基于組態(tài)王的流量比值過程控制系統(tǒng)設(shè)計

1、百度文庫-好好學習.天天向上-2殲浙，家A摩10-11學年（II）開放性實驗項目院系名稱: 學生姓名: 指導教師: 實訓地點:自動化0126題目：基于組態(tài)軟件的流比值過程控制系統(tǒng)指導教師評語簽名：年月曰中原路校區(qū)2-417目錄1引言12設(shè)計目的與要求2設(shè)計目的2設(shè)計要求23系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2控制方案2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程34過程儀表選擇4流量檢測傳感器4電動調(diào)節(jié)閥4水泵5過程模塊65系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計7組態(tài)圖7組態(tài)畫面7數(shù)據(jù)字典10應用程序11動畫連接136實驗總結(jié)147參考文獻15百度文庫-好好學習.天天向上引言隨著科學技術(shù)的快速發(fā)展，人們對過程控制提出了更高的要求，在許多生產(chǎn) 過程中，要求兩種或兩種以上的物

2、料流量成一定的比例關(guān)系混合進行反應，對物 料比例的要求其為嚴格，如果不能滿足要求，或是比例失和調(diào)，將會導致產(chǎn)品的 質(zhì)量達不到要求，以致造成損失，嚴重時會導致事故的發(fā)生.研究比值控制系統(tǒng) 很有必要，提高比值控制系統(tǒng)的精度及水平具有深遠的意義。根據(jù)系統(tǒng)的工藝要求及實際需要，提出了流量比值控制的設(shè)計方案，因為組 態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有適應性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短 等優(yōu)點，本設(shè)計著重說明了組態(tài)王在設(shè)訃開發(fā)流量比值控制系統(tǒng)中的應用。該設(shè)計以電動調(diào)節(jié)閥為中心對控制回路的液體的流量進行比例控制，從而實 現(xiàn)對壓力流量溫度液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)。采用工業(yè)用的LDS-10S型電磁流量傳感 器，對現(xiàn)場

3、信號進行實時采集，通過與設(shè)定值進行比較對調(diào)節(jié)閥進行控制，并采 用牛頓7000系列遠程數(shù)據(jù)采集模塊作為計算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通訊過程模 塊，對信號進行模數(shù)或數(shù)模轉(zhuǎn)換，采用德國PS公司進口的PSL202型智能電動 調(diào)節(jié)閥對過程進行控制。通過組態(tài)王仿真軟件進行仿真，設(shè)計出能夠驅(qū)動采集模塊，具有友好的人機 交互界面，實現(xiàn)了實時監(jiān)控，有及時的數(shù)據(jù)顯示，圖形顯示，PID參數(shù)手動及自 動控制等控制功能，并建立了動畫連接，生成了信息報告。實際運行結(jié)果表明，系統(tǒng)不僅能按比值關(guān)系進行控制，而且具有較強的抗干 擾能力。該設(shè)計可以用于化工廠，制藥等場所。2設(shè)計目的與要求設(shè)計目的通過某種組態(tài)軟件，結(jié)合實驗室已有設(shè)備，

4、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)計一個具有較 美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量比值單回路過程控制系統(tǒng)。設(shè)計要求1. 根據(jù)流量比值單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方 案，正確選用過程儀表。2. 根據(jù)流量比值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。3. 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。4. 運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計流量比值單回路過程控制系統(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(nèi)容的課程設(shè)計報告。3系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計控制方案根據(jù)設(shè)訃要求

5、，系統(tǒng)采用單閉環(huán)比值控制。在控制兩種物料的比值系統(tǒng)中， 起主導作用的物料流量稱為主動量，跟隨主動量而變化的物料流量稱為從動量。 設(shè)本系統(tǒng)中液體A為主動量，液體B為從動量。將從動量用一個閉環(huán)包括進去, 而主動量開環(huán)。將液體A的流量yi通過比值控制器k作為閉環(huán)回路的輸入量。 所以從動量B的給定是kyi,因為yi開環(huán)，故y2要隨著屮的變化而變化，即從 動量B是一個隨動控制系統(tǒng)。2-1百度文庫好好學習.天天向上系統(tǒng)結(jié)構(gòu)流程圖系統(tǒng)原理圖上圖為系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。當打開液體A的閥門，流量檢測傳感器測出其流量值, 經(jīng)變送單元送至比值器，比值器的輸出與液體B流量測量變送送岀的流量值相 減，其偏差作為液體B流量控制器的

