2课程在教学方案中的位置跟感化.1第二章液位操纵零碎试验局部.22.1操纵零碎工艺流程.22.2操纵零碎的操纵请求.42.3零碎的试验调试.5第三章水箱压力操纵零碎计划.73.1弁言.3.2零碎总体计划.12133.3零碎软件局部计划.16总结.第四章播种、领会.243.419参考文献.25第一章进程操纵仪表课程计划的目标意思1.1计划目标本课程计划要紧是经过对典范产业消费进程中罕见的典范工艺参数的丈量办法、旌旗灯号处置技巧跟操纵零碎的计划，控制测控工具参数检测办法、变送器的功用、测控通道技巧、履行器跟调理阀的功用、进程操纵仪表的P

2、ID操纵参数整定办法，进一步增强对讲堂实际常识的了解与综合应用才能，进而进步先生处置实践工程咨询题的才能。根本请求如下:1.控制变送器功用道理，能选择公道的变送器范例型号；2.控制履行器、调理阀的功用道理，能选择公道的器件范例型号；3.控制PID调理器的功用道理，实现响应的压力、流量、液位及温度操纵零碎的总体计划，并画出操纵零碎的道理图跟零碎要紧次序框图。4经过对一个典范产业消费进程如煤气脱硫工艺进程进展剖析，并对此中的一个参数如温度、压力、流量、液位计划其操纵零碎。1.2课程计划的根本请求本课程计划是为进程操纵仪表课程而开设的综合实际教学环节，是对古代检测技巧、主动操纵实际、进程操纵仪表、盘

3、算机控制技巧等后期讲堂进修内容的综合应用。其目标在于培育先生综合应用理论常识来剖析跟处置实践咨询题的才能，使先生经过本人入手对一个产业进程操纵工具进展仪表计划与选型，增进先生对仪表及其实际与计划的进一步认识。课程计划的要紧义务是计划产业消费进程常常碰到的压力、流量、液位及温度操纵零碎，使先生将实际与实际无机地联合起来，无效的稳固与进步实际教学后果。课程计划要紧是经过对典范产业消费进程中罕见的典范工艺参数的丈量办法、旌旗灯号处置技巧跟操纵零碎的计划，控制测控工具参数检测办法、变送器的功用、测控通道技巧、履行器跟调理阀的功用、进程操纵仪表的制参数整定办法，进一步增强对讲堂实际常识的了解与综合应用才

4、能，进而进步先生处置实践工程咨询题的才能。根本请求如下:PID控1.控制变送器功用道理，能选择公道的变送器范例型号；2.控制履行器、调理阀的功用道理，能选择公道的器件范例型号；3.控制PID调理器的功用道理，实现响应的压力、流量、液位及温度操纵零碎的总体计划，并画出操纵零碎的道理图跟零碎要紧次序框图。4经过对一个典范产业消费进程如煤气脱硫工艺进程进展剖析，并对此中的一个参数如温度、压力、流量、液位计划其操纵零碎。第二章液位操纵零碎试验局部2.1操纵零碎工艺流程液位操纵零碎装置由三个一样巨细的容器、液位检测变送仪表及履行机构构成，配套的仪表屏上装置了配有带衔接旌旗灯号插座孔的全部工艺进程模仿流程

5、图、调理操纵仪表、手操器、表现仪表等。工艺进程模仿流程图如图2.1所示。图2.1带衔接旌旗灯号插座孔的液位装置工艺模仿流程图上图2.1中，标有字母的方块为种种仪表，为各仪表输入、输入旌旗灯号的单线接插件的插座孔，插孔。此中:C：操纵器调理器。该装置配有三个单回路调理器C1、C2跟C3，操纵输入旌旗灯号为420mA，每个调理器设有三对插座孔，插孔。PV孔为丈量值输入，SV孔为外设定输入或阀位反应旌旗灯号输入，O孔为调理器输入。R：记载仪为无纸3通道记载仪，输入旌旗灯号420mA，此中R1孔为1号通道，R2孔为2号通道，R3孔为3号通道。每个通道有两个插座孔，此中上孔接变送器来的旌旗灯号，下孔用来

