基于组态的液位串级控制系统设计设计.doc

《基于组态的液位串级控制系统设计设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于组态的液位串级控制系统设计设计.doc（33页珍藏版）》请在沃文网上搜索。

1、盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2011) 基于组态的智能仪表串级控制系统设计摘 要：过程控制系统通常是指工业生产中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度等这样一些过程变量的系统，具有连续生产过程自动控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样，控制方案丰富的特点。而串级控制系统是改善控制过程品质极为有效的方法，因而得到了较为广泛应用。与简单控制系统相比，串级控制系统只是在结构上增加了一个内回路，却能收到显的控制效果。这是因为在串级控制系统中，由于副回路具有快速作用，因此串级控制系统对进入内回路的扰动有很强的克服能力；同时由于有副回路的存在，改善了对象的动态特性，提高

2、了系统的工作频率，且使系统具有一定的自适应能力。水箱是一种时变性、大时滞的被控对象，所以用来作为串级控制系统来控制该对象较为合适。根据水箱液位流量控制的原理，考虑各方面因素，对水箱控制进行系统构建。本课题利用智能仪表做控制器，结合组态监控软件设计人机对话界面，实现水箱液位串级控制系统设计。要求通过对现场系统数据的采集处理，在组态软件中实现动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线和报表输出等功能。同时利用控制系统，在所设计的组态软件监控界面中，进行相关仪表调校和控制器参数整定。最后向用户提供水箱液位串级控制系统的动态运行结果。关键词：液位串级控制；智能仪表；组态王Based on configur

3、ation of intelligent instrument cascade control system designAbstract: Process control systems usually refers to the automatic control system of industrial production in the charged amount is the temperature, pressure, flow, level, composition, viscosity, humidity, number of process variables such s

4、ystems, with continuous automatic control of the production process, the process of testing And control instruments composed of multiple controlled process, the control program of rich features. Cascade control system is to improve the quality control process extremely efficient method, which has be

5、en more widely used. With simple control systems, cascade control system only adds a structure within the loop, but it can receive a significant control effect. This is because the cascade control system, due to the role of Vice-loop fast, so cascade control system into the inner loop of the disturb

6、ance has a strong capacity to overcome; the same time due to the presence of Vice-loop to improve the dynamic characteristics of the object, Improve the system frequency, and the system has a certain degree of adaptive capacity. Water tank is a time-varying, large time delay of the controlled object

7、, it is used as a cascade control system to control the object is appropriate. According to the principle of flow control tank level, consideration of various factors, control of the system construction of water tanks.Use of smart meters to do this project controller, configuration monitoring softwa

8、re with interactive interface, to achieve the water tank level cascade control system design. Requirements through on-site data acquisition and processing system, implemented in the configuration software animation, alarm processing, process control, real-time curve and the report output and other f

9、unctions. While taking advantage of the control system, designed to monitor interface configuration software, the related instrument calibration and controller parameter tuning. Finally, the water tank to provide cascade control system level dynamic operation results.Key Words: Level cascade control

10、; intelligent instrument; King view目 录1.绪论11.1.课题研究背景、意义和目的11.2.过程控制的发展状况21.3.设计内容及要求32.控制方案设计32.1.串级控制的系统结构42.2. 串级控制系统的特点52.3. 串级控制系统的设计53.硬件选型73.1智能仪表概述及选型73.2.液位传感器概述及选型103.3.执行器概述及选型124.人机界面设计124.1.组态软件概述124.2.组态王人机界面开发144.2.1.组态王概述144.2.2.水箱液位串级控制界面设计154.2.3报警和事件窗口设计174.2.4报表系统设计175. 水箱液位串级控制的

11、动态运行结果及调试196.结束语24参考文献25致 谢26附 录28附录1. 水箱液位串级控制系统原理图28附录2. 水箱液位串级控制系统监控组态界面29盐城工学院本科生毕业设计说明书( 2011)基于组态的智能仪表串级控制系统设计1.绪论1.1.课题研究背景、意义和目的液位作为工业生产过程中重要工艺参数之一，在各个领域都有广泛的应用，诸如液体贮槽、进料罐、成品罐、中间缓冲容器及水箱等设备。在自动化控制的工业生产过程中，液位是一个很重要的控制参数。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。液位控制系统它使我们的生活、生

