基于組態(tài)王雙容水箱控制

1、集散控制系統(tǒng)課程設計基于組態(tài)軟件雙容水箱過程控制系統(tǒng)姓 名： 學 號： 班 級： 專 業(yè)： 指導教師： 目 錄1 設計目的與要求11.1 設計目的11.2 設計要求12 系統(tǒng)結構設計12.1 控制方案12.2 系統(tǒng)結構23 過程儀表選擇23.1 液位傳感器23.2 電磁流量傳感器33.3 電動調節(jié)閥33.4 水泵33.5 變頻器33.6 模塊選擇44 系統(tǒng)組態(tài)設計44.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設計54.2 組態(tài)畫面54.3 數據字典64.4 應用程序64.5 動畫連接9總結11 參考文獻11附錄A 單回路控制系統(tǒng)PID控制算法12附錄B PID控制算法流程圖121. 設計目的與要求1.1 設計

2、目的 通過組態(tài)軟件，結合實驗已有設備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據較快較穩(wěn)的性能要求，采用但閉環(huán)控制結構和PID控制規(guī)律，設計一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的液位單回路過程控制系統(tǒng)。 1.2 設計要求(1) 根據液位回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設計控制方案，正確選用過程儀表。(2) 根據液位回路過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關I/O的需要，正確選用過程模塊。(3) 根據與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉換與通訊模塊。(4) 運用組態(tài)軟件，正確設計液位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) 提交包括上述內容的課程設計報告。2. 系

3、統(tǒng)結構設計2.1 控制方案 整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調節(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），調節(jié)器為電磁閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結構組成如下圖2.2所示。當系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道將水送到上水箱，由HB返回信號，是否還需要抽水到水箱。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 液位回路控制系統(tǒng)圖2.2 系統(tǒng)結構過程控制系統(tǒng)由四大部分組成

4、，分別為控制器、調節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.圖2.2 液位回路控制系統(tǒng)框圖3. 過程儀表選擇3.1 液位傳感器 液位傳感器用來對上水箱液位的壓力進行檢測，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，喜愛用高品質低耗精密器件，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，并能直接替換進口同類儀表。校驗的方法是通電預熱15分鐘后，分別在零壓力和滿程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調整量程電位器，使輸出電流為4mA，在滿量程壓力下調整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級，因為為二線制，故

5、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節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進行檢測。根據本試驗裝置的特點，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要求。主要優(yōu)點：1）采用整體焊接結構，密封性好；2）結構簡單可靠，內部無活動部件，幾乎

6、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系,量程比寬；（2）流量轉換器采用LDZ-4型電磁流量傳感器配套使用，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 電動調節(jié)閥 電動調節(jié)閥對控制回路流量進行調節(jié)。采用德國PSL202型智能電動調節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅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，控制精度高?？刂茊卧c電動執(zhí)行機構一體化，可靠性高，操作方便，并可與計算機配套使用，組成最佳調節(jié)回路。有輸入控制信號4-20mA

7、及單相電源即可控制與轉實現對壓力流量溫度壓力等參數的調節(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，4-20mA閥位反饋信號輸出雙導向單座柱塞式閥芯，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，可預置閥門關斷力，保證閥門的可靠關斷，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

8、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。3.6 模塊選擇當需要構成計算機控制系統(tǒng)時，過程控制裝置的數據采集和控制采用目前最新的牛頓7000系列遠程數據采集模塊和組態(tài)軟件組成，完全模擬工業(yè)現場環(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

9、)通訊模塊：采用牛頓7520轉換模塊。485/232轉換模塊，轉換速度極高（300115KHz），232口可長距離。4. 系統(tǒng)組態(tài)設計組態(tài)王是運行在Windows98/NT/2000上的一種組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，用戶可以方便地構造適應自己需要的“數據采集和監(jiān)控系統(tǒng)”，在任何需要的時候把生產現場的信息處理和判斷決策的控制信號傳向現場實施有效的生產控制。組態(tài)王的網絡功能使企業(yè)的基層和其它部門建立起聯系，現場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數據。管理人員不需要深入生產現場，就可以獲得實時和歷史數據，優(yōu)化控制現場作業(yè)，提高生產率和產品質量。組態(tài)網易于學習和使用，擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向導，既

10、可以節(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域。無論您的應用場合如何，您都可以使用組態(tài)王構造有效的監(jiān)控和數據采集系統(tǒng)。4.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設計 圖4.1.1 工藝流程圖 圖4.1.2 系統(tǒng)組態(tài)圖設計4.2 組態(tài)畫面4.3 數據字典4.4 應用程序if(本站點開關轉換=1)本站點Ti=8;本站點Kp=15;本站點Td=10;if(本站點電機=1)本站點ek0=本站點Sp-本站點下水箱液位;本站點微分液位差=本站點ek0+本站點ek2-2*本站點ek1;本站點Uk=(本站點Ti*(本站點ek0-本站點ek1)+本站點Kp*本站點ek0

