9.2 计算机控制系统设计与实现(二).ppt

国家级精品课程计算机控制技术,主讲教师：于海生 教授,青岛大学,第36讲第9章 计算机控制系统设计与实现（二）,9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求,9.3.2 系统总体方案的设计,9.3.3 系统硬件和软件的设计,9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果,9.3 设计举例啤酒发酵过程计算机控制系统,9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求,1.啤酒发酵工艺简介 啤酒发酵是一个复杂的生物化学过程，通常在锥型发酵罐中进行。在二十多天的发酵期间，根据酵母的活动能力，生长繁殖快慢，确定发酵给定温度曲线，如右图所示。要使酵母的繁殖和衰减、麦汁中糖度的消耗和双乙酰等杂质含量达到最佳状态，必须严格控制发酵各阶段的温度，使其在给定温度的0.5范围内。,2.系统的控制要求,(1)系统共有10个发酵罐，每个罐测量5个参数，即发酵罐的上中下三段温度、罐内上部气体的压力和罐内发酵液(麦汁)的高度，共有三十个温度测量点、10个压力测量点、10个液位测量点。因此共需检测50个参数。(2)自动控制各个发酵罐中的上中下三段温度使其按图9-7所示的工艺曲线运行，温度控制误差不大于0.5。共有30个控制点。(3)系统具有自动控制、现场手动控制、控制室遥控三种工作方式。(4)系统具有掉电保护、报警、参数设置和工艺曲线修改设置功能。(5)系统具有表格、图型、曲线等显示和打印功能。,9.3.1 啤酒发酵工艺及控制要求,9.3.2 系统总体方案的设计,1.发酵罐测控点的分布及管线结构 本系统有10个发酵罐，每个发酵罐上有5个检测点和3个控制点，其中包括上段温度TTa、中段温度TTb、下段温度TTc、罐内上部气体压力PT、液位LT、上段冷带调节阀TVa、中段冷带调节阀TVb、下段冷带调节阀TVc。,9.3.2 系统总体方案的设计,2.检测装置和执行机构 温度检测采用WZP-231铂热电阻(Pt100)和RTTBEKT温度变送器，其输入量程为-20C50C，输出420mA；压力检测采用CECY-150G电容式压力变送器，输入量程为0025MPa，输出420mA；液位检测采用CECU341G电容式液位变送器，输入量程（差压）为002MPa，输出为420mA。执行机构采用ZDLP-6B电动调节阀，通径为Dg50，流通能力为Cg32，等百分比特性，并配有操作器DFQ2100。,9.3.2 系统总体方案的设计,3.控制规律 被控对象具有大惯性和纯滞后。在恒温段采用增量型PI控制算法，在升温、降温段采用PID控制算法，在控制软件设计中提供了施密斯（Smith）预估控制算法。4.控制系统主机及过程通道模板(1)IPC-8500工业控制机(2)过程通道模板 5.控制系统的软件 采样、滤波、标度变换、控制计算、控制输出、中断、计时、打印、显示、报警、调节参数修改、温度给定曲线设定及修改、报表、图形、曲线显示等功能。,9.3.3 系统硬件和软件的设计,1.系统硬件的设计,(1)模拟量输入通道设计(2)模拟量输出通道设计,9.3.3 系统硬件和软件的设计,(1)数据采集程序 采集30个温度信号，然后再采集10个压力信号，最后采集10个液位信号，这些信号共采集五遍并存贮起来，采样周期T=2秒。(2)数字滤波程序 将每个信号的5次测量值排序，去掉一个最大值和一个最小值，剩余3个求平均值即为该信号的测量结果，即采用中位值滤波法与平均值滤波法相结合来实现数字滤波。,2.系统软件的设计,9.3.3 系统硬件和软件的设计,(3)标度变换程序 温度的标度变换 压力的标度变换 液位的标度变换(4)给定工艺曲线的实时插补计算,2.系统软件的设计,2.系统软件的设计,(5)控制算法 PID算式加特殊处理 在保温段，采用PI控制算式；降温段采用PID控制算式；对控制量和阀位输出进行限幅。施密斯（Smith)预估控制算式(6)其它应用程序 设计计时、打印、显示、报警、调节参数修改、报表、图形、曲线显示等功能程序。,9.3.3 系统硬件和软件的设计,9.3.4 系统的安装调试运行及控制效果,现场进行安装时，首先在现场安装温度、压力变送器、液位变送器、调节阀等，然后从现场敷设屏蔽信号电缆到控制室，最后将这些线缆接到工业控制计算机外面的接线端子板上。调试工作主要是对变送器进行满度和零点校准，A/D板和D/A板满度和零点校准；另外就是利用试凑法确定PID控制器的控制参数。系统经过安装调试后，投入运行，并满足系统的控制要求。该系统操作简单，使用维护方便，性能可靠；采用微机控制，提高了啤酒质量；改善了劳动条件，不用人工手动操作，消除了人为因素；易于现代化管理和产品质量分析；采用表格、图形、曲线显示直观，并有打印输出功能。,本讲课程结束！,