管道流量单回路控制系统研发设计与调试

1、管道流量单回路控制系统设计与调试管道流量单回路控制系统设计与调试一、 控制目的总体控制方案在保证安全、可靠运行的情况下，采用现代控制理论和方法， 实现计算机自动监控。并能够完成数据存储、动态显示、数据分析、报表打印等 功能。其稳定度、控制精度、 响应速度达到设计要求根据设定的管道对象和其他 配置，运用计算机和 InTouch 组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得管 道流量维持恒定或保持在一定误差范围内。 矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。二、性能要求1 要求管道流量恒定，流量设定值 SP自行给定。2. 无扰时，流量基本恒定，由控制电动调节阀实现。3 有扰时：改变变频器频率，管道流量允许波动。4. 预

2、期性能：响应曲线为衰减振荡；允许存在一定误差；调整时间尽可能短。三、方案设计及控制规律的选择依据现有实验设备和装置，装置柜采用浙江大学求是公司PCT-III过程控制系 统实验装置，含被控对象一水箱、管道(直径 4公分)、仪表、供水设备、开关电 磁阀和电动调节阀等。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。. 控制台采用浙江大学求是公司 PCT-III过程控制系统实验装置，含接线端子、 485总线模块、控制电源。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。1 .方案控制设计本设计采用单回路反馈控制。通过比较反馈量和给定值的偏差，利用反馈 控制规律控制电动阀的打开和闭合，如图 2.1所示：酽锕极額閉镇桧猪訣锥。SPPV1彈贸摄尔霁毙攬砖

3、卤庑。图2.1流量单回路控制系统方框图2. PID控制规律PID (Proportional Integral Derivative)控制是控制工程中技术成熟、应用广泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典型 的结构。它不仅适用于数学模型已知的控制系统中， 而且对于大多数数学模型难 以确定的工业过程也可应用。PID控制参数整定方便，结构改变灵活，在众多工 业过程控制中取得了满意的应用效果。 謀养抟箧飆鐸怼类蒋薔。随着计算机技术的迅速发展，将PID控制数字化，在计算机控制系统中实施 数字PID控制，已成为一个新的发展趋势。因此，PID控制是一种很重要、很实 用的控制规

4、律。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。比例控制、积分控制和微分控制的组合称为比例加积分加微分控制。这种组 合控制器综合了 3种单独控制器各自的优点，其控制作用由下式定义 茕桢广鳓鯡选块 网羈泪。K p tdut 二get 匕etdt KpTd etTi 0dt比例加积分加微分控制器的传递函数为PID控制在低频段主要起积分控制作用，改善系统的稳态性能；在中频段主 要起微分控制作用，提高系统的动态性能。鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。四、仪表与模块的选择4. 1仪表选择1液位传感器：采用工业用DBYG扩散压力变送器，精度0 . 5级，二线制9接法输出42 0mA标准信号。籟丛妈羥为贍债蛏练淨。2. 电磁流量传感器：对回

5、路流量检测。依据本实验的特点，采用工业用 LDS-10S型电磁流量传感器，公称直径 10mm流量00.3mW/h,压力1.6Mpmax 4-20mA输出。預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。3. 流量转换器：采用LDZ-4型电磁流量转换器，与LDS-10S型电磁流量传 感器配套使用，输入信号：0-0.4mV输出信号：4-20mADC应许负载电阻0-750"， 基本误差：输出量程的 0.5%上下。渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。4. 电动调节阀：对控制回路流量进行调节，采用德国PS公司的PSL202 型智能电动调节阀，无需伺服放大器，驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机，运行平稳，体积小，力矩大，抗堵

6、转，控制精度高。输入控制信号4 -2 0mA及单相电源可控，连线简单，泄露量少。采用PS电子式直行程结构， 4-20mA阀位反馈信号。 铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。5. 变频器：三菱FRS 5 2 0变频器，4 20mA控制信号，可对流量压力进行控制，优点体积小，功率小，功能强。可单相或三相供电，频率高达2 0 0 Hz擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。6水泵：采用丹麦格兰富循环水泵。噪声低，寿命长，功耗小，2 2 0 V 供电。4. 2模块选择1 牛顿7 0 0 0系列模块：由远程数据采集模块和组态软件组成，完全模 拟工业环境，先进性与实用性并举，体积小，可靠性高，D/A 7 0 2 4模块4 路模拟输出，电

