基于组态软件的流量比值过程控制新版系统专业课程设计工业过程控制.doc

工业过程控制课程设计题 目： 基于组态软件流量比值过程控制系统设计 院系名称： 电气工程学院 专业班级： 自动 0901 学生姓名： 冯广森 学 号： 48280112 指引教师： 王伟生 设计地点： 31517 设计时间： .6.23-6.28 设计成绩： 指引教师： 本栏由指引教师依照大纲规定审核后，填报成绩并签名。摘 要随着科学技术迅速发展，人们对过程控制提出了更高规定，在许多生产过程中，规定两种或两种以上物料流量成一定比例关系混合进行反映，对物料比例规定甚为严格，如果不能满足规定，或是比例失和调，将会导致产品质量达不到规定，以致导致损失，严重时会导致事故发生.研究比值控制系统很有必要，提高比值控制系统精度及水平具备深远意义。核心词：比值控制系统 组态王仿真 控制系统设计 应用程序目 录 1 引言12 设计目与规定 2.1 设计目 2.2 设计规定3 系统构造设计 3.1 控制方案 3.2 控制构造流程4 过程仪表选取 4.1 流量检测传感器 4.2 电动调节阀 4.3 水泵 4.4 过程模块5 系统组态设计 5.1 组态图 5.2 组态动画 5.3 数据字典 5.4 应用程序 5.5 动画连接总结参照文献1 引言 随着科学技术迅速发展，人们对过程控制提出了更高规定，在许多生产过程中，规定两种或两种以上物料流量成一定比例关系混合进行反映，对物料比例规定甚为严格，如果不能满足规定，或是比例失和调，将会导致产品质量达不到规定，以致导致损失，严重时会导致事故发生.研究比值控制系统很有必要，提高比值控制系统精度及水平具备深远意义。依照系统工艺规定及实际需要，提出了流量比值控制设计方案，由于组态王开发监控系统软件具备适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等长处，本设计着重阐明了组态王在设计开发流量比值控制系统中应用。该设计以电动调节阀为中心对控制回路液体流量进行比例控制，从而实现对压力流量温度液位等参数调节。采用工业用LDS-10S型电磁流量传感器，对现场信号进行实时采集，通过与设定值进行比较对调节阀进行控制，并采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统数据采集通讯过程模块，对信号进行模数或数模转换，采用德国PS公司进口PSL202型智能电动调节阀对过程进行控制。通过组态王仿真软件进行仿真，设计出可以驱动采集模块，具备和谐人机交互界面，实现了实时监控，有及时数据显示，图形显示，PID参数手动及自动控制等控制功能，并建立了动画连接，生成了信息报告。实际运营成果表白，系统不但能按比值关系进行控制，并且具备较强抗干扰能力。该设计可以用于化工厂，制药等场合。2 设计目与规定2.1 设计目通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统控制规定，依照较快较稳性能规定，采用单闭环控制构造和PID控制规律，设计一种具备较美观组态画面和较完善组态控制程序流量比值单回路过程控制系统。2.2 设计规定1. 依照流量比值单回路过程控制系统详细对象和控制规定，独立设计控制方案，对的选用过程仪表。2. 依照流量比值单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O需要，对的选用过程模块。3. 依照与计算机串行通讯需要，对的选用RS485/RS232转换与通讯模块。4. 运用组态软件，对的设计流量比值单回路过程控制系统组态图、组态画面和组态控制程序。5. 提交涉及上述内容课程设计报告。3 系统构造设计3.1 控制方案依照设计规定，系统采用单闭环比值控制。在控制两种物料比值系统中，起主导作用物料流量称为积极量，跟随积极量而变化物料流量称为从动量。设本系统中液体A为积极量，液体B为从动量。将从动量用一种闭环涉及进去，而积极量开环。将液体A流量y1通过比值控制器k作为闭环回路输入量。因此从动量B给定是ky1，由于y1开环，故y2要随着y1变化而变化，即从动量B是一种随动控制系统。3.2 系统构造流程 图3.1 系统原理图上图为系统构造图。当打开液体A阀门，流量检测传感器测出其流量值，经变送单元送至比值器，比值器输出与液体B流量测量变送送出流量值相减，其偏差作为液体B流量控制器输入值，控制器输出用来控制调节阀，从而使液体B流量得到了控制。这就使液体B流量随液体A流量变化而变化。其中液体A电动调节阀是为了以便设立A流量。流程图如图3.2 图3.2 系统流程图4 过程仪表选取4.1流量检测传感器本设计采用工业用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原则信号输出。可与显示，记录仪表，积算器或调节器配套。它长处：1.采用整体焊接构造，密封性能好；2.构造简朴可靠，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.仪表反映敏捷，输出信号与流量成线性关系，量程比宽；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：00.4输出信号：420mA DC，容许负载电阻为0750，基本误差：输出信号量程0.5%。