6、輸入值，控制器的輸出用來控制調(diào)節(jié)閥， 從而使液體B的流量得到了控制。這就使液體B的流量隨液體A的流量變化而圖系統(tǒng)流程圖4過程儀表選擇流量檢測傳感器本設(shè)計采用工業(yè)用的LDS-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm,流量0 h,壓力,4-20mA標準信號輸出?？膳c顯示，記錄儀表，積算器或調(diào)節(jié)器配套。 它的優(yōu)點：1. 采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性能好；2. 結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動部件，兒乎無壓力損失；3. 采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，零點穩(wěn)定；4儀表反應靈敏，輸出信號與流量成線性關(guān)系，量程比寬；流量轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流量轉(zhuǎn)換器，與LDS-10S型電磁流量傳感器 配套使用，輸入信號：0輸

7、出信號：420mADC,允許負載電阻為0750Q, 基本誤差：輸出信號量程的%。電動調(diào)節(jié)閥采用電動調(diào)節(jié)閥對控制回路的液體的流量進行調(diào)節(jié)。采用德國PS公司進口 的PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動電路釆用高性能稀土磁 性材料制造的同步電機運行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高?？刂?單元與執(zhí)行機構(gòu)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(diào)節(jié)回路。山輸入控制信號420mA及單相電源即可控制運轉(zhuǎn)實現(xiàn)對壓力流量 溫度液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄漏量少的優(yōu)點。釆 用PS電子式直行程執(zhí)行機構(gòu)，420mA閥位反饋信號輸出雙導向單座柱塞式閥 芯

8、，流量具有等口分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用柔性彈簧連接，可 預置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷防止泄漏。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高， 使用壽命長等優(yōu)點。如下圖所示：4-4百度文庫-好好學習.天天向上圖電動調(diào)節(jié)閥水泵釆用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。具有噪音低，功耗小，壽命長等優(yōu)點。220V供電 即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變送器一起構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。如下圖 所示：圖水泵過程模塊采用牛頓7000系列遠程數(shù)據(jù)采集模塊作為訃算機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集通訊 過程模塊。牛頓7000系列模塊體積小，安裝方便，可靠性高。D/A模塊采用牛頓7024,四通道模擬輸出模塊，電流輸出420mADC,電 壓輸出15

9、VDC,精度14位。使用7024模塊的1通道101作為可控硅的電壓控 制通道。A/D模塊采用牛頓7017,八通道模擬輸入模塊，電壓輸入15VDC。使用 7024模塊的1通道IN1作為A流量信號檢測輸入通道，7024模塊的2通道IN2 作為B流量信號檢測信號輸入通道。通信模塊采用牛頓7520o RS232轉(zhuǎn)換485通訊模塊。使用RS-232/RS485雙 向協(xié)議轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)速為300-115200bps,可長距離傳輸?？刂苹芈分须姶砰y的開關(guān) 量輸出模塊采用牛頓7043, 16通道非隔離集電極開路輸出模塊。最大集電極開 路電壓30V,每通道輸出電流100mA,可直接驅(qū)動電磁閥設(shè)備。模塊如下圖所示：圖牛

10、頓模塊6-6百度文庫好好學習.天天向上7-75系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計組態(tài)圖系統(tǒng)組態(tài)圖組態(tài)畫面下圖為系統(tǒng)的組態(tài)畫面:百度文庫好好學習.天天向上-9BK壬于1 * cin,3 .c屮 圖開始運行畫面aK tw “At 壬于圖運行時畫面8百度文庫-好好學習.天天向上圖實時曲線本設(shè)計共有三個畫面：開始運行時畫面、運行時畫面、實時曲線。開始運行時如圖，當我們啟動系統(tǒng)后，運行流量比值控制系統(tǒng)，剛開始 出現(xiàn)的就是這個畫面。開始時下儲水桶有水，上面的沒水，此時電動及手動調(diào)節(jié) 閥均為關(guān)閉狀態(tài)，為紅色，溫度值及PID參數(shù)為零，無曲線。運行時畫面如圖，溫度值為10,比例系數(shù)為50,積分系數(shù)為10,微分系數(shù) 為0,上水槽已經(jīng)有

