自动化实习报告.docx
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自动化实习报告
参观部分：
天津职业技能公共实训中心，隶属于天津市人力资源和社会保障局，位于天津中心城区和滨海新区连接的核心区域。
实训中心按照"需求导向、高端定位、训为企用、校企共享、技能就业、公共服务"的工作思路，突出职业技能培训、职业技能鉴定、职业技能竞赛、职业标准研发、培训模式创新、职业能力展示等六大核心功能，面向企业、院校和社会各界提供公共实训和技能鉴定服务以及承接各级各类职业技能竞赛，是设施最好、规模最大、功能最完善的高技能人才培养基地。
建有现代制造技术、现代控制技术、现代物流技术、现代电子技术、焊接技术、信息技术和创意设计等七个实训领域。
上午我们一行人来到了天津职业技能实训中心进行参观。
一来对我们所学知识的应用场景作出了解；二来使我们对自动化在现代加工制造业、现代物流仓储、现代控制、仿真设计以及新能源等领域的广泛应用作出了解。
在实训中心工作人员的带领下，我们参观了与自动化专业息息相关的各种实验室和仿真中心，除此之外还参观了模拟的包装生产线以及先进的数控设备、车床、铣床和立体仓储系统。
参观过程中，我对液位控制系统印象深刻。
本系统是一套全新的关于数字仪表的典型应用，是与传统的模拟仪表相对应，其核心部分是Honeywell数字调节器，它具有比模拟仪表更可靠、高效、简单、通用等特点，其突出优越性体现在数字化及易于通信的特点。
本系统还配备了数字/光柱显示仪表，数字流量显示仪表等，基本实现了整个系统的数字化。
另外，本系统具有远程通讯功能，可以实现远程监控，符合了现代工业控制的信息化，数字化的趋势。
检测变送单元
本系统应用的检测变送元件是DBC型电动差压变送器，本仪表在测量和自动调节系统中作检测环节，与节流装置配合可连续测量液体、蒸汽或气体流量还可以测量液体、蒸汽或气体的压力，压差，和两个不同比重液体的界面，并将被检测量的变化转变成为4-20mADC，统一电流信号输出，它与各种调节器及其其它仪表，如工业巡回检测装置等可组成自动检测，记录，调节，控制等工业自动化系统。
主要技术指标如下：
1、输出电流：
4—20mADC二线制传输
2、来回变差：
≤允许基本误差的绝对值
3、负载电阻250Ω；接负载的导线电阻≤100Ω
数字显示单元
1、输入信号：
电流：
4—20mA输入电阻≤250Ω
2、显示量程：
液位：
0—100mm
调节单元
本系统的控制器采用HoneywellUDC3300通用数字式控制器和HoneywellUDC2300通用数字式控制器。
1、UDC3300其功能及主要技术参数：
1.两个通用模拟量输入，两个回路控制，两种算术运算，两套特性发生器及一个累积器。
2.由于采用最新的AccutuneIITM的模糊逻辑调整技术，在世界所有同类产品中改控制器的性能/价格比最高。
3.采用通用模拟量输入、通用交流供电电源、两个开关量输入、RS422/RS485ASCII或MODBUSRTU通讯技术以及简便的组态过程和在现场进行各种功能选项的功能升级，确保该控制器的使用更为灵活。
4.UDC3300具有更强大的功能，如：
全量程输入精度可达到±0.20％，在现场能标定到±0.05％、通用输入、双回路控制等。
执行单元
本系统采用的是HoneywellML7420电动调节阀（气关），安装在介质输送管道上与调节器或其它仪表配套使用，控制被调介质的流量、压力、等参数，使生产过程按预定的要求正常进行，实现生产过程的自动化。
水槽（被控对象）
本实验系统的被控对象是二个水槽。
可构成一阶对象和二阶对象。
控制系统接线图：
用响应曲线法进行数学建模方法
响应曲线法主要用于测取阶跃响应曲线和矩形脉冲响应曲线。
其中，阶跃响应曲线法应用比较广泛，下面介绍阶跃响应曲线法的具体做法。
