![点击分享此内容可以赚币 分享](/master/images/share_but.png)
基于MCGS和智能仪表的温度控制系统设计.docx
《基于MCGS和智能仪表的温度控制系统设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于MCGS和智能仪表的温度控制系统设计.docx(36页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、基于MCGS和智能仪表的温度控制系统设计总计:毕业论文 34 页 表 格 1 表 插 图 20 幅 指导教师 评 阅 人 完成日期 2013.5.25 设计和实现由AI-808智能调节器和PC机构成的温度控制系统。保证系统的可靠性。监控软件的开发采用MCGS组态软件,在MCGS中,通过用户设备的组态即可实现AI智能调节器和PC机的通信。根据具体的系统设计方案,运用稳定的温度控制系统最终实现和完成对热水锅炉水温的定值控制。ABSTRACT摘要IABSTRACTII目录III1绪论- 1 -1.1论文的研究背景及意义- 1 -1.2AI智能调节器及其应用- 2 -1.2.1AI智能调节器- 2 -
2、1.2.2智能调节器在温度控制系统中的应用- 2 -1.3MCGS组态软件简介- 3 -1.4论文的主要工作- 3 -2系统控制方案设计- 4 -2.1过程控制实验装置简介- 4 -2.1.1工艺流程- 4 -2.1.2现场仪表- 5 -2.2锅炉热水温度控制方案设计- 6 -2.2.1系统控制要求- 6 -2.2.2控制方案设计- 6 -3系统硬件设计- 9 -3.1控制系统结构- 9 -3.1.1DCS一般结构- 9 -3.1.2多智能仪表DCS结构- 9 -3.2智能调节器- 10 -3.2.1AI-808调节器简介- 10 -3.2.2AI-808调节器参数设置- 12 -3.3智能调
3、节器与PC机的通信- 16 -3.4系统接线图设计- 16 -4系统软件设计- 17 -4.1MCGS组态软件- 17 -4.1.1MCGS组态软件概述- 17 -4.1.2MCGS软件的系统构成- 17 -4.1.3MCGS组态软件用户窗口设计步骤- 19 -4.2水温控制系统设计- 19 -4.2.1新组态工程的建立- 19 -4.2.2流程图画面的设计- 20 -4.2.3智能调节器和PC机通信组态- 24 -5总结与展望- 26 -参考文献- 27 -附录1 外文文献译文- 28 -附录2 外文文献原文- 30 -大连大学学位论文版权使用授权书- 34 -1.1 绪论论文的研究背景及意
4、义随着现代工业的逐步发展,在工业生产中,温度、压力、流量和液位是四种最常见的过程变量。其中,温度是一个非常重要的过程变量。在各种不尽相同的生产情况和多种多样复杂的工艺下应达到的温度控制要求,所采用的加热方式、燃料、以及控制的方案也大有不同。例如,在冶金工业、化工工业、电力工业、机械加工和食品加工等许多领域都需要对各种锅炉的温度进行控制,燃料有煤气、天然气、油、电等。温度控制系统的工艺过程十分的复杂,不确定因素非常多,所以系统的控制技术和控制理论的先进性尤为重要。温度的精确控制在自动控制中向来是比较困难的,由于它滞后性强,惯性大导致控制精度不能提高,控制时间较长2。因此在对温度进行控制时,速度和
5、精度是核心问题。温度与人们的生存生活生产息息相关。从古人类的烧火取暖,到今天的工业温度控制,处处都体现了温度控制。随着生产力的发展,人们对温度控制精确度要求也越来越来高,温度控制的技术也得到迅速发展。各种温度控制算法如:PID温度控制,模糊控制算法,神经网络算法,遗传算法等都应用在温度控制系统中。温度控制系统在工业生产中获得了广泛的应用,在工农业生产、国防、科研以及日常生活等领域占有重要的地位。温度控制系统是人类供热、取暖的主要设备的驱动来源,它的出现迄今已有两百余年的历史。期间,从低级到高级,从简单到复杂,随着生产力的发展和对温度控制精度要求的不断提高,温度控制系统的控制技术得到迅速发展。当
