工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)-基于組態(tài)軟件的流量比值過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　工業(yè)過程控制</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　題 目: 基于組態(tài)軟件的流量比值過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　院系名稱： 專業(yè)班級(jí)： </p><p>　　學(xué)

2、生姓名： 學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： 教師職稱： </p><p>　　工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1

3、 緒論2</b></p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)目的2</b></p><p><b>　　3 控制要求2</b></p><p>　　4 控制方案及控制規(guī)律2</p><p>　　4.1 控制方案2</p><p>　　4.2控制規(guī)律

4、4</p><p>　　5 工程儀表的選擇5</p><p>　　5.1 液位變送器5</p><p>　　5.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥6</p><p>　　5.3 變頻器7</p><p><b>　　5.4 水泵8</b></p><p>　　5.5 模擬

5、量采集模塊9</p><p>　　5.6 模擬量輸出模塊9</p><p>　　5.7 通信轉(zhuǎn)換模塊9</p><p>　　5.8 開關(guān)電源9</p><p>　　6 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)9</p><p>　　6.1 組態(tài)軟件介紹9</p><p>　　6.2 系統(tǒng)組態(tài)圖10&

6、lt;/p><p>　　6.3 歷史曲線11</p><p>　　6.4 標(biāo)記名字典11</p><p><b>　　總 結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)14</b></p><p><b>　　1 緒論</b></

7、p><p>　　在石油煉制，化工及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求兩種或兩種以上的物料按照一定的比例混合或參加反應(yīng)，一旦物料的配比失調(diào)，就會(huì)嚴(yán)重影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，有時(shí)還會(huì)引起事故。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上物料符合一定比例關(guān)系的控制叫做比值控制系統(tǒng)，通常把保持兩種或幾種物料流量為一定比例關(guān)系的系統(tǒng)稱為流量比值控制系統(tǒng)。</p><p>　　在需要保

8、持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，該物料一般為貴重或者流量不可控制的，這種物料稱之為主物料，表示這種物料的變量稱為主動(dòng)量，在流量比值控制系統(tǒng)中主動(dòng)量也稱主流量，用G1表示；另一種物料按照主流量進(jìn)行配比，在控制過程中隨主流量而變化，因而稱為從物料，表征其特征的變量稱之為從動(dòng)量，用G2表示，在流量比值控制系統(tǒng)中也稱之為副流量。一般情況下，總以生產(chǎn)中的主要物料為主流量，或者以不可控物料作為主流量，用改變可控物料及副流量來實(shí)現(xiàn)它

9、們之間的比值關(guān)系。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　（1）加深對(duì)過程控制系統(tǒng)基本原理的理解和對(duì)過程儀表的實(shí)際應(yīng)用能力。（2）培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過程控制系統(tǒng)的實(shí)際能力。</p><p><b>　　3 控制要求</b></p><p>　?。?）能根

10、據(jù)具體對(duì)象及控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過程儀表。</p><p>　?。?）能夠根據(jù)過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用模塊。</p><p>　?。?）能根據(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。</p><p>　?。?）能運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)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。</p

11、><p>　　4 控制方案及控制規(guī)律</p><p><b>　　4.1 控制方案</b></p><p>　　單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)，圖2.1為單閉環(huán)流量比值控制方案，由副流量的控制部分看，是一個(gè)隨動(dòng)的閉環(huán)控制回路，而主流量的控制則是開環(huán)的。圖2.2所示，主流量G1經(jīng)過比值運(yùn)算后使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)成一定比例，并作為副流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定信號(hào)值。

12、</p><p>　　在穩(wěn)定狀態(tài)下，主流量和副流量滿足工藝要求的比值，即K=G2/G1為一常數(shù)，當(dāng)主流量負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，其流量信號(hào)經(jīng)過變送器到比值器，比值器則按預(yù)先設(shè)定好的比值使輸出成比例的變化，即成比例的改變了副流量調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，則G2經(jīng)過調(diào)節(jié)作用自動(dòng)跟隨G1變化，使得在新穩(wěn)態(tài)下比值K保持不變，當(dāng)副流量由于擾動(dòng)作用而改變時(shí)，因?yàn)橹髁髁坎蛔?，即FC調(diào)節(jié)器的設(shè)定值不變，這樣，對(duì)于副流量的擾動(dòng)，閉合回路相當(dāng)于一個(gè)定

