单闭环流量定值控制系统设计.pptx

《单闭环流量定值控制系统设计.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单闭环流量定值控制系统设计.pptx（35页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、设计目的1了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。2掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法3研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。4研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。第1页/共35页实验原理 被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。第2页/共35页第3页/共35页本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。实验本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀

2、门之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1F1-1、F1-2F1-2、F1-8F1-8、F1-11 F1-11 全开，其余阀门均关闭。将全开，其余阀门均关闭。将“FT1FT1电动阀支路流量电动阀支路流量”钮子开关拨到钮子开关拨到“ONON”的位的位置。置。第4页/共35页接线图第5页/共35页硬件设计1.流量模拟转换器：Lwa-11-传感器及检测装置输出 4-20 mA量程 0.2-1.2/h系数85268817P/LS/N:11081412.QS智能型电动调节阀-控制器及执行器产品型号：QSTP-16K公称通径 20mm 公称压力1.6MPa介质温度200摄氏度信号：4-20mADC 行

3、程 16mm3.磁力驱动循环泵-提供驱动动力型号：16CQ-8P 380V 50HZ扬程 8m 流量30L/min转速2800r/min功率 0.18 kw4.涡轮流量计-传感器检测及反馈装置涡轮流量计主要用于测量管道流量的测量，并将测量值变换为标准电压电流信号传至s7-200plc模拟量输入模块第6页/共35页硬件设计2被控对象包括：涡轮流量计、流量模拟转换器、电动调节阀、三相磁力泵、水箱、管道等，涡轮流量计主要用于测量管道流量的测量，并将测量值变换为标准电压电流信号传至s7-200模拟量输入模块 电动调节阀为执行机构，用于接收模拟量输出模块输出的标准电压电流信号，并通过改变阀门的开度来改变

4、管道流量的大小。三相磁力泵用于提供水流动所需的动力和克服水流于管道、阀门、弯头之间的摩擦力。plc模拟量输入模块接收到流量模拟转换器所测得的流量值，将其传至主控单元，主控单元将测量值与设定值进行比对，计算出输出值，经其模拟量输出模块将计算出的输出值输出至电动调节阀。第7页/共35页软件设计采用西门子公司的S7-200系列整体式PLC实现自动控制。CPU模块采用CPU224，AC/DC/继电器，模块，该模块采用交流220V供电。根据对流量定值控制系统的分析，采用CPU224，它集成14输入/10输出点，共计24点的I/O存储容量大，具有7个扩展模块，最大可扩展为168个点数字量或者35路模拟量的

5、输入和输出点，有内置时钟，它有更强的模拟量和高速计数的处理能力，存储容量也进一步增加，是使用的更多的S7-200产品。功能扩展模块EM235具有四路模拟量输入，1路模拟量输出第8页/共35页plc主程序第9页/共35页子程序第10页/共35页第11页/共35页第12页/共35页组态王的简介组态王软件设计组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。组态软件的功能和特点可归

6、纳如下：概念简单，易于理解和使用；功能齐全，便于方案设计；实时性与并行处理；建立实时数据库，便于用户分步组态，保证系统安全可靠运行；利用丰富的“动画组态”功能，快速构造各种复杂生动的动态画面；引入“运行策略”的概念。第13页/共35页使用组态王1.双击图标，启用组态王工程管理器，选择菜单/新建，新建工程。2.点击“下一步”，给指定的设备唯一的逻辑名称。3.单击“下一步”，给设备“选择串口”。4.单击“下一步”，给设备设置“设置地址指南”。5.单击“下一步”，设置“通信参数”。6.单击“下一步”，设置“设备安装向导，信息总结”。设备定义完成后，可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设“PLC”。在

7、定义数据库变量时，只要把I/O变量连结到这台设备上，它就可以和组态王交换数据了。第14页/共35页构造数据库（定义变量）在构造数据库时，选择工程浏览器左侧大纲项“数据库”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标，弹出“变量属性”对话框在“变量名”处输入变量名。如：a；在“变量类型”处选择变量类型如：内存实数，其它属性目前不用更改，单击“确定”即可。如下图所示第15页/共35页第16页/共35页动画链接程序至此结束。第17页/共35页运行调试初始画面第18页/共35页P I D调整SV=20，P=5，I=20，D=0第19页/共35页SV=10，P=5，I=20，D=0第20页/共35页SV

8、=8，P=4，I=9999，D=0第21页/共35页SV=8，P=4，I=30，D=3第22页/共35页SV=16，P=2，I=9999，D=0第23页/共35页实验理想结果 sv=5，p=5，I=20,D=0第24页/共35页控制规律的确定1.比例（P)调节:纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快速。由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在.2.比例积分调节（PI):PI调节器的积分部分能使系统的类型数提高，有利于消除静差，但它又使PI调节器的相位滞后量减小，系统的稳定性变差，其传递函数为GC(S)=KP(1+STI1)3

