2022年组态软件液位—流量串级过程控制系统设计方案 .pdf

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1、个人资料整理仅限学习使用工业过程控制课程设计题目: 基于组态软件的液位流量串级过程控制系统设计指导教师评语：签名：年月日精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用工业过程控制课程设计任务书主要内容通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较位流量串级过程控制系统。任务要求1. 根据液位 -流量串级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2. 根据液位 -流量串级过程控制系统 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

2、讯的需要，正确选用RS485/RS232 转换与通讯模块。4. 运用组态软件，正确设计液位-流量串级过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制5. 提交包括上述内容的课程设计报告。主要参考资料1 组态王软件及其说明文件2 邵裕森过程控制工程北京：机械工业出版社2000 3 过程控制教材4 辅导资料审查意见目 录1 设计目的与要求 1 1.1 设计目的 1 1.2 设计要求 1 2 系统结构设计 1 2.1 控制方案 1 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用2.2 系统结构 2 3 过程仪表的选择

3、 2 3.1 液位传感器 2 3.2 电磁流量传感器、电磁流量转换器2 3.3 电动调节阀 3 3.4 变频器 3 3.5 水泵 4 3.6 模拟量采集模块 4 3.7 模拟量输出模块 4 3.8 通信转换模块 4 3.9 开关电源 4 4 系统组态设计 4 4.1 流程图与组态图 4 4.2 组态画面 6 4.3 数据字典 6 4.4 应用程序 7 4.5 动画连接 8 4.6 PID 控制算法 8 结论 10 参考文献 11 附录 12 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用1 设计目的与要

4、求1.1 设计目的1）加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。2）培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。1.2 设计要求1）根据液位 -流量串级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）根据液位 -流量串级过程控制系统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。采用整体焊接结构，密封性能好；(2结构简单可靠，内部无活动部件，几乎无压力损坏；(3采用低频矩形波励磁，抗干扰性能好，零点稳定；(4仪表反应灵敏，输出信号与流量成线性关系，量程比宽

5、；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：00.4mV输出信号 :420mADC，允许负载电阻为 0750欧姆，基本误差：输出信号量程的3.3 电动调节阀电动调节阀对控制回路流量进行调节。采用德国PS公司进口的 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运转实现对压力流量温度液位等参数的调节，具有体积小，重

6、量轻，连线简单，泄露量少的优点。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住塞式阀芯，流量具有等百分比特性，直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关端力，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。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，功精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用能非常强大，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

7、旋钮控制频率。可单相或三相供电，频率可高达200HZ。3.5 水泵采用丹麦格兰富循环水泵。噪音低，寿命长。功率小，220V供电即可，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。3.6 模拟量采集模块模拟量采集模块选用的是A/D牛顿7017模块8路模拟电压 15V）3.7 模拟量输出模块模拟量输出模块选用的是 D/A 牛顿7024模块4路模拟输出，电流 420mA）电压 15V）信号均可3.8 通信转换模块通讯模块选用 485/232转换牛顿 7520模块，转换速度极高 300115KHz），232口可长距离传输。3.9 开关电源DC24V的开关电源，最大电流为 2A，满足实验的

8、要求。4 系统组态设计4.1 流程图与组态图系统流程图如图 4.1 所示。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用LT计算机 1计算机 2A/DA/DFTD/A积水箱泵图4.1 系统流程图系统组态图如图 4.2 所示。PID1LSPPV(IN0)自动手动OUT1U(K)-PV(IN2)PID2手动U(K)自动OUT2图 4.2 系统组态图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用4.2 组态画面4.3

9、数据字典变量名变量类型连接设备寄存器液位 1 I/O 实型A/D AI0 流量I/O 实型A/D AI2 阀 1 I/O 离散D/A AI1 阀 2 I/O 离散D/A AI3 泵内存实型电磁阀I/O 实型D/A AI5 Kp 内存整型Ti 内存整型Td 内存整型SP 内存整型U 内存整型PV 内存整型Kp1 内存整型Ti1 内存整型Td1 内存整型精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用SP1 内存整型U1 内存整型PV1 内存整型频率I/O 实型D/A AO2 4.4 应用程序if( 流量 频

