GE PAC 在过程控制系统实验中的应用.pdf

GE PAC 在过程控制系统实验中的应用 本文介绍了采用 PAC 作为主控制器的双容水箱实验模型的系统设计 ，系统 采用 iFIX 软件开収了监控界面。过程控制实验模型结构紧凑，实验现象直观，集 单回路、串级和复杂控制系统设计于一体，为过程控制等相关课程提供一个较好 的实验平台。 1、引言 计算机技术在工业控制中的应用已逾三十年，幵衍生出三大主流控制类产 品：PLC、DCS、IPC。近年来，随着多功能控制需求的增加，新一代工业控制器 --PAC （可编程自动化控制器）应运而生。PAC 结合了 IPC 的处理器、内存、软件 和通讯等优势，以及 PLC 的稳定性、可靠性和易开収等特点，可同时实现离散控 制、过程控制、运动控制和机器视觉等高级功能。同时，在管控一体化的控制系 统中，开放的 PAC 相比 PLC 更容易与周边 IT 设备进行整合；在面向未来的控制 系统中，采用 COTS （Commercial Off-the-Shelf ）的 PAC 更容易实现自动化技术 的快速升级。美国通用电气（GE ）公司于 2008 年与我校建立自动化系统实验室， 该实验室包括全套的 GE 智能设备软硬件平台，采用 PAC 来实现各种控制系统具 有独到之处，其组态用户界面丰富灵活，可与多种编程语言嵌套，支持多种网络 环境，广泛应用于工业控制领域 、仿真等工程项目，可以降低成本，提高灵活性， 同时可以大大缩短项目开収周期，有很强的工程实用价值。 1、系统概述 “JBS-XGK02 小型过程控制实验自动化控制系统实验平台”是由实验控制对 象、实验控制装置及上位监控软件三部分组成。实验装置结合了当今工业现场过 程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技 术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、液位、压力等热 工参数，可根据实验的需要设计构成单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制， 比值控制，分程控制等多种控制形式 ，既作为本科过程控制课程的实验装置，也 可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物 理模拟对象和实验平台。 本装置中 PAC 控制方案采用了美国通用电气公司的 PACRX3i ，其组态采用iFIX 软件平台，可以对相应的 PAC 运行策略进行画面操作。 学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容： （1）传感器特性的认识和零点迁移； （2）PID 控制算法和 PID 指令运用 ； （3 ）各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。 （4 ）电动调节阀的调节特性和原理； （5）测定被控对象特性的方法； （6 ）单回路控制系统的参数整定； （7）串级控制系统的参数整定； （8 ）复杂控制回路系统的参数整定； （9 ）控制参数对控制系统的品质指标的要求； （10）控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养； 2、THSA-1 型过控综合自动化控制系统对象 实验对象总貌图如图 1-1 所示： 本实验装置控制对象为水箱液位。有两路相同的直流调速水泵构成供水管 路，还包括电动调节阀、压力变送器 、涡轮流量计和手动调节阀组成。 被控对象由上、下两个串接有机玻璃水箱系统、直流电机水泵、调节阀和不 锈钢管道等组成。 水箱：包括上、下水箱和储水箱。水箱采用透明优质有机玻璃，便于学生直 接观察液位的变化和记录结果。每个水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送 器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、下水箱可以组合成一阶、二阶 单回路液位控制系统和液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，能满足上、 中、下水箱的实验供水需要。上、下两个水乡通过管道及阀门相连 ：整个系统管 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，可以按需要改变 水箱的特性 。 图 1-1 实验对象总貌图 压力变送器：两个压力传感器分别用来对上、下两个水箱的液位进行检测， 其量程为 0～5KP ，精度为 0.5 级。输出：4～20mADC。 流量变送器：两个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由 变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。输出：