2023年基于组态软件的单闭环也为流量控制系统.doc

过程控制系统 课程设计 题 目: 基于组态软件的液位—流量串级控制系统设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 自动化1105 学生姓名： 金星宇 学 号： 202323910807 指导教师： 马利 设计地点： 31520 设计时间： 设计成绩： 指导教师： 本栏由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。 工业过程控制课程设计任务书之 学生姓名 金星宇 专业班级 自动化1105 学号 202323910807 题 目 基于组态软件的液位—流量串级控制系统设计 课题性质 课题来源 自拟题目 指导教师 马利 主要内容 通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用双闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的液位—流量串级过程控制系统。 任务要求 1. 根据液位-流量串级过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 2. 根据液位-流量串级过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程模块。 3. 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。 4. 运用组态软件，正确设计液位-流量串级过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 5. 提交包括上述内容的课程设计报告。 主要参 考资料 [1] 组态王软件及其说明文件 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2023 [3] 过程控制教材 [4] 辅导资料 审查意见 指导教师签字： 年 月 日 摘 要 随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向开展，对控制系统的控制品质提出了越来越高的要求。在这种情况下，简单的单回路控制系统已经难以满足一些复杂的控制要求，因此就提出了串级控制方案。串级控制具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有很多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好，而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，串级控制是一种易于实现且效果又极好的控制方法 。 关键词：控制系统  单回路  串级控制 目 录 1引言 1 2 系统结构设计 1 2.1控制方案 1 2.2 控制规律 2 3 过程控制仪表的选择 2 3.1 液位传感器 2 3.2 电磁流量传感器  电磁流量转换器 3 3.3 电动调节阀 3 3.4 变频器 4 3.5 水泵 5 3.6 模拟量采集模块 5 3.7 模拟量输出模块 6 3.8 通信转换模块 6 4 系统组态设计 6 4.1 系统工艺流程图 6 4.2 组态画面 7 4.3 数据字典 8 4.4 PID控制算法 9 设计心得 11 参考文献 13 附录A  系统脚本程序 14 1引言 制是根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程的自动化。过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送环节等组成。在工业过程控制系统中，单回路控制系统约占一半以上，但是单回路控制系统适用于控制要求不高的场合。对于某些控制要求比拟高的场合，单回路控制系统却远远不能满足控制要求，因此就提出了串级控制系统。  串级控制系统是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵调节阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。与单回路控制系统相比，串级控制系统在结构上增加了一个副回路，对进入副回路的扰动有很强的抑制作用；同时由于副回路的存在，改善了系统的动态性能，提高了系统的工作频率，并且使系统具有一定的自适应能力。  组态软件是应用软件中提供的工具、方法来完成工程中某一具体任务的软件。组态软件提供了监控层的软件平台和开发环境，通过灵活的组态方式，可以快速构建工业自动控制系统监控功能。同时，组态软件具有实时性和多任务性，可以在一台计算机上同时完成数据采集、信号数据处理，数据图像显示、人机对话、历史数据查询等多个任务。  本设计利用过程仪表和计算机，结合组态王6.53软件设计人机交互界面，设计实现水箱液位—流量串级控制系统。同时，在组态软件中实现动画显示、实时曲线显示等功能。 2 系统结构设计 2.1控制方案 在本系统中，被控参量有两个，上水箱液位和管道流量，这两个参量具有联系，流量的大小可以影响上水箱的液位，根据流量与液位之间的关系，采用液位—流量串级控制，系统框图如图2.1所示。 图2.1 在图2.1中，副回路为流量控制回路，主回路为液位控制回路。主回路液位控制器的输出作为副回路流量控制器的设定值，副回路流量控制器的输出来控制调节阀的大小，控制管道流量的大小，进而控制上水箱液位。 2.2 控制规律 本设计采用工业过程控制中最常用的PID控制规律。在工程实际中，应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分和微分控制，即PID控制，其结构简单，参数易于调整，在长期的应用中积累了大量丰富的经验。