过控课程设计题目锅炉液位多回路控制系统方案.docx
《过控课程设计题目锅炉液位多回路控制系统方案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过控课程设计题目锅炉液位多回路控制系统方案.docx（42页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
过控课程设计题目锅炉液位多回路控制系统方案
过程控制与自动化仪表课程设计任务书
题目：
锅炉液位多回路控制系统设计与实现
一、目的：
（1）熟悉液位－流量串级控制系统的结构和组成
（2）熟悉前馈控制系统的结构和组成
（3）掌握液位－流量串级控制系统的投运与参数整定方法
（4）主、副调节器参数的改变对系统性能的影响
（5）研究阶跃扰动分别作用于主、副对象，对系统主控制量的影响
（6）研究前馈控制对系统主控制量的影响
（7）研究锅炉液位三冲量控制系统的构成方式和控制品质
（8）熟悉工业组态软件的使用方法
二、设备：
（1）EFAT/P-Ⅱ过程控制实验装置
（2）计算机、组态王软件、RS232-485转换器1只，串口线1根
（3）万用表1只
三、原理
.
本次课程设计控制系统的主控对象为锅炉液位，锅炉液位L为主被控参数；副参数为锅炉进水管道流量Q1,前馈参数为锅炉出水管道流量Q2（用水负荷）。
执行元件为电动调节阀，控制量为阀门开度。
四、内容
（1）根据实验原理图进行方案设计，构建锅炉液位多回路控制系统框图；
（2）利用计算机中组态软件绘制锅炉液位多回路控制系统结构图，通过计算机与调节器的通讯端口采集和显示控制对象各个参量，实现数据实时曲线及历史曲线的调用功能。
（3）利用实验室装置搭建锅炉液位多回路控制系统结构，调节主、副控制器参数实现控制目标，并利用计算机记录响应曲线。
（4）在系统达到稳定后，分别输入扰动信号以及前馈扰动作用于控制系统，观察、记录和分析系统的输出响应曲线。
（5）自行设计方案实现锅炉液位的三冲量的变比值实现方法。
五、提示
（1）副回路是一个随动系统，要求副回路的输出正确、快速的复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量L的控制目的，因此副调节器可采用P或PI控制。
。
（2）调节器参数设置（参考）
参数项
主调节器
副调节器
参数修改级别
Loc=808（全部参数）
Loc=808（全部参数）
输入规格
Sn=33（1-5V电压）
Sn=32（0.2-1V电压）
系统功能选择
CF=0
CF=8
控制方式
Ctrl=1（人工智能/PID调节）
Ctrl=1（人工智能/PID调节）
通讯地址
ADDR=0
ADDR=1
小数点位
Dip=1（小数点在十位）
Dip=1（小数点在十位）
输入上限显示
dIH=100
dIH=100
输入下限显示
dIL=0
dIL=0
输出方式
OP1=4（4-20mA线性）
OP1=4（4-20mA线性）
P
30-50
20-30
I
30-50
∞
D
0
0
六、思考问题
（1）如果副回路中的反馈通道开路，系统能否正常运行？
（2）如果主回路中的反馈通道开路，系统能否正常运行？
七、报告格式
（1）预习报告封面和正文格式如下：
手写，不允许打印，纸张为16K白纸（不能采用实验报告纸）
过程控制课程综合课程设计
预习报告
题目：
XXXXXXXXXXX
班级：
XXXXXXXXXXX
学号：
XXXXXXXXXXX
姓名：
XXXXXXXXXXX
指导老师：
XXXXXXXXX
起止时间：
2007.12.24～12.28
题目：
XXXXXXX
一、设计目的：
XXXXXXXXX
二、设计内容：
XXXXXXXXX
三、设计思路：
XXXXXXXXXXX
四、方框图：
XXXXXXXXXXXX
预习报告封面预习报告正文格式
