分子篩脫水系統(tǒng)—再生氣加熱爐控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)-資料下載頁(yè)

　　

【正文】 器出來(lái)的是420mA的電流信號(hào)，而PCI板卡所能接收的只能是電壓信號(hào)，所以需要對(duì)電流信號(hào)和電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。I\V轉(zhuǎn)換器：I\V轉(zhuǎn)換器用于將輸入電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之成線性關(guān)系的輸出電壓信號(hào)[20]。本設(shè)計(jì)采用ISOA4P1O4直流電流信號(hào)隔離（I/V）。圖中1腳為輸入信號(hào)正；2腳為輸入信號(hào)負(fù)；4腳為輔助電8腳為信號(hào)輸出；7腳為增益調(diào)節(jié)； ISOA4P1O4電流/電壓轉(zhuǎn)換器特其特點(diǎn)是：低成本，、 ；輸入420mA等（阻抗≤250Ω）標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào) ；輸出為15V的隔離變換的的電壓信號(hào)；信號(hào)輸入/輸出/輔助電源為隔離電壓3000VDC三隔離；全量程內(nèi)很高的線性度（非線性度＜%）；符合UL940標(biāo)準(zhǔn)阻燃封裝，工業(yè)級(jí)寬溫度范圍:40～+85℃。V\I轉(zhuǎn)換器:V\I轉(zhuǎn)換器的作用是將電壓轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)，它不僅要求輸出電流與輸入電壓有線性關(guān)系，而且要求輸出電流隨負(fù)載電阻變化所引起的變化不超過(guò)允許值，即轉(zhuǎn)換器具有恒流性能[20]。本設(shè)計(jì)采用順源ISO EM系列 直流（電壓/電流）信號(hào)隔離放大器 低成本、小體積,SIP 12Pin符合UL94V0標(biāo)準(zhǔn)阻燃封裝。ISO EM系列隔離放大器是一種磁電隔離的混合集成電路，該 IC在同一芯片上集成了一個(gè)多隔離的DC/DC變換電源和一組磁電耦合的模擬信號(hào)隔離放大器，它采用磁電偶合的低成本方案，主要用于對(duì)EMC（電磁干擾）無(wú)特殊要求的場(chǎng)合。與光電隔離的產(chǎn)品相比，抗 EMC（電磁干擾）能力較差，特殊使用場(chǎng)合應(yīng)注意增加電磁干擾抑制電路或采取屏蔽措施。輸入及輸出側(cè)寬爬電距離及內(nèi)部隔離措施使該芯片可達(dá)到5000VDC絕緣電壓。ISO EM系列產(chǎn)品使用非常方便，免零點(diǎn)和增益調(diào)節(jié)，無(wú)需外接調(diào)節(jié)電位器等任何元件，即可實(shí)現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的隔離轉(zhuǎn)換功能。 ★ 產(chǎn)品有PCB板上焊接和標(biāo)準(zhǔn)DIN 35導(dǎo)軌卡槽固定兩種安裝方式，導(dǎo)軌式安裝的可以實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)一進(jìn)二出、二進(jìn)二出的功能。 ★ 05V/010V/075mV/。 ★ 精度等級(jí)：；全量程范圍內(nèi)極高的線性度（非線性度%），免零點(diǎn)和增益調(diào)節(jié)。 在加熱爐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，需要用工控機(jī)進(jìn)行控制。：一般IPC的全鋼機(jī)采用符合“EIA”標(biāo)準(zhǔn)的全鋼化工業(yè)機(jī)箱，增強(qiáng)了抗電磁干擾能力。內(nèi)部可安裝PC總線兼容的無(wú)源底板。帶濾網(wǎng)和EMI彈片減震、CPU卡壓條及加固壓條裝置，在機(jī)械振動(dòng)較大的環(huán)境下人能可靠運(yùn)行。高功率雙冷風(fēng)扇配置，一方面解決高溫下的散熱問(wèn)題，另一方面是機(jī)箱內(nèi)始終保持空氣正壓，并裝有濾塵網(wǎng)以減少粉塵侵入。 工控機(jī)的構(gòu)成原理本設(shè)計(jì)采用IPC610，IPC610是一個(gè)19in加固的架裝PC/AT電腦機(jī)箱，用于工業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)中。可容納14槽PC/AT總線無(wú)源底板和一個(gè)110220可切換電源。一個(gè)可顯示前面板門可以保護(hù)設(shè)備免于任何未授權(quán)的使用。兩個(gè)過(guò)濾冷卻風(fēng)扇可在整個(gè)機(jī)箱內(nèi)維持正的空氣循環(huán)，由于其板卡固定條和防震安裝的驅(qū)動(dòng)器托架，IPC610能夠承受惡劣中的常見沖擊、震動(dòng)和塵土。IPC610系列機(jī)箱適用于絕大多數(shù)插入式板卡，包括CPU卡、視頻卡、磁盤控制卡以及I/O適配卡等[19]。其產(chǎn)品規(guī)格如下：。、硬盤活動(dòng)和鍵盤鎖的LED。：PS260，最大輸出為260w，輸入為110220（AC）對(duì)于加熱爐的燃燒，空氣和燃料氣按照10:1的的最佳空燃比進(jìn)行配比。在加熱爐內(nèi)沒(méi)有過(guò)量燃料燃燒時(shí)，火焰溫度為: ()式中HC——燃料的發(fā)熱量；CF——燃料的平均比熱；FA——空氣的質(zhì)量流量；CA——空氣的平均比熱；FF——燃料的質(zhì)量流量；TA——空氣的入口溫度；在熱傳遞過(guò)程中，熱量的分配對(duì)加熱爐的工作狀態(tài)很重要，過(guò)量空氣將使火焰溫度降低，影響熱輻射，并且過(guò)量空氣又不利于爐內(nèi)還原氣氛的形成，造成被加熱物氧化燒損加大。