1、 气力输送系统项目实训姓 名：学 号：课程名称：气力输送系统项目实训提交日期：2010 年 03 月 23 日南京工业职业技术学院项目技术报告摘 要本文介绍了基于 PROFIBUS 和 MPI 通讯协议、在传统过程控制实训装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统， ，通过PROFIBUS 协议进行数据传输和交换的现场总线模块替代常规的现场检测和变送装置，采用工业以太网与上位机进行通讯和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化南京工业职业技术学院项目技术报告摘 要 .2绪论 .4第一章 控制系统的组成及认识实训 .5第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认识实训 .5第二节、下位机软件
2、中的硬件配置和程序结构 .12第三节、上位机组态软件简介 .18第二章 被控对象特性测试 .39第一节、单容水箱特性测试 .39第二节、双容水箱特性测试 .45第三章 单回路控制系统实训 .50第一节、单回路控制系统的概述 .50第二节、上水箱液位 PID 整定实训 .56第三节、串接双容水箱液位 PID 整定实训 .59第四节、三容水箱液位定值控制系统 .60第五节、锅炉内胆水温 PID 控制实训 .63第六节、锅炉夹套水温 PID 控制实训 .67第七节、单闭环流量 PID 控制实训 .70第四章 温度位式控制系统实训 .73第五章 串级控制系统实训 .77第一节、串级控制系统概述 .77
3、第二节、水箱液位串级控制实训 .81第三节、三闭环液位控制系统 .85第四节、锅炉夹套与内胆水温串级控制系统 .89第五节、锅炉内胆水温与水流量串级控制实训 .92第六节、上水箱液位与进水流量串级控制系统 .96第六章 比值控制系统实训 .99第七章 前馈-反馈控制系统实训 .104第一节、下水箱液位前馈-反馈控制实训 .104第二节、锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统 .109第八章 解耦控制系统实训 .113第一节、锅炉夹套与内胆水温解耦控制系统 .115第二节、上水箱液位与出口水温解耦控制实训 .119结 论 .123致 谢 .124参考文献 .125南京工业职业技术学院项目技术报告绪论现场
4、总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一，被誉为自动化领域的计算机局域网，它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。现场总线技术的出现使传统的控制系统结构产生了革命性的变化，使自控系统朝着智能化、数字化、信息化、网络化、分散化的方向迈进，形成新型的网络集成式全分布式控制系统-现场总线控制系统 FCS（Fieldbus Control System） 。现场总线实现了微机化测量控制设备之间实现双向串行多节点数字通信，因为其开放式、数字化、多站点通信
5、、低带宽的特性。所以可以很方便地与因特网（Internet） 、企业内部网（Interanet）相连。 随着近年来现场总线控制技术的日益成熟和完善，其在工业现场的应用已经非常普遍，如何把这种能体现现代控制主流的技术应用到教学实训装置，是本套实训装置所要解决的问题。本套现场总线控制系统，是在原有传统过程控制实训装置基础上，通过 PROFIBUS 协议进行数据传输和交换的现场总线模块替代常规的现场检测和变送装置，采用工业以太网与上位机进行通讯和远程控制，从而使整个控制系统实现网络化和数字化。南京工业职业技术学院项目技术报告第一章 控制系统的组成及认识实训第一节、现场总线控制系统（FCS）的组成与认
6、识实训一、系统简介本现场总线控制系统是基于 PROFIBUS 和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实训装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。整个实训装置分为上位控制系统和控制对象两部分，上位控制系统流程图如图 1-1 所示：图 1-1 上位控制系统流程图南京工业职业技术学院项目技术报告控制对象总貌图如图 1-2 所示。图 1-2 控制对象总貌图二、系统组成本实训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
7、南京工业职业技术学院项目技术报告组成。1、被控对象被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接圆筒形有机玻璃水箱、4.5Kw 电加热锅炉(由不锈钢锅和锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管路组成。水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。 上、中、下水箱采用淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm； 下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。每个水箱有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。储水箱尺寸为：长宽高=68cm5243。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
8、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。做温度实训时，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） ，可做温度纯滞后实训，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。在实训过程中根据不同的实训需要选择不同的滞后时间。盘管出来的水既可以回流到锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计完成流量滞后实训。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。有效提高了实训装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需
9、要更换水时，将球阀打开让水直接排出。2、检测装置南京工业职业技术学院项目技术报告压力传感器、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。压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测，其精度为 0.5 级，因为为二线制，故工作时需串接 24V 直流电源。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-P
10、A 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。 Pt100 传感器精度高，热补偿性能较好。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。涡轮流量计型号：LWGY-10，流量范围：01.2m 3/h，精度：1.0%。输出：420mA标准信号。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 PROFIBU
11、S-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。由CPU 直接发送的数字信号控制阀门的开度，本气动调节阀自动进行零点校正，使用和校正都非常方便。变频器：本装置采用 SIEMENS 带 PROFIBUS-DP 通讯接口模块南京工业职业技术学院项目技术报告的变频器，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。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。其中一只为三相 380V 恒压驱动，另
12、一只为三相变频 220V 输出驱动。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 420mA 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：580。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、空气压缩机用于给气动调节阀提供气源，电动机
13、的动力通过三角胶带传带动空压机曲轴旋转，经连杆带动活塞做往复运动，使汽缸、活塞、阀组所组成的密闭空间容积产生周期变化，完成吸气、压缩、排气的空气压缩过程，压缩空气经绕有冷却翅片的排气铜管、单向阀进入储气罐。空压机设有气量自动调节系统，当储气罐内的气压超过额定排气压力时，压力开关会自动切断电源使空压机自动停止工作，当储气罐内的气体压力因外部设备的使用而下降到额定排压以下0.2-0.3Mpa 时，气压开关自动复位，空压机又重新工作，使储气罐内压缩空气压力保持在一定范围内。南京工业职业技术学院项目技术报告三、电源控制台（仅早期控制系统需依赖电源控制台，升级后的现场总线控制系统本身已集成电源控制部分）
14、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。四、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。五、系统特点 被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。 本装置由控制对象、综合上位控制系统、上位监控计算机三部分组成。 真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。 执行器中既有气动调节阀，又有变频器、可控硅移相调压装置，调节系统除了有设定值阶跃扰动外，还可以通过对象中电磁阀和手动操作阀制造各种扰动。 一个被调参数可在不同动力源、不同执行器、不同的工艺管