9、.比例微分(PD)调节 这种调节器由于有微分的作用，能增加系统的稳定度，比例系数的增大能加快系统的调节过程，减小动态和静态误差，但微分不能过大，以利于抗高频干扰。PD调节器的传递函数为GC(S)=KP（1+TDS）4、比例微分积分(PID)调节器PID是常规调节器中性能最好的一种调节器。由于它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。它的传递函数为GC(S)=KP(1+STI1+TDS)第25页/共35页调节器参数的整定方法调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论设计法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率法来确定调节器的相关参数，另一种方法是工程实验法，通过对典型

10、输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下四种：经验法，临界比例度法，阻尼振荡法，反应曲线法第26页/共35页经验法若将控制系统液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，所以无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考。表一为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按TD=(1/31/4)T1计算。第27页/共35页临界比例度法这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=，TD=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如

11、图3-3所示。根据临界比例度S和振荡周期TS，按表二所列的经验算式，求取调节器的参考参数数值，这种整定方法是以得到4：1衰减为目标。此法有一定限制。从工艺上看，允许受控变量能承受等幅振荡的波动，其次是受控对象应是二阶和二阶以上或具有纯滞后的一阶以上环节，否则在比例控制下，系统是不会出现等幅振荡的。在求取等幅振荡曲线时，应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。第28页/共35页阻尼震荡法在闭环系统中，先把调节器设置为纯比例作用，然后把比例度由大逐渐减小，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程，直至出现图3-4所示的4：1衰减过程为止。这时的比例度称为4：1衰减比例度，用S表示之。相邻两波峰间的距离称为4

12、：1衰减周期TS。根据S和TS，运用表三所示的经验公式，就可计算出调节器预整定的参数值。第29页/共35页反应曲线法如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例度法或阻尼振荡法（4：1衰减）就有难度。对于这种情况，可采用下述的反应曲线法来整定调节器的参数。图3-5为实验系统的方框图。令调节器的输出X(t)为阶跃信号，则第30页/共35页第31页/共35页第32页/共35页（1）比例度）比例度，比例度越大，过渡过程越平比例度越大，过渡过程越平缓，余差越大；比例度越小，过渡过程振荡越剧缓，余差越大；比例度越小，过渡过程振荡越剧烈，余差越小，烈，余差越小，过小，会导致系统发

13、散。过小，会导致系统发散。（2）积分时间）积分时间 ，积分时间越大，积分作用，积分时间越大，积分作用越弱，过渡过程越平缓，消除余差越慢；积分作越弱，过渡过程越平缓，消除余差越慢；积分作用越强，过渡过程振荡越剧烈，消除余差越快。用越强，过渡过程振荡越剧烈，消除余差越快。（3）微分时间）微分时间 ，微分时间越大，微分作用越，微分时间越大，微分作用越强，过渡过程趋于稳定，最大偏差减小，但微分强，过渡过程趋于稳定，最大偏差减小，但微分时间过大，又会增加过渡过程的波动。时间过大，又会增加过渡过程的波动。看曲线调参数，可以按照上述原则进行参数调看曲线调参数，可以按照上述原则进行参数调整，但有时仅从作用方向

14、还难判定该调整哪个参整，但有时仅从作用方向还难判定该调整哪个参数，此时还应该根据曲线形状作进一步判断。如数，此时还应该根据曲线形状作进一步判断。如过渡过程曲线过度振荡，可能的原因有：比例度过渡过程曲线过度振荡，可能的原因有：比例度过小、积分时间过小和微分时间过大等。过小、积分时间过小和微分时间过大等。第33页/共35页 总结 在本次毕业设计的过程中，曹老师的指导下我了解了组态王S7200PLC软件的特点、组成和使用方法，组态的过程和控制原理。熟悉了流量检测仪表的种类和测量原理，控制阀的种类和调节原理。掌握了流量定值控制系统的组成及原理，对流量控制在化工生产过程中的重要性进行了深入的学习。实践证明,本次所采用西门子S7-200型可编程控制器的硬件配置和程序设计是完全可行的,在实际控制中,由于PLC产品自身具有可靠性高、灵活性强、对工作环境无要求和抗干扰性能好等优点,因而深受用户的热爱。同时采用PLC控制液体混合装置,还能容易地随时修改可编程控制器程序,以改变液体的流速，从而调整时间达到定值控制。第34页/共35页感谢您的观看！第35页/共35页