11、水，下水槽的水也有所減少，有曲線產(chǎn)生。在運行畫面中的兩個電動調(diào)節(jié)閥和兩個電磁流量訃，兩個電動調(diào)節(jié)閥分別是 控制A、B液體的流量，兩個電磁流量計分別是測量A、B液體的流量值。當我 們啟動系統(tǒng)后進入運行我們首先在手動狀態(tài)下設(shè)置A液體的電動調(diào)節(jié)閥的開度, 使A液體得流量穩(wěn)定，并且打開電動調(diào)節(jié)閥，然后設(shè)置Kp, Ti, Td, Kc,設(shè)置 這五個參數(shù)后，調(diào)節(jié)閥變?yōu)榫G色。此時按下自動按鈕后進入自動環(huán)節(jié)，系統(tǒng)按設(shè) 定好的PID算法得到輸出，使A液體的流量與B液體的流量成設(shè)定的比例并穩(wěn) 定于此。期間畫面也能顯示出電動調(diào)節(jié)閥的開度、流量值，并且管道也能模擬液體的流動。 并且在主界面中也能直接觀察實時曲線，查看

12、系統(tǒng)的穩(wěn)定情況。單擊退出按鈕直 接退出系統(tǒng)。實時曲線界面如圖，是系統(tǒng)下水槽水減少與上水槽水上升的過程。10百度文庫好好學習.天天向上數(shù)據(jù)字典根據(jù)控制系統(tǒng)的需要建立數(shù)據(jù)詞典，以便確定內(nèi)存變量與I/O數(shù)據(jù)，運算數(shù) 據(jù)的關(guān)系。只有在數(shù)據(jù)詞典中定義的變量才能在系統(tǒng)的控制程序中使用。本系統(tǒng) 中所涉及到的變量的類型主要有與AD, DA設(shè)備進行數(shù)據(jù)交換的I/O實型變量, 控制電磁閥開關(guān)的I/O離散變量，用于定以開關(guān)動畫連接的內(nèi)存離散變量，參于 PID運算的內(nèi)存實型變量和實現(xiàn)各種動畫效果所用到的內(nèi)存實型或內(nèi)存整型變 量等。具體的數(shù)據(jù)詞典如下表所示。變量名變咼描述變量類型II)連接設(shè)備寄存器U（ k）控制B電動

13、 調(diào)節(jié)閥輸出I/O實型21DAAOOPVA液體流量測量值I/O實型22ADAllPV2B液體流疑 測量值I/O實型23ADAI2自動開關(guān)手動/自動內(nèi)存離散24Sp設(shè)定值I/O實型25DAAO1Kp比例系數(shù)內(nèi)存實型26Ti積分系數(shù)內(nèi)存實型27Td微分系數(shù)內(nèi)存實型28Kc比值器大小內(nèi)存實型29設(shè)定值輸出A電動 調(diào)節(jié)閥的開 度大小內(nèi)存實型30A流量測量值顯示A流量內(nèi)存實型31B流量測量值顯示B流量內(nèi)存實型32B閥門開度顯示B電動調(diào)節(jié)閥開度內(nèi)存實型33q01增疑型算法 系數(shù)1內(nèi)存實型34q02增量型算法 系數(shù)2內(nèi)存實型35q03增量型算法 系數(shù)3內(nèi)存實型36T采樣周期內(nèi)存實型37ekO現(xiàn)在的偏差內(nèi)存實

14、型38ekl前一次偏差內(nèi)存實型39ek2前兩次偏差內(nèi)存實型40PP=Kpl內(nèi)存實型42TITI=Ti/T內(nèi)存實型43DD=Td/T內(nèi)存實型44Gmax電磁流量計 的最大測量值內(nèi)存實型45U（ ko）前一次控制 B電動調(diào)節(jié) 閥輸出內(nèi)存實型46表數(shù)據(jù)字典應用程序圖PID算法的流程圖本系統(tǒng)的主要的實現(xiàn)是PID算法的實現(xiàn)，根據(jù)流量比值單回路控制系統(tǒng)的原理， 運用組態(tài)王所提供的類似于C語言的程序編寫語言實現(xiàn)PID控制算法。取采樣周期 Ts=ls本系統(tǒng)采用PID位置控制算式，其控制算式如下：11“伙）= u（k-） + KP（ + + 么比伙）一 Kp（l +伙 一 1） + Kp -e（k - 2）Tj