6、前比较流行的温度控制系统有基于单片机的温度控制系统,基于PLC 的温度控制系统,基于工控机(IPC)的温度控制系统,集散型温度控制系统(DCS),现场总线控制系统(FCS)等3。温度控制是工业控制中发展最早、最重要的分支之一,其应用已涉及社会生活的几乎所有领域。在铁,钢铁,机械,石化,电力,工业炉窑等工业生产中,温度是非常普遍,非常重要的热力学参数。温度控制通常是指一个特定的空间的温度的控制和调节,以达到符合要求的过程。温度控制的对象是多种多样的。在现场工业控制中,温度控制一般也是主要的被控物理量,尤其是一些工作环境要求高的领域,温度更是一个主要的控制参数。为了保证正常的生产过程中,提高产品的
7、数量和质量,降低劳动强度,节约能源,根据某些特定规则的改变往往需要工作环境温度控制的对象。但是,温度控制是一个典型的非线性控制,时变大和时滞长的特点,可能会导致系统不稳定,传统的经典控制方法是很难实现良好的动态和静态性能。在工业过程控制系统中,有许多这种纯滞后性质的理论引入这样一个系统的控制对象,但在工程实践中,没有多少有效的方式。一个主要的原因是,它是很难获得精确的数学模型,控制的概念是,由于传统的控制方法,实现了精确的控制效果,需要明确的数学模型的建立过程及其控制变得复杂。随着人工智能和控制论学科的发展,加入了人工智能替换传统观念的方法来模仿人的思维,在控制策略上实现了飞跃。温度控制系统在
8、国内各行各业的应用虽然已经十分广泛,但从温度控制器来讲,总体的发展水平依然是有待提升,同德国、日本、美国等一些发达国家比较还有很大的不足。目前,我国在这方面总体技术水平处于上世纪50年代左右,市面上的成品主要以常规的PID控制器和“点位”控制为主。这些控制器只能应付一般程度上的温度控制要求,难以驾驭那些复杂度高、滞后高、时变慢的温度系统。而能偶适应于较高控制要求领域的自适应能力强智能化的控制仪表,国内目前还不够成熟。形成商品化并在仪表控制参数的自整定方面,国外已有较多的成熟产品。但由于国外技术保密及我国开发工作的滞后还没有开发出性能可靠的自整定软件。控制参数大多靠人工经验及现场调试确定。国外温
9、度控制系统发展迅速,并在智能化、自适应、参数自整定等方面取得成果。日本、美国、德国、瑞典等技术领先的国家,都生产出了一批商品化的、性能优异的温度控制器及仪器仪表,并在各行业广泛应用。目前,国外温度控制系统及仪表正朝着高精度、智能化、小型化等方面快速发展4。1.2 AI智能调节器及其应用1.2.1AI调节器即人工智能调节器,是集成CPU、存储器、显示器、键盘、I/O 接口、通信接口以及软件的一个 CPU模块。通过面板操作AI调节器,设置其“输入规格”、“显示上限”、“显示下限”和“输出规格”等各类参数后,就可以测量正确地读取各种不同的参数值和输出的要求以及不同类型的控制信号,以便AI调节器上的输
10、入可以直接连接各种传感器和变送器,可适应各种传感器和变送器,且输出也能适配不同标准要求的执行器和记录仪器。AI 调节器本身具备D/A 和A/D 功能, 因此也就有了实现数据采集和输出的模块。当调节器工作在手动方式时, 控制功能关闭, 等同于一个既具有模拟量输出又具有模拟量输入功能的 I/O 模块。AI调节器多输入的技术规格使得在建立多种不同过程参数的计算机控制平台时只需要一台 AI 调节器就能兼容, 而不用多种信号调理模块。而且,它提供的 4- 20mA 直流电流输出可供电动调节阀等执行器直接使用,无须增加 V/I转换电路或模块。因而用AI调节器构成过程计算机控制系统的输入输出通道简化了系统结
11、构。1.2.2 智能调节器在温度控制系统中的应用AI人工智能调节器具由高稳定性、高可靠性、多功能、多用途和操作简单、灵活等特点,在化工、冶金、火电、轻工等行业得到广泛应用。AI调节器本身具有先进的人工智能算法,通常与计算机或工业控制计算机联用,构成以智能仪表为下位机的小型集散控制系统。此类设计方案在许多中小企业中也得到广泛应用,具有重要的理论意义和实用价值。目前, 在对液位、温度和流量等热工参量的检测控制中越来越多地运用到了智能调节器。智能调节器在工业生产中的应用越来越广泛。以智能调节器为控制器, 适当进行参数设置,可以构成多种过程控制系统。这些系统可以对液位、温度和流量等热工参量进行定值控制