4.2电动调节阀采用电动调节阀对控制回路液体流量进行调节。采用德国PS公司进口PSL202型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，驱动电路采用高性能稀土磁性材料制造同步电机运营平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。控制单元与执行机构一体化，可靠性高、操作以便，并可与计算机配套使用，构成最佳调节回路。由输入控制信号420mA及单相电源即可控制运转实现对压力流量温度液位等参数调节，具备体积小，重量轻，连线简朴，泄漏量少长处。采用PS电子式直行程执行机构，420mA阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯，流量具备等比例特性，直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门可靠关断防止泄漏。性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等长处。如图4.1所示： 4图 4.1 电动调节阀4.3水泵 采用丹麦格兰富循环水泵。具备噪音低，功耗小，寿命长等长处。220V供电即可，在水泵出水口装有压力变送器，与变送器一起构成恒压供水系统。如图4.2所示：图4.2 水泵 54.4过程模块采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统数据采集通讯过程模块。牛顿7000系列模块体积小，安装以便，可靠性高。D/A模块采用牛顿7024，四通道模仿输出模块，电流输出420mADC，电压输出15VDC，精度14位。使用7024模块1通道I01作为可控硅电压控制通道。A/D模块采用牛顿7017，八通道模仿输入模块，电压输入15VDC。使用7024模块1通道IN1作为A流量信号检测输入通道，7024模块2通道IN2作为B流量信号检测信号输入通道。通信模块采用牛顿7520。RS232转换485通讯模块。使用RS-232/RS485双向合同转换，转速为300115200bps，可长距离传播。控制回路中电磁阀开关量输出模块采用牛顿7043，16通道非隔离集电极开路输出模块。最大集电极开路电压30V，每通道输出电流100mA，可直接驱动电磁阀设备。模块如图4.3所示： 图 4.3 牛顿模块5 系统组态设计5.1 组态图 图5.1 系统组态图5.2组态画面下图为系统组态画面： 图5.2 开始运营画面 图5.3运营时画面 图5.4 实时曲线本设计共有三个画面：开始运营时画面、运营时画面、实时曲线。开始运营时如图5.2，当咱们启动系统后，运营流量比值控制系统，刚开始浮现就是这个画面。开始时下储水桶有水，上面没水，此时电动及手动调节阀均为关闭状态，为红色，温度值及PID参数为零，无曲线。 运营时画面如图5.3，温度值为10，比例系数为50，积分系数为10，微分系数为0，上水槽已有水，下水槽水也有所减少，有曲线产生。在运营画面中两个电动调节阀和两个电磁流量计，两个电动调节阀分别是控制A、B液体流量，两个电磁流量计分别是测量A、B液体流量值。当咱们启动系统后进入运营咱们一方面在手动状态下设立A液体电动调节阀开度，使A液体得流量稳定，并且打开电动调节阀，然后设立Kp，Ti，Td，Kc，设立这五个参数后，调节阀变为绿色。此时按下自动按钮后进入自动环节，系统按设定好PID算法得到输出，使A液体流量与B液体流量成设定比例并稳定于此。期间画面也能显示出电动调节阀开度、流量值，并且管道也能模仿液体流动。并且在主界面中也能直接观测实时曲线，查看系统稳定状况。单击退出按钮直接退出系统。 实时曲线界面如图5.4，是系统下水槽水减少与上水槽水上升过程 。5.3 数据字典依照控制系统需要建立数据词典，以便拟定内存变量与I/O数据，运算数据关系。只有在数据词典中定义变量才干在系统控制程序中使用。本系统中所涉及到变量类型重要有与AD，DA设备进行数据互换I/O实型变量，控制电磁阀开关I/O离散变量，用于定以开关动画连接内存离散变量，参于PID运算内存实型变量和实现各种动画效果所用到内存实型或内存整型变量等。详细数据词典如下表4.5所示。变量名变量描述变量类型ID连接设备寄存器Uk控制B电动调节阀输出I/O实型21DAAO0PVA液体流量测量值I/O实型22ADAI1PV2B液体流量测量值I/O实型23ADAI2自动开关手动/自动内存离散24Sp设定值I/O实型25DAAO1Kp比例系数内存实型26Ti积分系数内存实型27Td微分系数内存实型28Kc比值器大小内存实型29设定值输出A电动调节阀开度大小内存实型30A流量测量值显示A流量内存实型31B流量测量值显示B流量内存实型32B阀门开度显示B电动调节阀开度内存实型33q01增量型算法系数1内存实型34q02增量型算法系数2内存实型35q03增量型算法系数3内存实型36T采样周期 内存实型37ek0当前偏差内存实型38ek1前一次偏差内存实型39ek2前两次偏差内存实型40PP=Kp1内存实型42TITI=Ti/T内存实型43 DD=Td/T内存实型44Gmax电磁流量计最大测量值内存实型45Uk0前一次控制B电动调节阀输出内存实型46 表5.5 数据字典 5.4 应用程序 图5.6 PID算法流程图本系统重要实现是PID算法实现，依照流量比值单回路控制系统原理，运用组态王所提供类似于C语言程序编写语言实现PID控制算法。