12、产都带来了不可想象的变化。它使在控制中更加的安全，节约了更多的劳动力，更多的时间。在我国随着社会的发展，很早就实行了自动控制。而在我国液位控制系统也利用得相当的广泛，特别在锅炉液位控制，水箱液位控制。组态王是一款国产组态软件，具有：丰富的图库及图库开发工具，通过形象简单的组态工作，即可构成所需功能的界面；大量的设备驱动接口，支持国内主流的各种PLC、智能仪表、板卡和现场总线等工控产品；一种类似C语言的编程环境，便于建立命令语言文本，处理一些简单的算法和操作；内嵌许多控件函数、命令语言函数供用户调用，另外支持自定义函数。智能式仪表是以微处理器为中央控制单元,能完成物理信号的输入输出、信号转换和计

13、算控制等功能,并可与外界通讯的仪器仪表。其可靠性高,稳定性好,长期工作维护量小。可采用LCD显示,清晰直观,读数方便。适用范围广,使用灵活:可选择不同的测量值和输出值;可在线修改参数,流量小信号切除、失败模式电流输出等功能;具有内部计算、数据存储、自诊断、自校验等多种功能。具有大量的非控制性信息(管理信息) ,可供用户参考。过程控制系统通常是指工业生产中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度等这样一些过程变量的系统，具有连续生产过程自动控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样，控制方案丰富的特点。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标

14、、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争力等方面起着越来越大的作用。综上所述，液位控制在工业生产过程中非常重要。本课题利用智能仪表控制系统，结合组态王监控软件设计人机对话界面，实现水箱液位串级控制系统设计，可以使液位控制在合适的范围内。实现了系统的自动化，使操作员的劳动强度大大减小，提高了生产的效益和劳动成本。1.2.过程控制的发展状况进入90年代以来，自动化技术发展很快，并取得了惊人的成就，已成为国家高科技的重要分支。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动

15、生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。在本世纪40年代前后，工业生产大多处于手工操作的状态，人们主要是凭经验用人工去控制生产过程。生产过程中的关键参数靠人工观察，生产过程的操作也靠人工去执行。因此，当时的劳动效率是很低的。40年代以后，生产自动化发展很快。尤其是近年来，过程控制技术发展更为迅速。纵观过程控制的发展历史，大致经历了下述几个阶段：50年代前后，过程控制开始得到发展。一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。这是过程控制发展的第一阶段。这阶段主要的特点：检测和控制仪表普遍采用基地式仪表和部分组合仪表；过程控制结构大多数是单输入单输出系统；被控制参数主要是温

16、度、压力、流量、液位四种参数；控制目的是保持这些参数的稳定，消除或减少对生产过程的主要扰动。在60年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表。为了满足定型、灵活、多功能的要求，有出现了组合仪表，它将各个单元划分为更小的功能块，以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统的需要。70年代以来，随着现代工业生产的迅猛发展，仪表与硬件的开发，微型机算计的开发应用，使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合

17、控制，或者用多台计算机对生产过程进行控制和经营管理，是这一阶段的主要特征。过程控制发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三阶段。在新型的自动化技术工具方面，开始采用微处理器为核心的智能单元组合仪表；在测量变送器方面，教为突出的成分在线检测与数据处理的应用日益广泛；在模拟式调节仪表方面，不仅型仪表产品品种增加，可靠性提高，而且是本质安全防爆，适应了各种复杂控制系统的要求。80年代以后，工业过程控制得到了一个飞跃的发展。一方面现代控制理论从本质上解决了一般多变量系统的控制问题，包括线性系统、时变系统、非线性系统、微分-差分系统等，从而大大促进了过程控制的发展。另一方面，过程控制的结构已从

