管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試報告

1、管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試報告目錄一、控制目的和性能要求 21.1 控制目的 21.2 性能要求 2二、方案設(shè)計、控制規(guī)律選擇 22.1 方案控制設(shè)計 22.2 控制規(guī)律選擇 3三、儀表與模塊選擇 33.1 選擇過程儀表 33.2 選擇過程模塊 3四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計 44.1工藝流程圖 44.2系統(tǒng)組態(tài)圖 4五、組態(tài)畫面設(shè)計 5六、組態(tài)程序設(shè)計 6七、安裝結(jié)線 7八、系統(tǒng)調(diào)試過程 8九、結(jié)果分析 99.1 自動控制狀態(tài) 99.2 手動調(diào)節(jié)狀態(tài) 129.3 會 13管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計與調(diào)試報告1、 控制目的和性能要求1.1 控制目的根據(jù)設(shè)定的管道對象和其他配置，運用計算

2、機和InTouch組態(tài)軟件，設(shè)計一套監(jiān)控系統(tǒng)，并能夠過調(diào)試使得管道內(nèi)流量維持恒定或保持在一定的誤差范圍之內(nèi)。1.2 性能要求(1) .要求管道流量恒定，流量設(shè)定值 SP自行給定。(2) .無擾時，水流基本恒定，由電動閥控制水泵實現(xiàn)。(3) .有擾時：改變電動閥開度，管道水流允許波動。(4) .預(yù)期性能：響應(yīng)曲線為衰減振蕩；允許存在一定誤差10%SP;調(diào)整時間盡可能短。2、 方案設(shè)計、控制規(guī)律選擇2.1 方案控制設(shè)計管道流量控制系統(tǒng)只須控制流量，控制簡單，反饋控制可消除被包圍在閉環(huán)內(nèi)的一切擾動對被控對象的影響。所以單回路反饋控制就可滿足管道流量控制系統(tǒng)的要求。管道流量有兩種原因：電動閥的開度大小

3、、變頻器的頻率高低，而電動閥開度為主要原因。因此本方案采用以電動閥開度為控制參數(shù)，變頻器的頻率為干擾因素。管道流量為被控參數(shù)，電動閥為執(zhí)行器。采用單回路反饋控制。通過比較反饋量和給定值的偏差，利用反饋控制規(guī)律控制電動閥的打開和閉合，如圖2.1所示：圖2.1管道流量單回路控制系統(tǒng)方框圖2.2 控制規(guī)律選擇為了取得較好的控制效果，上述單回路系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計時，當(dāng)系統(tǒng)為自動控 制時，系統(tǒng)控制規(guī)律為PID控制規(guī)律。調(diào)試時根據(jù)調(diào)整情況可采用 PI或PID控 制規(guī)律。Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間常數(shù)，Td為微分時間常數(shù)。比例作用：能迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用：消除靜態(tài)誤差，但容易引起超調(diào)，

4、甚至出現(xiàn)振蕩。微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動態(tài)特性。但一般 不常用。三、儀表與模塊選擇3.1 選擇過程儀表包括檢測儀表和執(zhí)行器。主要有流量傳感器、電磁流量轉(zhuǎn)換器、電動調(diào)節(jié)閥 和計算機控制器。電磁流量傳感器采用LDG-10S型電磁流量傳感器。流量轉(zhuǎn)換器采用 LDZ-4 型電磁流量轉(zhuǎn)換器。電動調(diào)節(jié)閥采用德國 PS公司進口 PSL201型智能電動調(diào)節(jié) 閥。計算機控制器：變頻器采用三菱FR-S520變頻器；水泵采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵；電磁閥。其他的過程儀表還有液位傳感器、壓力傳感器。3.2 選擇過程模塊主要有A/D模塊、D/A模塊和開關(guān)I/O模塊。過程模塊采用目前最新的牛頓 70

5、00系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成。A/D模塊采用nudan7017; D/A模塊采用nudan7024;通訊模塊采用nudan752Q四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計4.1 工藝流程圖單回路在一般情況下就能滿足控制要求了。 流量傳感器把檢測到的值送到流 量轉(zhuǎn)換器，由實測值轉(zhuǎn)化為電流信號，再有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字送到計算機， 把送到計算機的數(shù)值與給定值比較得誤差， 再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化成電流信號來控 制電動閥的打開和關(guān)閉，以此來控制流量。其工藝流程圖如圖 4.1所示：圖4.1管道流量單回路工藝流程圖4.2 系統(tǒng)組態(tài)圖自動控制時：把實際流量值(PV)和給定值(SP)通過PID控制規(guī)律計算后得出

