過(guò)控課程設(shè)計(jì)

1、蘇州市職業(yè)大學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)項(xiàng)目名稱 儲(chǔ)罐液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的一計(jì)與實(shí)現(xiàn)學(xué)生姓名顏澤凱學(xué)生學(xué)號(hào)127301436班級(jí)名稱12電氣4項(xiàng)目日期2014/5/27指導(dǎo)老師吳曉帆一、引言1.1項(xiàng)目名稱和意義儲(chǔ)罐液位與流量的串級(jí)控制：在生產(chǎn)過(guò)程中，儲(chǔ)罐通常是中間存儲(chǔ)和緩沖單 元，在儲(chǔ)罐中存儲(chǔ)一定體積的物料，一旦上游生產(chǎn)過(guò)程出現(xiàn)局部停車，由于儲(chǔ)罐 中還有物料，在一定時(shí)間內(nèi)不會(huì)影響下游生產(chǎn)。在規(guī)定時(shí)間內(nèi)使得上游恢復(fù)生產(chǎn)， 不會(huì)對(duì)生產(chǎn)造成過(guò)多經(jīng)濟(jì)損失。另外，對(duì)于塔類容器，其塔釜液位的穩(wěn)定直接影 響塔器的工作效果。1.2項(xiàng)目目標(biāo)1.2.1鞏固串級(jí)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程1.2.2鞏固串級(jí)控制系統(tǒng)的組態(tài)、投運(yùn)和控制

2、器參數(shù)整定1.3項(xiàng)目要求1.3.1穩(wěn)定性：對(duì)恒值系統(tǒng)要求當(dāng)系統(tǒng)受到擾動(dòng)后，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的調(diào)整能 夠回到原來(lái)的期望值。對(duì)隨動(dòng)系統(tǒng)，被控制量始終跟蹤參據(jù)量的變化。穩(wěn)定性是對(duì)系統(tǒng)的基本要求， 不穩(wěn)定的系統(tǒng)不能實(shí)現(xiàn)預(yù)定任務(wù)。穩(wěn)定性，通常由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)決定與外界因素?zé)o 關(guān)。1.3.2快速性：對(duì)過(guò)渡過(guò)程的形式和快慢提出要求，一般稱為動(dòng)態(tài)性能。穩(wěn) 定高射炮射角隨動(dòng)系統(tǒng)，雖然炮身最終能跟蹤目標(biāo)，但如果目標(biāo)變動(dòng)迅速，而炮 身行動(dòng)遲緩，仍然抓不住目標(biāo)。1.3.3準(zhǔn)確性：用穩(wěn)態(tài)誤差來(lái)表示。如果在參考書(shū)如信號(hào)作用下，當(dāng)系統(tǒng)達(dá) 到穩(wěn)態(tài)后，其穩(wěn)態(tài)輸出與參考輸入所要求的期望輸出之差叫做給定穩(wěn)態(tài)誤差。顯 然，這種誤差越小，表示

3、系統(tǒng)的輸出跟隨參考輸入的精度越高。1.4項(xiàng)目?jī)?nèi)容1.4.1工藝分析及方案確定1.4.2 .儲(chǔ)罐液位與流量的串級(jí)控制方案設(shè)計(jì)1.4.3控制方案實(shí)施（組態(tài)編程）1.4.4運(yùn)行調(diào)試（系統(tǒng)投運(yùn)與參數(shù)整定）1.4.5運(yùn)行結(jié)果分析二、工藝分析及方案確定2.1工藝流程及對(duì)象特性分析出料泵P1101圖2-1工藝流程圖2.2控制方案確定主對(duì)象儲(chǔ)罐液位滯后小，響應(yīng)快，為了保證主變量無(wú)余差，主控制器選用比 例積分控制器。副對(duì)象儲(chǔ)罐入口流量，為了保證其快速跟蹤主控制器的輸出，選 用比例控制器。不是溫度選擇PIC，如果是溫度選PID。2.3原理分析水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩會(huì)路組成，主控回路的調(diào)節(jié)器 稱主

4、調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為水箱，水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量，副控制回路中的 調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，流入水箱的流量作為副控制量，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié) 器的給定，副調(diào)節(jié)器的輸出直接調(diào)節(jié)電磁閥的轉(zhuǎn)速，改變進(jìn)入水箱的泵的流量， 從而達(dá)到控制水箱液位的目的；在該控制系統(tǒng)中，由于水箱存在容積延遲，從而 導(dǎo)致該過(guò)程的難以控制。串級(jí)控制是改善調(diào)節(jié)過(guò)程動(dòng)態(tài)性能的有效方法，由于其 超前的控制作用，可以大大克服系統(tǒng)的容積延遲。采用一步整定法，通過(guò)組態(tài)軟 件對(duì)整定過(guò)程及液位的平衡過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直至達(dá)到主、副回路的最佳整定 參數(shù)。儲(chǔ)罐液位與流量的串級(jí)控制方案設(shè)計(jì)3.1串級(jí)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理3.1.1控制流程圖圖3-1控制流程