從安全考慮，空氣不足時(shí)，燃料將在爐內(nèi)富聚，這時(shí)點(diǎn)燃燒嘴可能發(fā)生爆炸，因此必須采取可靠的預(yù)防措施控制空燃比，確保燃料流量不超過(guò)完全燃燒所允許的數(shù)值，追求最佳燃燒。為了使燃料完全燃燒，空氣過(guò)剩率產(chǎn)(實(shí)際空氣量/理論空氣量)常大于1，一般K =，這時(shí)的熱效率最高，污染最小。近年來(lái)由于以微機(jī)為核心的數(shù)字儀表系統(tǒng)的出現(xiàn), 以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用，使得最佳燃燒得到實(shí)現(xiàn)[20]。溫度是工業(yè)對(duì)象中的主要被控參數(shù)之一。在工業(yè)企業(yè)中,如何提高諸如加熱爐這樣的溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直是現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問(wèn)題。溫度控制系統(tǒng)的對(duì)象具有大慣性、大時(shí)滯和非線性的特點(diǎn),存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳。目前,控制領(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID 控制方式。在模擬系統(tǒng)中，PID算法的表達(dá)式為 ()試中，——調(diào)節(jié)器輸出信號(hào)； ——比例系數(shù)； ——積分時(shí)間常數(shù)；——微分時(shí)間常數(shù)——積分系數(shù)——微分系數(shù)增量型理想PID離散化表達(dá)式 (33）其中，為積分系數(shù)；為微分系數(shù)，為上一次控制輸出量；；。從（33）式中可以看出要得到本次的輸出量，只要知道 、 就可以了，比增量型要簡(jiǎn)單得多，尤其適用于嵌入式系統(tǒng)的編程。在控制輸出時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的只是增量，所以動(dòng)作誤差小，不產(chǎn)生積分失控，并且實(shí)用于手動(dòng)，自動(dòng)切換，因此這種算法得到了廣泛應(yīng)用[21]。本文根據(jù)加熱爐的控制要求,采用改進(jìn)的PID比率控制。在該加熱爐燃燒系統(tǒng)中，要求空氣和燃料氣按一定的比例混合，若空氣量比較多，將帶走大量的熱量，使?fàn)t溫下降。反之，如果燃料氣過(guò)多，則會(huì)有一部分燃料氣不能完全燃燒而造成浪費(fèi)。該系統(tǒng)的原理是，燃料氣和空氣的流量差壓信號(hào)經(jīng)變送器及開方器后分別得到空氣和燃料氣的流量Qa和Qb,Qa和Qb經(jīng)除法器得到一個(gè)比值K(k), K（k）與給定值R(k)相減得到偏差信號(hào)E(k)=R(k)K(k),偏差信號(hào)經(jīng)PID調(diào)節(jié)器輸出到控制空氣的閥門，以控制一定比例的空氣和燃料氣。采用計(jì)算機(jī)控制，開方、比值及PID控制算法均由計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)。[22]： PID比例控制流程圖 調(diào)節(jié)器參數(shù)整定對(duì)于控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，在設(shè)定值發(fā)生變化或系統(tǒng)受到擾動(dòng)作用后，系統(tǒng)將從原來(lái)的穩(wěn)態(tài)經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程進(jìn)入另一個(gè)新的穩(wěn)態(tài)。一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)的好壞在穩(wěn)態(tài)下是難以判別的，只有在過(guò)渡過(guò)程中才充分反映出來(lái)。一個(gè)良好的控制系統(tǒng)，在經(jīng)歷擾動(dòng)后，一般應(yīng)平穩(wěn)、迅速和準(zhǔn)確地趨近或回復(fù)到設(shè)定值。這就需要對(duì)調(diào)節(jié)器的控制參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確設(shè)定才能達(dá)到理想的效果，而PID 調(diào)節(jié)器在出廠時(shí)一般都不會(huì)提供現(xiàn)成的PID 參數(shù)，它們只能由技術(shù)人員在生產(chǎn)過(guò)程中根據(jù)實(shí)際情況自己摸索出來(lái)。這個(gè)工作能鑒別一個(gè)自控人員是否具有足夠?qū)嵺`經(jīng)驗(yàn)和清晰的控制理論概念。【13】控制器參數(shù)有很多整定方法。下面是幾種比較實(shí)用的方法。(1)經(jīng)驗(yàn)法若將控制系統(tǒng)按液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來(lái)分類，屬于同一類別的系統(tǒng)，其對(duì)象特性往往比較相近，所以無(wú)論控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。