12、。研究智能调节器的应用领域和使用方法, 有助于在实践中提高工业生产的智能化水平8。1.3MCGS是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统, 可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等操作系统。它能够在基于Microsoft的各种32位Windows平台上运行,通过对现场数据的采集处理,以动画显示、报警处理、流程控制和报表输出等多种方式向用户提供解决实际工程问题的方案,它充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点,比以往使用专用机开发的工业控制系统更具有通用性,在自动化领域有着更广泛的应用。MCGS为
13、用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台, 能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能6。 MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。 使用MCGS,用户无须具备计算机编程的知识,就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定,功能成熟,维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工、钢
14、铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场的长期实际运行,系统稳定可靠。1.4 论文的主要工作2 设计和实现由AI-808智能调节器和PC机构成的温度系统。AI-808智能调节器主要完成数据的采集和回路的控制,保证系统的可靠性。系统控制方案设计2.1 过程控制实验装置简介2.1.1 工艺流程过程控制实验装置的工艺流程包括: 内部4.5KW三相星形连接电热丝,21升的热水夹套锅炉。 38升的高位溢流水箱(产生稳压的工艺介质水)。 35升的液位水槽和105升的计量水槽。 配三相电机的循环水泵。 2只电磁阀(扰动)和29只手动球阀。流
15、程图实线内的图形,方框为安装在对象框架内的工艺设备及流量、压力、液位、温度信号的检测、变送、执行单元,虚线方框为安装在操作台上的变送、执行单元。22只手动阀开关可以组成不同的工艺流程。在简化图中, 表示阀全开, 表示阀全关, 表示阀半开半关。删去这些截止状态的手动阀,就得到了工艺流程的变更。控制对象及工艺流程如图2.1所示。图2.1 控制对象及工艺流程2.1.2 现场仪表现场仪表包括:序号图位号型号规格名称用途1P1-1(PL-1)Y-10000.25MPa弹簧管压力表进水压力指示2P2-T(PT-2)DBYG0100KPa(420mA)扩散硅压力变送器出水压力变送器3F1-E(FE-1)LD
16、G-10S0300L/h电磁流量传感器进水流量检测4F1-1T(FIT-1)LD2-4B(420 mA)电磁流量转换器进水流量变送和显示5F2-E(FE-2)LDG-10S0300L/h电磁流量传感器出水流量检测6F2-1T(FIT-2)LD2-4B(420 mA)电磁流量转换器出水流量变送和显示7L1-T(LT-1)DBYG04Kpa(0400mmm)(420mA)扩散硅压力变送器水箱液位变送8L2-T(LT-2)DBYG04Kpa(0400mmm)(420mA)扩散硅压力变送器锅炉液位变送9L3-T(LT-3)DBYG04Kpa(0400mmm)(420mA)扩散硅压力变送器水槽液位变送1
17、0TIT-1(TE-1)WZP-270155100mmPt100铂电阻锅炉水温检测11TIT-2(TE-2)WZP-270155100mmPt100铂电阻夹套水温检测12M1PSL201行程16mm直行程电子式电动执行器配Vc1调节阀13VC1V7-16DN=20mmdN =10mm线性铸钢阀进水流量调节阀14M2PSL 201行程16mm直行程电子式电动执行器配Vc2调节阀15VC2VT-16DN=20mmdN =10mm线性铸钢阀出水流量调节阀2.2 锅炉热水温度控制方案设计2.2.1 系统控制要求(1) 要求对热水锅炉中的水温进行定值控制。(2) 控制稳态误差不大于1%。(3) 系统具有