6、 結(jié)果輸出來控制；手動時直接控制。組態(tài)圖如圖 4.2所示:SPPV(IN 2)手動圖4.2系統(tǒng)組態(tài)圖五、組態(tài)畫面設(shè)計組態(tài)畫面設(shè)計了靜態(tài)畫面(如圖5.1)和動態(tài)畫面(如圖5.2)。其中包括：(1) .各測試設(shè)備(水箱、水泵、電磁閥、電動閥、管道等)及液位游標(biāo)指示、壓 力數(shù)字顯示和指針顯示、閥門開度百分比指示、管道水流動態(tài)顯示、水箱儲水變 色顯示。(2) .設(shè)計數(shù)據(jù)詞典，(3) .設(shè)計組態(tài)控制程序：含開關(guān)閥門控制、電動調(diào)節(jié)閥控制和PID控制算法等，同時應(yīng)具備手動控制、自動控制和閉環(huán)控制功能。(4) .設(shè)計歷史曲線圖和實時曲線圖。設(shè)計參數(shù)顯示與調(diào)整框。(5) .完成動畫鏈接。圖5.1靜態(tài)畫面圖5.2

7、動態(tài)畫面AHA：。川四 文#1 口惘部備,Bn(£> UN少"高晶屈且EIT年耳fiM£i金苴生1a n e a陵rtC JXKllMDfKJU«lBTriK>>.MDHJWHlRArai ,六、組態(tài)程序設(shè)計實時控制的觸動按鈕設(shè)為 DiscTagl,手動自動轉(zhuǎn)換觸動按鈕為 DiscTag2。 當(dāng)時實 控制 時DiscTag1=1,程序 開始運 行，否則 結(jié)束；自動 控制狀態(tài)時 DiscTag2=0,手動控制狀態(tài)時DiscTag2=0,程序結(jié)束。則程序流程圖如圖 6.1所 示：圖6.1程序流程圖七、安裝結(jié)線實驗中 DA 模塊中的IO0 為

8、控制調(diào)節(jié)閥開度的控制通道，IO1 為可控硅的電壓控制通道，IO2 為變頻器的控制通道。AD 模塊中， IN0 為上水箱液位的檢測，IN1 為下水箱液位的檢測，IN5 是閥位反饋信號檢測，IN6 是水泵出中壓力信號檢測。在DA 模塊中，由于模塊本身不能提供電源，在控制時應(yīng)串入24V 直流電源， 輸出電流信號控制執(zhí)行器，AGND 為 DA 模塊公共地。由于變送器輸出的都是電流信號，而 AD 模塊采集的是電壓信號，所以在 AD 通道折正負(fù)端并聯(lián)一個 250 歐姆的電阻，將電流信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。I/O 接線對應(yīng)如下：液位變送器輸出I :1(+)電源正極(上水箱液位檢測) 2(-)In7+In7 電源

9、負(fù)極液位變送器輸出H :3(+)電源正極(下水箱液位檢測) 4(+)In0+In0 電源負(fù)極壓力變送器輸出：7(+) 電源正極(壓力檢測) 8(-)In6+In6 電源負(fù)極流量計輸出：17(+)In2+(主管道流量檢測) 18(-)In2-電動調(diào)節(jié)閥輸入：9(+) 電源正極(主管道電動閥控制)10(-)Io0+AGND 電源負(fù)極變送器輸入：41(+) 電源正極(變送器控制)42(-)Io2+AGND 電源負(fù)極電動調(diào)節(jié)閥閥位輸出：11(+)In5+(主管道閥位控制)12(-)In5-八、系統(tǒng)調(diào)試過程啟動TOCPLINK;配置TOPICDEFINITION ;設(shè)置“topic”名稱自定義為 LLK

10、Z ;再設(shè)置“ OPCSERVER”為下拉選項“ kingview.vive”，其他為默認(rèn)值， OK;進入InTouch ,點擊“配置”一“訪問名”，設(shè)置訪問名為“topic”名稱， 應(yīng)用程序名為OPCLINK,主題名同訪問名，選擇 DDE協(xié)議，OK;打開標(biāo)記名 詞典，建立InTouch標(biāo)記甸與組態(tài)王變量名通訊聯(lián)系： 逐個選擇InTouch里的I/O 型標(biāo)記名，定義訪問名為“topic”名稱LLKZ ,項目名為組態(tài)王里的對應(yīng)變量名， 離散型前面加d,整型加i,實型加r,消息型加m,全部變量加.value。注意每 設(shè)置一個變量，保存一次。然后 OK。運行InTouch程序。然后調(diào)整程序、有關(guān)參數(shù)