（2）设计报告封面和正文格式如下：
手写，不允许打印，纸张为16K白纸（不能采用实验报告纸）
设计报告正文中的图形结果可以打印，不允许复印。
过程控制课程综合课程设计
设计报告
题目：
XXXXXXXXXXX
班级：
XXXXXXXXXXX
学号：
XXXXXXXXXXX
姓名：
XXXXXXXXXXX
指导老师：
XXXXXXXXX
起止时间：
2007.12.24～12.28
题目：
XXXXXXX
一、设计目的：
XXXXXXXXX
二、设计内容：
XXXXXXXXX
三、组态画面
XXXXXXXXXXX
四、设计结果：
XXXXXXXXXXXX
五、结果分析：
XXXXXXXXXXXX
六、课后思考
XXXXXXXXXXXX
七、课设总结：
XXXXXXXXXXXX
设计报告封面设计报告正文格式
八、评分标准
总分100％＝考勤10％＋预习报告10％＋实验过程60％＋答辩20％
序号
实验内容
考核要求
评分标准
配分
扣分
得分
1
控制接线图
正确绘制系统方框图；正确组态并连接控制线路；开启计算机显示测量程序。
操作规范、正确得10分；操作基本正确得5-8分；操作不熟练2-5分；操作错误或违反操作规程，损坏设备不得分。
10
2
调节器参数整定
按照控制要求熟练设置调节器参数、进行系统投运、参数整定。
操作规范、正确、熟练，调节参数设置合理，并能采用计算机设定调节参数得30分；参数设置合理，计算机显示正确15-25分；操作不熟练，数据偏差较大得5-15分；操作错误不得分。
30
3
数据处理
对测试数据进行分析处理，得到最佳系统参数。
处理方法合理得20分；处理方法得当，数据有误得10-15分；处理方法错误不得分。
10
4
善后工作
停止系统运行，做好善后工作。
正确处理得分10分，否则不得分。
10
附录：
AI-808全通用人工智能调节器使用说明
基本使用操作
1．
显示切换：
按
键可以切换不同的显示状态。
AI-808可在①、②两种状态下切换，AI-808P可在①、②、③、④等4种状态下切换，AI-708只有显示状态，无需切换。
2．
修改数据：
如果参数锁没有锁上，仪表下显示窗显示的数值除AI-808P/808显示的自动输出值，AI-808P显示的已运行时间和给定值不可直接修改外，其余数据均可通过
、
或
键来修改显示窗口显示的数值。
例如：
需要设置给定值时（AI-708/808），可将仪表切换到显示状态①，即可通过按
、
或
键来修改给定值。
AI仪表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。
按
键减少数据，按
键增加数据，可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。
按键并保持不放，可以快速的增加/减少数值，并且速度会随小数点右移自动加快（3级速度）。
而按
键则可直接移动修改数据的位置（光标），操作快捷。
3．
手动/自动切换（仅适用AI808/808P）：
在显示状态②下，按A/M键（即
键），可以使仪表在自动及手动两种状态下进行无扰动切换。
在显示状态②且仪表处于手动状态下，直接按
键或
键可增加及减少手动输出值。
通过对run参数设置（详见后文），也可使仪表不允许由面板按键操作来切换至手动状态，以防止误入手动状态。
4．
设置参数：
在基本状态，显示状态①或②下按
键并保持约2秒钟，即进入参数设置状态（显示状态⑤）。
在参数设置状态下按
键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值HIAL、参数锁Loc等等，对于配置好并锁上参数锁的仪表，只出现操作工需要用到的参数（现场参数）。
用
、
或
等键可修改参数值，按
键并保持不放，可返回显示上一参数。
先按
键不放接着在按
键可退出设置参数状态。