在系统开环并处于稳定的情况下，瞬时改变控制器的手动输出，使其输出产生阶跃变化Δp，并同时记录下被控变量y随时间变化的曲线。
如果广义对象是二阶以上的其响应曲线应如图1所示：
从响应曲线的拐点A作一切线，分别交时间轴于B点以及最终稳态值水平线于C点，在过C点引垂线交时间轴于D。
这样，广义对象的特性就可以用一个具有纯滞后时间τ、时间常数T0的一阶惯性环节来近似。
τ为干扰起始点至B点的距离，T0为BD之间的距离。
τ和T0的单位都是分或秒。
这里还需要计算一个无量纲化的放大系数K0：
因此，通过由图直接读出τ、T0、,,再由公式（1-1）求出K0，最后得出传递函数：
G（S）=[K0/（T0S+1）]e-τs（1-2）
阶跃响应曲线能较直观的、完全描述被控过程的动态特性。
实验测试方法易于实现，只要使阀门的开度作一个阶跃变化即可。
实现功能：
液位控制系统参数整定
1、设计一阶单回路控制系统连线图。
2、应用响应曲线法求出一阶单回路控制系统的最佳参数。
3、用调节器手动输出将系统液位稳定，将计算的最佳P参数输入调节器。
4、设置调节器给定值与稳定的液位值相等，并由手动切换到自动，然后，突然改变调节器给定值，加一个固定的给定值扰动。
一般增加10-15mm。
5、记录分析响应曲线，反复实验找出一条4：
1曲线。
6、观察实验得到的多条曲线，分析PID各个参数的影响。
用响应曲线法进行参数整定简介
工程整定方法有很多种，有临界比例度法；衰减曲线法；响应曲线法。
本实验中主要应用响应曲线法,设计一已经通过响应曲线法得出了广义对象的数学模型及参数τ、T0、、K0值，现在我们应用经验公式来求取最佳PID参数。
δ,%
Ti，min
TD，min
P
（K0τ/T0）×100%
___
__
PI
（1.1K0τ/T0）×100%
3.3τ
__
PID
（0.85K0τ/T0）×100%
2τ
0.5τ
表1-1响应曲线法整定控制器参数经验公式（4∶1衰减）
一、实训部分：
（一）、实训系统的详细功能介绍及控制方案介绍：
任务要求
啤酒的口感是啤酒质量的一个重要标志性指标，其影响因素很多，除原料、酿酒工艺、罐装工艺以及各生产环节的卫生处理状况外，杀菌工艺也是一个非常重要的因素。
杀菌工艺不仅影响到啤酒的口味，同时也影响到啤酒的保质期。
因此杀菌工艺是啤酒生产过程中一道非常重要的工序。
目前普遍采用的是巴氏杀菌法，它是一种利用较低的温度既可杀死病菌又能保持物品中营养物质风味不变的消毒法。
巴氏消毒法是法国微生物学家巴斯德为葡萄酒消毒时发明，并以他的名字来命名的一种消毒方法。
指在规定时间内以不太高的温度处理液体食品的一种加热灭菌方法。
根据杀菌温度，处理时间,热冲击和压力变化的能力，啤酒杀菌过程由三个温区组成：
预热区，过热及保温区，冷却区。
加热手段为热蒸汽。
本次课程设计主要对冷却区温度控制系统进行设计，以满足生产工艺要求。
啤酒杀菌流工艺如下
工艺要求：
在实际啤酒杀菌过程中，液位只需要控制在一个理想的范围内即可，主要需要对杀菌过程的温度进行控制，需要实现温度的升温控制、恒温控制、低温控制等。
实现温度控制曲线同时将液位高度控制在一个合理的位置，使得温度控制系统能够正常运行。
项目技能点
1）.熟悉三菱Q系列PLC及其功能模块的使用；
2）.熟悉三菱编程软件GXDeveloper的使用方法；
3）.熟悉啤酒生产中，杀菌工艺的控制实现。
控制方案：
1.液位系统控制方案：
水流经过电动调节阀，手动阀和电磁阀注入杀菌罐中，期间由差压变送器测量液位，并经过PLC中的A/D模块将模拟信号转换为数字信号到PLC，然后再由PLC中的D/A模块将数字信号转换为模拟信号，通过控制电动调节阀开度来控制液位，同时水由Y1阀排出。
系统的被控变量是杀菌罐的液位，控制变量是电动调节阀的开度，控制物质是杀菌罐的进水管流量，所采用的控制器是三菱Q-PLC。
被控对象的输入信号是由PLC的D/A模块提供（模拟量-10-10V），以控制调节阀开度；由差压变送器反馈回来的瞬时液位高度信号（模拟量4-20mA）输入A/D模块。
