基于组态软件的流量单回路过程控制系统(共15页)

1、PAGE 过程(guchng)控制系统课程设计题 目: 基于组态软件的流量单回路(hul)过程控制系统设计 院系名称(mngchng)： 电气工程学院 专业班级： 自动化1105 学生姓名： 孟文博 学 号： 201123910824 指导教师： 马 利 冯肖亮 设计地点： 31625 设计成绩： 签名： 年 月 日设计时间： 2014.6.242014.7.5 工业(gngy)过程控制课程设计任务书学生姓名孟文博专业班级自动化1105学号201123910824题 目基于组态软件的流量单回路过程控制系统设计课题性质必修课题来源自拟题目指导教师主要内容通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照

2、定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。任务要求1. 根据流量单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。2. 根据流量单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程模块。3. 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。4. 运用组态软件，正确设计流量单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。5. 提交包括上述内容的课程设计报告。主要参考资料1陈夕松 汪木兰. 过程控制系统（第二版）.北京：科

3、学出版社，2011.12邵裕森过程控制工程M北京：机械工业出版社，20003姜重然工控软件组态王简明教程M哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007审查意见指导教师签字： 年 月 日摘要(zhiyo)过程控制就是对工业生产过程的自动控制，它采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具设计控制系统实现生产过程自动化。流量单回路控制系统就是采用计算机、传感器等设备对水箱的水位进行控制使其带到预期的状态。组态王开发监控(jin kn)系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。本设计利用过程仪表和计算机，结合组态王6.53软件设计人机交互界面，设

4、计实现流量单回路过程控制系统。同时，在组态软件中实现动画显示(xinsh)、实时曲线显示等功能。关键词：过程控制 工业 流量 组态王目录(ml)1 课程设计的目的(md)及要求 41.1设计(shj)目的 41.2 设计要求 42 系统结构设计 52.1 控制方案 52.2 系统结构 63 过程仪表选择 63.1电动调节阀 63.2水泵 63.3 液位传感器 73.4 变频器 73.5 模块选择 73.6 电磁流量传感器 84 系统组态设计 84.1 组态王介绍 84.2 组态画面 95 单回路控制系统PID控制算法 10设计心得 13参考文献 141 课程设计的目的(md)及要求1.1设计(

5、shj)目的 本课程是在学完工业过程控制(kngzh)课程后的一个应用性实践环节。通过本课程设计的训练，学生应对过程控制工程设计的概念有完整地了解，同时培养学生综合应用基础课、专业课所学知识与工程实际知识的能力。通过对过程控制系统的分析与设计，获得面向工业生产过程系统分析与设计的实践知识，初步掌握过程控制系统开发和应用的技能。 通过某种组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。1.2 设计要求(1) 根据流量单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计

6、控制方案，正确选用过程仪表。(2) 根据流量单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程模块。(3) 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。(4) 运用组态软件，正确设计流量但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。(5) 提交包括上述内容的课程设计报告。2 系统结构设计(shj)2.1 控制(kngzh)方案整个过程(guchng)控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。在本次控制系统中控制器为计算机，采用算法为PID控制规律，调节器为电磁阀，测量变送为HB、FT两个组成，被控对象为流量PV。结构组成如下图2.1所示

7、。 图2.1结构组成图当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道分别将水送到上水箱和下水箱，由HB返回信号，是否还需要放水到下水箱。若还需要（即水位过低），则通过电磁阀控制流量的大小，加大流量，从而使下水箱水位达到合适位置；若不需要（即水位过高或刚好合适），则通过电磁阀使流量保持或减小。其整个原理图如图2.2所示。2.2 系统结构 过程(guchng)控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计为流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图2.3图2.3液位单回路控制系统(kn zh x tn)框图3 过程仪表(ybio)选择3.1电动调节阀 电动调节阀对控制回路流量进行调节

8、。采用德国PSL202型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，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，抗堵转，控制精度高。控制单元与电动执行机构一体化，可靠性高，操作方便，并可与计算机配套使用，组成最佳调节回路。有输入控制信号4-20mA及单相电源即可控制与转实现对压力流量温度压力等参数的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄漏量少的优点。采用PS电子式直行程执行机构，4-20mA阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯，流量具有等百分比特性，直线特性和快开特性，阀门采用弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断，防止泄露。性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等优点

9、。3.2水泵(shubng)采用丹麦兰富循环水泵。噪音低，寿命长，不会影响教师授课减少使用麻烦。功耗小，220V供电即可，在水泵出水口装有压力变送器，与变送器一起(yq)可构成恒压供水系统。3.3 液位传感器 液位传感器用来对上谁为水箱的压力进行检测，采用工业的DBYG扩散硅压力变送器，本变送器按标准的二线制传输，喜爱用高品质低耗(d ho)精密器件，稳定性、可靠性大大提高。可方便的与其他DDZ3X型仪表互换配置，并能直接替换进口同类仪表。校验的方法是通电预热15分钟后，分别在零压力和满程压力下检查输出电流值。在零压力下调整量程电位器，使输出电流为4mA，在满量程压力下调整量程电位器，使输出电

10、流为20mA。本传感器精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串24V直流电源。压力传感器用来对上水位水箱和中水位水箱的压力进行检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器，0.5级精度，二线制4-20mA标志信号输出。3.4 变频器三菱FR-S520变频器，4-20mA控制信号输入，可对流量或压力进行控制，该变频器体积小，功率小，功能非常强大，运行稳定安全可靠，操作方便，寿命长，可外加电流控制，也可通过本身旋钮控制频率。可单相或三相供电，频率可高达200Hz。3.5 模块选择 当需要构成计算机控制系统时，过程控制装置的数据采集和控制采用目前最新的牛顿7000系列远程数据采集模块和组态软件组成，