18、包括许多手动控制的分散局部控制站改变为具有高度自动化的集中、远动控制中心。使得过程控制的概念有了很大的发展，它不仅包括数据采集与管理、基本过程控制，而且包括先进的管理系统、调度和优化等。柔性化、分散化和集成化的综合自动化系统，已被应用于实际工业过程。专家系统、神经网络、模糊控制、过程监督和在线诊断等理论已经大大地促进了过程控制的发展。目前，世界各工业发达国家，正集中全力进行工厂综合自动化技术的研究。所谓综合自动化，就是在自动化技术、信息技术、计算机控制和各种生产加工技术的基础上，从生产过程的全局出发，通过生产活动所需的各种信息的集成，把控制、优化、调度、管理、经营、决策融为一体，形成一个能适应

19、各种生产环境和市场需求、多变性的、总体最优的高质量、高效益、高柔性的管理生产系统。1.3.设计内容及要求本课题利用智能仪表做控制器，结合组态监控软件设计人机对话界面，实现水箱液位串级控制系统设计。要求通过对现场系统数据的采集处理，在组态软件中实现动画显示、报警处理、流程控制、实时曲线和报表输出等功能。同时利用控制系统，在所设计的组态软件监控界面中，进行相关仪表调校和控制器参数整定。最后向用户提供水箱液位串级控制系统的动态运行结果。2.控制方案设计过程控制简介过程控制系统通常是指工业生产中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度等这样一些过程变量的系统，具有连续生产过程自动

20、控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样，控制方案丰富的特点。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争力等方面起着越老越大的作用。自从进入20世纪90年代以来，自动化技术发展很快，并获得了惊人的成就，已成为国家高科技的重要组成部分。过程控制技术是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产效率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争能力等方面起着越来越巨大的作用。过程控

21、制的特点是与其它自动控制系统相比而言的，大致可归纳如下；a.连续生产过程的自动控制过程控制一般是指连续生产过程的自动控制，其被控量需定量地控制，而且应是连续可调的。若控制动作时间上是离散的（如采样控制系统等），但是其被控量需要定量控制，也归入过程控制。b.系统由过程检测、控制仪表组成过程控制是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机(看作一台仪表)等自动化技术工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。一个过程控制系统是由被控过程和过程检测控制仪表两部分组成的。过程监测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器、调节阀等。过程控制系统的设计是根据

22、工业过程的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。c.被控过程是多种多样的、非电量的在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。有些机理复杂（如发酵、化生过程等）的过程至今尚未背人们认识，所以很难用目前过程辨识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。d.过

23、程控制的过程多属慢过程，而且多半为参量控制由于被控过程具有大惯性、大滞后等特性，因此决定了过程控制的控制过程多属慢过程。另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生过程中，往往用一些物理量和化学量来表征其生产过程是否正常，因此要对上述过程参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。e.过程控制方案十分丰富随着现代工业生产的飞速法杖，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。通

24、常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。f.定值控制是过程控制的一种常见形式在石油、化工、电力、冶金、轻工、环保和原子能等现代工业生产过程中，过程控制的主要目的在于消除或减小外界干扰对被控量的影响，使被控量能稳定在给定值上，使工业生产能实现优质、高产和低能耗的目的。定值控制仍是目前过程控制的一种常见形式。要分析、设计和应用好一个过程控制系统，首先应对被控过程做全面了解，对工艺过程、设备等深入的分析，然后应用自动控制原理与技术，拟定一个合适正确的控制方案，从而达到保证产品质量、提高产品产量、降耗节能、保护环境

25、和提高管理水品等目的。过程控制系统可分为单回路控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、大滞后补偿控制系统、比值控制系统、模糊控制系统等一些复杂控制系统。由于本设计是要求对于水箱液位的串级控制，所以采用串级控制来控制此系统。2.1.串级控制的系统结构串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。结构图如图2-8所示。图 2-1串级控制系统结构框图前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变