10、率=频率+(Kp/20+1*1 。流量=频率+电磁阀 -55。PV= 流量。U= 频率+30。 else 频率=频率-(Kp/20+1*1 。流量=频率+电磁阀 -55。PV= 流量。U= 频率+30。 if( 液位 1 电磁阀 =电磁阀 +(Kp/20+1*1 。液位 1=电磁阀 +流量-30。PV1= 液位 1。U1= 电磁阀 +40。 else 电磁阀=电磁阀 -(Kp/20+1*1 。液位 1=流量+电磁阀 -30。PV1= 液位 1。U1= 电磁阀 +40。 if( 液位 1SP1-10 阀 2=1。液位 3=液位 1+流量-50。 else 阀 2=0。液位 3=液位 3-3。 精

11、选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用4.5 动画连接4.6 PID 控制算法根据液位 流量串级控制系统的原理，运用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位置控制算式，其控制算式如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用上述算式中， Kp为比例系数， Ti 为积分时间， Td为微分时间，以 u(k作为计算机的当前输出值，以sp 作为给定值， pv 作为

12、反馈值即 AD设备的转换值 e(k作为偏差。 PID控制算法流程图如图4.3 所示。图 4.3 PID控制算法流程图取sp , pv形成偏差取a0 , e(k做乘法取a1 , e(k-1做乘法取a2 , e(k-2做乘法做a2e(k-2减a1e(k-做a2e(k-2- a1e(k-1+ a0e(k做a2e(k-2- a1e(k-1+ a0e(k+u(k-1输出 u(k 数据传送： u(ku(k -1 数据传送： e(ke(k-1 e(k-1 e(k-2 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用结

13、 论经过本次课程设计，我对工业过程控制系统的开发控制流程有了全面的了解，初步了解了PID 控制规律在实际控制工程中的应用，很好的做到了理论与实践的结合，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的组态王软件，这位我们以后的工作打下了良好的基础。通过本次课程设计，让我了解了工业过程控制系统的组成和一般的设计步骤。在工业过程控制系统设计过程中，首先要有系统的控制方案和系统结构，其中系统的控制方案在整个设计过程中非常重要，所以要仔细认真的设计，然后就是对各种传感器和各个模块的选择，最后就是对系统进行组态设计。在这次设计中运用了组态王这个组态软件，借助这次课程设计让我对

14、组态王有了一定的了解，而且让我对组态的相关知识有了一定的了解。通过这次课程设计，让我对工业过程控制有了更深的理解，理解了以前很多没弄懂得东西。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用参 考 文 献1 熊新民 . 工业过程控制课程设计指导书，2008年2 陈夕松，汪木兰 . 过程控制系统 . 北京：科学出版社， 2005年3 邵裕森 . 过程控制工程 . 北京: 机械工业出版社， 2000年4 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. 11谢新民 , 具有专家系统的

15、PID 自适应调节器J 自动化与仪器仪表，1992(44-7. 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用附录PID脚本程序启动时：本站点 Ts=20。本站点本站点本站点 Ts 。本站点本站点本站点 Ts 。本站点 ukp=0。本站点 uk1=0。本站点 ek1=0。本站点 ek11=0。本站点 ek12=0。运行期间：本站点 自动开关 =1 本站点 Ts=15。本站点本站点本站点 Ts 。本站点本站点本站点 Ts 。本站点本站点本站点本站点D。本站点本站点本站点 D。本站点本站点本站点 D。本站

16、点本站点本站点 温度。本站点本站点本站点本站点本站点本站点本站点本站点 uk11 。本站点本站点 ukp 。本站点本站点 ek11 。本站点本站点 ek1 。本站点 ukp 本站点 ukp 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 16 页个人资料整理仅限学习使用本站点uk1=0。 本站点本站点 ukp 。 本站点 uk1=1000。 关闭时：本站点 ukp=0。本站点 uk1=0。本站点 ek1=0。本站点 ek11=0。本站点 ek12=0。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 16 页