智能采集模块在集中监控系统的应用设计毕业论文(编辑修改稿)

智能采集模块在集中监控系统的应用设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。 这个 装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。 该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制 ，前馈 反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。 THSA1 型过控综合自动化控制系统实验对象 THSA1型过控综合自动化控制系统总貌图如下所示： 图 THSA1型过控综合自动化控制系统总貌图 本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。 供水系统有两路：一路由三相（ 380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮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 变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 （ 1）水箱 包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。 上、中水箱尺寸 均 为： D=25cm， H=20cm；下水箱尺寸为： D=35cm， H=20cm。 水箱结构独特， 由 三个槽 组成 ，分别 为 缓冲槽 、工作槽 和 出水槽 ，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。 水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。 上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶 单回路 液位控制系统 和双闭环、三闭环液位串级控制 系统。 （ 2）模拟锅炉 利用电加 热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。 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，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈 反馈控制，解耦控制等实验。 （ 3）盘管 模拟工业现场的管道输送和滞后环节 ， 在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。 盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。 它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。 （ 4）管道及阀门 整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。 有效提高了实验装置的使用年限。 其中储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打开将水直接排出。 （ 1）压力传感器、变送器 三个压力传感器分别 用来对上、中、下 三个 水箱的液位进行检测 ，其量程为0～ 5KP，精度为 级。 采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。 采用标准二线制传输方式，工作时需提供 24V直流电源，输出： 4～ 20mADC. (2)温度传感器 装置中采用了六个 Pt100 铂热电阻温度 传感器，分别用来检测锅炉 内胆 、 锅炉夹套、 盘管 （有 3 个测试点）以及 上水箱出口 的 水温。 Pt100 测温范围： 200～+420℃。 经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成 4～ 20mA 直流 电流信号。 Pt100 传感器精度高，热补偿性较好。 （ 3）流量传感器、变送器 三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。 它的优点是测量精度高，反应快。 采用标准二线制传输方式，工作时需提供 24V 直流电源。 流量范围： 0～ ； 精度： %； 输出： 4～ 20mADC。 （ 1）电动调节阀 采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。 电动调节阀型号为： QSVP16K。 具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V， 控制信号 为 4～ 20mADC 或 1～ 5VDC， 输出 为 4～ 20mADC 的阀位信号，使用和校正非常方便。 （ 2）水泵 本装置采用磁力驱动泵，型号为 16CQ8P，流量为 30 升 /分，扬程为 8 米，功率为 180W。 泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。 本装置采用两只磁力驱动泵 ,一只为三相 380V 恒压驱动，另一只为三相变频 220V 输出驱动。 （ 3）电磁阀 在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。 电磁阀型号为：2W16025 ； 工作压力：最小压力为 0Kg/㎝ 2，最大压力为 7Kg/㎝ 2 ； 工作温度：－ 5～ 80℃ ；工作电压： 24VDC。 （ 4）三相电加热管 由三根 电加热管星形连接而成，用来对锅炉内胆内的水进行加温，每根加热管的电阻值约为 50Ω 左右。 THSA1 型过控综合自动化控制系统实验平台 “ THSA1 型过控综合自动化控制系统实验平台”主要由控制屏组件、智能仪表控制组件、远程数据采集控制组件、 DCS 分布式控制组件、 PLC 控制组件等几部分组成。 如图 ： 图 THSA1型过控综合自动化控制系统实验平台 （ 1） SA01 电源控制屏面板 由漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器组成。 （ 2） SA02 I/O 信号接口面板 该面板的作用主要是通过航空插头（一端与对象系统连接）将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，便于学生自行连线组成不同的控制系统。 （ 3） SA11 交流变频控制挂件 采用日本三菱的 (R)型 变频器，控制信号输入为 4～20mADC 或 0～ 5VDC， 交流 220V 变频 输出用来驱动三相磁力驱动泵。 （ 4）三相移相 SCR 调压装置、位式控制接触器 采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为 4～ 20mA 标准电流信号 ，其移相触发角与输入控制电流成正比。 输出 交流 电压用来控制 电 加热器 的端电压，从而 实现 锅炉温度的 连续 控制。 位式控制接触器和 AI708 仪表一起使用，通过AI708 仪表输出继电器触点的通断来控制交流接触器的通断，从而完成锅炉水温的位式控制实验。 （ 1） AI智能调节仪表挂件 采用上海万迅仪表有限公司生产的 AI系列全通用人工智能调节仪表，其中SA12 智能调节仪控制挂件为 AI818 型， SA13 智能位式调节仪为 AI708 型。 AI818 型仪表为 PID 控制型，输出为 4～ 20mADC 信号；而 AI708 型仪表为位式控制型，输出为继电器触点型开关量信号。 AI系列仪表通过 RS485 串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。 （ 2） SA14 比值、前馈补偿及解 耦 装置挂件 比值、前馈补偿装置 同调节器一起使用，其原理如图 13所示。 上面一路作为比值器，输入电压经过电压跟随器、反相比例放大器、反相器输出 0～ 5V 电压，可以实现流量的单闭环比值、双闭环比值控制系统实验；当上面一路作为干扰输入，下面一路作为调节器输出时，两路相加或相减（通过钮子开关切换），再经过 I/V 变换输出 4～ 20mA 电流，这部分构成一个前馈补偿器，可以实现液位与流量、温度与流量的前馈 反馈 控制系统 实验。 程数据采集控制即我们通常所说的直接数字控制（ DDC），它的特点是以计算机代替模拟调节器进行控制，并通过数据采集板卡或模块进行 A/D、 D/A 转换，控制算法全部在计算机上实现。 分布式控制组件 分布式控制系统（ DCS），国内也称为集散控制系统，它的特点是将危险分散化，而监视、操作和管理集中化，因而具有很高可靠性和灵活性。 控制组件 可编程控制器（简称 PLC）是专为在工业环境下应用的一种数字运算操作的电子系统。 系统对象采集装置参数要求 CS4000系列过程实验装置和浙江天煌 THSA1型 过程控制实验平台 主要测量的参数 分别 如表 和表 所示 ： 表 CS4000系列过程实验 装置参数要求 检测参数 测量装置 输入信号 输出信号 1号水箱液位 压力变送器 0~30cm 4~20mA 2号水箱液位 压力变送器 0~30cm 4~20mA 3号水箱液位 压力变送器 0~30cm 4~20mA 4号水箱液位 压力变送器 0~30cm 4~20mA 5号加热水箱 PT100热电阻温度传感器 200~+500℃ 19～ 254Ω 短滞后 PT100热电阻温度传感器 PT100热电阻温度传感器 200~+500℃ 19～ 254Ω 长滞后 PT100热电阻温度传感器 PT100热电阻温度传感器 200~+500℃ 19～ 281Ω 主管路电磁流量 电磁流量计 0～ ~20mA 副管路涡轮流量 涡轮流量计 0～ ~506HZ 表 浙江天煌 THSA1型过程控制实验平台参数要求 检测装置 参量参数 输入信号 输出信号 LT1上水箱 液位 压力 变送器 D=25cm， H=20cm 4~20mA LT2中水箱 液位 压力 变送器 D=25cm， H=20cm 4~20mA LT3下水箱 液位 压力 变送器 D=35cm， H=20cm 4~20mA TT1锅炉内胆 温度 PT100热电阻温度传感器 200～ +420℃ 19～ 254Ω TT2锅炉夹套 温度 PT100热电阻温度传感器 200～ +420℃ 19～ 254Ω TT3盘管 1温度 PT100热电阻温度传感器 200～ +420℃ 19～ 254Ω TT4盘管 2温度 PT100热电阻温度传感器 200～ +420℃ 19～ 254Ω TT5盘管 3温度 PT100热电阻温度传感器 200～ +420℃ 19～ 254Ω TT6上水箱 温度 PT100热电阻温度传感器 200～ +420℃ 19～ 254Ω 电动调节阀支路 流量 涡轮流量计 0～ ~506HZ 变频器支路 流量 涡轮流量计 0～ ~506HZ 盘管出口 流量 涡轮流量计 0～ ~506HZ 第三章 控制 系统总体 方案设计 本次设计是基于不改变现场控制，完成主要参数的远程监控，设计系统由上位机和下位机构成。 上位机我使用组态王进行设计监控画面；下位主要是采集站的设计， 为了完成远程数据的采集与传输，并保证采集的数据的质量， 采用智能采集模块，本次设计只涉及采集数据 而 不考虑控制，所以我采用研华 ADAM4000系列智能采集模块。 压力变送器和电磁流量计所采集到的信号是标准电流信号，而 PT100 热电阻温度传感器 和涡轮流量计所采集到的信号分别是电阻信号和频率信号，需进行信号的转换。 采用 频率 电流转换器 将频率信号转换成标准电流信号，温度信号隔离变送器将温度信号转换成标准信号，这样就可以用智能采集模块将标准信号输入到上位监控画面进行监控。 控制系统 方案设计 系统总体控制框图如图 所示：通过 CS4000 系列和浙江天煌的 THSA1型 过程实验装置 采集的数据 传送到采集站加工和转换，再通过转化器连接到计算机中的监控系统进行数据的监控。 图 控制系统总体方案框图 采集站 各部分功能分析 采集站 柜子 的设计 在采集站中，需要把现场检测到的参数进行采集，通过电流信号分配器或隔离分配器将采集到的电流信号或电压信号分成两路，一路传送到现场的显示仪表完成数据采集，另外一路由现场采集站的智能采集模块采集转换成电流信号后通过 RS485 转换器连接到操作员站进行数据的集中监控。 采集站Ⅰ内部接线图如图： 图 采集站Ⅰ柜子内部接线图 采集站Ⅱ内部接线图如图 所示： 图 采集站Ⅱ柜子内部接线图 基于以上的采集站内部接线设计，需设计一个安装柜将以上所需要的模块统一安装在固定位置上， 系统采集站外部 柜子 设计如图 所示： 图 采集站柜。