26、量。整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。2.2. 串级控制系统的特点串级控制系统是改善控制过程品质极为有效的方法，因而得到了较为广泛应用。与简单控制系统相比，串级控制系统只是在结构上增加了一个内回路，却能收到显的控制效果。这是因为在串级控制系统中，由于副回路具有快速作用，因此串级控制系统对进入内回路的扰动有很强的克服能力；同时由于有副回路的存在

27、，改善了对象的动态特性，提高了系统的工作频率，且使系统具有一定的自适应能力。其特点有以下几点：一、改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。二、能迅速克服进入副回路的二次扰动。三、提高了系统的工作频率。四、对负荷变化的适应性较强。2.3. 串级控制系统的设计A 主回路的设计 串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。这里主要解决串级控制系统中两个回路的协调工作问题。主要包括如何选取副被控参数、确定主、副回路的原则等问题。 B 副回路的设计 由于副回路是随动系统， 对包含在其中的二次扰动具有很强的抑制能力和自适应能力，二次扰动通过主

28、、副回路的调节对主被控量的影响很小，因此在选择副回路时应尽可能把被控过程中变化剧烈、频繁、幅度大的主要扰动包括在副回路中，此外要尽可能包含较多的扰动。 归纳如下。 (1) 在设计中要将主要扰动包括在副回路中。 (2) 将更多的扰动包括在副回路中。 (3) 副被控过程的滞后不能太大，以保持副回路的快速相应特性。 (4) 要将被控对象具有明显非线性或时变特性的一部分归于副对象中。 (5) 在需要以流量实现精确跟踪时，可选流量为副被控量。 在这里要注意(2)和(3)存在明显的矛盾，将更多的扰动包括在副回路中有可能导致副回路的滞后过大，这就会影响到副回路的快速控制作用的发挥，因此，在实际系统的设计中要

29、兼顾(2)和(3)的综合。 C 主、副回路的匹配 1) 主、副回路中包含的扰动数量、时间常数的匹配 设计中考虑使二次回路中应尽可能包含较多的扰动，同时也要注意主、副回路扰动数量的匹配问题。副回路中如果包括的扰动越多，其通道就越长，时间常数就越大，副回路控制作用就不明显了，其快速控制的效果就会降低。如果所有的扰动都包括在副回路中，主调节器也就失去了控制作用。原则上，在设计中要保证主、副回路扰动数量、时间常数之比值在310之间。比值过高，即副回路的时间常数较主回路的时间常数小得太多，副回路反应灵敏，控制作用快，但副回路中包含的扰动数量过少，对于改善系统的控制性能不利；比值过低，副回路的时间常数接近

30、主回路的时间常数，甚至大于主回路的时间常数，副回路虽然对改善被控过程的动态特性有益，但是副回路的控制作用缺乏快速性，不能及时有效地克服扰动对被控量的影响。严重时会出现主、副回路“共振”现象，系统不能正常工作。 2) 主、副调节器的控制规律的匹配、选择 在串级控制系统中，主、副调节器的作用是不同的。主调节器是定值控制，副调节器是随动控制。系统对二个回路的要求有所不同。主回路一般要求无差，主调节器的控制规律应选取PI或PID控制规律；副回路要求起控制的快速性，可以有余差，一般情况选取P控制规律而不引入 I 或 D 控制。如果引入 I 控制，会延长控制过程，减弱副回路的快速控制作用；也没有必要引入

31、D控制，因为副回路采用 P控制已经起到了快速控制作用，引入D控制会使调节阀的动作过大，不利于整个系统的控制。 3) 主、副调节器正反作用方式的确定 一个过程控制系统正常工作必须保证采用的反馈是负反馈，及其主通道各环节放大系数极性乘积必须为正值。串级控制系统有两个回路，主、副调节器作用方式的确定原则是要保证两个回路均为负反馈。确定过程是首先判定为保证内环是负反馈副调节器应选用那种作用方式，然后再确定主调节器的作用方式。各环节放大系数极性的正负是这样规定的：对于调节器KC，当测量值增加，调节器的输出也增加，则KC为负值（即正作用调节器）；反之，KC为正（即反作用调节器）。调节阀为气开。则KV为正，

