液位單回路過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計13頁

1、工業(yè)過程控制課程設(shè)計任務(wù)學(xué)生姓名專業(yè)班級學(xué)號題 目基于組態(tài)軟件的液位單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計課題性質(zhì)課題來源自擬題目指導(dǎo)教師主要內(nèi)容通過某種組態(tài)軟件，結(jié)合實驗室已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計一個具有較美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量單回路過程控制系統(tǒng)。任務(wù)要求1. 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。2. 根據(jù)流量單回路過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用過程模塊。3. 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。4. 運用組態(tài)

2、軟件，正確設(shè)計流量單回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。5. 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計報告。主要參考資料1 組態(tài)王軟件及其說明文件2 邵裕森過程控制工程北京：機械工業(yè)出版社20003 過程控制教材4 輔導(dǎo)資料審查意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日1 設(shè)計目的與要求1.1 設(shè)計目的 通過某種組態(tài)軟件，結(jié)合實驗已有設(shè)備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用但閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和PID控制規(guī)律，設(shè)計一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的液位單回路過程控制系統(tǒng)。1.2 設(shè)計要求(1) 根據(jù)液位單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設(shè)計控制方案，正確選用過程儀表。(2)

3、根據(jù)液位單回路過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關(guān)I/O的需要，正確選用過程模塊。(3) 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。(4) 運用組態(tài)軟件，正確設(shè)計液位但回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。(5) 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計報告。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計2.1 控制方案 整個過程控制系統(tǒng)由控制器、調(diào)節(jié)器、測量變送、被控對象組成。在本次控制系統(tǒng)中控制器為計算機，采用算法為PID控制規(guī)律（見附錄A和附錄B），調(diào)節(jié)器為電磁閥，測量變送為HB、FT兩個組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖2.2所示。當系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道分別將水送到上水

4、箱和下水箱，由HB返回信號，是否還需要放水到下水箱。若還需要（即水位過低），則通過電磁閥控制流量的大小，加大流量，從而使下水箱水位達到合適位置；若不需要（即水位過高或剛好合適），則通過電磁閥使流量保持或減小。其整個流程圖如圖2.1所示。圖2.1 液位單回路控制系統(tǒng)圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(tǒng)由四大部分組成，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計為流量回路控制，即為閉環(huán)控制系統(tǒng)，如下圖2.2.圖2.2 液位單回路控制系統(tǒng)框圖3 過程儀表選擇3.1 液位傳感器 液位傳感器用來對上誰為水箱的壓力進行檢測，采用工業(yè)的DBYG擴散硅壓力變送器，本變送器按標準的二線制傳輸，喜愛用高品質(zhì)低耗精

5、密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZ3X型儀表互換配置，并能直接替換進口同類儀表。校驗的方法是通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為4mA，在滿量程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級，因為為二線制，故工作時需串24V直流電源。壓力傳感器用來對上水位水箱和中水位水箱的壓力進行檢測，采用工業(yè)用的DBYG擴散硅壓力變送器，0.5級精度，二線制4-20mA標志信號輸出。3.2 電磁流量傳感器（1）流量傳感器用來對電動調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進行檢測。根據(jù)本試驗裝置的特點，采用工業(yè)用的L

6、DS-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0.03m3/h,壓力1.6Mpmax,4-20mA標準信號輸出?？膳c顯示，記錄儀表，積算器或調(diào)節(jié)器配套。避免了渦輪流量計非線性與死區(qū)大的致命缺點，確保實驗效果能達到教學(xué)要求。主要優(yōu)點：1）采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；2）結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動部件，幾乎無壓力損失；3）采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，零點穩(wěn)定；4）儀表反映靈敏，輸出信號與流量呈線性關(guān)系,量程比寬；（2）流量轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流量傳感器配套使用，輸入信號：00.4mV輸出信號：420mA DC, 許負載電阻為0750歐姆，基本誤差：輸出信號量程的0.5%。3.3 電