图1.液位系统控制方案
程序设计
液位单回路系统的程序设计分为以下几大部分：
泵的启动与停止，差压变送器液位信号的采集，PID运算，电动调节阀开度控制电压的输出，泵过载保护。
1）.泵的启动与停止
当按下总启动按钮后，运行灯亮起。
再按下泵启动按钮，进水通道截止阀打开，同时泵启动运行。
当按下停止按钮时，泵停止，截止阀关闭，运行灯灭。
I/O地址分配表输入地址
设备名称
输出地址
设备名称
X23
启动按钮
Y30
运行灯
X24
停止按钮
Y32
泵运行
X22
泵运行按钮
Y47
截止阀
2）.热电阻温度信号的采集与可控硅调压模块控制电压输出的程序实现见附录1。
3）.PID运算
三菱Q系列PLC提供了专门的PID运算指令。
PID运算指令按照算法分为两大类：
不完全微分PID指令与完全微分PID指令。
当被控参数以阶跃函数改变时，微分项仅在第一个采样周期起作用，对于惯性较大的系统其调节作用很小，不能达到超前调节的目的。
所以液位控制系统采用不完全微分PID指令。
不完全微分的运算框图如下。
PID程序执行如下图，分为几个部分：
2、温度系统运行过程
温度系统结构图：
图2温度系统结构图
温度控制回路实现如下：
温度检测由设于罐中的热电偶实现，通过变送器转换为4~20mA信号，输入到PLC的A/D转换模块；经过PLC运算后，从D/A转换模块输出0~5V信号给可控硅交流调压模块，由其控制加热器加热电压给罐中加热，达到温度控制的目的。
与液位控制系统相比，温度控制对象具有更大的时间常数和滞后性。
图3.温度控制系统控制方案
如图2所示，起始时打开进水阀Y2经水泵从水槽开始打水，使罐内液位达到一定高度（没过温度传感器），打开出水阀Y1，调节电动阀使罐内进出水相等（即液位保持在一定高度不变）。
然后加热器开始工作（即加热罐内液体），若罐内的温度与设定值存在偏差，PLC会将此偏差进行处理并输出信号去控制加热器的电压大小，使温度发生变化最终趋于设定值。
系统的被控变量是杀菌罐内的温度，控制变量是加热器的电压，控制对象是温度，所采用的控制器是三菱Q02HCPU。
被控对象的输入信号是由PLC的D/A模块提供（模拟量0-5V），以控制加热器电压的大小来改变加热的温度；由温度传感器反馈回来的瞬时温度信号（温度模拟量4-20mA，液位模拟量-10-10V）输入A/D模块。
温度系统控制曲线
程序设计:
温度单回路系统的程序设计分为以下几大部分：
加热器的启动与停止，热电阻温度信号的采集，PID运算，可控硅调压模块控制电压的输出。
1）.加热器的启动与停止
当按下总启动按钮后，运行灯亮起。
再按下加热器启动按钮，控制加热器电源电压的接触器吸合，加热器启动运行。
当按下停止按钮时，加热器停止加热，运行灯灭。
程序同液位PID控制中泵的启动与停止相同。
输入地址
设备名称
输出地址
设备名称
X23
启动按钮
Y30
运行灯
X24
停止按钮
Y31
加热器运行
X22
泵运行按钮
I/O地址分配表
2）.热电阻温度信号的采集与可控硅调压模块控制电压输出的程序实现见附录1。
3）.PID运算
三菱Q系列PLC提供了专门的PID运算指令。
PID运算指令按照算法分为两大类：
不完全微分PID指令与完全微分PID指令。
当被控参数以阶跃函数改变时，微分项仅在第一个采样周期起作用，对于惯性较大的系统其调节作用很小，不能达到超前调节的目的。
所以温度控制系统采用不完全微分PID指令。
不完全微分的运算框图如下。
PID程序编程分为几个部分：
（1）设置PID控制数据
（2）设置初始化处理标志
（3）设置SV值（给定值）
（4）选择手动/自动模式
（5）读取PV值（测量值）
（6）执行PID运算
（7）输出MV值（控制值）
与液位PID控制系统相同。
不同的是，要实现温升曲线的跟踪，需要进行MV的手自动切换与SV的重新设置。
包括以下三个阶段：
（1）温度上升阶段