13、值系統(tǒng)加以克服，使工藝要求的流量比值不變。</p><p>　　圖4.1 流量單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　圖4.2 流量比值控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是不但能實(shí)現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身干擾對(duì)比值的影響，因此得到廣泛的使用，尤其適用于主流量在工藝上不允許進(jìn)行控制的場(chǎng)合。</p>

14、;<p><b>　　控制規(guī)律</b></p><p>　　流量比值控制系統(tǒng)采用的為PID控制規(guī)律，PID控制是比例－積分－微分的簡(jiǎn)稱。在工業(yè)生產(chǎn)工程自動(dòng)控制的發(fā)展歷史中，PID控制是歷史最久、生命力最強(qiáng)的基本控制方式。</p><p>　　PID算法具有如下優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　?。?)原理簡(jiǎn)單，使用方便；</p>

15、;<p><b>　?。?)適應(yīng)性強(qiáng)；</b></p><p>　?。?)魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感。</p><p>　　由于PID具有以上優(yōu)點(diǎn)，所以本設(shè)計(jì)選用他來作為控制規(guī)律。</p><p><b>　　PID程序設(shè)計(jì)：</b></p><p>　　IF

16、(\\io\kz4==1)</p><p><b>　　\\io\S=8;</b></p><p>　　IF zdkg==1;THEN</p><p>　　a01=KP1*(1+1/TI1+TD1);</p><p>　　a11=KP1*(1+2*KD1);</p><p>　　a21=KP1*T

17、D1;</p><p>　　ek0=5*sp1-FLL;</p><p>　　Uk=a01*ek0-a11*ek01+a21*ek02+Uk01;</p><p><b>　　Uk01=Uk;</b></p><p>　　ek02=ek01;</p><p><b>　　ek01=ek0

18、;</b></p><p>　　IF (Uk<1000) THEN</p><p><b>　　IF (Uk<0)</b></p><p><b>　　Uk0=0;</b></p><p>　　ELSE Uk0=Uk;</p><p><b>

19、;　　ENDIF;</b></p><p><b>　　ENDIF;</b></p><p><b>　　ENDIF;</b></p><p>　　5 工程儀表的選擇</p><p>　　5.1 液位變送器</p><p>　　液位傳感器是用來上位水箱和下位水

20、箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)用的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，采用高品質(zhì)，低功耗精密器件，穩(wěn)定性和可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZ—IIIX型儀表互換配置，并能直接交換同類儀表。校驗(yàn)的方法是通電預(yù)熱十五分鐘后，分不在零壓力和滿程壓力下檢測(cè)輸出電流值。在零壓力下調(diào)整零電位器，使輸出電流為4mA，在滿程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級(jí)，因?yàn)槎€制，故工作時(shí)需串聯(lián)24V直流電源。液位

21、傳感器用來上水位箱和中水位箱的水位進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，精度為0.5級(jí)，二線制4—20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。</p><p>　　圖5.1 壓力傳感器</p><p>　　5.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥</p><p>　　調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號(hào)，自動(dòng)控制閥門的開度，從而達(dá)到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、

22、氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。調(diào)節(jié)并通常分為直通單座式和直通雙座式兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場(chǎng)合。德國(guó)PS公司進(jìn)口的PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，PS系列電子式執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以用于對(duì)管道的閥門和風(fēng)門的調(diào)節(jié)及開與關(guān)的控制，其主要特點(diǎn)如下：</p><p>　　一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，位置變送器和伺服放大器作為

23、兩個(gè)獨(dú)立部件均可直接裝入執(zhí)行機(jī)構(gòu)內(nèi)部，直接接受4—20mA的控制信號(hào)，輸出4—20mA或者1—5VDC的閥位反饋信號(hào)，具有自診斷功能，使用和調(diào)校十分方便。功能模塊式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過不同可選擇功能的組合，實(shí)現(xiàn)從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的控制，滿足不同的應(yīng)用要求。</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小巧，重量輕，便于安裝和維護(hù)，機(jī)械零件全部采用CNC加工部件，工藝精湛。傳動(dòng)全部采用小齒隙密封齒輪，具有效率高，噪聲低，壽命長(zhǎng)和穩(wěn)定可靠