18、自动控制和手动控制两种工作方式。(4) 系统具有流程图监视画面、参数设置和报警功能。(5) 系统具有实时趋势曲线和历史趋势曲线显示功能。2.2.2 控制方案设计要对温度进行控制首先必须要有对温度测量的手段,而通常对温度的测量是采用热电阻元件进行的。这是利用了金属导体电阻值会随温度变化而进行变化的这一特性来完成对温度的测量的。电阻值与温度间的关系式为:RtRt01+(t-t0)。温度的变化会导致金属导体的电阻变化,如此一来只要设法测出金属电阻值的变化,再利用公式就可以实现对温度的测量了。虽然大多数金属导体的电阻值会随温度的变化而变化,但并不是所有的金属都能作为测温用的热电阻。能作为热电阻材料的要
19、求一般是:热容量要小、电阻温度系数要小、电阻率要大;在测温范围内,必须具备良好的物理和化学性能;电阻值必须随温度的变化呈线性关系。要找到完全符合上述条件要求的热电阻材料在实际操作上是十分困难的,铂和铜是目前应用最广泛的热电阻材料。铂电阻元件采用特殊的工艺和材料制造而成,具有很高的稳定性和较强的抗污染能力。将电加热器的输入端与智能温度控制模块的输出端直接相连,把PT100铂热电阻输出端加到智能仪表的“PT100铂热电阻”输入端。智能仪表输出的05V的连续电压信号控制智能温度控制模块的输出电压。当智能仪表输出0V电压时,智能温度控制模块没有输出;当智能仪表输出5V电压时,智能温度控制模块输出220
20、V电压。当智能仪表的控制信号从05V线性变化时智能温度控制模块的输出电压也会从0220V变化,PT100铂热电阻把实时检测到的温度值变换为电压信号输出到智能仪表的输入端作为反馈信号。智能仪表能与上位机通讯,可以进行自由的数据交换,并且能输出连续的电流或电压信号驱动执行机构,从而形成一套循环连续的控制系统,实现对水温定值的自动化控制。控制系统方框图如图2.2所示。智能仪表智能温度控制模块电热丝锅炉PT100铂电阻图2.2 智能仪表温度控制框图软件设计方面,在使用MCGS构造应用系统之前,应进行工程的整体规划,保证项目的顺利实施。首先要了解整个工程的系统构成和工艺流程,弄清测控对象的特征,明确主要
21、的监控要求和技术要求等问题。在此基础上,拟定组建工程的总体规划和设想,主要包括系统应实现哪些功能,控制流程如何实现,需要什么样的用户窗口界面,实现何种动画效果以及如何在实时数据库中定义数据变量等环节,同时还要分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义的变量的对应关系,分清哪些变量是要求与设备连接的,哪些变量是软件内部用来传递数据及用于实现动画显示的等问题。作好工程的整体规划,在项目的组态过程中能够尽量避免一些无谓的劳动,快速有效地完成工程项目。因此在建立工程前先进行如下参数选择的分析: 被控参数的选择:被控参数的选择是控制方案设计中的重要一环,一般有两种方法,一是选择能直接反映生产过程产
22、品产量和质量,又易于测量的参数作为被控参数,称为直接参数法。二是选择那些能间接反映产品产量和质量又与直接参数有单值对应关系、易于测量的参数作为被控参数,称为间接参数法。本文中,根据控制要求,直接选择热水锅炉的水温为被控参数。 控制参数的选择:在实际系统中,可能有几个可供选择的被控参数。这就要通过分析比较不同的选择下,所形成的不同的控制通道和不同的扰动通道对控制质量的影响而做出合理的选择。一般说来,选择控制参数,应使得它所形成的控制通道放大系数适当大一些,时间常数适当小一些,纯滞后愈小愈好;而扰动通道的放大系数尽可能小,时间常数大一些。通过分析比较,本文选择为热水锅炉加热的电热丝供电电压作为控制
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 MCGS 智能仪表 温度 控制系统 设计
![提示](https://www.zixin.com.cn/images/bang_tan.gif)
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【胜****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【胜****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。