管道流量单回路控制系统设计与调试样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当或者侵权，请联系改正或者删除。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它配置, 运用计算机和InTouch组态软件, 设计一套监控系统, 并经过调试使得管道流量维持恒定或保持在一定误差范围内。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。. 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。1方案控制设计本设计采用单回路反馈控制。经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: 计算机 控制器 电动 调节阀 管道 流量检测 传感器 _ SP P V PV1 图2.1流量单回路控制系统方框图2PID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。它不但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。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、 很实用的控制规律。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 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, 改进系统的稳态性能; 在中频段主要起微分控制作用, 提高系统的动态性能。四、 仪表与模块的选择41仪表选择1. 液位传感器: 采用工业用扩散压力变送器, 精度.级, 二线制接法输出标准信号。2. 电磁流量传感器: 对回路流量检测。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00.3m3/h,压力1.6Mpmax, 4-20mA输出。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: 4-20mA DC, 应许负载电阻0-750W, 基本误差: 输出量程的0.5%上下。4电动调节阀: 对控制回路流量进行调节, 采用德国公司的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, 抗堵转, 控制精度高。输入控制信号及单相电源可控, 连线简单, 泄露量少。采用电子式直行程结构, 阀位反馈信号。5变频器: 三菱变频器, 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6水泵: 采用丹麦格兰富循环水泵。噪声低, 寿命长, 功耗小, 供电。42模块选择1牛顿系列模块: 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, 模块路模拟输出, 电流( ) 电压( ) 均可, 模块路模拟输入电压( ) , 转换模块, 转换速度极高( ) 。2模块: 3电磁阀: 工作电压4开关电源: , 最大电流。五、 工艺流程图与系统组态图设计51工艺流程图, 如图5-1所示A/DD/A计算机 图5-1 工艺流程图52组态图, 如图5-2所示手动自动( ) -0图5-2 组态图六、 组态画面设计61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62管道流量自动控制图, 如图6-2所示: 图6-2 管道流量自动控制图63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64管道流量实时曲线图, 如图6-4所示: 图6-4 管道流量实时曲线图65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,因此在用InTouch作为监控软件时需要用OPCLINK应用程序作为桥梁使InTouch和KINGVIEW连接起来InTouch并非与实验装置直接联系, 而是经过KINGVIEW与实物连接, 因此在InTouch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。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流量I/O实型ADADAI2MODBUSValve1阀位I/O实型ADADAI5MODBUSPressure压力I/O实型ADADAI6MODBUSUk开度I/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”, 其它为默认即可, 点击OK; 如图7-2所示; 图7-27.3在INTOUCH中建立访问名; 1.点击”配置”访问名”; 2.访问名与OPCLINK中访问名一致; 3.建立InTouch标记名与组态王变量名通讯联系,逐个选择InTouch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 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流量I/O实型JJPJJPrliuliang1.valueOPCLINKValve1阀位I/O实型JJPJJPrfawei.valueOPCLINKPressure压力I/O实型JJPJJPryali.valueOPCLINKUk开度I/O实型JJPJJPruk0.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所示开始实时监控/停止切换按钮是否按下? 手动/自动切换按钮是否按下? 是PID控制是结束手动控制否否 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, 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, 因此在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。. 上水箱液位的检测输出A/D模块中, IN0通道输入。. 流量的输出检测A/D模块中, IN2通道输入。. 阀位反馈信号检测输出A/D模块中, IN5通道输入。. 水泵压力信号检测输出A/D模块中, IN6通道输入。. 调节阀开度的控制输入D/A模块中, IO0通道输出。. 模块之间用RS485总线相连, ( 2根信号线DATA+、 DATA-, 2根电源线+vs、 GND) . 模块与计算机通讯: RS232通讯总线。. 电磁阀VV1控制输入DO模块中, DO2通道输入。. 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, 还需要结合其它的软件, 如和设备通信的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。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。十一、 心得体会经过本次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, 经过这次培训让我对本专业有了更深刻的了解, 经过培训使我所学的理论知识应用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。 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, 是她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。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 THEN VV1 = 1; VV2 = 1; UkZL = (KP + (KP / (2 * TI) * EK0 - (4 * KP * TD) +KP) * EK1 + 2 * KP* TD * EK2;Uk=Uk+UkZL;EK2 = EK1;EK1 = EK 0SP - Flow;EK 0= SP - Flow; PV=Flow;UkSet=Uk;ELSE IF( (DiscTag1=1) AND( DiscTag2=0)=1 THEN PV=Flow; Uk=UkSet; KP=20; TI=15; TD=0;ELSE IF DiscTag1 = 0 THEN PV =Flow; UkSet = 0; Uk = UkSet; KP=20; TI=15; TD=0;ENDIF;ENDIF;ENDIF;隐藏时:Uk=0;VV1=0;VV2 = 0;