6、转接到其余仪表作为输入信号，留意不克不及接错。HT：液位变送器。液位变送器为LSRY或LSRT，1#3#输入量程均为0100mmH2O，变送输入为420mA。VL：电子式电动调理阀为电子小流量调理阀，电动调理阀输入420mA电流旌旗灯号，对应阀门输入开度0100%。V12跟I12：两路电压/电流转换器。此中V1为第1路电压输入旌旗灯号端，I1为第1路电流输入旌旗灯号端，V2为第2路电压输入旌旗灯号端，I2为第2路电流输入旌旗灯号端，O上孔插孔接电压/电流转换器来的正旌旗灯号，下孔插孔接电压/电流转换器来的负旌旗灯号，不克不及接错。三级串联水箱如图2.2所示，它由三个水箱构成，稳压水由两路经过电

7、动调理阀VL1跟VL2以及手动阀V1V6，分不流入三个水箱。调理阀VL1跟VL2能够一个作为操纵回路的履行机构，另一个用于发生扰动旌旗灯号。假定以进入水箱的水流量作为输入量，水位作为其输入量，那么每一个水箱能够当作是一阶惯性环节的被控工具。当VL1作为操纵回路履行机构，经过手动阀V1、V3跟V5的翻开封闭差别组合使水箱形成差别阶次的被控工具。选择第3个水箱的液位H3作为被调变量，封闭手动阀V1跟V3，只翻开V5，那么构成一阶被控工具；封闭手动阀V1跟V5，只翻开V3，使两个水箱串联，那么两个惯性环节串联形成二阶被控工具；封闭手动阀V3跟V5，只翻开手动阀V1，使三个水箱串联，那么三个惯性环节串

8、联形成三阶被控工具。所以，第一个水箱的液位H1跟第二个水箱的液位H2也能够作为被调变量，形成二阶或一阶被控工具。图2.2液位操纵零碎试验装置道理图2.2操纵零碎的操纵请求1.单回路液位操纵零碎单回路液位操纵零碎是由以下4局部构成的：1被控工具水箱；2电子阀；3液位变送器；4PID智能调理器等构成。它们衔接成操纵零碎的方框图如图2.3所示。图2.3单回路液位操纵零碎方框图图2.3中被控工具是三级串联的水箱，被操纵量是水箱的液位Hs，调理参数是流入水箱的水流量Q，水箱液位由液位变送器检测失掉液位反应旌旗灯号Hf，它跟液位设定旌旗灯号Hs进展比拟，失掉偏向旌旗灯号Hi，调理器对输入偏向Hi进展PID

9、运算，输入变更量u操纵旌旗灯号，操纵电子调理阀门的阀位，改动调理参数Q，使被调参数H坚持在设定值。此中f为零碎扰动旌旗灯号。操纵请求：稳态偏差在2%以内，呼应时刻少于100s2.双回路串级操纵串级PID操纵确实是将两个PID操纵器串联在一同，操纵一个履行阀，实现定值操纵。在年夜少数操纵状况下，主操纵器采纳比例、积分、微分操纵，副操纵器采纳比例或许比例、积分操纵。图2.4是水箱液位串级操纵零碎的方框图。有主、副两个操纵回路，主、副调理器相串联任务，此中主调理器有本人独破的给定值Hs，它的输入U1作为副调理器的给定值，副调理器的输入u2操纵履行器，以改动主参数H1。PID智能调理器f2f1给定量H

10、se1u1e2u2H2H12#/3#水箱主调理器副调理器电子阀1#水箱+-液位变送器1液位变送器2/3图2.4串级液位操纵零碎方框图此中，Hs是主参数的给定值，H1是被控的主参数，H2是副参数，f1是感化在主工具上的扰动，f2是感化在副工具上的扰动。液位串级操纵零碎存在两个调理器、两个闭环回路跟两个履行工具，由于着眼点差别，使得主调理器跟副调理器的操纵法则选择纷歧样。设置副回路的目标要紧是为了进步主变量的操纵品质，因而，副回路存在疾速抗搅扰的功用，起着“粗调跟“先调的感化，对副变量自身不严厉的请求。因而，副操纵器普通只选择比例或比例积分感化，而主变量是需求严厉操纵的，主操纵器常采纳比例积分或许

