单容水箱液位组态控制实验报告.docVIP

4 单容水箱液位组态控制实验报告 学院：自动化学院 班级： 学号： 姓名: 单容水箱液位组态 实验目的： 熟悉单容水箱液位调节阀PID控制系统工作原理 熟悉单用户项目组态过程 掌握WINCC画面组态设计方法 掌握WINCC过程值归档的组态过程 掌握WINCC消息系统的组态过程 掌握WINCC报表系统的组态过程 二：单容水箱实验原理 1、实验结构介绍 水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过闸板开度来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。(可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。) 调整水箱出口到一定的开度。 LT103 LT 103 给定值 图4-1单容水箱液位数学模型的测定实验 Qo h Qi FV101 通过物料平衡推导出的公式： 那么 ， 其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成。 公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S函数表示： 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》，金以慧编著。 2、控制系统接线表 测量或控制量 测量或控制量标号 使用PLC端口 使用ADAM端口 下水箱液位 LT103 AI0 AI0 调节阀 FV101 AO0 AO0 3参考结果 单容水箱水位阶跃响应曲线，如图4-2所示： 图4-2 单容水箱液位飞升特性 此时液位测量高度184.5 mm，实际高度184.5 mm -3.5 mm =181 mm 。 水槽横截面积：0.206m2。 那么得到非线性微分方程为(标准量纲):： 进行线性简化，可以认为它是一阶惯性环节加纯延迟的系统。 三．对A3000的系统理解： A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念，而不是对象系统。现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器(包括电动调节阀、变频器及调压器)、以及半模拟屏，从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。 1、A3000特点 (1)现场系统通过一个现场控制箱，集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器，所有驱动电力由现场系统提供。它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即能完成所有实验功能。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。 (2)现场控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。 (3)现场系统的设计另外的优势是保证动力线与控制线的电磁干扰隔离。 (4)现场系统的设计保证了控制系统只需要直流低压就可以了，使得系统设计更模块化，更安全、具有更大的扩展性。 A3000-FS系统结构原理图如图2-1所示。 图2-1 A3000现场系统结构图 现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件联锁保护系统。传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力，1个电磁流量计，1个涡轮流量计，1个电动调节阀，两个电磁阀，2个液位开关。 2、现场系统面板 左侧设置： ? 电源：220V AC单相电源开关，380V AC三相电源开关。 ? 开关：三个旋钮开关，分别是1#、2#工频电源开关，以及变频器控制水泵的开关。可以拔出上面水泵的电力连线，连接到不同的位置，从而更改各个水泵的电力来源。可以是工频，也可以是变频器。如果用户不需要变频调速，则建议全部使用工频控制。按照设计，使用变频器控制的水泵，其面板对应的指示灯可能不工作，因为变频器可能输出0-50Hz，而继电器不能工作。 ? 两个拨动开关，分别是现场系统照明用电源开关，以及变频器STF(正转)控制开关。注意在机柜上还有并联的一个STF控制端，如果要设置工作模式，请断开该控制端。为了避免控制逻辑太复杂，我们一般不连接机柜上的这个开关。 ? 电压表：显示加在调压器上的电压值。 ? 变频器：对于A3000FBS系统，则具有Profibus DP控制端子。 面板右侧是现场系统的模拟屏，安装有5个指示灯和滞后管系统的两手动调节阀。当两个水泵、两个电磁阀开启时，其状态指示灯分别点亮。当锅炉内水位超过低限液位开关时，液位开关闭合，联锁控制指示灯点亮，可以开始对锅炉加热。 3、支路分析 现场系统包含两个支路。支路1有1#水泵，换热器