温度集散控制系统设计

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摘　要：详细介绍VP系统的软硬件体系结构，讨论IO模块的选取、流程图、功能图和调整PID各参数来实现仿真。以CENTUM VP为核心，采用温度变送器、可控硅控制器、流量变送器、数据采集卡（PCL-818L）、模拟信号端子板（PCLD-9138）以及电压-电流转换器等设计一个温度检测和控制系统，实现对温度实时监控。

关键词：CENTUM VP　温度控制　系统设计　PID参数

中图分类号：TH122

文献标识码：A

文章编号：1007-3973（2012）006-001-02

1 引言

集散控制系统作为自动化技术、计算机技术、通讯技术等发展的产物，已成为显示生成过程自动化的重要控制装置，在国内外的工业过程控制中得到普遍的发展，在提高生产操作、控制、管理水平方面起到极其重要的作用，是目前控制领域发展的一个重要方向。

2 温度控制的原理

温度控制系统实验原理框图如图1所示，图1中电/气转换器、可控硅控制器和容器温度组成广义被控对象。温度变换器能够检测到电流反馈信号的输出，检测范围为4mA到20mA，反馈信号由数据采集卡中的AD转换模块转换成数字信号，然后经过接口输入到计算机进行处理并与定值进行比较，最后得到偏差信号。计算机软件程序根据偏差信号的结果，再有选择的执行相对应的算法程序来控制输出控制量。常用的控制算法有模糊控制算法、自动校正算法、数字型PID控制算法等，计算出控制量经D/A转换模块转换成1V至5V的电压信号输出，最后再经过电压电流转换模块转换成4mA到20mA之间的电流输出信号。

3 温度集散控制系统硬件选型

DCS系统具有分散的仪器控制和集中式计算机控制系统的两个优点。它具有很强的通用性，灵活的系统配置，完善的控制功能，方便的数据处理，友好的人机界面，安装简单，调试极其方便，规范操作安全可靠等特点，对各种工业生产过程都比较适用，可以提高自动化水平和管理水平，降低能耗的同时提高效率，确保安全生产。DCS系统包含以下几个部分：具有IO接口的控制器，通讯网络和人机接口。

3.1 系统设计概述

本系统的装置由以下几个部分组成：晶闸管类型的电加热装置、嵌入式的两个容器、流体传送设备PC机电脑、模入/模出接口板和模拟信号端子板等组成。从控制的角度来看，该套设备具有有四个测试变量（温度及流速各两个），控制变量的选择具有灵活多变的特点，可选择一个、两个等变量。具有三个控制变量（流量控制阀和可控硅类型输出电压），其他都是可选型的输入。在控制变量，操纵变量、主要的干扰和控制计划之后，只要模拟流程控制，对不同的插座孔连接，可迅速、灵活的形成了不同类型的控制电路。一般设备可形成集装类型温度、流量比例控制以及其他或简单或复杂的控制系统，本设备的工艺流程图如图2所示。

3.2 控制系统硬件及数据采集

本控制系统的控制站由机箱、控制主体机、IO接口模块等几部分部分硬件构成，其中，机箱采用的是MIC-2000类型，弹性化的模块设计能够让系统便于升级；控制主体机集成了CRT、VGA、EL等显示接口及100M以太网口，采用MIC-2352类型CPU卡，并集成了网络方式显示的功能；AI输入采用的是模拟MIC-2718，具有12bit的模数转换模块。

系统控制设备的主要功能是由工程师站组态信息的实时数据采集和处理，并控制输出。本数据采集模块将处理所有收集的数据，同时对传输、显示、存储等设备的操作，它有2个主要的目标：首先是准确的任何测试的目的必须有一定的精度要求，否则将失去意义的测试。根据设计要求的不同的系统，我们可以选择不同的模数转换芯片，达到精度要求。其次是速度，数据采集模块采集速度的提高不但了提高了工作效率，同时加大了数据采集系统应用范围。数据采集卡的接口方式是该卡与PC连接的总线方式，或者该卡提供的接口方式。从数据传输可靠和速度角度考虑，本设计采用PCI总线接口方式，其传输时序图如图3所示。

PCI-7200卡具有32位数字量输入输出通道，传输速率每秒能达到12M Bytes，它具有4种传输模式：Program I/O（直接编程输入输出）、Internal timer pacer transfer（内部时钟同步传输）、External I-REG strobe input（外部触发输入）、Handshake data transfer（握手数据传输），其外部结构功能图如图4所示。

4 系统安装及调试

系统在进行安装接线之前，需确认设备的电源是否已经断开，确定信号线属于关断状态。在与现场控制站断开的情况下，对各现场仪表加电，在现场控制站的接线端子上逐一核实所有连接的信号。当有模拟量信号输入时，需要准确测量仪表输出最小值和最大值时候的端子电压数值，对于开关量信号，要测出准确的关状态和开状态的端子电压数据。

在完成了安装及接线后，就需要对系统设备进行调试。设备调试会涉及到系统的具有的所有功能为确保系统的各种功能的实现，必须保证输入输出关系、控制调节功能是正确无错。在控制回路调试过程中，需要仪表人员、操作人、工艺人员都在现场，调节设备需要遵守先手动、后自动的原则。

5 结论

集散控制系统具有较好的使用性、较高的可靠性和实用性，由于本系统的目标控制对象单一、规模较小，控制过程较少有级联，基本为单输入和单输出的过程，所以操作员站的监控软件在通用性上存在着一定的局限性。

参考文献：

[1]　王常力,廖道文.集散型控制系统的设计与应用[M].北京:清华大学出版社,1993:23-27.

[2]　林霁栋.温度计量技术[M].北京:中国计量出版社,1986:20-44.