11、比例积分微分操纵器。操纵请求：呼应时刻跟稳态偏差都要尽能够的小，静态呼应曲线濒临理想曲线，超调量20%，调理时刻Ts100s，余差5%零碎的试验调试(1)按计划好的线路图接线，断定无误前方可合上电源。(2)依照讲义请求设置PID智能操纵调理器操纵参数包含二级参数。(3)先设定主、副调理器的操纵法则、PID参数。智能调理器1主给定量SV设为100，智能调理器2设定为外给定。翻开手动阀1，回水阀1打开50%，启动水泵1并运转零碎。在上位监控零碎不雅看液位串级进程操纵系统的输入特征。该零碎为庞杂零碎，用工程的办法重复调剂零碎静态、静态特征满意请求为止。此中PID参数调理依照以下原那么PID参数，直到

12、对于液位零碎：P%20-80，I分1-5参数整定寻最准确，从小到年夜次序查先是比例后积分，最初再把微分加曲线振荡非常频仍，比例度盘要缩小曲线沉没绕年夜湾，比例度盘往小扳曲线偏离复兴慢，积分时刻往下落曲线动摇周期长，积分时刻再加长曲线振荡频率快，先把微分落上去动差年夜来动摇慢。微分时刻应加长幻想曲线两个波，前高后低4比1一看二调多剖析，调理品质不会低(4)记载各个参数主回路T0=3s,P=50,I=40,D=5,Kp=2,Ki=0.3,Kd=5/3副回路T0=3s,P=100,I=45,D=3,Kp=1,Ki=2/15,Kd=0.5终极调理到达的后果：调理时刻90s；超调量0.16；余差0.02

13、第三章水箱压力操纵零碎计划择要本文计划了以PC机为上位机、AT89C51单片机为下位机，并辅之以传感器、变频器以及相干接口部件的二级集散压力操纵零碎。侧重引见了基于TLC2543单片机的数据收罗与处置零碎。1、弁言本课题来自某管道的流量、液位操纵零碎，要紧研讨的是基于单片机的压力参数的操纵跟调理，即以单片机为调理器，辅佐以配套的A/D,D/A转换单位及电路，经过履行数字PID次序实现主动调剂。图1为该压力操纵零碎简图，这是一个单回路反应操纵零碎，操纵的义务是使水箱的压力即是某定值，减小或消弭来自零碎外部或外部扰动的妨碍。交换电念头动员齿轮泵经过阀1向下水箱供水，调理阀2使之同时向外排水，到达被

14、控压力参数的静态调剂。单回路操纵零碎因为结构庞杂、投资小、操纵便利、且能满意普通消费进程的请求，故它在进程操纵中失掉普遍应用。当一个单回路零碎计划装置停当之后，操纵品质的优劣与操纵器参数的选择有着非常年夜的关联。适宜的控制参数，能够带来称心的操纵后果。反之，操纵器参数选择的不适宜，那么会使操纵质质变坏，达不到预期的后果。因而，当一个单回路零碎搭建好以后，怎样整定好操纵器的参数是一个非常主要的咨询题。图1单容水箱压力操纵零碎简图2、零碎总体计划2.1单片机监控零碎的感化跟功用该零碎实现操纵功用的要紧单位是一个基于单片机的压力操纵零碎，其结构框图如图2所示。要紧构成局部有：基于分散硅传感器的压力检

15、测单位、A/D转换单位、以AT89C51单片机为中心的操纵单位以及调理水箱进水量的变频调速单位详细的任务进程是：设定欲动摇的水箱的液位高度，经过压力检测元件猎取以后水箱的液位压力值，经模/数转换芯片将模仿旌旗灯号转换为数字旌旗灯号，送单片机与设定值进展比拟，失掉偏向旌旗灯号，该旌旗灯号经过调理器做PID运算后，输给变频器一个转速操纵旌旗灯号，经过数/模转换器将变频器调速旌旗灯号由数字旌旗灯号转换成模仿旌旗灯号，因为变频器的输入频率与输入电压成比例，可变的输入频率调剂电念头跟水泵的转速，从而调理流量，到达调理水箱压力的目标。上位机A/D转换器单片机D/A转换器电念头与泵水箱图2单片机操纵零碎结构