24、，無需再加油等特點(diǎn)。具有多種運(yùn)行速度，可以滿足各種控制系統(tǒng)的要求，以保證系統(tǒng)的快速響應(yīng)及穩(wěn)定性。</p><p>　　PSL系列同閥門的連接采用柔軟盤黃連接，可避免閥桿與輸出軸不同軸給閥門帶來的影響，可預(yù)置閥門關(guān)斷能力保證閥門的可靠關(guān)斷，防止泄露。PSQ系列有轉(zhuǎn)矩開關(guān)保護(hù)，可防止因閥門產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)矩而損壞閥桿。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制作的高速度同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、抗堵轉(zhuǎn)、控制精度高等特點(diǎn)

25、?？稍O(shè)置分段調(diào)節(jié)，即由一臺(tái)調(diào)節(jié)器輸出的雙時(shí)間比例信號(hào)控制兩臺(tái)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（4—12mA對(duì)應(yīng)PSL1的全開全閉，12—20mA對(duì)應(yīng)PSL2的全開全閉）閥位反饋元件全密封高精度多圈電位器，具有體積小、精度高、死區(qū)小、使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。行程可調(diào)，便于與閥門連接。全部電器元件均采用世界名牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，使用時(shí)間長(zhǎng)。</p><p>　　圖5.2 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥</p><p><b>　　5.

26、3 變頻器</b></p><p>　　變頻器是利用電力半導(dǎo)體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器，它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?。然后用電子元件?duì)直流電進(jìn)行開關(guān)，變?yōu)榻涣麟?。一般功率較大的變頻器用可控硅，并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置。使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)。使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。變頻器廣泛用于交流電機(jī)的調(diào)速中。變頻調(diào)速技術(shù)是現(xiàn)代電力傳動(dòng)技術(shù)

27、重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，交流變頻技術(shù)從理論到實(shí)際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動(dòng)電流小，運(yùn)行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯，所以應(yīng)用越來越廣泛。</p><p>　　三菱FR-S520變頻器，4-20控制輸入信號(hào)，可對(duì)流量或者壓力進(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，也可通過本身旋鈕控制頻率?？蓡蜗嗷蛘呷喙╇姡l率可高達(dá)

28、200HZ。</p><p><b>　　圖5.3 變頻器</b></p><p><b>　　5.4 水泵</b></p><p>　　水泵是一種利用大氣壓強(qiáng)將低處的水汲往高處的機(jī)器,多半是以電動(dòng)機(jī)作為動(dòng)力。抽水的電動(dòng)機(jī)泵通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力 , 即把原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能變?yōu)橐后w能量從而達(dá)到抽送液體目的的

29、機(jī)器統(tǒng)稱為泵。這里采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。不會(huì)影響教師授課減少麻煩。功耗低，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變頻器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。</p><p><b>　　圖5.4 水泵</b></p><p>　　5.5 模擬量采集模塊</p><p>　　模擬量輸入模塊可測(cè)量多通道交流電壓、電流輸入信號(hào)。測(cè)量精度：0.2級(jí)。1

30、6位A/D循環(huán)采樣，采樣速率：3000次/S；1.2倍量程可正確測(cè)量，過載2倍量程輸入1S不損壞；隔離電壓1000VDC。模擬量輸出模塊輸出標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，可用于驅(qū)動(dòng)繼電器、開關(guān)等。這用A/D牛頓7017模塊8路模擬電壓（1-5V）。</p><p>　　5.6 模擬量輸出模塊</p><p>　　D/A牛頓7024模塊4路模擬輸出，電流(4—20mA) 電壓（1—5V）信號(hào)均可。<

31、/p><p>　　5.7 通信轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　485/232轉(zhuǎn)換牛頓7520模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300—115KHz），232口可長(zhǎng)距離傳輸。</p><p>　　圖5.5 牛頓模塊示意圖</p><p><b>　　5.8 開關(guān)電源</b></p><p>　　DC24的開關(guān)電源，最