11、+本站點Td*本站點微分液位差)/500+本站點水流2;本站點上水箱液位=本站點上水箱液位+本站點Uk-本站點水流1;本站點液位傳遞值=本站點ek1;本站點ek1=本站點ek0;本站點ek2=本站點液位傳遞值;本站點水流1=本站點上水箱液位/50;本站點水流2=本站點下水箱液位/50;本站點下水箱液位=本站點下水箱液位+本站點水流1-本站點水流2;本站點儲水箱液位=300-本站點上水箱液位-本站點下水箱液位;if(本站點電機=0)本站點水流1=本站點上水箱液位/50;本站點水流2=本站點下水箱液位/50;本站點上水箱液位=本站點上水箱液位-本站點水流1;本站點下水箱液位=本站點下水箱液位+本站

12、點水流1-本站點水流2;本站點儲水箱液位=300-本站點上水箱液位-本站點下水箱液位;if(本站點開關轉換=0)if(本站點電機=1)本站點ek0=本站點Sp-本站點下水箱液位;本站點微分液位差=本站點ek0+本站點ek2-2*本站點ek1;本站點Uk=(本站點Ti*(本站點ek0-本站點ek1)+本站點Kp*本站點ek0+本站點Td*本站點微分液位差)/500+本站點水流2;本站點上水箱液位=本站點上水箱液位+本站點Uk-本站點水流1;本站點液位傳遞值=本站點ek1;本站點ek1=本站點ek0;本站點ek2=本站點液位傳遞值;本站點水流1=本站點上水箱液位/50;本站點水流2=本站點下水箱液

13、位/50;本站點下水箱液位=本站點下水箱液位+本站點水流1-本站點水流2;本站點儲水箱液位=300-本站點上水箱液位-本站點下水箱液位;if(本站點電機=0)本站點水流1=本站點上水箱液位/50;本站點水流2=本站點下水箱液位/50;本站點上水箱液位=本站點上水箱液位-本站點水流1;本站點下水箱液位=本站點下水箱液位-本站點水流2;本站點儲水箱液位=300-本站點上水箱液位-本站點下水箱液位;if(本站點Uk<=1)本站點uk=本站點Uk*100;else本站點uk=100;if(本站點電機=0)本站點Uk=0;if(本站點下水箱液位>本站點Sp)本站點下水箱液位=本站點下水箱液位

14、-(本站點下水箱液位-本站點Sp);4.5 動畫連接(1)自動控制(2)手動控制(3)實時曲線(4)歷史曲線總 結通過此次設計，我掌握了流量單回路控制系統(tǒng)的構成。知道它最基本的部分有控制器、調節(jié)器、被控對象和測量變松組成。并且學會了如何去設計一個過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設計步驟。了解到，一般情況下，它都要經過一下幾個步驟：認知被控對象、設計控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設計系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設計組態(tài)畫面、設計數據詞典等，直到最后的動畫鏈接成功，并達到控制要求。經過以上步驟，我對整個過程控制系統(tǒng)的設計有了很深的體會，也學會了很多與設計相關的知識。對組態(tài)王軟件也有了很大的

15、了解，學會了初步的應用。認識到了組態(tài)王的一些應用情況，組態(tài)王軟件的組成與功能，其應用程序項目如何建立，數據詞典如何建立，動畫如何進行鏈接，命令語言程序如何編寫，趨勢曲線如何建立，還有I/O設備的配置和組態(tài)網絡的建立等等一系列與組態(tài)王軟件應用相關的知識。在這次課程設計中也遇到了不少麻煩，不過經過老師的輔導大部分問題都得到了解決，總的來說，這次設計是一次收獲很大的設計，學到了很多教學中學不到的東西，對我的動手能力有了很大的幫助。同時也要感謝老師對我們這次課程設計的指導，讓我們獲益匪淺！參 考 文 獻1.陳夕松，華成英過程控制系統(tǒng)M北京：科學出版社，20062.熊新民工業(yè)過程控制課程設計指導書，20083.邵裕森過程控制工程M北京：機械工業(yè)出版社，20004.姜重然工控軟件組態(tài)王簡明教程M哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，20075.方康玲.過程控制系統(tǒng).武漢：武漢理工大學出版社，2002.6 6.蔣慰孫，俞金壽.過程控制工程.上海：中國石化出版社，1999.9 7.何衍慶，蔣慰孫，俞金壽.工業(yè)生產過程控制.北京：化學工業(yè)出版社，2004.28.邵