11、完全模拟工业现场环境，先进性与实用性并举。有效的拉近了实验室与工业现场的距离。它体积小，安装方便，可靠性极高。1) D/A模块：采用牛顿7024模块。4路模拟输出，电流（4-20mA）电压（15V）信号均可。2) A/D 模块：采用牛顿(ni dn)7017模块。8路模拟电压（15V）输入。3) DO模块：采用(ciyng)牛顿7043模块。4)通讯模块(m kui)：采用牛顿7520转换模块。485/232转换模块，转换速度极高（300115KHz），232口可长距离。3.6 电磁流量传感器（1）流量传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路的干扰流量进行检测。根据本试验装置的特点，采用工业用

12、的LDS-10S型电磁流量传感器，公称直径10mm，流量0.03m3/h,压力1.6Mpmax,4-20mA标准信号输出。可与显示，记录仪表，积算器或调节器配套。避免了涡轮流量计非线性与死区大的致命缺点，确保实验效果能达到教学要求。主要优点：1）采用整体焊接结构，密封性好；2）结构简单可靠，内部无活动部件，几乎无压力损失；3）采用低频矩形波励磁，抗干扰性能好，零点稳定；4）仪表反映灵敏，输出信号与流量呈线性关系,量程比宽；（2）流量转换器采用LDZ-4型电磁流量传感器配套使用，输入信号：00.4mV输出信号：420mA DC, 许负载电阻为0750欧姆，基本误差：输出信号量程的0.5%。4 系

13、统组态设计4.1 组态王介绍 组态王开发监控系统 HYPERLINK /view/37.htm 软件，是新型的工业 HYPERLINK /view/99881.htm 自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设

14、计。 HYPERLINK /view/380099.htm 组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势 HYPERLINK /view/400.htm 曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的 HYPERLINK /view/15565.htm 设备驱动程序和灵活的组态方式、数据链接功能。组态王是运行在Windows98/NT/2000上的一种组态软件。使用(shyng)组态王，用户可以方便地构造适应自己需要的“数据采集和监控(jin kn)系统

15、”，在任何需要的时候(sh hou)把生产现场的信息处理和判断决策的控制信号传向现场实施有效的生产控制。组态王的网络功能使企业的基层和其它部门建立起联系，现场操作人员和工厂管理人员都可以看到各种数据。管理人员不需要深入生产现场，就可以获得实时和历史数据，优化控制现场作业，提高生产率和产品质量。组态网易于学习和使用，拥有丰富的工具箱、图库和操作向导，既可以节省您的大量时间，又能提高系统性能。组态王可用于电力、制冷、化工、机械制造、交通管理等多种工程领域。无论您的应用场合如何，您都可以使用组态王构造有效的监控和数据采集系统。4.2组态画面系统组态画面如图4.21所示。图4.21 系统组态画面PID

16、设定后运行动态组态图界面显示图4.22图4.22 动态(dngti)组态图界面显示为了更安全的应用于工程控制，添加了报警显示，当水位(shuwi)低于10时，弹出报警框，显示水位过低；当水位大于90时，弹出报警框，显示水位过高。报警运行画面如下图4.23图4.23 报警(bo jng)运行画面 4.3 数据字典系统动画制作过程中的数据字典如表4.3所示。 表4.3数据字典变量名变量类型连接设备寄存器上水箱液位I/O实型A/D下水箱液位I/O实型A/D 储水箱I/O实型 管道流量I/O实型A/D 泵I/O离散PLCCommErr电动调节阀I/O实型PLCRADOM100SV（设定值）内存整型PV

17、（测量值）内存整型P内存整型I内存整型D内存整型uk1内存整型uk11内存整型ek11内存整型ek12内存整型ek21内存整型ek22内存整型q10内存整型q11内存整型q12内存整型5 单回路(hul)控制系统PID控制算法根据流量单回路控制系统的原理，运用(ynyng)组态王所提供的类似于C语言的程序编写语言实现PID控制算法。本系统采用PID位置控制算法，其控制算式(sunsh)如下：上述算式中，为比例系数，为积分时间，为微分时间，以 作为计算机的当前输出值，以sp作为给定值，pv作为反馈值即AD设备的转换值，作为偏差。PID控制算法流程图如下图5.1所示 图5.1PID控制算法流程图设

18、计(shj)心得通过不懈的努力和与同学的设计交流，完成了本次的流量单回路控制系统的设计。在设计中，为了更好的进行实际利用，添加了报警功能，当液位过高和过低都会弹出报警页面，提高安全性。通过此次设计，我进一步了解了过程控制系统的构成，知道它最基本的部分有控制器、调节器、被控对象和测量变送环节组成。并且学会了如何去设计一个过程控制系统，掌握了基本的设计步骤。对组态王软件也有了很大的了解，学会了初步的应用，认识到了组态王的一些应用情况，组态王软件的组成与功能，其应用程序项目如何建立，数据词典如何建立，动画如何进行链接，命令语言程序如何编写，趋势曲线(qxin)如何建立，还有I/O设备的配置和组态网络的建立等等一系列与组态王软件应用相关的知识。总的来说，这次(zh c)设计是一次收获很大的设计，学到了很多教学中学不到的东西，对我的动手能力有了很大的帮助。在这次的课程设计