锅炉内胆温度过控实训报告 2

湖南工程学院

系统综合训练报告

课题名称过程控制系统

专业班级

姓名

学号

指导教师

2007年 4 月9 日

一、概述

过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。他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。一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，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。

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。他们的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、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩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。

由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述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。

随着现在工业生产的迅速发展，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，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。

二、实验装置概述

THJ-2型高级过程控制实验装置是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术、计算机技术、通信技术、自动控制技术为一体的多功能实验装置，该装置是本企业根据自动化及其它相关教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的优点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出了一套全新的实验装置，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，比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装

置还可根据用户的需要设计构成DDC，DCS，PLC，FCS等多种控制系统。三、系统组成与工作原理

（一）系统外部组成

“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”由过程控制实验对象系统、智能仪表控制台及上位监控PC机(用户自备)三部分组成。

1．过程控制实验对象系统

实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。

系统动力系统有两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计等组成;另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。

整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板，甚至小到每一颗紧固螺钉。

2．对象系统中的各类检测变送及执行装置

(1) 扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；

(2) 涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；

(3) Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；

(4) 控制模块：包含三相可控硅移相调压装置、电磁阀、电动调节阀、三菱变频器各一个；

(5) 接触器位式控制装置、三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵。

3．仪表控制台

智能仪表控制台由三部分组成：

（1）电源控制屏面板：提供实验所需的三相四线～380V、三路单相～220V电源，总电源由三相钥匙开关控制，电网电压由三只指针式交流电压表监示，三相带灯熔断器作为断相指示。设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。另外，还设有定时器兼报警记录仪，为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。

（2）仪表控制面板：由变频调速器面板，AI/818A智能调节仪面板，AI/708A

智能位式调节仪面板，解耦装置，比值器/前馈—反馈装置组成，各装置接线端子通过面板上的插座引出。还可根据用户需要配置远程数据采集智能模块、

S7-200西门子可编程控制器等。

（3）I/O信号接口面板：将各传感器检测及执行器控制信号同面板上的插座相连，便于学生自己连线组成不同的控制系统。

学生通过对对象系统进行不同的组合，结合不同的实验目的，可进行几十种过程控制实验。

4．上位监控PC机(用户自备)

“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”配置一台上位监控PC机，PC机上安装有工控组态软件(MCGS、组态王可选)，通过RS232/485转换器、仪表控制台侧面的RS485总线接口与所有的仪表进行通讯。学生可对下位仪表各参数进行设定、修改PID控制参数，并能观察被控参数的实时曲线、历史曲线，SV设定值、PV 测量值、OP输出值，各实验都设有动态变化棒图显示和实验指导。

（二）ICP-7017模块和ICP-7024模块

ICP-7017是8通道模拟量输入模块，24V供电，面板上提供了4通道的输入端口。每一通道根据功能表可输入允许范围的热电阻，支持485通讯。ICP-7017 技术指标见下表．

ICP-7017模块将温度变送器送来的电压信号通过转换为数字信号后通过

RS485接口送入计算机处理。

ICP-7017远程数据采集模拟输入模块电RS485模拟量(电压型1～5V）输入通A/A/A/A/-

a：电源开关；b：RS485接口；c：ICP-7017模块；d：4通道的输入接口。

面板1 ICP-7033图

ICP-7024是4通道模拟量输出模块，24V供电，提供了4通道的输出端口。每一通道根据功能表可输入允许范围的电压或电流，支持485通讯。ICP-7024的

技术指标见下表：

CP-7024模块将从计算机输出的信号加到三相SCR调压模块4～20mA电流控制信

号输入端。

ICP-7024远程数据采集模拟输出模块电关RS48模拟量(电流型4～20mA）输出通

+A/OA/OA/OA/O3201----

a：电源开关；b：RS485接口；c：ICP-7014模块；d：4通道的输出接口

图2 ICP-7024面板

四、调试与故障分析

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其

结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。本系统所要保持的恒定参数是锅炉内胆温度给定值，即控制的任务是控制锅调节。炉内胆温度等于给定值。根据控制框图，采用PID

给定值锅炉内胆温度

电加热DD控制系

温度变送器