5、圖3.1.2方塊原理圖3.2儀表作用方式的選擇3.2.1控制閥開(kāi)閉形式及控制器正反作用方式選擇控制閥開(kāi)閉形式選擇氣開(kāi)閥：隨著壓力信號(hào)的增大，閥門逐漸開(kāi)大，無(wú)信號(hào)時(shí)，閥門處于關(guān)閉狀 態(tài)。氣閉閥：隨著壓力信號(hào)的增大，閥門逐漸關(guān)小，無(wú)信號(hào)時(shí)，閥門處于全開(kāi)的 狀態(tài)。氣開(kāi)、氣閉的選擇原則：主要從工藝生產(chǎn)上的安全要求出發(fā)。當(dāng)輸入氣壓信 號(hào)中斷時(shí)，應(yīng)保證設(shè)備和操作人員的安全。所以控制閥應(yīng)該選擇氣開(kāi)型控制器正反作用方式確定根據(jù)系統(tǒng)必須構(gòu)成負(fù)反饋的原則以及串級(jí)控制系統(tǒng)先副后主的判定順序可 知：FIC1106為反作用，LIC1101為反作用。模塊參數(shù)取值說(shuō)明位號(hào)LIC1101主控制器：儲(chǔ)罐液位控制 器狀態(tài)手動(dòng)正反

6、作用反作用參數(shù)Kc1參數(shù)Ti99999參數(shù)Td0不使用此參數(shù)參數(shù)取值說(shuō)明位號(hào)FIC1106副控制器：儲(chǔ)罐入口流量控制器狀態(tài)手動(dòng)正反作用反作用參數(shù)Kc1參數(shù)Ti99999不使用此參數(shù)參數(shù)Td0不使用此參數(shù)PID控制器13.2.2控制規(guī)律選擇PID控制規(guī)律的選擇主對(duì)象儲(chǔ)罐液位滯后小，響應(yīng)快，為了保證主變量無(wú)余差，主控制器選用比例積分控制器。副對(duì)象儲(chǔ)罐入口流量，為了保證其快速跟蹤主控制器的輸出，選 用比例控制器四.控制方案實(shí)施4.1打開(kāi)工程在沒(méi)有打開(kāi)任何工程的前提下，在SMPT-1000監(jiān)控環(huán)境中打開(kāi)儲(chǔ)罐工程 09_TankLI1101 CascadeControl。4.2閥門設(shè)置點(diǎn)擊工具欄中的V按

7、鈕，打開(kāi)閥門/擋板控制配置對(duì)話框，將閥門FV1106 設(shè)為內(nèi)控狀態(tài)。4.3系統(tǒng)組態(tài)（1）點(diǎn)擊工具欄中的按鈕，將當(dāng)前窗口切換到控制系統(tǒng)組態(tài)窗口，進(jìn)行控 制系統(tǒng)組態(tài)。（2）從控制模塊庫(kù)中拖入兩個(gè)數(shù)據(jù)采集點(diǎn)，采集儲(chǔ)罐液位LI1101和入口流 量 FI1106。（3）從控制模塊庫(kù)中拖入兩個(gè)PID控制器模塊。（4）從控制模塊庫(kù)拖入一個(gè)執(zhí)行單元，閥門位號(hào)FV1106，數(shù)據(jù)輸出類型為 絕對(duì)量。4.4添加曲線連接各個(gè)模塊，組成儲(chǔ)罐液位-儲(chǔ)罐入口流量串級(jí)控制系統(tǒng)。在趨勢(shì)曲線畫(huà)面中添加LI1101、FI1106、FV1106、FV1101的實(shí)時(shí)曲線。4.5系統(tǒng)運(yùn)行將閥門FV1101固定開(kāi)度為30，點(diǎn)擊工具欄中的運(yùn)

8、行按鈕，讓儲(chǔ)罐工程運(yùn) 行起來(lái)。五.運(yùn)行調(diào)試5.1系統(tǒng)投運(yùn)與運(yùn)行5.1.1冷態(tài)開(kāi)車（1）檢查各閥門是否設(shè)置正確，（2）編寫(xiě)控制回路，（3）確保各個(gè)閥門都處于關(guān)閉后開(kāi)車運(yùn)行至少3秒以上，（4）在副控制器中，手動(dòng)狀態(tài)下將“輸出OP”設(shè)成50，確定后等FI1106 穩(wěn)定（4.9=FI1106=55后，等3秒以上，暫停運(yùn)行，將出口泵打開(kāi)，F(xiàn)V1101 設(shè)成45，（2）把主控制器投自動(dòng)，“SP”設(shè)60，設(shè)置好PID參數(shù)，（3）把副控制器的比例減小50%后投串級(jí)，確定后繼續(xù)運(yùn)行。5.1.3LIC1101觀察液位是否能穩(wěn)定在設(shè)定值，改變PID參數(shù)。5.1.4加干擾液位穩(wěn)定1分鐘后，把FV1101設(shè)成20，觀察