32、气关KV为负。过程放大系数极性是：当过程的输入增大时，即调节阀开大，其输出也增大，则K0为正，反之，K0为负。在图2-8的串级控制系统框图中可以看到，由于副回路可以简化成一个正作用方式环节，主对象作用方式为正，主测量变送环节为正。根据单回路控制系统设计中介绍的闭合系统必须为负反馈控制系统设计原则，即闭环各环节比例度乘积必须为正，故主调节器均选用反作用调节器，副调节器均选用反作用调节器。常见的双容液位串级控制系统，其主要控制目的是保证下水箱的液位高度不变，克服外界干扰对水箱液位的影响。系统是以下水箱液位为主被控参数，主调节器采用PI 或PID 调节器，以中水箱的液位为副被控参数，副调节器采用比例

33、调节器，构成串级控制系统，下水箱压力传感器检测到的液位信号与给定值进行比较后送入主调节器，其输出作为副调节器的给定值，与中水箱的压力传感器检测到的液位信号进行比较后送入副调节器，其输出控制电动调节阀的开度，从而调节中水箱的进水流量，实现水箱液位的控制。电动调节阀用于调节上水箱的进水量的大小，液位变送器用于检测上水箱和下水箱的液位。3.硬件选型3.1智能仪表概述及选型A.智能仪表介绍智能式仪表是以微处理器为中央控制单元,能完成物理信号的输入输出、信号转换和计算控制等功能,并可与外界通讯的仪器仪表。与其他常规仪表相比，有以下几个优点：a.先进的微机技术,高性能的集成芯片,功能强大,性能优越；b.可

34、靠性高,稳定性好,长期工作维护量小；c.可采用LCD显示,清晰直观,读数方便；d.适用范围广,使用灵活:可选择不同的测量值和输出值;可在线修改参数,流量小信号切除、失败模式电流输出等功能;具有内部计算、数据存储、自诊断、自校验等多种功能；e.具有大量的非控制性信息 管理信息 ,可供用户参考。B.智能仪表的起源为了实现模拟信号的远距离传送,并将多个现场变送器的模拟信号通过一对信号线传送到控制中心,美国Rosemount公司于1985年开发出一种将模拟信号调制成数字调频信号,并用数字调频信号实现传输的 HART Highway Addressable Remote Transducer协议;在现场

35、安装的仪表是一种被称为“Smart Feld Instrument”的智能式仪表,Smart仪表可以用同一对传输线同时送出 420mA和FSK调频制数字这两种信号,实现控制中心与仪表之间的双向通信。并开发出HART手持式通讯器,方便地实现智能仪表与通讯器之间的双向通讯。美国的另一大仪表生产商Honeywell公司20世纪80代初也开发出第一代智能式仪表,及与之配套的ST2102智能通讯器,可设定智能仪表的输出模式:模拟式420mA输出或数字输出模式DE 模式,以便与DCS实现数字通讯;STS2102智能通讯器也可方便地用于Honeywell系列仪表的组态和调试。C.原理框图智能式仪表自20世纪

36、80年代问世以来,很多公司推出了多种不同设计、格各异的产品,但其核心结构却基本上是一致的,可以将其归纳为图3-1所示的框图结构。D.智能式仪表的应用除智能式仪表正确的安装和设定量程范围外,还应注意以下几点。a)智能式仪表的参数选择性强,在参数设置时应正确地检查和设定信号输出。通过正确的设定,在测量介质流向相反时,也能正常输出电流。b)部分需要触点输出的变送器,应正确地设定其回差,以保证系统控制的平稳性。图3-1智能仪表原理结构框图c)智能变送器的使用电压和环境温度考虑1）一般智能变送器的适应电压范围较宽，但超出其通讯要求范围的电压将使变送器不能与外界进行数字通讯。2）使用环境温度和湿度考虑。d

