1、第第 3章章 基于仪表的聚合釜温压测控系统基于仪表的聚合釜温压测控系统 3.1 工艺流程及测控要求工艺流程及测控要求3.2 系统总体方案设计系统总体方案设计3.3 仪表测控系统设计仪表测控系统设计3.4 基于组态软件的上位机编程基于组态软件的上位机编程3.5 基于基于 VB语言的上位机编程语言的上位机编程3.1 工艺流程及测控要求 1工艺流程简介工艺流程简介 实验室中配置了 4个完全相同的白钢聚合釜，进行着完全相同的间歇式反应过程。每个聚合釜浸在一个电加热的油浴里，釜的上部有一个高压组阀，分别控制反应物的进入与排出。 2测控技术要求测控技术要求 工艺要求聚合釜内的温度应可控制。在正常情况下，要
2、求釜内温度为2005 。釜内压力需要检测显示，最高可达 10MPa。 整个反应过程应在计算机显示屏上实时显示、记录并存储下来，其中包括 4个聚合釜釜中的 4点温度与 4点压力的数据列表与参数变化曲线，而且显示记录参数的时间周期可以在秒、分、时之间任意调整。 聚合釜在加工时已为温度传感器与压力传感器设置了限定条件：在釜的上部已密封焊接了埋入釜内的传感器保护套管，其直径为 2.0mm，插入深度为 100mm；在组阀上留出了压力传感器的设备接口，为外管螺纹，直径为 141.5mm ，螺纹长度为 10mm，即需要带螺帽的传感器。 电加热器的功率为 1000W， 220V AC。 3.2 系统总体方案设
3、计 测控任务为测控任务为 ：检测并控制 4个回路的温度参数与检测 4个压力参数，而且要实时地显示、记录、存储这 8个参数的动态变化信息，并能根据需要任意改变显示记录的时间周期。 3.2.1 测控系统硬件组成测控系统硬件组成 采用底层测控和上层监视的上、下两层控制模式采用底层测控和上层监视的上、下两层控制模式 最为合适。 温度控制系统 ： 4点温度分别采用 4块数字调节器构成 4个单回路控制系统，调节器的信号输入端口直接接入温度传感器，其输出控制端口连接固态继电器以控制电加热器的通断，另外还应有通信接口，以便实时地把测控信号传送到上层计算机中进行监视。 压力采集系统 ： 4点压力只要采用 1块多
4、路巡检显示仪即可，仪表的信号输入端口接入 4路压力传感器，不仅可在仪表显示面板上轮流显示 4路测量值，而且同样可以通信接口实时地把 4路压力信号传送到上层计算机中进行监视。 上层计算机只是普通计算机即可，通过通信电缆实时地采集下层仪表上传的测控数据，并实时地显示、记录、存储。 3.2.2 测控系统软件组成测控系统软件组成 上位机要完成的任务 是实现数据采集、信号数据处理、数据列表、操作图形显示，而且可以实现人机对话，进行实时数据的存储、历史数据的查询，以及实时通信等多个任务。 本章介绍在自动化工程中最流行的可视化组态软件（组态王）与 VB这两种语言的设计编程过程。3.3 仪表测控系统设计根据工
5、艺要求以及确定的底层采用仪表测控、上层采用计算机监视的两层控制方案，进一步要完成的工程设计是工艺控制流程图、测量传感器选型、显示控制仪表选型、控制柜及其系统配线等。3.3.1 工艺控制流程图设计工艺控制流程图设计 聚合釜温压测控系统的工艺控制流程图如图 3-1所示。 4个聚合釜的反应流程完全一样，根据测控要求，共设有 4套温度控制系统与 4路压力检测系统。 4套温度控制系统由 4套温度传感器（ TE-01/02/03/04）、 4套显示控制仪表（ TC-01/02/03/04）及 4套电加热器组成。聚合釜温度由热电偶传感器检测送出，当釜内温度与设定温度有偏差时，通过温度控制仪表输出驱动固态继电
6、器，并按时间比例控制电加热器的通断，以调节油浴温度使釜内温度恒定。 4路压力检测系统由 4台压力传感器（ PE-01/02/03/04）与 1台巡回检测仪表（ PI-05-1/2/3/4）组成，分别检测 4个聚合釜的压力参数。 上述 4台温度控制仪表与 1台压力巡回检测仪均通过各自的通信接口，经由 RS-485总线把温度、压力测量参数传送到上位机中进行集中显示。 3.3.2 测量传感器选型测量传感器选型 测量传感器的选型主要依据所测介质的物化特性、介质环境条件及工艺要求来考虑。 1温度传感器温度传感器 本系统选用 热电偶且为 E型铠装 （特点是热电势较大，中、低温稳定性好，价格便宜等），且直径
7、为 1.5 2.0mm，插入深度也依据预设的传感器套管深度为 100mm。根据显示控制仪表与热电偶之间最长距离，选择补偿导线为 3m。据此，选购上海虹天仪表厂生产的型号为 WREK-191热电偶，分度号 E型，规格1.5100mm3000mm ，测量范围 0 400 。 2压力传感器压力传感器 压力传感器的原理组成及结构形式多种多样，常见的有应变式、电阻式、电容式、电感式、振频式，还有光电式、光纤式、超声式等压力传感器等。 本例的工艺条件十分苛刻：釜内的反应物介质为酸性腐蚀性气体，釜内气体压力最高可达 10MPa，而温度在 200 上下，因而必须选择耐酸性腐蚀、耐高温、耐高压的接触式压力传感器