如果参数被锁上（后文介绍），则只能显示被EP参数定义的现场参数（可由用户定义的，工作现场经常需要使用的参数及程序），而无法看到其他的参数。
不过至少能看到Loc参数显示出来。
参数功能说明
AI仪表通过参数来定义仪表的输入、输出、报警、通讯及控制方式。
以下为参数功能表：
参数
代号
参数含义
说明
设置
范围
HIAL
上限
报警
测量值大于HIAL＋dF值时仪表将产生上限报警。
测量值小于HIAL－dF值时，仪表将解除上限报警。
设置HIAL到其最大值（9999）可避免产生报警作用。
每种报警可自由定义为控制报警1（AL1）、报警2（AL2）或辅助输出（OUT2）动作。
-1999~+9900℃或1定义单位
LoAL
下限
报警
当测量值小于LoAL－dF时产生下限报警，当测量值大于LoAL＋dF时下限报警解除。
设置LoAL到其最小值（－1999）可避免产生报警作用。
同上
dHAL
正偏差报警
采用AI人工智能调节时，当正偏差（测量值PV减给定值SV）大于dHAL＋dF时产生正偏差报警。
当正偏差小于dHAL－dF时正偏差报警解除。
设置dHAL＝9999（温度时为999.9℃）时，正偏差报警功能被取消。
0~999.9℃或0~9999定义单位
dLAL
负偏差报警
采用AI人工智能调节时，当负偏差（给定值SV减测量值PV）大于dLAL＋dF时产生负偏差报警。
当负偏差小于dLAL－dF时负偏差报警解除。
设置dLAL＝9999（温度时为999.9℃）时，负偏差报警功能被取消。
同上
dF
回差（死区、滞环）
回差用于避免因测量输入值波动而导致位式调节频繁通断或报警频繁产生/解除。
例如：
dF参数对上限报警控制的影响如下，假定上限报警参数HIAL为800℃，dF参数为2.0℃：
（1）仪表在正常状态，当测量温度值大于802℃时（HIAL＋dF）时，才进入上限报警状态。
（2）仪表在上限报警状态时，则当测量温度值小于798℃（HIAL-dF）时，仪表才解除报警状态。
又如：
仪表在采用位式调节或自整定时，假定给定值SV为700℃，dF参数设置为0.5℃，以反作用调节（加热控制）为例：
（1）输出在接通状态时，当测量温度值大于700.5℃时（SV＋dF）时关断。
（2）输出在关断状态时，则当测量温度值小于699.5℃（SV－dF），才重新接通进行加热。
对采用位式调节而言，dF值越大，通断周期越长，控制精度越低。
反之，dF值越小，通断周期越短，控制精度越高，但容易印输入波动面则产生误动作，使继电器或接触器等机械开关寿命降低。
DF参数对AI人工智能调节没有影响。
但自整定过程中，由于也是位式调节，所以dF会影响自整定结果，一般dF值越小，自整定精度越高，但应避免测量值因受干扰跳动造成误动作。
如果测量值数字跳动过大，应先加大数字滤波参数dL值，使得测量值跳动小于2－5个数字，然后可将dF设置为等于测量值的瞬间跳动值为佳。
0~200.0℃或0~2000定义单位
CtrL
控制方式
CtrL＝0，采用位式调节（ON－OFF），2只适用要求不高的场合进行控制时采用。
CtrL＝1，采用AI人工智能调节/PID调节，该设置下，允许从面板启动执行自整定功能。
CtrL＝2，启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置为3或4。
CtrL＝3，采用AI人工智能调节，自整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定参数功能。
以防止误操作重复启动自整定。
CtrL＝4，该方式下与CtrL＝3时基本相同，但其P参数定义为原来的10倍，即在CtrL＝3时，P＝5，则CtrL＝4时，设置P＝50时二者有相同的控制结果。
