基于組態(tài)軟件的液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)精

1、工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題目：基于組態(tài)軟件液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：簽名:年月日工業(yè)過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)學(xué)生姓名專(zhuān)業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)題目基于組態(tài)軟件的液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)課題來(lái)源自擬題目指導(dǎo)教師主要內(nèi)容通過(guò)某種組態(tài)軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(jì)一個(gè)具有較美觀組態(tài)畫(huà)面和較完善組態(tài)控制程序的流量單回路過(guò)程控制系統(tǒng)。任務(wù)要求1.根據(jù)流量單回路過(guò)程控制系統(tǒng)的具體對(duì)象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過(guò)程儀表。2 .根據(jù)流量單回路過(guò)程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開(kāi)關(guān)I/O的需要，正確選用過(guò)程模塊。3 .根

2、據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。4 .運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)流量單回路過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫(huà)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(jì)報(bào)告。主要參考資料1組態(tài)王軟件及其說(shuō)明文件2邵裕森.過(guò)程控制工程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社20003過(guò)程控制教材4輔導(dǎo)資料審查意見(jiàn)指導(dǎo)教師簽字:年月日目錄1設(shè)計(jì)目的與要求（11.1 設(shè)計(jì)目的（11.2 設(shè)計(jì)要求（12系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（22.1 控制方案（22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（22.3 儀表選擇（33.1 液位傳感器（33.2 電磁流量傳感器（33.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥（43.4 水泵（43.5 變頻器（43.6 模塊選擇（53

3、.7 組態(tài)設(shè)計(jì)（64.1 工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)（64.2 組態(tài)畫(huà)面（74.3 數(shù)據(jù)字典（74.4 應(yīng)用程序（84.5 動(dòng)畫(huà)連接（9總結(jié)（11致謝（12參考文獻(xiàn)（13附錄A單回路控制系統(tǒng)PID控制算法（14附錄BPID控制算法流程圖（151設(shè)計(jì)目的與要求4.6 設(shè)計(jì)目的通過(guò)某種組態(tài)軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(jì)一個(gè)具有美觀組態(tài)畫(huà)面和較完善組態(tài)控制程序的液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)。4.7 設(shè)計(jì)要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正(1根據(jù)液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)的具體對(duì)象和控制要求確選用過(guò)程儀表。(2根據(jù)液位單回路過(guò)程控制系統(tǒng)A

4、/D、D/A和開(kāi)關(guān)I/O的需要，正確選用過(guò)程模塊。(3根據(jù)與計(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。(4運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)液位但回路過(guò)程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫(huà)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(jì)報(bào)告。2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 控制方案整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測(cè)量變送、被控對(duì)象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計(jì)算機(jī)，采用算法為PID控制規(guī)律(見(jiàn)附錄A和附錄B,調(diào)節(jié)器為電磁閥，測(cè)量變送為HB、FT兩個(gè)組成，被控對(duì)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(dòng)后水泵開(kāi)始抽水，通過(guò)管道分別將水送到上水箱和下水箱，由HB返回信號(hào)，是否還需要放水到下水

5、箱。若還需要(即水位過(guò)低，則通過(guò)電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達(dá)到合適位置；若不需要(即水位過(guò)高或剛好合適，則通過(guò)電磁閥使流量保持或減小。其整個(gè)流程圖如圖2.1所示。干擾作用/圖2.1液位單回路控制系統(tǒng)圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過(guò)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(duì)象、測(cè)量變送。本次設(shè)計(jì)為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.計(jì)算機(jī)控制器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥管道流量檢測(cè)傳感器_PVSPPV1圖2.2液位單回路控制系統(tǒng)框圖3過(guò)程儀表選擇3.1液位傳感器液位傳感器用來(lái)對(duì)上誰(shuí)為水箱的壓力進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，本變送器按標(biāo)準(zhǔn)的二線制傳輸，喜愛(ài)用高品質(zhì)低

