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

1、<p>　　工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)目的與要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　通過某種組態(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)畫面和

2、較完善組態(tài)控制程序的流量單回路過程控制系統(tǒng)。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　(1) 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)的具體對(duì)象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過程儀表。</p><p>　　(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。</p>&

3、lt;p>　　(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。</p><p>　　(4) 運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)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。</p><p>　　(5) 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p>

4、<p><b>　　2.1 控制方案</b></p><p>　　整個(gè)過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、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（見附錄A和附錄B），調(diào)節(jié)器為電磁閥，測量變送為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。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開始抽水，通過管道分別

5、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(dá)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(gè)流程圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 流量單回路控制系統(tǒng)流程圖</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b><

6、/p><p>　　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(duì)象、測量變送。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.</p><p>　　圖2.2 流量單回路控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　3 過程儀表選擇</b></p><p><b>　　3.1 液位傳感器</b

7、></p><p>　　液位傳感器用來對(duì)上誰為水箱的壓力進(jìn)行檢測，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DDZ—3X型儀表互換配置，并能直接替換進(jìn)口同類儀表。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2

8、0mA。本傳感器精度為0.5級(jí)，因?yàn)闉槎€制，故工作時(shí)需串24V直流電源。壓力傳感器用來對(duì)上水位水箱和中水位水箱的壓力進(jìn)行檢測，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。</p><p>　　3.2 電磁流量傳感器</p><p>　　（1）流量傳感器用來對(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。根據(jù)本試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用工業(yè)用的LDS-1

9、0S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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(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)：</p><p>　　1）采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；</p><p>　　2）結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動(dòng)部件，幾乎無壓力損失；</p><p

10、>　　3）采用低頻矩形波勵(lì)磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；</p><p>　　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；</p><p>　?。?）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)：0~0.4mV輸出信號(hào)：4~20mA DC, 許負(fù)載電阻為0~750歐姆，基本誤差：輸出信號(hào)量程的0.5%。</p><p><b>

11、;　　3.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥</b></p><p>　　電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對(duì)控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，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。控制單元與電動(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

12、調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，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(diǎn)。</p><p><b>　　3.4 水泵</b></p><p>　　采用丹麥蘭富循

13、環(huán)水泵。噪音低，壽命長，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)。</p><p><b>　　3.5 變頻器</b></p><p>　　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，可外加

14、電流控制，也可通過本身旋鈕控制頻率?？蓡蜗嗷蛉喙╇?，頻率可高達(dá)200Hz。</p><p><b>　　3.6 模塊選擇</b></p><p>　　當(dāng)需要構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，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(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)場環(huán)境，先進(jìn)性與實(shí)用性并舉。有效的拉近了實(shí)驗(yàn)室與工業(yè)現(xiàn)場的距離。它體積小，安裝方便，可

15、靠性極高。</p><p>　　1) D/A模塊：采用牛頓7024模塊。4路模擬輸出，電流（4-20mA）電壓（1~5V）信號(hào)均可。</p><p>　　2) A/D 模塊：采用牛頓7017模塊。8路模擬電壓（1~5V）輸入。</p><p>　　3) DO模塊：采用牛頓7043模塊。</p><p>　　4)通訊模塊：采用牛頓7520轉(zhuǎn)換模

16、塊。485/232轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300~115KHz），232口可長距離。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　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)場的信息處理和判斷決策的控制信號(hào)傳向現(xiàn)場實(shí)施有效的生

17、產(chǎn)控制。</p><p>　　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(shí)時(shí)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。</p><p>　　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(shí)間，又能提高系統(tǒng)性能。</p><p>　　組態(tài)王

18、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)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。</p><p>　　4.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)</p><p>　　圖4.1.1 工藝流程圖 圖4.1.2 系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)</p><p><b>　　4.2

19、 組態(tài)畫面</b></p><p><b>　　4.3 數(shù)據(jù)字典</b></p><p><b>　　4.4 應(yīng)用程序</b></p><p>　　if(\\io\kz==1)</p><p><b>　　{</b></p><p><

20、b>　　\\io\S=9;</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\K2==1)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　\\本站點(diǎn)\a01=\\本站點(diǎn)\P1*(1+1/\\本站點(diǎn)\I1+\\本站點(diǎn)\D1);<

21、/p><p>　　\\本站點(diǎn)\a11=\\本站點(diǎn)\P1*(1+2*\\本站點(diǎn)\D1);</p><p>　　\\本站點(diǎn)\a21=\\本站點(diǎn)\P1*\\本站點(diǎn)\D1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek0=\\本站點(diǎn)\sp1-\\io\流量1;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\uk=\\本站點(diǎn)\a01*\\本站點(diǎn)\ek0-\\本站點(diǎn)\a11*\\

22、本站點(diǎn)\ek01+\\本站點(diǎn)\a21*\\本站點(diǎn)\ek02+\\本站點(diǎn)\uk01;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\uk01=\\本站點(diǎn)\uk;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek02=\\本站點(diǎn)\ek01;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek01=\\本站點(diǎn)\ek0;</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\uk<1000)<

23、/p><p><b>　　{</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\uk<0)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\uk0=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else{\\本站點(diǎn)\uk0=\\本站點(diǎn)\uk;</p><

24、;p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else{\\本站點(diǎn)\uk0=1000;}</p><p><b>　　}</b></p><p>　　\\io\d=\\本站點(diǎn)\uk0;</p><p>&

25、lt;b>　　4.5 動(dòng)畫連接</b></p><p>　　附錄A 單回路控制系統(tǒng)PID控制算法</p><p>　　根據(jù)流量單回路控制系統(tǒng)的原理，運(yùn)用組態(tài)王所提供的類似于C語言的程序編寫語言實(shí)現(xiàn)PID控制算法。</p><p>　　本系統(tǒng)采用PID位置控制算法，其控制算式如下：</p><p>　　上述算式中，為比例系數(shù)，