16、框图2.2数据收罗与处置零碎检测单位在本试验装置中，数据收罗与处置零碎的义务是将检测元件猎取的以后水箱的实践液位高度转换成响应的电压值，以便单片机将该电压值与设定的电压值进展比拟，从而按所得偏向旌旗灯号进展操纵运算。本试验装置针对压力迟缓变更的模仿旌旗灯号，思索到经济、有用等要素，在原有操纵器的根底上，以AT89C51单片机为中心，应用年夜批的I/O接口，采纳TLC2543串行A/D转换芯片，扩年夜出一个数据收罗零碎。AT89C51单片机是ATEML公司生产的一款经济、高功用单片机，其要紧特征如下：1任务频率为024MHz2两个规范16位准时/计数器332条可编程I/O口线，5此中缀源44K字

17、节快闪ROM,128字节RAM540引足，DIP封装模数转换器选用TI公司的12位串行TLC2543，其辨别率较高，应用开关电容逐次迫近技巧实现A/D转换进程，且采纳的串行输入结构。TLC2543有12个输入通道，有三种输入数据长度，每种数据又能够设定为差别的数据次序(高位在前依然低位在前)。通道的选择、数据格局的设定，基本上经过操纵器向TLC2543写操纵字来实现的。操纵字格局如表1所示。表1操纵存放器中列位界说通道选侧输入数据长度输入数据次序极性选择D7(MSB)D6D5D7D3D2D2D0本装置中液位的丈量采纳的是MPX201ODP型传感器。其任务道理是在单晶硅的根底上分散出P型或N型电

18、阻条，接成电桥。在压力感化下，依照半导体的压阻效应，把压力的变更转换成电阻的变更，经过丈量电路所测的输入电压反应出所受压力的变更，即液位的变更。当硅膜片上遭到压力1P跟2P感化时，因为它们对膜片产生的压力恰好相反，因而感化在膜片上的压力进展压差丈量。P=P?P从而能够试验中详细的丈量方法为氛围管传感方法：将一根管子竖直破起，其一端放于液体容器中，另一端完整放开，那么在管子外面的液面与容器中的是完整一样的。假定将管子的上端封住接到MPX201ODP的压力面，管子内就会留有必定体的气体。当容器内液位变更时，管内氛围的压力将会成比例地变更，那么MPX201ODP传感器的压力面会将其所感知的压力变更传

19、递给TLC2543串行A/D转换芯片，将该压力的变更转换成电旌旗灯号。2.3PID操纵器计划惯例PID操纵作为一种传统的操纵办法，综合了对于零碎的过来I、如今P跟将来D三方面信息，以其盘算量小、及时性好、易于实现等长处普遍应用于进程操纵中。PID有两种根本结构，即完整微分型PID跟不完整微分型PID。不完整微分型PID又有三种变异法。为了到达最优的操纵后果，PID调理参数K比例增益、pT微分时刻、T积分时刻以及微分增益r必需公道设置。di因为本试验装置的进程操纵存在惯性年夜、滞后时刻长等特色。-t实际证实，对于存在Ke/(1+T1+T2S)特色的操纵工具，PID是一种最优操纵。但惯例PID算法

20、的积分系数是一个常数，实践上是一个兼顾多少个方面的折中值。从尽快消弭操纵零碎的静态偏差的角度思索，盼望PID算法的积分系数只管的年夜；但从落低操纵进程中超调量的角度思索，又盼望PID操纵算法的积分系数只管的小。因而在本试验装置的操纵零碎中，咱们采纳变速积分PID算法，依照操纵零碎的以后形态，静态、公道地改动PID操纵算法的积分常数，以进步操纵品质。3、零碎软件局部计划3.1数据收罗子次序对于串行输入输入数模转换器，在编程应特不留意TLC2543的工作时序，其I/OCLOCK引足接纳串行输入旌旗灯号，在I/OCLOCK的前8个回升沿，DIN引足的8位输入数据存入数据存储器；在I/OCLOCK的第

21、4个下落沿，被选通的模仿输入电压开场向电容器充电，直到I/OCLOCK的最初一个下落沿为止；将前一次转换数据的其余11位输入到DATAOUT端，在I/OCLOCK的下落沿时，数据开场变更；I/OCLOCK的最初一个下落沿，将转换的操纵旌旗灯号传递到外部形态操纵位。因而，TLC2543在每次I/O周期读取到的数据基本上前一次的转换后果，应当抛弃，再读一次，即为以后转换值。数据收罗子次序的次序流程图如图3所示。I/OCLOCK时刻清零图3数据收罗子次序流程图设置串口波特率图4数据传递子次序流程图3.2数据传输子次序串口初始化通道左移4位单片机数据传输子次序的功用是将单片机经过TLC2543收罗将一

