文档介绍：过程控制—上水箱液位与进水流量串级控制系统
1 过程控制系统简介
系统组成
本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。系统动力支路分两路:一路由三相(380V交流)磁力驱动泵、气动调节阀、直流电磁阀、PA电磁流量计及手动调节阀组成;另一路由变频器、三相磁力驱动泵(220V变频)、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象
水箱:包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩,防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。
模拟锅炉:此锅炉采用不锈钢制成,由加热层(内胆)和冷却层(夹套)组成。做温度实验时,冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度。
盘管:长37米(43圈),可做温度纯滞后实验,在盘管上有两个不同的温度检测点,因而有两个不同的滞后时间。
管道:整个系统管道采用敷塑不锈钢管组成,所有的水阀采用优质球阀,彻底避免了管道系统生锈的可能性。
2、检测装置
压力传感器、变送器:采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器和工业用的扩散硅压力变送器,扩散硅压力变送器含不锈钢隔离膜片,同时采用信号隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿。
温度传感器:本装置采用六个Pt100传感器,分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温。六个Pt100传感器的检测信号中检测锅炉内胆温度的一路到SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的温度变送器,直接转化成数字信号;另外五路经过常规温度变送器,可将温度信号转换成4~ 20mADC电流信号。
流量传感器、转换器:流量传感器分别用来对调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量。本装置采用两套流量传感器、变送器分别对变频支路及盘管出口支路的流量进行测量,调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的检测和变送一体的电磁式流量计。
3、执行机构
调节阀:采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀,用来进行控制回路流量的调节。它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。
变频器:本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯接口模块的变频器,其输入电压为单相AC220V,输出为三相AC220V。
水泵:本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为32升/分,扬程为8米,功率为180W。
可移相SCR调压装置:采用可控硅移相触发装置,输入控制信号为4~20mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热,从而控制锅炉的温度。
电磁阀:在本装置中作为气动调节阀的旁路,起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为:2W-160-25 ;工作压力:最小压力为0Kg/㎝2,最大压力为7Kg/㎝2 ;工作温度:-5~80℃。
4、控制器
控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU,型号为315-2DP,本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口,又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。
5、空气压缩机
电源控制台
电源控制屏面板:充分考虑人身安全保护,带有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。
仪表综合控制台包含了原有的常规控制系统,由于它预留了升级接口,因此它在总线控制系统中的作用就是为上位控制系统提供信号。
总线控制柜
总线控制柜有以下几部分构成:
(1) 控制系统供电板:该板的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V,给主控单元和DP从站供电。
(2) 控制站:控制站主要包含CPU、以太网通讯模块、DP链路、分布式I/O DP从站和变频器DP从站构成。
(3) 温度变送器: PA温度变送器把PT100的检测信号转化为数字量后传送给DP链路。
2 串级控制系统简介
串级控制系统的概述
。该系统有主、副两个控制回路,主、副调节器相串联工作,其中主调节器有自己独立的给定值R,它的输出m1作为副调节器的给定值,副调节器的输出m2控制执行器,以改变主参数C1。
串级控制系统的特点
(1) 改善了过程的动态特性;
(2) 能及时克服进入副回路的各种二次扰动,提高了系统抗扰动能力;
(3) 提高了系统的鲁棒性;
(4) 具有一定的自适应能力。
主、副调节器控制规律的选择
在串级控制系统中,主、副调节器所起的作用是不同的。主调节器起定值控制作用,它的控制任务是使主参数等于给定值(无余差),故一般宜采用PI或PID调节器。由于副回路是一个随动系统,它的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律,对