在极快速变化的温度（每秒变化200℃以上）或快速变化的压力、流量的控制，还有变频调速器控制水压等控制场合，在CtrL＝1、3时，其P值都很小，有时甚至要小于1才能满足控制需要，此时如果设置CtrL＝4，则可将P参数放大10倍，获得更精细的控制。
CtrL＝5（仅适用AI－808），仪表将测量值直接作为输出值输出，可作为手动操作器或伺服放大器使用，如计算机控制系统中的后备手操作器，使用方法详见后文说明。
0~5
M5
保持参数
M5、P、t、Ctl等参数为AI人工智能调节算法的控制参数，对位式调节方式（CtrL＝0时）或AI－708J型仪表，这些参数不起作用。
由于工业控制中温度的控制难度较大，应用也最广泛，故意温度为例介绍参数定义。
该算法也完全适应压力、流量、物位、湿度等各种不同的控制对象。
M5定义为输出值变化为5％时，控制对象基本稳定后测量值的差值。
5表示输出值变化量为5％，同一系统的M5参数一般会随测量值又所变化，应取工作点附近为准。
例如某电炉温度控制，工作点为700℃，而55％输出时，电炉温度最后稳定在750℃左右。
则最佳参数可按以下公式计算：
（℃）
M5参数值主要决定调节算法中积分作用，和PID调节的积分时间类同。
M5值越小，系统积分作用越强。
M5值越大，积分作用越弱（积分时间增加）。
设置M5＝0时，系统取消积分作用及AI人工智能调节功能。
调节部分成为一个比例微分（PD）调节器，这时仪表可在串级调节中作为副调节器使用。
P
速率参数
P于每秒内仪表输出变化100％是测量值对应变化的大小成反比，当CtrL＝1或3时，其数值定义如下：
P＝1000÷每秒测量值升高值（测量值单位是0.1℃或1个定义单位）
如仪表以100％功率加热并假定没有散热时，电炉每秒升1℃，则：
P＝1000÷10＝100
P值类似PID调节器的比例带，但变化相反。
P值越大，比例、微分作用成正比增强，而P值越小，比例、微分作用相应减弱。
P参数与积分作用无关。
当CtrL＝5时，P参数设置将增大10倍，以上的例子中应设置P＝1000。
1~9999
t
滞后时间
对于工业控制而言，被控系统的滞后效应是影响控制效果的主要因素，系统滞后时间越大，要获得理想的控制效果就越困难，滞后时间参数t是AI人工智能算法相对标准PID算法而引起的新的重要参数，AI系列仪表能根据t参数来进行一些模糊规则运算，以便能较完善的解决超调现象及振荡现象，同时使控制相应速度最佳。
T定义为假定没有散热，电炉以某功率开始升温，当其升温速率达到最大值63.5％的所需的时间。
AI系列仪表中t参数值单位是秒。
t参数对控制的比例、积分、微分均起影响作用，t越小，则比例和积分作用均成正比增强，而微分作用相对减弱，但整体反馈作用增强；反之，t越大，则比例和积分作用均减弱，而微分作用相对增强。
此外t还影响超调抑制作用的发挥，其设置对控制效果影响更大。
如果设置t
Ctl时，系统的微分作用被取消。
0~2000秒
Ctl
输出周期
Ctl参数值在0.5－125秒（0表示0.5秒）之间设置，它反应仪表运算调节的快慢。
Ctl值越大，比例作用增强，微分作用减弱。
Ctl值越小，则比例作用减弱，微分作用增强。
Ctl值大于或等于5秒时，则微分作用被完全消除，系统成为比例或比例积分调节。
Ctl小于滞后时间的1/5时，其变化对控制影响较小，例如系统滞后时间t为100秒，则Ctl设置为0.5或10秒的控制效果基本相同。
Ctl确定的原则如下：
（1）采用时间比例方式输出时，如果采用SSR×（固态继电器）或可控硅作输出执行器件，控制周期可取短一些（一般为0.5－2秒），可提高控制精度。
采用继电器开关输出时，短的控制周期会相应缩短机械开关的寿命，此时一般设置Ctl要大于或等于4（秒），设置越大继电器寿命越长，但太大将使控制精度降低，应根据需要选择一个能二者兼顾的值。
