自动检测技术及仪表控制系统课程设计

自动检测技术及仪表控制系统课程设计内容摘要：

量。 它的传递函数为： （ 34） 在在本实验单反馈控制中 , 过程参数或过程变量与所需的设定值之间存在偏差 , 通过 PID 运算可以计算出控制器的输出值 , 假设过程参数或过程变量是 PV, 设定值是 SP, 偏差是 E, 控制器输出是 OUT, 则计算公式是 : Ei=PViSPi OUTi=KpEi+KiΣEi Δt+Kd!EiEi1 式中 , 输出数值 OUTi由三个输出项组成。 第一项是比例作用 (ProportionalActive) 的输出 , 它的输出与偏差成正比。 在某一时刻 , 如果偏差为 0, 则比例项输出为 0。 对控制器输出的影响大小与所设置的比例增益 Kp有关。 第二项是积分作用 (IntegralActive) 的输出 , 它的输出是与偏差的大小和偏差作用时间的乘积有关。 在某一时刻 , 如果偏差为 0, 积分项的输出并不为 0, 由于偏差为 0, 该项的比例输 出将不发生变化 , 保持在原有的数据上。 积分项作用增长的快慢与偏差的大小、所设置的积分常数 Ki有关 : Ki=KTip。 Ti 称为积分时间 , Ti越大 , Ki 就越小 , 积分作用增长就越弱 , 消除偏差的时间也就越长。 第三项是微分作用 (DerivativeActive) 的输出 , 它的输出与偏差的变化率有关。 因此 , 如果偏差存在但不发生变化 , 微分作用的输出就为 0。 微分作用的大小是与偏差变化率 9 及微分常数 Kd有关 : Kd=KpTd。 Td 称为微分时间 , Td越小 , Kd就越小 , 微分作用 就越弱 , 对偏差变化就越不敏感。 系统原理图及工作原理（如图 33） PLC 根据控制误差的大小计算出相应的控制器输出 I（ 420mADC） /U（ 010V） ,变频器根据输入信号 I/U输出相应的可变频率 f来改变电机的转速 n而转速 n的改变将直接影响容器的流出量 Qout,从而达到控制液位高度的目的。 单元电路设计 单元电路工作原理 系统概述 液位控制系统由工业计算机、 PLC 可编程控制器、变频器和差压变送器等组成。 液位设定值由计算机输入界 面人工给定。 压力差计检测出液位信号，通过变送装置反馈给 PLC 可编程控制器，与设定值进行比较。 PLC 可编程控制器作为 PID控制器，控制变频器，实现液位的快速、无静差控制。 在液位调节过程和正常生产过程中，可通过计算机的监视画面实时监控液位。 下面仅对与本次课程设计相关的设备给予简单介绍，其它设备在此不作说明。 1. 控制机构 三菱 PLC： ① 结构灵活，不受环境的限制，有电即可组建网络，同时可以灵活扩展接入端口数量，使资源保持较高的利用率，在移动性方面可与 WLAN 媲美。 ② 传输质量高、速度快、带宽稳定， 可以很平顺的在线观赏 DVD影片，它所提供的 14Mbps带宽可以为很多应用平台提供保证。 最新的电力线标准 HomePlug AV 传输速度已经达到了 200Mbps；为了确保 QoS， HomePlug 10 AV 采用了时分多路访问（ TDMA）与带有冲突检测机能的载体侦听多路访问（ CSMA）协议，两者结合，能够很好地传输流媒体。 ③ 范围广，无所不在的电力线网络也是这种技术的优势。 虽然无线网络可以做到不破墙，但对于高层建筑来说，其必需布设 N 多个 AP 才能满足需求，而且同样不能避面信号盲区的存 在。 而电力线是最基础的网络，它的规模之大，是其他任何网络无法比拟的。 由此，运营商就可以轻松地把这种网络接入服务渗透到每一处有电力线的地方。 这一技术一旦全面进入商业化阶段，将给互联网普及带来极大的发展空间。 终端用户只需要插上电力猫，就可以实现因特网接入，电视频道接收节目，打电话或者是可视电话。 ④ 低成本。 充分利用现有的低压配电网络基础设施，无需任何布线，节约了资源。 无需挖沟和穿墙打洞，避免了对建筑物、公用设施、家庭装潢的破坏，同时也节省了人力。 相对传统的组网技术， PLC 成本更低，工期短，可扩展性和可管理性更强。 目前国内已开通电力宽带上网的地方，其包月使用费用一般为 5080元 /月左右，这样的价格和很多地方的 ADSL包月相持平。 ⑤ 适用面广。 PLC 作为利用电力线组网的一种接入技术，提供宽带网络 “最后一公里 ”的解决方案，广泛适用于居民小区，酒店，办公区，监控安防等领域。 它是利用电力线作为通信载体，使 得 PLC 具有极大的便捷性，只要在房间任何有电源插座的地方，不用拨号，就立即可享受 ~45Mbps的高速网络接入，来浏览网页﹑拨打电话，和观看在线电影，从而实现集数据、语音、视频，以及电力于一体的 “四网合一 ”。 三菱变频器： FRF740系列 ◆ 功率范围： 37~220KW ◆ 简易磁通矢量控制方式，实现 3Hz时输出转矩达 120% ◆ 采用最佳励磁控制方式，实现更高节能运行 11 ◆ 内置 PID，变频器 /工频切换和可以实现多泵循环运行功能 ◆ 内置独立的 RS485通讯口 ◆ 使用长寿命元器件 ◆ 内置噪声滤波器（ 75K 以上） ◆ 带有节能监控功能，节能效果一目了然 DDZ—III型差压变送器，其原理如图 35 适用范围： DDZ—III型差压变送器主要用于测 量液体、气体、蒸汽的差压、压力及 负压也可以测量开口或受压容器的 液位，配上节流装置可以测量液体、 气体或蒸汽的流量，其中差压液位变 送器还能测量高粘度、沉淀性等介 质；防腐差压变送器用于测量各种腐 蚀性酸、碱、氯化物等介质，并将被 测参数 转换成为 4～ 20mA的直流信 图 35 号输出，并传给二次仪表或调节单元作检测或控制用。 DDZ—III型系列差压变送器广泛应用于石油、化工、电力、冶金等行业。 主要技术参数： 输出信号： 4～ 负载电阻： 0～ 350Ω 来回变差： ≤基本误差 静压误差： 177。 3%（静压为 16MPa 以下）； 177。 5%（静压为 16MPa 以上） 电源电压： 12 安装方式：现场安装于￠ 50管子上 环境温度： 25℃ ～ +60℃ 相对湿度： ≤95% 接线说明： 图 36 变频器与电机、 PLC 的连接 图 37 13 PID参数选择 PID控制器的参数整定： PID控制器的参数整定是控制系统设计的核心 对于液位系统： P（ %） 2080，I（分） 15 以下七字诀可作为参考： 参数整定找最佳，从小到大顺序查 先是比例后积分，最后再把微分加 曲线振荡很频繁，比例度盘要放大 曲线漂浮绕大湾，比例度盘往小扳 曲线偏离回复慢，积分时间往下降 曲线波动周期长，积分时间再加 长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。 微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低 4比。