7、流（4-20mA）电压（1 5V）均可，A/D7017模 块8路模拟输入电压（1 5V）,485/232转换模块7 0 5 2，转换速度极高（300 1 15KHz） o贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。2. DO 模块：n udan70433. 电磁阀：工作电压DC24V4. 开关电源：DC24V，最大电流2Ao五、工艺流程图与系统组态图设计5. 1工艺流程图，如图5-1所示图5-1工艺流程图5. 2组态图，如图5-2所示PID自动手动U(K) - IO 0图5-2组态图六、组态画面设计6. 1管道流量手动控制图，如图6-1所示:图6-1管道流量手动控制图6. 2管道流量自动控制图，如图6-2所示:In

8、Touch - WmdonVicvfEr - CrD(XUMENTS VC 5£TTINGSADMINI5THAT0R', £IS x开*167. 6 %20RB26.侈图6-2管道流量自动控制图6. 3管道流量PID参数设定图，如图6-3所示:图6-3管道流量PID参数设定图6. 4管道流量实时曲线图，如图6-4所示：管道垃星実时曲线遮回u(k)图6-4管道流量实时曲线图6. 5管道流量历史曲线图，如图6-5所示：图6-5管道流量历史曲线图七、组态程序设计由于PCT-III过程控制系统原由KINGVIEW 组态软件控制且该设备的通信 模块不支持MODBUS协议所以

9、在用In Touch作为监控软件时需要用 OPCLINK 应用程序作为桥梁使In Touch和KINGVIEW 连接起来坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。In Touch并非与实验装置直接联系，而是通过 KINGVIEW与实物连接，所以 在In Touch标记名字典中项目名即为组态王中所对应项目的数据字典。 蜡變黲癟報伥 铉锚鈰赘。7.1标记名词典设计标记名词典如表7-1所示：图7-1标记名词典标记名称注释类型访问名主题 名项目 名应用程序名Flow流里I/O实型ADADAI2MODBUSValve1阀位I/O实型ADADAI5MODBUSPressure压力I/O实型ADADAI6MODBUSUk开度I

10、/O实型DADAAO0MODBUSVV1电磁阀1I/O离散DODODO0MODBUSVV2电磁阀4I/O离散DODODO3MODBUSDiscTag1内存离散DiscTag2内存离散SP内存实型KP内存实型TI内存实型TD内存实型PV内存实型EK0内存实型EK1内存实型EK2内存实型UKZL内存实型UKSet内存实型7.2建OPCLINK主题名：1. 启动 OPCLINK ；2. 配置 TOPIC DEFINITION ；3. 设置“ topic”名称为JJP;4. 设置“ OPC SERVER”为“ kingview.view ”，其他为默认即可，点击 OK ；如图7-2所示；買鯛鴯譖昙膚遙

11、闫撷凄。图7-27.3在INTOUCH中建立访问名;1. 点击“配置”一一“访问名”;2. 访问名与OPCLINK中访问名一致；3. 建立In Touch标记名与组态王变量名通讯联系，逐个选择In Touch里的I/O型 标记名，定义访问名为JJP如图7- 3所示，项目名为组态王里的对应变量名，离散 型前面加d,整型加i，实型加r，消息型加m,全部变量加.value。注意每设置 一个变量，保存一次。如表7-4所示 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。图7-3表7-4标记名称注释类型访问名主题名项目名应用程序名Flow流里I/O实型JJPJJPrliulia ng1.valueOPCLINKValvel阀位I

12、/O实型JJPJJPrfawei.valueOPCLINKPressure压力I/O实型JJPJJPryali.valueOPCLINKUk开度I/O实型JJPJJPrukO.valueOPCLINKVV1电磁阀1I/O离散:JJPJJPdDO2.valueOPCLINKVV2电磁阀4I/O离散JJPJJPdDO14.valueOPCLINK7.4脚本程序：（见附录） 7.5程序流程图，如图7-5所示开始否实时监控/停止切 换按钮是否按 下？是f、结束<>图7-5程序流程图八、安装接线实验中 DA 模块中的 IO0 为控制调节阀开度的控制通道， IO1 为可控硅的电 压控制通道，