37、)智能仪表的精度考虑。1）要追求高精度的测量和控制，仪表的绝对测量误差是考虑的一个重要因素；应根据仪表的绝度误差表现选择最优的测量范围。2）仪表标称的测量精度不是一成不变的，而是符合要求下的最高精度。在测量范围一定的情况下，过高的耐压范围将导致仪表精度的降低；故应合理选择。3）当仪表具有自动、手动量程范围的选择时，使用自动量程固然可以自动测量参数，但往往以牺牲测量精度为代价。要获得较高精度的测量，建议选择手动量程范围。E智能仪表选型本设计选用的智能仪表为百特公司的XMA5000系列的智能仪表。功能特点是：1) 适用范围适用于温度控制、压力控制、流量控制、液位控制等各种现场和设备配套。2) 技术

38、要求采用单片机技术设计，可保证全量程不超差，长期运行五时漂、零漂；严格按ISO90021认证的工艺生产，可保证长期无故障运行，平均可利用率达99.98%；信号输入、控制输出，全部采用软件调试；输入分度号、输出参数、控制算法按键可设定；万能输入信号；只需做相应的按键设置和硬件跳线 ，即可在一下所有输入信号之间任意切换，即设即用；热电阻：Pt100、Pt100.0、Cu50、Cu100、Pt10；热电偶：K、E、S、B、T、R、N；标准信号：010mA、420mA、05V、15V；霍尔传感器：mA输入信号，05V以内任意信号按键即设即用。远传压力表：30350，信号误差现场按键修正。其它用户特殊订

39、制信号。3) 多种给定方式可选本机给定方式（LSP）可通过面板上的增减键直接修改给定值，也可以加密码锁定不让修改。时间程序给定（TSP）每段程序最长6000分钟，曲线最多可设16段。外部模拟给定（远程给定）（RSP）010mA/420mA/05V/15V通用。4) 多种控制输出方式可选（96*96、72*72放表和48*96小表多种控制输出之间可模块切换）10mA、420mA、05V、15V控制输出；时间比控制继电器输出（1A/220V DC阻性负载）；时间比控制530VSSR控制信号输出；时间比控制双向可控硅输出（3A，600V）；单相2路可控硅过零或移相触发控制输出（独创电路触发31000

40、A可控硅）；三相6路可控硅过零（独创电路触发31000A可控硅）。外挂三相SCR触发器。5) 专家子整定算法独特的PID参数专家自整定算法，将先进的控制理论和丰富的工程经验相结合，使得本公司的PID调节器可适应各种现场，对一阶惯性负载，二阶惯性负载，三阶惯性负载，一阶惯性加纯滞后负载，二阶惯性加纯滞后负载，三阶惯性加纯滞后负载，这6种有代表性的典型负载的全参数测量表明，PID参数专家自整定的成功率达95%以上。6) 可带RS485/RS232/Modem隔离通讯接口或串行标准打印接口7) 单片机智能化设计零点满度自动跟踪，长期运行无漂移，全部参数按键可设定。本课题选用的智能仪表为福光百特所生产

41、的，型号为XMA5666FU0FDRS485，所代表的含义是：XMA：智能型人工智能专家自整定PID调节器；5：开关电源；6：420mA恒流输出+上下限报警或控制；U：万能分度号输入；0：PID控制给定值：机内定值给定；F：96*96*110mm方表D:供电电源24VDC；RS485：通讯接口类型为RS485隔离通讯接口。智能仪表接线图如下：图3-2 智能仪表接线图3.2.液位传感器概述及选型A液位传感器概述在过程控制系统中，检测环节是比较重要的一个环节。液位是指密封容器或开口容器中液位的高低，通过液位测量可知道容器中的原料、半成品或成品的数量，以便调节流入流出容器的物料，使之达到物料的平衡，

42、从而保证生产过程顺利进行。设计中涉及到液位的检测和变送，以便系统根据检测到的数据来调节通道中的水流量，控制水箱的液位。液位变送器分为浮力式、静压力式、电容式、应变式、超声波式、激光式、放射性式等。液位传感器分为两类：一类为接触式，包括单法兰静压/双法兰差压液位变送器，浮球式液位变送器，磁性液位变送器，投入式液位变送器，电动内浮球液位变送器，电动浮筒液位变送器，电容式液位变送器，磁致伸缩液位变送器，侍服液位变送器等。第二类为非接触式，分为超声波液位变送器，雷达液位变送器等。静压投入式液位变送器（液位计）适用于石油化工、冶金、电力、制药、供排水、环保等系统和行业的各种介质的液位测量。精巧的结构，简