取采样周期Ts=1s。本系统采用PID位置控制算式，其控制算式如下： 算式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间，Td为微分时间，以u(k)作为计算机当前输出值，以Kc*PV作为给定值，PV2作为反馈值即AD设备转换值，e(k)作为偏差。详细程序如下：启动时：T=1;TI=Ti/T;D=Td/T;Uk=0;ek0=0;ek1=0;ek2=0;Sp=0;ShowPicture(开机画面);运营时：if(自动开关 = 1)T=1;Gmax=100;P=Kp;TI=Ti/T;D=Td/T;q01=P*(1+1/TI+D);q02=P*(1+2*D);q03=P*D;ek0=Kc*PV-PV2;Uk=q01*ek0-q02*ek1+q03*ek2+Uk0; Uk0=Uk； ek2=ek1； ek1=ek0;Sp=设定值*0.4+4;A流量测量值=( PV-1 )/4*Gmax;B流量测量值=( PV2-1 )/4*Gmax;B阀门开度=( Uk-1)/4*Gmax;停止时Uk=0;Sp=0;ek0=0;ek1=0;ek2=0;5.5 动画连接动画连接图即如图5.3当系统启动后，进入主界面，设定好参数后，进入自动状态。画面中管道模仿液体流动，它是与电动调节阀有关联，只要电动调节阀是有开度，管道就能模仿液体流动。方块中值为系统相应实时值，它们分别与流量测量值、阀门开度有关联。矩形条中填充红色反映电动调节阀开度，它与方块中值是相相应，能比较直观反映阀门开度。总 结在这次课程设计中学到诸多东西，是第一次在没有教师教给咱们软件怎么用，完全靠自己依照软件使用阐明书及查阅有关资料，看着环节一点点做出来。固然做过程也非常不容易，但是却也是布满乐趣。刚开始做时候咱们管道都是用矩形框做出来，管道与管道之间还选了图库里管道作为接口，还花了很长时间把接口对齐，对脖子都是疼。日后在翻看某些有关资料时才发现管道是直接通过工具栏中立体管道画出来，有趣是当你，当你划线方向不一致时，管道里溶液流动方向也是不同样。设计中难点就在建立动态链接那块，由于不同器件对变量规定不同样，而咱们又不太清晰究竟什么样器件需要建立什么样变量与之相应，并且有变量在定义为I/O型时，会选取寄存器，这时就总会浮现错误，日后咱们只能试着变化变量类型，查看某些关于变量定义有关资料，日后才修改好了。尚有一种难点就是曲线，刚开始做时候做出来曲线就一条直线，日后才懂得需要修改编程序，但编程时程序稍有不对地方，或者程序单从程序角度看没有什么问题，但却会导致管道溶液不流动，花了很长时间不断调试修改程序，终于达到了抱负效果，在画面属性中编程时自己还犯了一种非常低档错误，刚开始觉得画面属性就是针对某个专门对象设立呢，日后做时不断修改每个器件画面属性，发现它是针对全局。不论道路如何艰难吧，最后总算做出来了，路漫漫其修远兮，吾将上下而求索。其实CAD感觉还没组态王好学，也许是组态王软件带使用阐明尚有些例子很详细吧，此前大一上工程制图时CAD本来就没学多少，当前的确是忘一干二净了，又翻看了些关于CAD资料，勉强把程序流程图，系统原理图，尚有系统组态图画了出来，它和组态王学习时间差不多，自我感觉组态王好用多了，但是CAD用处还是很广泛。 设计中感觉很挥霍就是咱们花了很长时间在组态王画面美观方面，日后问过教师后来才懂得不需要彩印，如果不彩印话，画面太花打印出来效果也不好，就又把颜色大某些都换成黑白了。流量比值控制系统在实际生产中应用十分广泛，它能使系统稳定，精准地输出，更能实现自动化控制，是过程控制系统一种典型。本设计针对生产中两种液体混合控制，对其设计了单闭环流量比值控制系统，将液体A作为主流量，液体B为副流量进行设计，设计中用到了各种硬件设备，并基于计算机实现过程自动控制。在这次课程设计中收获颇多，在查阅有关资料同步，增长了不少知识，学到了某些课本以外应用性东西。设计过程中，理解了某些从前没有多少接触硬件设备，如电动调节阀、电磁流量计。通过本次课程设计，我对工业过程控制系统开发控制流程有了全面理解，初步理解了PID控制规律在实际控制工程中应用，较好做到了理论与实践结合，进一步加深了对PID控制算法理解，除此之外，还对在实际工程中应用极为广泛组态王软件有了很深理解，相信对下年找工作奠定了良好基本 。参 考 文 献1 组态王软件使用阐明及其例证文献2 陈夕松 汪木兰 过程控制系统.北京：科学出版社 3 王亚民 陈青 组态软件设计与开发.西安：西安电子科技大学出版社 4曹立学 基于组态软件计算机液位串机控制系统设计 J工业控制计算机，5韩军 冯辉 双闭环比值控制系统应用实例J.宁夏石油化工，6覃贵礼 组态软件控制技术.北京：北京理工大学 7潘苏蓉 冯申 Auto CAD 教程与应用实例 机械工业出版社 8张云杰 Auto CAD 基本与实例教程 电子工业出版社