9、液位能否穩(wěn)定，改變PID參數(shù) 調(diào)節(jié)。5.1.5安全與穩(wěn)定要求確保當(dāng)液位大于50后不能低于15，不能高于85。5.2控制器參數(shù)整定5.2.1工程整定方法在系統(tǒng)穩(wěn)定的前提下，將主控制器LIC1101的狀態(tài)設(shè)為自動(dòng)。通過(guò)經(jīng)驗(yàn)按照單回路控制系統(tǒng)PID參數(shù)整定方法直接整定主控制器參數(shù)。記 錄整定好的控制器參數(shù)和LI1101、FI1106的響應(yīng)曲線。 SIPTLab -趨勢(shì)畫(huà)畫(huà)1EI5 實(shí)驗(yàn)E編輯鼬圖啤助-S X電甌&甌虱珍電圈|康西岬=&3 回國(guó)回回 To H V ID MbP XP XVCAF NUffl SSMFTLab -趨勢(shì).P I I | 5*I5E_l!ldIL-lI -IglplJlHdl

10、sllallj-LII-旨!l_xl,-.1_T -1-!|la gwS3mI-_:XH- * -3EU WPS文字-新建.12標(biāo)準(zhǔn)棋板氣信號(hào)源 氣信號(hào)輸出 冬控制器 氣數(shù)學(xué)模塊 氣通用模塊 簽非統(tǒng)性環(huán)節(jié)回信號(hào)源回信號(hào)輸出國(guó)控制器Ready施加擾動(dòng)測(cè)試控制器性能。將LI1101設(shè)定值從50%變?yōu)?0%，記錄LI1101的響應(yīng)曲線。待LI1101穩(wěn)定后，將LI1101設(shè)定值從60%再變?yōu)?0%,記錄LI1101的響應(yīng) 曲線。在FIC1106控制器配置對(duì)話框中，將控制器設(shè)為手動(dòng)狀態(tài)。將控制器輸出 OP值修改為55，也就是將FV1106的開(kāi)度突變?yōu)?5。經(jīng)過(guò)10s左右后，將控制 器狀態(tài)設(shè)置為自動(dòng)狀態(tài)

11、。觀察在FV1106自身受擾動(dòng)的情況下LI1101曲線的變化 趨勢(shì)。待系統(tǒng)穩(wěn)定之后，將FV1101開(kāi)度設(shè)置為40，觀察LI1101曲線的變化趨勢(shì)。當(dāng)LI1101穩(wěn)定后，再將FV1101開(kāi)度調(diào)回到30，等待LI1101穩(wěn)定。六.運(yùn)行結(jié)果分析第七章總結(jié)隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程向著大型、連續(xù)方向發(fā)展,對(duì)控制系統(tǒng)的控制品質(zhì)提 出了日益增長(zhǎng)的要求。在這種情況下,傳統(tǒng)的單回路液位控制已經(jīng)難以滿足一些 復(fù)雜的控制要求，水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過(guò)程特性呈現(xiàn)大滯后、外界環(huán)境的 擾動(dòng)較大，要保持水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡(jiǎn)單的單閉環(huán)反饋控制不能實(shí) 現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級(jí)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。本設(shè)計(jì)采用水箱液位和注水 流量串級(jí)控制，設(shè)計(jì)系統(tǒng)主要由水箱、管道、三相磁力泵、水壓傳感器、渦輪流 量計(jì)、變頻器、可編程控制器及其輸入輸出通道電路等構(gòu)成。系統(tǒng)中由液位PID 控制器的設(shè)定值端口設(shè)置液位給定值，水壓力傳感器檢測(cè)液位。渦輪流量計(jì)測(cè)流 量，變頻器調(diào)節(jié)水泵的轉(zhuǎn)速，采用PID算法得出變頻器輸出值，實(shí)現(xiàn)流量的控制。 流量控制是內(nèi)環(huán)，液位控制是外環(huán)。制作相對(duì)應(yīng)的控制畫(huà)面，讓畫(huà)面的個(gè)按鈕 與變量相對(duì)應(yīng)，對(duì)系統(tǒng)的個(gè)參數(shù)進(jìn)行整定，通過(guò)不斷的調(diào)試，使系統(tǒng)盡可能的保 持在要求的位置