經(jīng)驗(yàn)法即是按受控變量的性質(zhì)提出控制器參數(shù)的合適范圍。①流量系統(tǒng)：它是典型的快過(guò)程，且往往具有噪聲。對(duì)這種過(guò)程，宜用P I ，且比例度要大，積分時(shí)間可小。②液位系統(tǒng)：對(duì)只需要實(shí)現(xiàn)平均液位控制的地方，宜用純比例，比例度也要大。③壓力系統(tǒng)：壓力環(huán)路的運(yùn)行有的很快，有的很慢。對(duì)于快速過(guò)程，它的性質(zhì)接近流量系統(tǒng)，所以可仿照典型流量系統(tǒng)來(lái)選擇控制器型式和參數(shù)；對(duì)于慢速過(guò)程，它的參數(shù)整定應(yīng)參照典型的溫度系統(tǒng)。④溫度系統(tǒng)：對(duì)于間接加熱的溫度系統(tǒng)，因?yàn)樗哂袦y(cè)量變送滯后和熱傳遞滯后，所以顯得很緩慢。比例度設(shè)置范圍約20～60，具體還取決于溫度變送范圍和控制閥的尺寸。一般積分時(shí)間常數(shù)較大。微分時(shí)間約是積分時(shí)間的四分之一。經(jīng)驗(yàn)整定值見下表:注： 為比例度，它與比例增益Kp 的關(guān)系為:PB=(1/Kp) 100%。,都是對(duì)具有與典型過(guò)程相近的特性而言的。對(duì)于特殊情況應(yīng)另當(dāng)別論。(2)臨界比例度法這種整定方法是在閉環(huán)的情況下進(jìn)行的。首先將控制器的積分作用和微分作用去除，按比例增益K p 由小到大的變化規(guī)律，對(duì)應(yīng)于某一K p 值作小幅度的設(shè)定值階躍干擾。然后按下表所列的經(jīng)驗(yàn)算式，求取控制器的最佳參數(shù)值。這種整定方法是以得到4:1衰減比、并且有合適的超調(diào)量(或最大偏差)為目標(biāo)的。從中可以看到以下帶有普遍意義的幾條規(guī)律:①純比例時(shí)，Kp=。 的幅穩(wěn)定裕度是與4:1 衰減相基本對(duì)應(yīng)的。②比例積分控制器的Kp 值要比純比例時(shí)小10%，這是由于附加積分作用會(huì)使系統(tǒng)穩(wěn)定性變差，為維持原有穩(wěn)定性，必須將Kp 值降低的緣故。③由于微分的相位的超前作用，能改善系統(tǒng)穩(wěn)定性，所以Kp 值可以提高。在表中PID時(shí)的K p 倍。④積分時(shí)間約是微分時(shí)間的四倍。對(duì)臨界比例度法再提示以下幾點(diǎn)：①該方法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用時(shí)簡(jiǎn)單方便，但此法有一定限止。從工藝上看，要求受控變量允許承受等幅振蕩的波動(dòng)，其次對(duì)象應(yīng)為高階或純滯后，否則在比例作用下將不會(huì)出現(xiàn)等幅振蕩。例如對(duì)于一些時(shí)間常數(shù)較大的液位系統(tǒng)或壓力系統(tǒng)，就較難獲得臨界振蕩，因?yàn)橄到y(tǒng)在純比例作用下會(huì)是很穩(wěn)定的。②在獲得等幅振蕩曲線時(shí)，應(yīng)特別注意：不應(yīng)該使控制閥開、關(guān)的極端狀態(tài)。否則由此獲得的等幅振蕩實(shí)際上是“極限循環(huán)”,從線性系統(tǒng)概念上說(shuō)該系統(tǒng)早已處于發(fā)散振蕩了。③微分作用對(duì)系統(tǒng)的改進(jìn)不能算是很大的（Kp ），對(duì)于具有幾個(gè)時(shí)間常數(shù)的過(guò)程，微分所起作用要更大些，所以對(duì)這種情況，Kp 值可以取得大。而微分對(duì)純滯后是不起作用的，所以對(duì)具有較大純滯后的系統(tǒng)，Td和Kp 值均應(yīng)取得小些。【23】第四章 監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì) MCGS組態(tài)軟件概述 MCGS組態(tài)軟件簡(jiǎn)介MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Windows95/98/Me/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS為用戶提供了解決實(shí)際工程的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。MCGS具有操作簡(jiǎn)便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測(cè)、機(jī)械制造、交通運(yùn)輸、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。使用MCGS，用戶無(wú)須具備計(jì)算機(jī)編程的知識(shí)，就可以在短時(shí)間內(nèi)輕而易舉的完成一個(gè)運(yùn)行穩(wěn)定，功能全面，維護(hù)量小并具備專業(yè)水準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。它的主要特點(diǎn)有：（1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性。