工業(yè)過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計-基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計

1、工業(yè)過程控制系統(tǒng) 課程設(shè)計 設(shè)計課題 ： 基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計學(xué)院名稱 ： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級 ： 學(xué)生姓名 ： 學(xué) 號 ： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計地點 ： 中原路校區(qū) 設(shè)計時間 ： 課程設(shè)計成績：簽名： 年 月 日 指導(dǎo)老師簽名： 工業(yè)過程控制課程設(shè)計任務(wù)學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)工程設(shè)計課題來源自擬題目指導(dǎo)教師王偉生主要內(nèi)容通過組態(tài)軟件，結(jié)合實驗室已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計一個具有較美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量單回路過程控制系統(tǒng)。任務(wù)要求1.

2、 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。2. 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用過程模塊。3. 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。4. 運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計流量單回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。5. 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計報告。主要參考資料1 組態(tài)王軟件及其說明文件2 邵裕森過程控制工程北京：機械工業(yè)出版社20003 過程控制教材4 輔導(dǎo)資料審查意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日目 錄1 設(shè)計目的與要求11.1 設(shè)計目的11.2 設(shè)計要求12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

3、22.1 控制方案22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33 過程儀表選擇33.1 液位傳感器33.2 電磁流量傳感器33.3 電動調(diào)節(jié)閥43.4 水泵43.5 變頻器43.6 模塊選擇54 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計64.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計64.2 組態(tài)畫面74.3 數(shù)據(jù)字典74.4 應(yīng)用程序84.5 動畫連接9總結(jié)10致謝11參考文獻12附錄A 流量比值控制系統(tǒng)PID控制算法13附錄B PID控制算法流程圖141 設(shè)計目的與要求1.1 設(shè)計目的 通過某種組態(tài)軟件，結(jié)合實驗已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用但閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量

4、單回路過程控制系統(tǒng)。1.2 設(shè)計要求(1) 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。(2) 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用過程模塊。(3) 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。(4) 運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計流量但回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。(5) 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計報告。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 控制方案 整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計算機，采用算法為PID控制規(guī)律（見附錄A和附錄B），調(diào)節(jié)器為

5、電磁閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖2.2所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道分別將水送到上水箱和下水箱，由HB返回信號，是否還需要放水到下水箱。若還需要（即水位過低），則通過電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達到合適位置；若不需要（即水位過高或剛好合適），則通過電磁閥使流量保持或減小。其整個流程圖如圖2.1所示。圖2.1 流量單回路控制系統(tǒng)流程圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.圖2.2 流量單回路控制系統(tǒng)框圖3 過程儀表選擇3.

6、1 液位傳感器 液位傳感器用來對上水為水箱的壓力進行檢測，采用工業(yè)的DBYG擴散硅壓力變送器，本變送器按標準的二線制傳輸，喜愛用高品質(zhì)低耗精密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高。可方便的與其他DDZ3X型儀表互換配置，并能直接替換進口同類儀表。校驗的方法是通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為4mA，在滿量程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級，因為為二線制，故工作時需串24V直流電源。壓力傳感器用來對上水位水箱和中水位水箱的壓力進行檢測，采用工業(yè)用的DBYG擴散硅壓力變送器，0.5級精度，二線制4-20mA標

7、志信號輸出。3.2 電磁流量傳感器（1）流量傳感器用來對電動調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進行檢測。根據(jù)本試驗裝置的特點，采用工業(yè)用的LDS-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0.03m3/h,壓力1.6Mpmax,4-20mA標準信號輸出?？膳c顯示，記錄儀表，積算器或調(diào)節(jié)器配套。避免了渦輪流量計非線性與死區(qū)大的致命缺點，確保實驗效果能達到教學(xué)要求。主要優(yōu)點：1）采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；2）結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動部件，幾乎無壓力損失；3）采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，零點穩(wěn)定；4）儀表反映靈敏，輸出信號與流量呈線性關(guān)系,量程比寬；（2）流量轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流

8、量傳感器配套使用，輸入信號：00.4mV輸出信號：420mA DC, 許負載電阻為0750歐姆，基本誤差：輸出信號量程的0.5%。3.3 電動調(diào)節(jié)閥 電動調(diào)節(jié)閥對控制回路流量進行調(diào)節(jié)。采用德國PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機，運行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高。控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計算機配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號4-20mA及單相電源即可控制與轉(zhuǎn)實現(xiàn)對壓力流量溫度壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄漏量少的優(yōu)點。采用PS電子式直行程執(zhí)行機構(gòu)，4-20mA閥位反

9、饋信號輸出雙導(dǎo)向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用彈簧連接，可預(yù)置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷，防止泄露。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長等優(yōu)點。3.4 水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長，不會影響教師授課減少使用麻煩。功耗小，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變送器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。3.5 變頻器三菱FR-S520變頻器，4-20mA控制信號輸入，可對流量或壓力進行控制，該變頻器體積小，功率小，功能非常強大，運行穩(wěn)定安全可靠，操作方便，壽命長，可外加電流控制，也可通過本身旋鈕控制頻率。可單相或三相供電，頻率可高達200Hz。3.