13、IO2 为变频器的控制通道。 AD 模块中， IN0 为上水箱液位的检测， IN1 为下水箱液位的检测， IN5 是阀位反馈信号检测， IN6 是水泵出中压力信号 检测。在 DA 模块中，由于模块本身不能提供电源，在控制时应串入 24V 直流 电源，输出电流信号控制执行器， AGND 为 DA 模块公共地。 由于变送器输出的 都是电流信号， 而 AD 模块采集的是电压信号， 所以在 AD 通道折正负端并联一 个 250 欧姆的电阻，将电流信号转变为电压信号。 驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。1. 上水箱液位的检测输出一一A/D模块中，INO通道输入。2 .流量的输出检测一一A/D模块中，IN2通道输入。

14、3 阀位反馈信号检测输出一一A/D模块中，IN5通道输入。4 .水泵压力信号检测输出一一A/D模块中，IN6通道输入。5 .调节阀开度的控制输入一一D/A模块中，IOO通道输出。6 .模块之间用RS485总线相连，（2根信号线DATA+、DATA-，2根电源线 +vs、GND）7 .模块与计算机通讯：RS232通讯总线。8 .电磁阀VV1控制输入一一DO模块中，DO2通道输入。9 .电磁阀VV2控制输入 DO模块中，DO14通道输入。九、系统调试过程1. InTouch是 Wonderware FactorySuite的一个组成部分，实际要完成一些 大的工业项目，还需要结合其他的软件， 如和设

15、备通信的 IO Server/OPCLINK. 在 组态王与 InTouch 组态软件连接时，一定要是它们之间所设置的访问名一致，并 要注意观察 InTouch 监控界面其工作状态显示情况。 猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。2. 手动控制时，点击手动控制按钮，电磁阀VV1、VV2打开，手动输入电动阀 开度，直接控制流量。3. 自动控制时，采用上述PID控制算法。十、结果分析1计算机只输出控制增量，误动作影响小。2在进行手动 - 自动切换时，控制量冲击小，能够平滑过度。3计算机的数值运算和输入输出需要一定的时间，控制作用在时间上有延 滞。4计算机有限字长和 A/D，D/A 转换器的转换精度使控制有误差。一

16、、心得体会通过本次 ASEA 培训使我对过程控制设计的一般步骤有了更进一步的认识， 这其中包括硬件的选择和设计及软件的最优化设计等。 一个工程项目的设计涉及 到我们各方面各学科的知识， 它是一次对我们每个人的专业知识结构的全方位的 考察。对 ASEA 培训我个人觉得主要是控制系统的设计。控制系统设计的步骤 一般包括：系统总体控制方案的设计；微型计算机的选择；控制算法的设计；系 统总体设计；硬件设计；软件设计；系统联调等。这次培训本人收获颇多，是一 次难得的锻炼本人专业技能的机会。 也对工业自动化有了一定的认识和了解， 通 过这次培训让我对本专业有了更深刻的了解， 通过培训使我所学的理论知识应用

17、 到现实的生产过程中来， 也加深了我对理论和实践相结合这句的理解， 在学习好 基础知识的同时，要积极的参与到实践中来，这样才能做到学有所用。同时，也 注意到学习不能为了学习而学习， 要积极思考， 把所学习的知识和实际情况联系 起来。 锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。经过这次培训，使我增长了不少经验，也进一步提高了我的技能水平，也 增加了我的信心。 在培训过程中受到各位老师的多方指导， 学习了不少知识。 在 此，对各位指导老师表示忠心的感谢， 感谢河南工业大学培训中心的所有工作人 员，是他们给了我这样一次难得的学习机会， 也要感谢自动化学会， 以及所有关 心和支持此次培训的人。 構氽頑黉碩饨荠龈话骛。附录脚本程序 :显示时 :Uk = 0;UkSet= 0;KP = 20;TI = 15;TD = 0;VV1 = 0;VV2 = 0;EK0=0;EK1 = 0;EK2 = 0;SP=0;显示期间 : TS=500MSIF (DiscTag1 AND DiscTag2)=1 THENVV1 = 1;VV2 = 1;UkZL = (KP + (KP / (2 * TI) * EK0 - (4 * KP * TD) +KP) EK1 + 2 * KP* TD * EK2