（2）当仪表输出为线性电流或位置比例输出（直接控制阀门电机正、反转）时，Ctl值小可使调节器输出响应较快，提高控制精度，但由此可能导致输出电流变化频繁，使得执行器（如调节器）动作频繁，此时可根据需要适当加大Ctl，使得阀门动作平缓一些直到满足要求。
0~125秒
Sn
输入规格
Sn用于选择输入规格，其数值对应的输入规格如下：
Sn
输入规格
Sn
输入规格
0
K
1
S
2
R
3
T
4
E
5
J
6
B
7
N
8~9
备用
10
用户指定的扩充输入规格
11~19
备用
20
Cu50
21
Pt100
22~25
备用
26
0~80欧电阻输入
27
0~400电阻输入
28
0~20mV电压输入
29
0~10V电压输入
30
0~60mV电压输入
31
0~1V
32
0.2~1V
33
1~5V电压输入
34
0~5V电压输入
35
-20~+20mV
36
-100~+100mV
37
-5~+5V
Sn＝10时，采用外部分度号扩展。
用户如需要以上输入规格外的其他分度号，如使用WR325、WRe520、ba1、ba2、G、F2、开方0～5V、1～5V等规格输入，需特殊定货并将Sn设置为10。
0~37
dIP
小数点位置
线性输入时：
定义小数点位置，以配合用户习惯的显示数值。
dIP=0,显示格式为0000，不显示小数点。
dIP=1,显示格式为000.0，小数点在十位。
dIP=2,显示格式为00.00，小数点在百位。
dIP=3,显示格式为0.000，小数点在千位。
采用热电欧或热电阻输入时：
此时dIP选择温度显示分辨率
dIP＝0时，温度显示分辨率为1℃（内部仍维持0.1℃分辨率用于控制运算）。
dIP＝1时，温度显示分辨率为0.1℃（1000℃以上自动转为1℃分辨率）。
改变小数点位置参数的设置只影响显示，对测量精度及控制精度均不产生影响。
0~3
dIL
输入下限显示值
用于定义线性输入信号下限刻度值，对外给定、变送输出、光柱显示均有效。
例如压力变送器将压力（也可是温度、流量、湿度等其他物理量）变换为标准的1～5V信号输入（4～20mA信号可外接250欧电阻予以变换）。
对于1V信号压力为0，5V信号压力为1MPa希望仪表显示分辨率为0.001MPa。
则参数设置如下：
Sn＝33（选择1～5V线性电压输入）
dIP＝3（小数点位置设置，采用0.000格式）
dIL＝0.000（确定输入下限1V时压力显示值）
dIH=1.000（确定输入上限5V时压力显示值）
-1999~+9999℃或1定义单位
dIH
输入上限值
用于定义线性输入信号上限刻度值，与dIL配合使用。
同上
Sc
主输入平移修正
Sc参数用于对输入进行评平移修正。
以补偿传感器或输入信号本身的误差，对于热电偶信号而言，当仪表冷端自动补偿存在误差时，也可利用Sc参数进行修正。
例如：
假定输入信号保持不变，Sc设置为0.0℃时，仪表测定温度为500.0℃，则当仪表Sn设置为10.0时，则仪表显示测定温度为510.0℃。
仪表出厂时都进行过内部校正，所以Sc参数出厂时数值均为0。
该参数仅当用户认为测量需要重新校正时才进行调整。
-1999~+4000
0.1℃或1定义单位
oP1
输入方式
oP1表示主输入信号的方式，主输入安装的模块类型应该一致。
oP1＝0，主输出为时间比例输出方式（用AI人工智能调节）或位式调节（用位式调节），当主模块上安装SS电压输出、继电器触点开关输出、过零方式可控硅触发输出或可控硅无触点开关输出等模块时，应用此方式。
oP1＝1，0～10mA线性电流输出，主输出模块上安装线性电流输出模块。
oP1＝2，0～20mA线性电流输出，主输出模块上安装线性电流输出模块。
oP1＝3，三相过零触发可控硅（时间比例），报警1也作为输出（报警1不再用于报警）。
在主输出安装K2模块，报警1安装K1模块，可提供三路可控硅触发输出信号。
oP1＝4，4～20mA线性电流输出，主输出模块上安装线性电流输出模块。
