综合实验报告实验名称自动控制系统综合实验题目指导教师设计起止日期2013年1月7日～1月18日系别自动化学院控制工程系专业自动化学生姓名班级 学号成绩前言自动控制系统综合实验是在完成了自控理论，检测技术与仪表，过程控制系统等课程后的一次综合训练。

要求同学在给定的时间内利用前期学过的知识和技术在过程控制实验室的现有设备上，基于mcgs组态软件或step7、wincc组态软件设计一个监控系统，完成相应参数的控制。

在设计工作中，学会查阅资料、设计、调试、分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。

目录前言 (2)第一章、设计题目 (4)第二章、系统概述 (5)第一节、实验装置的组成 (5)第二节、MCGS组态软件 (11)第三章、系统软件设计 (14)实时数据库 (14)设备窗口 (16)运行策略 (19)用户窗口 (21)主控窗口 (30)第四章、系统在线仿真调试 (32)第五章、课程设计总结 (38)第六章、附录 (39)附录一、宇光智能仪表通讯规则 (39)第一章、设计题目题目1 单容水箱液位定值控制系统选择上小水箱、上大水箱或下水箱作为被测对象，实现对其液位的定值控制。

实验所需设备：THPCA T-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），水箱装置，AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根（或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，AT-1挂件、PCL通讯线一根）。

实验所需软件：MCGS组态软件要求：1.用MCGS软件设计开发，包括用户界面组态、设备组态、数据库组态、策略组态等，连接电路，实现单容水箱的液位定值控制；2.施加扰动后，经过一段调节时间，液位应仍稳定在原设定值；3.改变设定值，经过一段调节时间，液位应稳定在新的设定值。

第二章、系统概述第一节、实验装置的组成一、被控对象1．水箱：包括上水箱、下水箱和储水箱。

上、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。

有机玻璃水箱尺寸：长×宽×高=350×380×300（mm）。

上水箱可以分为两个小水箱共五个槽组成，分别为小水箱缓冲槽、小水箱工作槽、大水箱缓冲槽、大水箱工作槽和溢流槽组成，进水时水管的水先流入缓冲槽，然后才流入工作槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。

两个小水箱底部均设置有采压口、出水口以及并连水箱连通口。

下水箱与上水箱不同，共有四个槽组成，分别为左进水缓冲槽、溢流槽、右进水缓冲槽和工作槽，水箱底部设置有采压口，出水口。

储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=900m×520×430（mm），完全能满足有机玻璃水箱以及加热锅炉的实验供水需要。

储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。

2．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。

做温度实验时，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，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。

3．盘管：模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长21米（24圈），在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。

盘管的出水通过软管连接既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。

它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。

4．管道及阀门：整个系统固定不动的管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。

有效提高了实验装置的使用年限。

实验用管道采用软管连接，软管连接部分均采用快速软管接头，方便软管插拔，不同的实验需要连接不同的管路，完全开放，老师学生可以随意组合控制系统，培养学生创新能力，使设备更具研究价值。

二、检测装置1．压力传感器、变送器：五个DDZ-III型压力传感器，用来对上小、上大、下水箱的液位以及常规仪表侧管道压力进行检测，精度为0.5级。

采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。

采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。

其中检测管道压力的压力变送器量程为0-200KPa，其余用于检测液位的四个变送器量程均为0-5KPa。

西门子压力变送器用来对现象总线侧下水箱液位进行检测，数量1套。

测量偏差小于0.1％。

采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的压力传感器，SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的压力传感器通过总线供电，不需要另外接工作电源。

2．温度传感器：装置中采用了五个Pt100铂热电阻温度传感器和一个K型热电偶传感器，五个热电阻传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）的水温。

Pt100测温范围：-200～+420℃。

经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。

Pt100传感器精度高，热补偿性较好。

K型热电偶传感器用来检测锅炉内胆水温，测温范围：0-1100℃。

3．流量计：一个模拟转换器（涡轮流量计）挂接在网孔板上，两端接有快速接头，用来连接软管测量流量。

它的优点是测量精度高，反应快。

采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。

流量范围：0～1.2m3/h；精度：1.0%；输出：4～20mADC。

一个孔板流量计（需要配合差压变送器），刻度流量0～1.5m3/h，最大差压60KPa。

一个西门子电磁流量计，公称直径15mm，测量精度±0.5％。

与流量转换器配合使用。

基于微处理器的变送器，带有数字显示，可连接多种传感器，采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口电磁式流量计。