32、大電流為2A，可以滿足實(shí)驗(yàn)要求。</p><p><b>　　6 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　6.1 組態(tài)軟件介紹</p><p>　　隨著工業(yè)自動(dòng)化水平的迅速提高，計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，人們對(duì)工業(yè)自動(dòng)化的要求越來越高，種類繁多的控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開

33、發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時(shí)，當(dāng)工業(yè)被控對(duì)象一旦有變動(dòng)，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導(dǎo)致其開發(fā)周期長(zhǎng)；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個(gè)控制項(xiàng)目的不同而使其重復(fù)使用率很低，導(dǎo)致它的價(jià)格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時(shí)，倘若原來的編程人員因工作變動(dòng)而離去時(shí)，則必須同其他人員或新手進(jìn)行源程序的修改，因而更是相當(dāng)困難。通用工業(yè)自動(dòng)化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實(shí)際工程問題提供了一種嶄新的方法，因?yàn)樗軌蚝芎玫亟鉀Q傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能

34、根據(jù)自己的控制對(duì)象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動(dòng)化控制工程。　　組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點(diǎn)有（1）延續(xù)性和可擴(kuò)充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應(yīng)用程序，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)（包括硬件設(shè)備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時(shí)，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級(jí)；（2）封裝性（易學(xué)易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使</p><p>　　6.2 系統(tǒng)組態(tài)圖<

35、;/p><p>　　圖6.1 系統(tǒng)組態(tài)圖</p><p><b>　　6.3 歷史曲線</b></p><p>　　圖6.2 歷史曲線畫面</p><p>　　6.4 標(biāo)記名字典</p><p><b>　　圖6.3標(biāo)記名字典</b></p><p>

36、<b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過這次設(shè)計(jì)，我受益匪淺，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）通過這次實(shí)踐，我基本掌握了組態(tài)軟件組態(tài)王界面設(shè)計(jì)，對(duì)RS485通信協(xié)議也有了一定的了解。組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫的編程語言和以前我們學(xué)過的C語言很類似，而在以前學(xué)習(xí)C語言時(shí)，我們很多同學(xué)都認(rèn)為這門語言都已經(jīng)過時(shí)了，我們應(yīng)該去學(xué)習(xí)時(shí)下流行的.NET和

37、JAVA，但是通過這次設(shè)計(jì)我發(fā)現(xiàn)，編程思想以及程序的算法往往比編程語言更重要。</p><p>　?。?）上完這門課后，我對(duì)單片機(jī)的總體感覺是：?jiǎn)纹瑱C(jī)比較適合做產(chǎn)品研發(fā)或系統(tǒng)設(shè)計(jì)，而我們以前學(xué)的PLC則比較適合于工程控制，它比用單片機(jī)控制要簡(jiǎn)單一些。相比PLC,用單片機(jī)做系統(tǒng)設(shè)計(jì)要難很多，而且網(wǎng)上的相關(guān)資料顯示，PLC比較適合于環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)。因此，學(xué)會(huì)用PLC做控制也是很重要的。但我發(fā)現(xiàn)，PLC與單片機(jī)

38、也有某些類似的地方，而且，學(xué)完單片機(jī)后，我發(fā)現(xiàn)PLC變得容易了。由此我發(fā)現(xiàn)，其實(shí)任何學(xué)科都是相通的。而且，通過這個(gè)課程設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)用PLC做過程控制的控制器應(yīng)該是一個(gè)正確的選擇。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 袁本恕.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)[M].合肥.中國(guó)科技技術(shù)大學(xué)出版社，1998</p><p>　　[

39、2] 熊新民.過程控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書.鄭州.河南工業(yè)大學(xué).2007</p><p>　　[3] 馬正午,周得興.InTouch應(yīng)用技術(shù).北京.機(jī)械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　[4] 李義府.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).長(zhǎng)沙.國(guó)防科技大學(xué)出版社.2004</p><p>　　[5] 常曉玲，馬西秦.電氣控制與PLC.鄭州.河南工業(yè)大學(xué).2002</p>