oP1＝5～7（只适合AI－808/808P），位置比例输出，用于直接驱动阀门电机正、反转（后文有详细说明）。
oP1＝8～11（只适合有扩充软件功能的仪表，电源频率需为50Hz），8、9分别为移相触发单相/须安装K5单相可控硅移相触发模块/配置X＋AIZK3三相可控硅移相触发器仅适用于AI－808表。
oP1＝10、11分别为周波比例单相/三相输出，须安装K1/K2等过零触发可控硅输出模块。
0~11
oPL
输出下限
通常作为限制调节输出最小值。
当设置了分段功率限制功能时（参见CF参数设置），作为测量值低于下限报警时的输出上限。
如果是双向调节输出软件，当设置oPL<0时，则仪表成为双向输出系统，表示能输出最大限制。
0~110％
oPH
输出上限
限制调节输出最大值
0~110％
ALP
报警输出定义
ALP参数用于定义HIAL、LOAL、dHAL、dLAL等4种报警功能的输出位置，它由以下公式定义其功能：
ALP＝A×1＋B×2＋C×4＋D×8＋E×16＋F×32
A＝0时，上限报警由AL1输出；A＝1时，上限报警由AL2输出。
B＝0时，下限报警由AL1输出；B＝1时，下限报警由AL2输出。
C=0时，正偏差报警由AL1输出；C=1时，正偏差报警由AL2或OUT2输出。
D=0时，负偏差报警由AL1输出；D=1时，负偏差报警由AL2或OUT2输出。
E=0时，报警时在下显示器交替显示报警符号，如HIAL、LoAL等，能迅速了解仪表报警原因；E=1时，报警时在下显示器不交替显示报警符号，一般用于将报警作为控制的场合。
F=0时，当C=1、D=1时，正、负偏差报警由AL2输出；F=1时，当C=1、D=1时，正负偏差报警由OUT2输出。
例如：
要求上限报警及正偏差报警由AL1（报警1）输出，下限报警及负偏差报警由AL2（报警2）输出，报警时在下显示器显示报警符号。
则由上得出：
A=0,B=1,C=0,D=1,E=0,F=0。
则应设置参数如下：
ALP=0×1＋1×2＋0×4＋1×8＋0×16＋0×32=10
CF
系统功能选择
CF参数用于选择部分系统功能：
CF=A×1＋B×2＋C×4＋D×8＋E×16＋F×32＋G×64
A=0，为反作用调节方式，输入增大时，输出趋向减小，如加热控制。
A=1，为正作用调节方式，输入增大时，输出趋向增大，如制冷控制。
B=0,仪表报警无上电/给定值修改免除报警功能；B=1,仪表有上电/给定值修改免除报警功能（详细说明见后文叙述）。
C=0,仪表辅助功能模块按通讯接口方式工作；C=1，仪表辅助功能模块按线性电流变送输出方式工作。
D=0，不允许外部给定；D=1，允许外部给定（仅适用AI-808/808P型）。
E=0，无分段功率限制功能，E=1,有分段功率限制功能（详见后文叙述）。
F=0,仪表光柱指示输出值，F=1,仪表光柱指示测量值（仅带光柱的仪表）。
G=0，仪表工作为AI-808P模式，G=1,仪表工作为AI-708P模式（仅适用于AI-808P）。
例如：
要求仪表为反作用调节，有上电免除报警功能，仪表辅助功能模块为通讯接口，不允许外部给定，无分段功率限制功能，无光柱，则可得：
A=0,B=1,C=0,D=0,E=1,F=0,G=0。
CF参数值应设置如下：
CF=0×1＋1×2＋0×4＋0×8＋0×16＋0×32＋0×64=2
0~127
Addr
通讯地址
当地址辅助功能模块用于通讯时（安装RS485通讯接口，参见CF参数设置），Addr参数用于定义仪表通讯地址，有效范围是0～100。
在同一条通讯线路上的仪表应分别设置不同的Addr值以便相互区别。
当仪表辅助功能模块用于测量值变送输出时（安装X线性电流输出模块），Addr及Baud定义对应测量值变送输出的线性电流大小，其中Addr表示输出下限，Baud表示输出上限。
单位是0.1mA。
例如
升级会员 