4．差压变送器：配合孔板流量计测量管道流量，采用电容式差压变送器，4-20mA信号输出，0.25级测量精度。

5.液位传感器：由三个电接触点组成，分别对低、中、高水位进行检测，配合液位控制器，可以对水位起到监视作用，本实验装置中共用了两个液位传感器，分别用来检测锅炉内胆水位和储水箱水位。

三、执行机构1．电动调节阀：采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。

电动调节阀型号为：QSTP-16K。

具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。

2.气动调节阀（配套西门子阀门定位器）：额定流量0.3T/h，等百分比特性。

由智能电气阀门定位器控制的气动调节阀，带有PROFIBUS-PA通讯功能。

3．水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为30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。

本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V 恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。

4．电磁阀：在本装置中作为电动调节阀、气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。

5．U型单相电加热管：一根1KW U型电加热管用来对锅炉内胆内的水进行加温。

6. 单相调压模块单相调压模块安装在控制屏内部，它为单相交流220V输入，输出为单相交流220V平滑可调，控制信号为DC 4～20mA，利用智能调节仪的输出信号可控制调压模块的输出电压，从而使加热介质水最终稳定在某一数值，实现温度的自动控制。

四、实验控制台1. 电源控制屏面板：装有漏电保护空气开关，三相电压指示表，各种执行器控制开关，报警指示灯。

电磁阀开关，三位式开关，打到中间位置为电磁阀断电闭合状态；打到手动位置，电磁阀得电打开；打到自动位置，只有当电磁阀的控制端子（信号面板上“电磁阀控制”弱电接线柱或者接线端子DF+与DF-）接通时电磁阀才接通。

380V磁力泵开关，三位式，中间为停止状态，打到中间位置，380V磁力泵断电；打到手动位置，当储水箱有水时（此时水位报警指示灯为熄灭状态），磁力泵接通电源；打到自动位置，只有当储水箱有水，同时磁力泵控制端子（信号面板上“磁力泵控制”弱电接线柱或者接线端子CL+与CL-）接通时磁力泵才接通电源。

DC24V电源开关，打到开位置，DC24V开关电源得电，DDZ-III型传感器工作的前提条件是要有直流24V电源，故正常工作时要打开此开关。

调压模块开关，打到开位置，当锅炉内胆有水时，调压模块电源输入端得电，当做温度实验时需打开此开关。

电动阀开关，打到开位置，智能电动调节阀得电。

单相I，单相II开关，打到开位置，信号面板上的强电柱“单相I”、“单相II”分别得电，为给实验挂件供电提供条件。

锅炉报警、水位报警指示灯，当锅炉内胆没水时，锅炉报警指示灯亮，此时，不能够给锅炉加热；当储水箱没水时，水位报警指示灯亮，此时不能用磁力泵抽水。

2. I/O信号面板：测量信号、控制信号的连接均在此面板上完成，便于学生自行连线组成不同的控制系统。

测量信号部分：LT1、LT2、LT3分别对应上小、上大、下水箱的液位测量信号，红色和蓝色弱电柱之间电压为0.2-1V，蓝色和黑色弱电柱之间电压为1-5V；FT1、FT2分别对应孔板流量计流量信号和涡轮流量计信号；PT为管道压力的测量信号；TT1、TT2、TT3、TT4、TT5、TT6分别测量锅炉内胆、锅炉夹套、盘管上、盘管中、盘管下、锅炉内胆水温的温度；K1、K2分别为干烧报警，水位报警报警用触点，当报警发生时，相应的报警继电器动作，常开触点（NO）或常闭触点（NC）与公共点（COM）接通或断开。

控制输出部分：“电动阀”为电动调节阀4-20mA控制信号输入端；“电动阀阀位反馈”为电动调节阀开度反馈信号（4-20mA）；“温控模块”为调压模块控制信号输入端；“变频器”为FCS控制柜里的西门子变频器4-20mA控制信号输入端，若要控制变频器还需要给变频器通电和进行一些参数设置；磁力泵控制、电磁阀控制分别为磁力泵和电磁阀在自动状态时的控制输入端，当两个端子短接，相应的控制对象就接通电源。

电源部分:为实验挂件等提供电源。

备用部分：用于扩展，主要用于测量信号远传至其他控制系统或其他系统的控制信号远传至该控制系统。

接线端子：详见附录I控制屏接线端子对应表。

五、实验挂件1.AT-1 AI智能调节仪表挂件：采用上海万迅仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，其中智能调节仪I、智能调节仪II为AI-818型，流量积算仪为AI-708H型。

AI-818型仪表为PID控制型，输出为4～20mADC 信号；而AI-708H型仪表为流量积算仪，输出为继电器触点型开关量信号。