8、。选定 北京电通世纪科技开发中心的离子束薄膜压力传感器，型号为 TQ-551，量程为 0 16MPa，工作电压为 24V，输出电流为 4 20mA，精度为 0.1，适应于 40 +400 的温度环境，而且具有高稳定性、抗震动冲击、耐腐蚀的全不锈钢结构。 图 3-1 聚合釜控制流程 图 3.3.3 温度显示控制仪选型温度显示控制仪选型 选取厦门宇光电子公司的 AI 人工智能工业调节器 /温度控制器，其优点显著 采用先进的模块化结构，提供丰富的输入、输出规格，测量精确稳定，运用人工智能调节算法，具备自整定功能，无超调控制效果，维护方便，抗干扰性能好，良好的人性化操作。 1型号特点型号特点 AI系列
9、仪表型号由 10部分组成： 表示仪表基本功能： 表示仪表面板尺寸规格（单位均为 mm 表示仪表主输出（ OUT）安装的模块规格 表示仪表报警 1（ AL1）安装的模块规格 表示仪表报警 2（ AL2）安装的模块规格 表示仪表辅助功能（ COMM）安装的模块规格 表示仪表辅助输出（ OUT2）安装的模块规格 表示仪表扩充的分度表规格。 表示仪表扩充软件模块功能。 表示仪表供电电源，不写表示使用 85 265V AC电源， 24V DC表示使用 20 32V DC电源。 常用的模块功能如下： N（或不写） 没有安装模块； L2 继电器常开 +常闭触点开关（压敏电阻吸收）输出模块（容量： 30V D
10、C/1A， 264V AC/1A）； L4 大容量长寿命继电器常开触点开关（阻容吸收）输出模块（容量： 30V DC/2A， 264V AC/2A）； W1（ W2） 晶闸管无触点常开式（ W2为常闭式）输出模块（容量： 85 264V AC/0.2A， “ 烧不坏 ” 特点）； G 固态继电器驱动电压输出模块（ 12V DC/30mA时间比例输出）； K1 单路晶闸管过零触发输出模块（可触发 5 500A电流的双向或两个单向反并联的晶闸管， “ 烧不坏 ” 特点）； K2 双路晶闸管过零触发输出模块（可用于三相电路， “ 烧不坏 ” 特点）； X 光电隔离的线性电流输出模块（连续 0 22m
11、A输出，可任意编程 0 10mA， 4 20mA等）； S 光电隔离 RS-485通信接口模块； R 光电隔离 RS-232通信接口模块； V24 隔离的 24V/50mA直流电压输出，可供变送器使用，也可提供 24V以下其他电压规格； U5 非隔离的 5V/25mA直流电压输出，可为阀门位置反馈电位器提供驱动电源； V20 电源隔离器， +8V、 12V/25mA直流电压输出，可为 S、 X、 I2等模块提供隔离电源； I1 I2 外部数字 /频率 /控制输入接口。 本系统选择为 AI708/A/G/S ，即是一台具备位式调节和 AI人工智能调节功能的标准型仪表 AI 708型，面板尺寸（单
12、位 mm）为 9696 ，主输出安装固态继电器驱动电压输出模块，装有光电隔离的 RS-485通信接口，仪表供电电源为 85 265V AC。 2技术规格技术规格 （ 1）输入规格（一台仪表即可兼容） 热电偶： K、 S、 R、 E、 J、 T、 B、 N； 热电阻： Cu50、 Pt100； 线性电压： 0 5V、 1 5V、 0 1V、 0 100mV、 0 20mV等； 线性电流（需外接分流电阻）： 0 10mA、 0 20mA、 4 20mA等； （ 2）测量范围 K（ 50 +1300 ）， S（ 50 +1700 ）， R（ 50 +1650 ）， T（ 200 +350 ）； E（
13、 0 800 ）， J（ 0 1000 ）， B（ 0 1800 ）， N（ 0 1300 ）； Cu50（ 50 +150 ）， Pt100（ 200 +600 ）； 线性输入： 1999 +9999 ，由用户定义。 （ 3）测量精度 0.2级（输入为热电阻、线性电压、线性电流及热电偶且采用铜电阻补偿或冰点补偿冷端时）； 0.2%FS2.0 （输入为热电偶且采用仪表内部元件测温补偿冷端时）。 （ 4）响应时间：小于等于 0.5s（设置数字滤波参数 dL=0时） （ 5）调节方式：位式调节方式（回差可调） AI人工智能调节，包含模糊逻辑 PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。 （ 6）输出
14、规格（模块化） 继电器触点开关输出（常开 +常闭）： 264V AC/1A或 30V DC/1A； 晶闸管无触点开关输出（常开或常闭）： 85 264V AC/0.2A（持续）， 2A（ 20ms瞬时，重复周期大于 5s）； SSR电压输出： 12V DC/30mA（用于驱动 SSR固态继电器）； 晶闸管触发输出：可触发 5 500A的双向晶闸管、两个单向晶闸管的反向并联或晶闸管功率模块； 线性电流输出： 0 10mA或 4 20mA，可定义（输出电压 11V）。 （ 7）报警功能：上限、下限、正偏差、负偏差 4种方式。 （ 8）报警输出：二路模块化输出。 （ 9）手动功能：自动 /手动双向无扰动切换（仅 AI 808系列具备此功能）。 （ 10）电源： 85 264V AC/50 60Hz。 （ 11）电源消耗：小于等于 5W。 （ 12）环境温度： 0 50 。 （ 13）面板尺寸（单位为 mm）： 9696 、 16080 、 80160 、 4896 、 9648 可选；对应开口尺寸： 9292 、15276 、 76152 、 4592 、 9245 。