7、動調(diào)節(jié)閥 電動調(diào)節(jié)閥對控制回路流量進行調(diào)節(jié)。采用德國PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機，運行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高?？刂茊卧c電動執(zhí)行機構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計算機配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號4-20mA及單相電源即可控制與轉(zhuǎn)實現(xiàn)對壓力流量溫度壓力等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄漏量少的優(yōu)點。采用PS電子式直行程執(zhí)行機構(gòu)，4-20mA閥位反饋信號輸出雙導(dǎo)向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用彈簧連接，可預(yù)置閥門關(guān)斷力，保證閥門的可靠關(guān)斷，防止泄露。

8、性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長等優(yōu)點。3.4 水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長，不會影響教師授課減少使用麻煩。功耗小，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變送器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。3.5 變頻器三菱FR-S520變頻器，4-20mA控制信號輸入，可對流量或壓力進行控制，該變頻器體積小，功率小，功能非常強大，運行穩(wěn)定安全可靠，操作方便，壽命長，可外加電流控制，也可通過本身旋鈕控制頻率。可單相或三相供電，頻率可高達200Hz。3.6 模塊選擇當需要構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)時，過程控制裝置的數(shù)據(jù)采集和控制采用目前最新的牛頓7000系列遠程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成，完全模擬工

9、業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，先進性與實用性并舉。有效的拉近了實驗室與工業(yè)現(xiàn)場的距離。它體積小，安裝方便，可靠性極高。1) D/A模塊：采用牛頓7024模塊。4路模擬輸出，電流（4-20mA）電壓（15V）信號均可。2) A/D 模塊：采用牛頓7017模塊。8路模擬電壓（15V）輸入。3) DO模塊：采用牛頓7043模塊。4)通訊模塊：采用牛頓7520轉(zhuǎn)換模塊。485/232轉(zhuǎn)換模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300115KHz），232口可長距離。134 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計組態(tài)王是運行在Windows98/NT/2000上的一種組態(tài)軟件。使用組態(tài)王，用戶可以方便地構(gòu)造適應(yīng)自己需要的“數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)”，在任何需要的時候把生產(chǎn)

10、現(xiàn)場的信息處理和判斷決策的控制信號傳向現(xiàn)場實施有效的生產(chǎn)控制。組態(tài)王的網(wǎng)絡(luò)功能使企業(yè)的基層和其它部門建立起聯(lián)系，現(xiàn)場操作人員和工廠管理人員都可以看到各種數(shù)據(jù)。管理人員不需要深入生產(chǎn)現(xiàn)場，就可以獲得實時和歷史數(shù)據(jù)，優(yōu)化控制現(xiàn)場作業(yè)，提高生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量。組態(tài)網(wǎng)易于學(xué)習(xí)和使用，擁有豐富的工具箱、圖庫和操作向?qū)В瓤梢怨?jié)省您的大量時間，又能提高系統(tǒng)性能。組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機械制造、交通管理等多種工程領(lǐng)域。無論您的應(yīng)用場合如何，您都可以使用組態(tài)王構(gòu)造有效的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。4.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計 圖4.1.1 工藝流程圖 圖4.1.2 系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計4.2 組態(tài)畫面4.3 數(shù)據(jù)

11、字典4.4 應(yīng)用程序if(iokz=1)ioS=9;if(本站點K2=1) 本站點a01=本站點P1*(1+1/本站點I1+本站點D1); 本站點a11=本站點P1*(1+2*本站點D1); 本站點a21=本站點P1*本站點D1; 本站點ek0=本站點sp1-io流量1; 本站點uk=本站點a01*本站點ek0-本站點a11*本站點ek01+本站點a21*本站點ek02+本站點uk01; 本站點uk01=本站點uk; 本站點ek02=本站點ek01; 本站點ek01=本站點ek0;if(本站點uk1000) if(本站點uk0) 本站點uk0=0; else本站點uk0=本站點uk; else本站點uk0=1000;iod=本站點uk0;4.5 動畫連接附錄A 單回路控制系統(tǒng)