使用MCGS 工控組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)；（2）封裝性（易學(xué)易用），MCGS 工控組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使用的方法包裝起來(lái)，對(duì)于用戶，不需掌握太多的編程語(yǔ)言技術(shù)（甚至不需要編程技術(shù)），就能很好地完成一個(gè)復(fù)雜工程所要求的所有功能；（3）通用性和可擴(kuò)充性，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用MCGS 工控組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的設(shè)備驅(qū)動(dòng)、開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。目前，MCGS 組態(tài)軟件已經(jīng)成功推出了MCGS 通用版組態(tài)軟件、MCGSWWW 網(wǎng)絡(luò)版組態(tài)軟件和MCGSE 嵌入版組態(tài)軟件。三類產(chǎn)品風(fēng)格相同，功能各異，三者完美結(jié)合，融為一體，形成了整個(gè)工業(yè)監(jiān)控系統(tǒng)的從設(shè)備采集、工作站數(shù)據(jù)處理和控制、上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)管理和web 瀏覽的所有功能，很好的實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制一體化的功能。[24] MCGS組態(tài)軟件的系統(tǒng)構(gòu)成MCGS 軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。組態(tài)環(huán)境相當(dāng)于一套完整的工具軟件，幫助用戶設(shè)計(jì)和構(gòu)造自己的應(yīng)用系統(tǒng)。運(yùn)行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構(gòu)造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運(yùn)行，并進(jìn)行各種處理，完成用戶組態(tài)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和功能。MCGS 組態(tài)軟件（以下簡(jiǎn)稱MCGS）由“MCGS 組態(tài)環(huán)境”和“MCGS 運(yùn)行環(huán)境”兩個(gè)系統(tǒng)組成，兩部分互相獨(dú)立，又緊密相關(guān)。【24】： MCGS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 MCGS組態(tài)軟件的功能和特點(diǎn)與國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品相比，MCGS 組態(tài)軟件具有以下特點(diǎn)：?? 全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國(guó)人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000等多種操作系統(tǒng)。?? 龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)、完備的繪圖工具、22種不同形式的漸進(jìn)色填充功能以及豐富的多媒體支持，使您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫等于一體的豐富多樣、精美的工程畫面。?? MCGS組態(tài)軟件不僅增添了在運(yùn)行環(huán)境下支持圖形的旋轉(zhuǎn)功能，使您的工程更加生動(dòng)、逼真，而且在組態(tài)環(huán)境下也可以對(duì)圖形進(jìn)行任意角度的旋轉(zhuǎn)，使您輕松完成難度較大的圖形組態(tài)工作。?? MCGS位圖構(gòu)件主要用于顯示靜態(tài)圖像，位圖構(gòu)件不僅可以顯示標(biāo)準(zhǔn)的Windows位圖文件（即BMP文件），還增加了允許裝載其它各種格式圖片的功能；?? 全新的ActiveX動(dòng)畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計(jì)劃曲線、相對(duì)曲線、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。?? 通用性強(qiáng)，支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，每個(gè)用戶根據(jù)工程實(shí)際情況，利用通用組態(tài)軟件提供的底層設(shè)備（PLC、智能儀表、智能模塊、板卡、變頻器等）的I/O Driver、開放式的數(shù)據(jù)庫(kù)和畫面制作工具，就能完成一個(gè)具有動(dòng)畫效果、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理、歷史數(shù)據(jù)和曲線并存、具有多媒體功能和網(wǎng)絡(luò)功能的工程，不受行業(yè)限制。?? 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。?? 方便的報(bào)警設(shè)置、豐富的報(bào)警類型、報(bào)警存貯與應(yīng)答、實(shí)時(shí)打印報(bào)警報(bào)表以及靈活的報(bào)警處理函數(shù)，使您能夠方便、及時(shí)、準(zhǔn)確地捕捉到任何報(bào)警信息。?? 完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外， MCGS還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程