主回路与副回路的控制算法均采用PID算法。PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好。主回路PID的输出做为副回路的输入，副回路跟随主回路的输出。  PID控制的技术成熟，结构灵活，不仅可以实现常规的PID调节，而且还可以根据系统要求，采用PI、PD、带死区的PID控制等。PID控制不需要求出系统的数学模型，控制效果好。虽然计算机控制是非连续的，但由于计算机的运算速度越来越快，因此用数字PID完全可以代替模拟调节器，并且能够取得比拟满意的效果。 3 过程控制仪表的选择  3.1 液位传感器  传感器用来对水箱液位进行测量检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力传感器。DBYG扩散硅压力传感器按标准的二线制传输，采用高品质、低功耗的精密器件，稳定性和可靠性高，可以方便的与其他DDZ—X型仪表互换配置。DBYG扩散硅压力传感器如图3.1所示。 图3.1  DBYG扩散硅压力传感器 使用时，要对其进行校验。校验的方法是通电预热15分钟后，分别在零压力和满量程压力下检测输出电流。在零压力下调整零电位器，使输出电流为4mA；在满量程压力下调整量程电位器，使输出电流为20mA。本传感器精度为0.5级，因为采用二线制，因此工作时需要串接24V直流电源。  3.2 电磁流量传感器  电磁流量转换器  传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路的干扰流量进行检测。根据本系统装置的特点，选用工业用的LDS—10S型电磁流量传感器，其公称直径为10mm，流量0—0.33 m/h，压力为1.6Mpamax，4—20mA标准信号输出。该传感器采用整体焊接结构，密封性能良好，结构简单可靠，内部无活动部件，抗干扰性能好，零点稳定。另外，可与显示、记录仪表、计算器或者调节器配套，防止了涡轮流量计非线性与死区大的致命缺点。  流量转换器采用LDZ—4型电磁流量转换器，与LDS—10S型电磁流量传感器配套使用。其输入信号为0—0.4mV，输出信号为4—20mADC，允许负载电阻为0—750Ω，根本误差为输出信号量程的0.5%。 3.3 电动调节阀   调节阀用于对控制回路的流量进行调节，本设计选用PSL202型的智能电动调节阀，无需配置伺服放大器。驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机，运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高，外形如图3.2所示。 图3.2  PSL202型的智能电动调节阀 控制电路与电动执行机构一体化，可靠性好，操作方便，并可以与计算机配套使用，组成最正确调节回路。由输入控制信号4—20mA及单相电源即可控制运转，实现对流量的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄漏量少的优点。采用PS电子式直行程执行机构，4—20mA阀位反响信号输出，流量具有等百分比特性、直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断，防止泄露。  3.4 变频器  统选用三菱FR—S520变频器，输入控制信号为4—20mA，可以对流量或者压力进行控制。该变频器具有体积小，功率小，功能强大，运行稳定安全可靠等优点。同时，可以外加电流控制，也可以通过自身旋钮控制频率，可以单相或者三相供电，频率高达200Hz，如图3.3所示。 图3.3  变频器 3.5 水泵  丹麦格兰富循环水泵，如图3.4所示。该水泵噪音低，寿命长，功率小。同时，支持220V电压供电，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。 图3.4  丹麦格兰富循环水泵 3.6 模拟量采集模块  统采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集、输出和通讯过程模块。牛顿7000系列模块体积小，安装方便，可靠性高等优点，其外形如图3.5所示。 图3.5  牛顿7000系列模块 模拟量采集模块采用牛顿7017，该模块为八通道模拟输入模块，电压输入为1~5VDC。在连接过程中，使用7024模块的1通道IN1作为上水箱液位信号检测输入通道。  3.7 模拟量输出模块  量输出模块采用牛顿7024，该模块为四通道模拟输出模块，电流输出为4~20mADC，电压输出为1~5VDC。同时，使用7024模块的1通道I01作为管道流量的电压控制通道。  3.8 通信转换模块  模块采用牛顿7520，RS232转换485通讯模块。使用RS-232/RS485双向协议转换，转换速度为300~115200bps，可以进行长距离传输。  4 系统组态设计  4.1 系统工艺流程图  液位—流量串级控制系统的工艺流程图如图4.1所示。  副回路为流量检测，主回路为液位检测。主回路控制器的输出做为副回路控制器的设定值，副回路控制器的输出去控制调节阀，改变管道内水的流量，进而控制上水箱的液位。 图4.1  水箱液位—流量串级控制系统的工艺流程图 4.2 组态画面  组态画面如图4.2，4.3,4.4所示。 图4.2 图4.3 图4.4 4.3 数据字典  动画制作过程中的数据字典如表4.1所示。 可使用点数 64 已使用点数 9 本站点 $年 没有使用 $月 没有使用 $日 没有使用 $时 没有使用 $分 没有使用 $秒 没有使用 $日期 没有使用 $时间 没有使用 $用户名 没有使用 $访问权限 没有使用 $启动历史记录 没有使用 $启动报警记录 没有使用