温度上升阶段需要保持加热器输出值功率恒定，选择手动模式，按照手动输出值（MVman）给加热器供电。
（2）温度保持阶段
当温度到达设定值后，从手动模式切换到自动模式，执行PID控制，使温度保持在设定值。
定时开始。
（3）温度下降阶段
规定时间到后，关闭加热器，使温度下降。
序编制大体与液位PID控制程序相同，不同之处在于加入手/动转换与SV调节程序。
（2）、检测设备的原理分析及控制设备作用：
本实训系统用到的检测设备有：
差压变送器和热电偶温度变送器
本实训系统用到的控制设备：
三菱Q系列PLC，加热器和水泵。
1.差压变送器原理分析及作用：
差压变送器用于测量液体、气体和蒸汽的液位、密度和压力，然后将其转变成4-20mADC的电流信号输出。
将一个空间用敏感元件（多用膜盒）分割成两个腔室，分别向两个腔室引入压力时，传感器在两方压力共同作用下产生位移（或位移的趋势），这个位移量和两个腔室压力差（差压）成正比，将这种位移转换成可以反映差压大小的标准信号输出。
差压变送器用来测量杀菌罐中液位变化，并将所测得的值转化为4~20mADC的电流信号输出给PLC。
差压变送器在系统中为液位控制系统回路中的测量变送环节。
2.热电偶温度变送器
一体化的温度变送器，集热电偶与变送器为一体，常见的温度变送器是在热电偶接线盒的一个圆形模块，热电偶一般输出时毫伏信号，加一个温度变送器模块就可以把毫伏信号转换成4--20毫安的标准电流信号。
该变送器用来测量杀菌罐中温度变化，并将所测得的值转化为4~20mADC的电流信号输出给PLC。
该变送器在系统中为温度控制系统回路中的测量变送环节。
3.三菱Q系列PLC:
作为控制系统的控制器，负责处理测量变送环节的采集信号并对其进行处理，处理的结果输出给执行器（电磁阀或者加热器）。
4.加热器：
对杀菌罐中的啤酒进行加热杀菌处理，负责温度调控。
5.水泵：
将上一环节中传输过来的啤酒传输进杀菌罐罐体。
（三）、实训系统控制功能及PLC程序
功能一：
液位控制功能，杀菌过程在杀菌罐体中进行，为了保证生产过程的安全和持续性，需要将罐体内位控制在一定的范围内，实验程序见附录1.
功能二：
温度控制功能，由于温度变送器位于杀菌罐的中部，因此此过程具有较大的时间常数。
杀菌过程对温度的准确控制要求较为严格。
温度过高会影响到啤酒的品质和口感：
温度偏低则会导致杀菌不够彻底，实验程序见附录1.
功能三：
防止电机堵转功能，实验过程中为了防止由于人为原因导致电机所在的回路断开进而引起电机的堵转烧毁电动机，因此在控制程序中加入了防堵转的功能。
（4）、PLC程序
附录1.
1）.程序启动及温度控制系统的设计
2）.DA模块的设置
3）.AD模块的设置
4）.泵过载保护程序
当电动调节阀开度过小或者进水阀关死时，如果泵仍在运转，则在泵处的压力将大大上升。
此时，泵发热极大。
如果泵长时间处于过载状态，将会造成泵的烧毁。
所以，在泵的下游处设置保护回路与主路联通，在保护回路上放置一电接点压力计与电磁阀。
正常情况下，该电磁阀关断，保护回路不通。
当主回路堵塞，泵处压力上升超过电接点压力计上限时，电接点压力计输出一开关信号，控制电磁阀导通。
水从保护回路流走，泵处压力下降。
延时五秒后，关断电磁阀。
再次检测电接点压力计出压力。
如果压力仍超过其上限，电磁阀导通，如果压力恢复正常，说明主路通畅。
5）.温度PID控制系统设计
三．康师傅公司部分
康师傅方便面
1.生产过程及加工工艺简介
首先，我们进入放映室观看了康师傅公司的一个总体的概述影片。
然后我们参观了康师傅方便面的第一生产线，即康师傅带装面的生产线。
整个生产工艺及生产过程如下：
将面粉罐中的面粉通过气压泵打入罐中，再向罐中加入盐水和面。
和好的面会放置一会儿进行醒面。
醒面完成后将醒好的面通过压面机压成约1mm厚的薄面片。
薄面片通过切面机切成一根根细长的面条。
此时，由于传送带的速度差，面条会自然弯曲成几字形。