43、单的调校和灵活的安装方式为用户轻松地使用提供了方便。420mA、 05v、 010mA等标准信号输出方式由用户根据需要任选。 利用流体静力学原理测量液位，是压力传感器的一项重要应用。采用特种的中间带有通气导管的电缆及专门的密封技术，既保证了传感器的水密性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。 是针对化工工业中强腐蚀性的酸性液体而特制，壳体采用聚四氟乙烯材料制成，采用特种氟胶电缆及专门的密封技术进行电气连接，既保证了传感器的水密性、耐腐蚀性，又使得参考压力腔与环境压力相通，从而保证了测量的高精度和高稳定性。工作原理：用静压测量原理：当液位变送器投入到被测液体中某一深

44、度时，传感器迎液面受到的压力公式为： = .g.H + Po式中： P ：变送器迎液面所受压力 ：被测液体密度 g ：当地重力加速度 Po ：液面上大气压 H ：变送器投入液体的深度 同时，通过导气不锈钢将液体的压力引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压 Po 与传感器的负压腔相连，以抵消传感器背面的 Po ，使传感器测得压力为： .g .h，显然 , 通过测取压力 P ，可以得到液位深度。C.液位传感器选型系统中用到的液位变送器是浙江浙大中控自动化仪表有限公司生产的中控仪表SP0018G压力变送器，属于静压力式液位变送器，量程为0-10KPa，精度为，由24V直流电源供电3.3.执行器概述

45、及选型执行器（调节阀）由执行机构和调节机构（阀）两部分组成。执行器是过程控制工程中的一个重要组成环节。在一个工程控制系统中，接受调节器输出的控制信号，并转换成直线位移或角位移，来改变阀芯与阀座间的流通截面积以控制流入或流出被控过程的流体介质的流量，从而实现对过程参数的控制。根据使用能源不同，执行器可分为气动执行器、电动执行器和液动执行器三类，在过程控制工程中，气动执行器应用最广，其次是电动执行器。电动执行器的输入信号为DC 420mA(DDZ-型)。电动执行器动作迅速，其信号便于远传、并便于与计算机配合使用。本设计选用的是Honeywell的电动执行器，型号为ML7420A3055-E，其特点

46、是：无需连杆，安装方便快捷，标准导管式接线连接，无需调整，阀门定位准确，低功耗，高的关断压力，终端推力限位开关，同步马达，010V DC或210V DC信号输入，正反作用可选，防腐设计。4.人机界面设计4.1.组态软件概述“组态”的概念是伴随着集散型控制系统（Distributed Control System,简称DCS）的出现，才被广大的过程自动化技术人员所熟悉的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的成本；PC的软件资源和硬件资

47、源丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。组态的概念最早来自英文Configuration，含义是使用软件工具对计算机及软件的各种资源进行配置，达到让计算机或软件按照预先设置自动执行特殊任务、满足用户要求的目的。监控组态软件是面向监控与数据采集（SCADA）的软件平台工具，具有丰富的设置项目，使用方式灵活，功能强大。监控组态软件最早出现时，HMI或MMI是其主要内涵，即主要解决人机图形界面问题。随着其快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通信及联网、开放数据接口、对

48、I/O设备的广泛支持已经成为主要内容。随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能：比如，几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量、画面等）进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能，等等。但是，从技术上说，各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处，以及PC技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。a.数据采集的方式大多数组态软件提供多种数据采集程序，用户可以进行配置。然而，在这种情况下，驱动程序只能由组态软件开发商提供，或者由用户按照某种组态软件的接口规范编写，这为用户提出了过高的要求。由OPC基金组织提出的OPC规