11、可得出運行良好的控制狀態(tài)： 如圖8.1所示。文偉(E) sFffilU構(gòu)別(3部箕L才8開蠟11良EMjdi-Whdw的.|J口Tw二h二dCT北,廠mE!仲ufrM>g曳陣.Imp - '的包匕川.doc .做但/0破國OLfcSS圖8.1系統(tǒng)運行穩(wěn)定運行時狀態(tài)圖系統(tǒng)運行時有自動控制和手動控制兩種狀態(tài)，自動控制狀態(tài)時可通過調(diào)節(jié)PID參數(shù)來調(diào)整系統(tǒng)以達(dá)到穩(wěn)定的運行。手動時可直接通過調(diào)節(jié)Uk來調(diào)整使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)運行流程圖如圖8.1所示：圖8.2系統(tǒng)運行流程圖九、結(jié)果分析9.1 自動控制狀態(tài)自動控制是由PID控制規(guī)律來控制的。由于剛開始調(diào)試，P、I、D的值不合適，系統(tǒng)出現(xiàn)了不穩(wěn)

12、定的狀態(tài)，如出現(xiàn)等幅振蕩和有誤差不能達(dá)到預(yù)期效果。這樣可以通過調(diào)節(jié)PID參數(shù)進行整定，以達(dá)到快速穩(wěn)定的運行。PID參數(shù)整定方法：可用湊試法來對其進行整定。整定方法為：(1) .只整定比例部分，系數(shù)由小變大，得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如 果系統(tǒng)已無靜差，則直接使用比例即可。(2) .取積分時間為較大值，減比例部分得到的比例參數(shù)，逐步減小積分時間， 直到系統(tǒng)無靜差。(3) .加入微分環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的動態(tài)性能。先取微分時間為零，逐步增大微 分時間，同時改變比例參數(shù)和積分時間，直到系統(tǒng)得到好的動態(tài)性能和效果。K|開電InTouch ' WkidoHViewer - CtP(XUMENTS

13、AP MTTINGSADINISTRATDR時，,Z00-3i' LIX文件舊虔匏CD特別麋英*，大理固M|+ 國Kp 26 00 Ti 26.00 Td 0.60SP 2E.D0 u(k| O.OQ pv "70實時控制自動PID雙定 實時曲線 歷史曲饗 結(jié)束實驗則叫的0師匚孫-| W】nm,| 口娼翡“ |耕雁|崎蝴”仍的圖9.1系統(tǒng)不穩(wěn)定一一等幅振蕩如圖9.1所示，系統(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)的等幅振蕩?？赏ㄟ^調(diào)整 PID的值來調(diào)節(jié)如圖9.2所示，系統(tǒng)控制中存在靜態(tài)誤差，不能夠達(dá)到系統(tǒng)所要求的目的。也須要通過PID的調(diào)節(jié)來控制，可減小 Kp（Kp值可從60減小到55）、增大（值可從1

14、0增加到50）來調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳狀態(tài)。使系統(tǒng)快速平穩(wěn)的達(dá)到控制要求 如圖9.3所示:圖9.3系統(tǒng)運行穩(wěn)定運行圖圖9.4自動控制運行其間的歷史曲線9.2 手動調(diào)節(jié)狀態(tài)手動調(diào)節(jié)只須調(diào)節(jié)uk值使系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)確、穩(wěn)定白運行狀態(tài)即可。如圖9.5所示：圖9.5手動控制系統(tǒng)穩(wěn)定運行圖心得體會通過一個多月的ASEA 培訓(xùn)，使我掌握了很多理論課上學(xué)不到的東西，增強了我的學(xué)習(xí)興趣，提高了我的技術(shù)水平。在這一個多月中，我熟練掌握了InTouch 組態(tài)軟件的應(yīng)用和控制。能應(yīng)用InTouch 組態(tài)軟件編程，對工程控制系統(tǒng)進行硬件連接，并能應(yīng)用InTouch組態(tài)軟件和組態(tài)王連接來進行對工程控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試。了解了由PLC 硬件構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè)計思想；掌握了西門子PLC的工作原理；了解到西門子PLC各模塊的功能及相關(guān)性能；西門子 PLC的軟 硬件的的使用方法；擁有