6、耗精密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZ3X型儀表互換配置，并能直接替換進(jìn)口同類(lèi)儀表。校驗(yàn)的方法是通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿(mǎn)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(mǎn)量程壓力下調(diào)整量程電位器,使輸出電流為20mA0本傳感器精度為0.5級(jí),因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需用24V直流電源。壓力傳感器用來(lái)對(duì)上水位水箱和中水位水箱的壓力進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，0.5級(jí)精度，二線制4-20mA標(biāo)志信號(hào)輸出。3.2電磁流量傳感器(1流量傳感器用來(lái)對(duì)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)行檢測(cè)。根據(jù)本試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用工業(yè)用的L

7、DS-10S型電磁流量傳感器，公稱(chēng)直徑10mm,流量0.03m3/h,壓力1.6Mpmax,4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。可與顯示，記錄儀表,積算器或調(diào)節(jié)器配套。避免了渦輪流量計(jì)非線性與死區(qū)大的致命缺點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)效果能達(dá)到教學(xué)要求。主要優(yōu)點(diǎn)：1采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；2結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，內(nèi)部無(wú)活動(dòng)部件，幾乎無(wú)壓力損失；3采用低頻矩形波勵(lì)磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；4儀表反映靈敏，輸出信號(hào)與流量呈線性關(guān)系，量程比寬；(2流量轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流量傳感器配套使用，輸入信號(hào)：00.4mV輸出信號(hào):420mADC,許負(fù)載電阻為0750歐姆,基本誤差:輸出信號(hào)量程的0.5%。3.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)

8、節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國(guó)PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無(wú)需配伺服放大器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大,抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高?？刂茊卧c電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號(hào)4-20mA及單相電源即可控制與轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jiǎn)單，泄漏量少的優(yōu)點(diǎn)。采用PS電子式直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，4-20mA閥位反饋信號(hào)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(kāi)特性憫門(mén)采用彈簧連接，可預(yù)置閥門(mén)關(guān)斷力，保證閥門(mén)的可靠關(guān)斷，防止泄露。性能穩(wěn)定可靠，控制

9、精度高，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。3.4 水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長(zhǎng),不會(huì)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(hào)輸入，可對(duì)流量或壓力進(jìn)行控制，該變頻器體積小，功率小,功能非常強(qiáng)大，運(yùn)行穩(wěn)定安全可靠，操作方便，壽命長(zhǎng),可外加電流控制，也可通過(guò)本身旋鈕控制頻率?？蓡蜗嗷蛉喙╇?，頻率可高達(dá)200Hz。3.6 模塊選擇當(dāng)需要構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，過(guò)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(yuǎn)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(chǎng)環(huán)境，先進(jìn)性

10、與實(shí)用性并舉。有效的拉近了實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)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(hào)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(zhǎng)距離。4系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)組態(tài)王是運(yùn)行在Windows98/NT/2000上的一種組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，用戶(hù)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(shí)候把生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的信息處理和判斷決策的控制信號(hào)傳向現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施

11、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(mén)建立起聯(lián)系，現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)，就可以獲得實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場(chǎng)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(kù)和操作向?qū)В瓤梢怨?jié)省您的大量時(shí)間，又能提高系統(tǒng)性能。組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機(jī)械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域。無(wú)論您的應(yīng)用場(chǎng)合如何，您都可以使用組態(tài)王構(gòu)造有效的監(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(jì)A/DFT計(jì)算機(jī)D/AU(k-IO0動(dòng)手動(dòng)PV(IN2LSP圖4.1.1工藝流程圖圖4.1.2系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)4.2 組態(tài)畫(huà)面4.

12、3 數(shù)據(jù)字典V膽書(shū)壬這方浜瘴流顯計(jì)1-Q位量應(yīng)由1lllmdjmlrfe源灌硫閥UMkzpl口Dlukloal或UM逐板包板咫新3日方以自自“go內(nèi)存實(shí)型25內(nèi)存實(shí)型27內(nèi)存實(shí)型30內(nèi)存實(shí)型31內(nèi)存離散33內(nèi)存實(shí)型34內(nèi)存實(shí)型35內(nèi)存實(shí)型36內(nèi)存實(shí)型40內(nèi)存實(shí)型43內(nèi)存實(shí)型44內(nèi)存實(shí)型45內(nèi)存實(shí)型52內(nèi)存實(shí)型55內(nèi)存安型53內(nèi)存實(shí)型63內(nèi)存實(shí)型71內(nèi)存離散744.4應(yīng)用程序if(iokz=1(ioS=9;本站點(diǎn)K2=1(本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)D1;本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)D1;本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)D1;本站點(diǎn)本站點(diǎn)流量1;本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)本站點(diǎn)uk01;本站點(diǎn)本站點(diǎn)uk;本