22、个字节数据写入SBUF寄功用选择CS封闭到的数据，经过单片机的串行口以一个牢固的波特率发送到PC机。存器中本试验中采纳的是9600b/s的波特率。为庞杂起见，发送数据以6个等候转换终了标记位为1等候TI为1字节为一帧，其传输格局为前16位的同步码，两头16位数据此中功用选择CS开启将TI清零后12位无效，即为零碎收罗到的数据，最初16为CRC校验码。其次序流程图如图4所示。写入通道方法操纵字，并读出6个字节数据是12位数据的高8位3.3PID操纵子次序否发送终了PID操纵次序的进口参数是经A/D转换的实践值，而它的各个读出12位数据的终了系数均由初始化时断定，假定要修正，那么经过单片机操纵屏来

23、实现。PID增量型的出口参数是直截了当输入D/A转换的数值。本计划是将PID操纵作为要紧操纵办法，将其放在初始次序中。不需求时，只需将其进口地点改动即可。PID操纵子次序流程如图5所示。该PID操纵算法的要紧目标是消弭静差跟进步操纵精度，系统短时刻内输入偏向非常年夜会招致操纵量超越履行机构同意的最年夜动作范畴，从而使零碎呈现较年夜的超调量甚致发作零碎振荡。采纳变速积分法依照零碎偏向的巨细改动积分项的累积速率，对进步零碎的品质非常无效。4、零碎其余局部计划上位机跟下位机之间采纳基于RS232C通讯规范的半双工数据通信方法，为进步零碎抗搅扰才能的计划了看门狗电路。文中的数据采集与处置次序、上位机与

24、下位机之间的通讯次序都应用履行效力较高的汇编言语来实现，上位机的人机交互界面与数据输入次序采纳初级言语C来开辟。5、总结本零碎以AT89C51单片机为中心，应用年夜批的I/O接口，采纳TLC2543串行A/D转换芯片，扩年夜出一个数据收罗零碎，在某液压控制试验零碎中失掉了应用，并表示出精良的后果。该基于单片机的过程操纵零碎存在体积小、庞杂有用、本钱低、功用价钱比初等特色，且零碎不易遭到搅扰，牢靠性好，存在非常年夜的市场代价。第四章播种与领会前往经过这一段时代的课程计划，我对水箱压力操纵零碎有了非常年夜的了解。要紧应用了微机道理、单片机道理及应用、DSP道理及应用、盘算机操纵技巧、操纵实际与零碎

25、的等实际常识，控制操纵零碎的设计办法与步调，了解操纵零碎结构的特色、构成跟接口电路，本零碎是基于单片机的汽锅压力操纵，在计划中要紧有压力检测、按键操纵、轮回操纵、压力操纵、表现局部、毛病报警等多少局部构成来实现压力操纵。要紧用压力传感器检测汽锅压力，用三位表现器来实现表现部分，用压力传感器检测汽锅外部压力。同时经过模数转换把这些旌旗灯号送入单片机中。本计划用单片机操纵易于实现压力操纵、并且有造价低、次序易于调试、一局部呈现毛病不会妨碍其余局部的任务、维修便利、等长处。本零碎经过给定值给单片机，然落后展旌旗灯号检测经过D/A转换将模仿量转换成数字量给履行机构进展PID整定，这里采纳的是临界比例度整定办法将调理器置于纯比例感化下，从小到年夜逐步改变调理器的比例度，失掉等幅振荡的过渡进程。失掉响应的比例度跟振荡周期，依照经历公式失掉PID整定下的系数，失掉单位阶跃呼应曲线。参考文献材料1活动操纵零碎主编阮毅陈伯时机器产业出机器产业出初等教导出版社2微型盘算机操纵技巧主编赖寿宏版社3数字电子技巧主编阎石版社4单片机道理及应用主编张毅刚初等教导出机器产业出版社5旌旗灯号剖析与处置主编赵光宙版社6MCS-51系列单片机有用子次序集锦陈巨人清华年夜学出版社