下一工序经过大约两分钟的时间用从红色管道中通入的热蒸汽将送来的面条蒸熟。
清蒸的方法可以最大限度地保留面条的营养成分。
将蒸熟的面上喷淋上调料。
下一环节便是切面。
通过定时器设定切面机刀下切的间隔时间，使一段段等份量的面条成团落入下面的圆形面饼模具中。
然后传送带将面饼送至整面机，整面机通过吹气使面饼平整。
成形的面饼被送往油炸环节。
油炸后的面饼被送往一段内部曲折的机器中进行大约2min的冷却降温，机器通过冷风箱向内鼓气，热气从旁边的管道向上排出。
通过这一步骤后，面饼基本成型。
成形后的面饼经过碎面过滤装置滤掉碎面送往储面塔。
储面塔的设计可以在机器发生故障时为维修工程师提供7min的维修时间，且这段时间不影响其他工序的运行，保证了整条生产线的连续运作。
处理好的面饼每三个分为一组，进入投料环节。
前面所有的环节均无人工参与。
投料后的面饼由人工进行检查，并向漏料少料的面饼上加放调料包。
面饼载着调料包进入包装环节。
包装完成后的袋装方便面首先通过一台利用磁力线对金属异物进行检测的设备，以检测面饼中是否含有金属异物。
（这一环节与三菱实验室的金检环节如出一辙）。
接着便是将作为商品的方便面装箱入库。
每箱装入8*3共24包方便面，我们参观时，正在包装促销箱，即将两种口味的方便面包至一个箱中。
包装完成后，一箱箱方便面被送至码箱环节。
码箱环节有一巨大的机械手进行码箱。
机械手每进行一次抓取运送两箱方便面，每9*16共144箱为一组，经叉车通过U形轨传送至立体库。
2.检测、控制设备及这些设备在本系统中起到的作用
（1）、温度检测装置
应用举例：
油温控制~为使面饼具有好的口感和外观，必须使得油温保持在合适的范围内。
热蒸汽温度控制~热蒸汽温度过高，造成营养成分丢失；热蒸汽温度过低，会造成面饼口感变化。
（2）、速度检测装置
应用：
面饼挤压~前后保持一定的速度差，将面饼挤压成型；
前后传送带速度协调~前后传输带必须保持一定的速度，不然会造成某一环节产品的堆积，生产过程的连续性和持续性差。
（3）、金属检测装置
应用：
采用电磁装置对方便面作出检测，将含有金属异物的面从生产线移除。
康师傅饮品——生产过程及加工工艺简介
参观完立体库我们乘坐和谐号通过世界最短的铁路返回方便面印象馆的入口，乘坐客车驶向康师傅饮品品牌体验馆。
饮品生产线同样具有很高的自动化程度，据工作人员介绍，如若四条生产线同时工作，这个占地并不算大的工厂在一天之内就可以生产出近30万箱各式饮品。
饮品生产流程：
2.检测、控制设备及这些设备在本系统中起到的作用
（1）、温度检测装置
应用举例：
塑料粒子制瓶过程~吹瓶过程需要在合适的温度（120℃）下进行，否则无法制作成合格的瓶子；
饮料存储过程~过程中需要保持一定的温度，既保持好的口味又能够延长保质期。
（2）、速度检测装置
应用：
贴商标过程~商标粘贴和瓶装饮料的输送应保持步调一致；
前后传送带速度协调~前后传输带必须保持一定的速度，不然会造成某一环节产品的堆积，生产过程的连续性和持续性差。
（3）、金属检测装置
应用：
采用电磁装置对方便面作出检测，将含有金属异物的饮料从生产线移除。
（4）、六自由度机械臂
应用：
负责码堆，将成箱的成品堆成一定高度的堆垛，便于后续的运输和仓储。
实习心得：
此次实习为期时间不长，但是实习的收获远远超乎我的想象。
在校学习期间，我一直对自己所学专业的应用前景不很清楚，也经常在纳闷未来应该进入哪个领域发展。
通过本次参观学习，我了解到利用我所学到的知识不仅可以在诸如各种控制工作、自动化工业生产线、先进制造业、数控等热门领域大有作为；同样还可以在风能、太阳能、新型仓储系统等新兴领域大展拳脚。
此次实习只是一个开始，却足以激励我学好知识、用好知识。
我对所学的专业应用前景有了初步的认识，这是一次振奋人心的旅程。
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