13、站點(diǎn)本站點(diǎn)ek01;本站點(diǎn)本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)uk<1000(本站點(diǎn)uk<0本站點(diǎn)uk0=0;)本站點(diǎn)本站點(diǎn)uk;本站點(diǎn)uk0=1000;)本站點(diǎn)uk0;4.5動(dòng)畫(huà)連接總結(jié)通過(guò)此次設(shè)計(jì)我掌握了流量單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成。知道它最基本的部分有控制器、調(diào)節(jié)器、被控對(duì)象和測(cè)量變松組成。并且學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)步驟。了解到，一般情況下，它都要經(jīng)過(guò)一下幾個(gè)步驟：認(rèn)知被控對(duì)象、設(shè)計(jì)控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過(guò)程儀表、選擇過(guò)程模塊、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詞典等，直到最后的動(dòng)畫(huà)鏈接成功，并達(dá)到控制要求。經(jīng)過(guò)以上步驟，我對(duì)整個(gè)過(guò)程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有

14、了很深的體會(huì)，也學(xué)會(huì)了很多與設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)。對(duì)組態(tài)王軟件也有了很大的了解，學(xué)會(huì)了初步的應(yīng)用。認(rèn)識(shí)到了組態(tài)王的一些應(yīng)用情況，組態(tài)王軟件的組成與功能，其應(yīng)用程序項(xiàng)目如何建立，數(shù)據(jù)詞典如何建立，動(dòng)畫(huà)如何進(jìn)行鏈接，命令語(yǔ)言程序如何編寫(xiě)，趨勢(shì)曲線如何建立，還有I/O設(shè)備的配置和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建立等等一系列與組態(tài)王軟件應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)?？偟膩?lái)說(shuō)，這次設(shè)計(jì)是一次收獲很大的設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多教學(xué)中學(xué)不到的東西，對(duì)我的動(dòng)手能力有了很大的幫助。致謝這次基于組態(tài)軟件的流量單回路過(guò)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)很順利的完成了，雖然說(shuō)沒(méi)有什么創(chuàng)新點(diǎn)，但是確實(shí)一個(gè)比較完整的設(shè)計(jì)。能這么好的完成，離不開(kāi)學(xué)院能給我提供這么好的設(shè)計(jì)環(huán)境和教育的原因，

15、當(dāng)然與期間這么多熱心朋友的幫助是離不開(kāi)的。首先是熊新民老師的幫忙，期間有好多關(guān)鍵性的問(wèn)題，都是因?yàn)橛欣蠋煹闹笇?dǎo)，所以都能很快的解決。在此，我表示深深的謝意。其次，是我的同組成員王春艷和許振旺同學(xué)，是他們和我共同的努力下才有了今天設(shè)計(jì)的完成，對(duì)此，我也要表示感謝。最后，在設(shè)計(jì)時(shí)，同宿舍的同學(xué)也給了我一定幫助，有好多時(shí)候不經(jīng)意的一個(gè)提醒，幫我解決了不少的問(wèn)題，對(duì)此也表示感謝。參考文獻(xiàn)1陳夕松，華成英.過(guò)程控制系統(tǒng)M.北京:科學(xué)出版社,20062熊新民.工業(yè)過(guò)程控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書(shū),20083邵裕森.過(guò)程控制工程M.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,20004姜重然.工控軟件組態(tài)王簡(jiǎn)明教程M.哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,200713附錄A單回路控制系統(tǒng)PID控制算法根據(jù)流量單回路控制系統(tǒng)的原理，運(yùn)用組態(tài)王所提供的類(lèi)似于C語(yǔ)言的程序編寫(xiě)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)PID控制算法.本