15、 TTT=u（k-1） + 伙）一ae（k 一 1） + a2e（k 2）佈=鳴（1 +彳+半）ax = Kp（l += Kp 1算式中，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間，Td為微分時間，以u(k)作為計算 機的當前輸出值，以Kc*PV作為給定值，F(xiàn)V2作為反饋值即AD設(shè)備的轉(zhuǎn)換值,e (k)作為偏差。具體程序如下啟動時T=l;TI=Ti/T;D=Td/T:U（ k ） =0;ek0=0;ekl=0;ek2=0;Sp=0;ShowPicture（H 開機畫面 J;運行時：if（自動開關(guān)=1）T=l;Gmax=100:12-15百度文庫好好學習.天天向上P=Kp;TI=Ti/T;D=Td/T:q0

16、1=P*（l+l/TI+D）;qO2=P*（l+2*D）;qO3=P*D;ekO=Kc*PV-PV2;U（ k ） =qO 1 *ekO-qO2*ekl +qO3*ek2+U（ kO ）;U（ kO ） =U（ k ）;ek2=ekl;ekl=ekO;Sp=設(shè)左值*+4;A 流量測量值=（PV-1 ）/4*Gmax;B 流量測量值=（PV2-1 ）/4*Gmax;B 閥門開度=（U（ k）-l）/4*Gmax;停止時U（ k ） =0;Sp=O;ekO=O;ekl=O;ek2=0;動畫連接動畫連接圖即如圖當系統(tǒng)啟動后，進入主界面，設(shè)定好參數(shù)后，進入自動狀態(tài)。畫面中的管道13模擬液體的流動，它是

17、與電動調(diào)節(jié)閥相關(guān)聯(lián)的，只要電動調(diào)節(jié)閥是有開度的，管 百度文庫好好學習.天天向上道就能模擬液體的流動。方塊中的值為系統(tǒng)的相應實時值，它們分別與流量測量 值、閥門開度相關(guān)聯(lián)。矩形條中填充的紅色反應電動調(diào)節(jié)閥的開度，它與方塊中 的值是相對應的，能比較直觀的反應閥門的開度。6實驗總結(jié)在這次課程設(shè)計中學到很多東西，是第一次在沒有老師教給我們軟件怎么用， 完全幕自己根據(jù)軟件的使用說明書及查閱的相關(guān)資料，看著步驟一點點做出來 的。當然做的過程也非常的不容易，不過卻也是充滿樂趣的。剛開始做的時候我 們的管道都是用矩形框做出來的，管道與管道之間還選了圖庫里的管道作為接 口，還花了很長時間把接口對齊，對的脖子都是

18、疼的。后來在翻看一些相關(guān)資料 時才發(fā)現(xiàn)管道是直接通過工具欄中的立體管道畫出來的，有趣的是當你的，當你 的劃線的方向不一致時，管道里的溶液流動的方向也是不一樣的。設(shè)計中的難點就在建立動態(tài)鏈接那塊，因為不同的器件對變量的要求不一 樣，而我們乂不太清楚究竟什么樣的器件需要建立什么樣的變量與之對應，而且 有的變量在定義為I/O型時，會選擇寄存器，這時就總會出現(xiàn)錯誤，后來我們只 能試著改變變量的類型，查看一些關(guān)于變量定義的相關(guān)資料，后來才修改好了。 還有一個難點就是曲線，剛開始做的時候做出來的曲線就一條直線，后來才知道 需要修改編的程序，但編程時程序稍有不對的地方，或者程序單從程序的角度看 沒有什么問題

19、，但卻會造成管道的溶液的不流動，花了很長的時間不斷的調(diào)試修 改程序，終于達到了理想的效果，在畫面屬性中編程時自己還犯了一個非常低級 的錯誤，剛開始以為畫面屬性就是針對某個專門對象的設(shè)置呢，后來做時不斷修 改每個器件的畫面屬性，發(fā)現(xiàn)它是針對全局的。不管道路如何艱難吧，最后總算 做出來了，路漫漫其修遠兮，吾將上下而求索。其實CAD感覺還沒組態(tài)王好學，可能是組態(tài)王軟件帶的使用說明還有些例子 很詳細吧，以前大一上工程制圖時CAD本來就沒學多少，現(xiàn)在確實是忘的一干二 凈了，乂翻看了些關(guān)于CAD的資料，勉強把程序流程圖，系統(tǒng)原理圖，還有系統(tǒng) 14 組態(tài)圖畫了出來，它和組態(tài)王學習的時間差不多，自我感覺組態(tài)王好用多了，不 過CAD的用處還是很廣泛的。設(shè)計中感覺很浪費的就是我們花了很長的時間在組態(tài)王的畫面的美觀方面 的，后來問過老師以后才知道不需要彩印的，如果不彩印的話，畫面太花打印出 來的效果也不