10、6 模塊選擇當(dāng)需要構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)時，過程控制裝置的數(shù)據(jù)采集和控制采用目前最新的牛頓7000系列遠程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成，完全模擬工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，先進性與實用性并舉。有效的拉近了實驗室與工業(yè)現(xiàn)場的距離。它體積小，安裝方便，可靠性極高。1) D/A模塊：采用牛頓7024模塊。4路模擬輸出，電流（4-20mA）電壓（15V）信號均可。2) A/D 模塊：采用牛頓7017模塊。8路模擬電壓（15V）輸入。3) DO模塊：采用牛頓7043模塊。4)通訊模塊：采用牛頓7520轉(zhuǎn)換模塊。485/232轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300115KHz），232口可長距離。4 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計組態(tài)王是運行在Win

11、dows98/NT/2000上的一種組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)”，在任何需要的時候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息處理和判斷決策的控制信號傳向現(xiàn)場實施有效的生產(chǎn)控制。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其它部門建立起聯(lián)系，現(xiàn)場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場，就可以獲得實時和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。組態(tài)網(wǎng)易于學(xué)習(xí)和使用，擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向?qū)?，既可以?jié)省您的大量時間，又能提高系統(tǒng)性能。組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域。無論您的應(yīng)用場合如何，您都可以使用組態(tài)王構(gòu)造有效的

12、監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。4.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計 圖4.1.1 工藝流程圖 圖4.1.2 系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計4.2 組態(tài)畫面4.3 數(shù)據(jù)字典4.4 應(yīng)用程序if(iokz=1)ioS=9;if(本站點K2=1) 本站點a01=本站點P1*(1+1/本站點I1+本站點D1); 本站點a11=本站點P1*(1+2*本站點D1); 本站點a21=本站點P1*本站點D1; 本站點ek0=本站點sp1-io流量1; 本站點uk=本站點a01*本站點ek0-本站點a11*本站點ek01+本站點a21*本站點ek02+本站點uk01; 本站點uk01=本站點uk; 本站點ek02=本站點ek01; 本站點e

13、k01=本站點ek0;if(本站點uk1000) if(本站點uk0) 本站點uk0=0; else本站點uk0=本站點uk; else本站點uk0=1000;iod=本站點uk0;4.5 動畫連接總 結(jié)通過此次流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計，讓我對過程設(shè)計這門課有了更深的認識和學(xué)習(xí)，同時也對如何設(shè)計一個過程有了一定的了解。首先，掌握了流量單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成，并學(xué)會了如何去設(shè)計一個過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計步驟：認知被控對象、設(shè)計控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設(shè)計系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計組態(tài)畫面、設(shè)計數(shù)據(jù)詞典等，直到最后的動畫鏈接成功，并達到控制要求。當(dāng)然在設(shè)計的過程中，我

14、也遇到了一些問題：一、前期工作沒準備好，導(dǎo)致開始思路不明確，經(jīng)常修改設(shè)計方案。二、組態(tài)王軟件運用不熟練，部分圖形選用反復(fù)調(diào)整。三、PID參數(shù)整定完全用試湊發(fā)，花費大量時間在參數(shù)匹配上。四、不夠細心，由于忽略一些細節(jié)，導(dǎo)致結(jié)果偏差較大。通過此次課程設(shè)計，讓我積累了獨立完成一個簡單系統(tǒng)的設(shè)計的經(jīng)驗，這會對我以后的學(xué)習(xí)會有更大的幫助。致 謝本課題在選題及進行過程中得到老師的悉心指導(dǎo)。首先感謝老師，在老師的幫助下這次基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計很順利的完成了，在此，謹向老師致以誠摯的謝意。 雖然說沒有什么創(chuàng)新點，但是確實一個比較完整的設(shè)計。能這么好的完成，離不開學(xué)院能給我提供這么好的設(shè)計環(huán)

15、境和教育的原因，當(dāng)然與期間這么多熱心朋友的幫助是離不開的。首先是老師的指導(dǎo)，期間有好多關(guān)鍵性的問題，都是因為有老師的指導(dǎo)，所以都能很快的解決。在此，我表示深深的謝意。其次，是我的同組成員趙志強和麻少磊同學(xué)，是他們和我共同的努力下才有了今天設(shè)計的完成，對此，我也要表示感謝。最后，在設(shè)計時，同宿舍的同學(xué)也給了我一定幫助，有好多時候不經(jīng)意的一個提醒，幫我解決了不少的問題，對此也表示感謝。參 考 文 獻1劉伯春,智能PID調(diào)節(jié)器的設(shè)計與應(yīng)用J電氣自動化，1995，18-212施仁，劉文江過程控制M.北京：電子工業(yè)出版社，1991.179-184.3郭鎖鳳，計算機控制系統(tǒng)M北京:航空工業(yè)出版社，19874劉煥志，直接用D/A輸出驅(qū)動固態(tài)繼電器進溫度控制M北京：電子工業(yè)出版社1996.41-445陶永華，新型PID控制及其應(yīng)用M北京：機械工業(yè)出版社，20006劉伯春,智能自整定PID調(diào)節(jié)器的進展J化工自動化及儀表。1993,21(3):46-497侯志林，過程控制與自動化儀表M北京：機械工業(yè)出版社，19998梁軍，符雪桐，呂勇哉，自適應(yīng)PID控制-基本原理與算法J浙江大學(xué)學(xué)報，1994,28(5):523-5299陳夕松，汪木蘭過程控制系統(tǒng)M北京科學(xué)出版社