管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告

1、管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告目錄目錄一、控制目的和性能要求一、控制目的和性能要求.2 21.1 控制目的 .21.2 性能要求 .2二、方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇二、方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇.2 22.1 方案控制設(shè)計(jì) .22.2 控制規(guī)律選擇 .3三、儀表與模塊選擇三、儀表與模塊選擇.3 33.1 選擇過程儀表 .33.2 選擇過程模塊 .3四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì).4 44.1 工藝流程圖 .44.2 系統(tǒng)組態(tài)圖 .4五、組態(tài)畫面設(shè)計(jì)五、組態(tài)畫面設(shè)計(jì).5 5六、組態(tài)程序設(shè)計(jì)六、組態(tài)程序設(shè)計(jì).6 6七、安裝結(jié)線七、安裝結(jié)線.7 7八、系統(tǒng)調(diào)試過程八、系統(tǒng)

2、調(diào)試過程.8 8九、結(jié)果分析九、結(jié)果分析.9 99.1 自動(dòng)控制狀態(tài) .99.2 手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài) .12心得體會(huì)心得體會(huì).1313管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告一、一、 控制目的和性能要求控制目的和性能要求1.1 控制目的根據(jù)設(shè)定的管道對(duì)象和其他配置，運(yùn)用計(jì)算機(jī)和 intouch 組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)一套監(jiān)控系統(tǒng)，并能夠過調(diào)試使得管道內(nèi)流量維持恒定或保持在一定的誤差范圍之內(nèi)。1.2 性能要求(1).要求管道流量恒定，流量設(shè)定值 sp 自行給定。(2).無擾時(shí)，水流基本恒定，由電動(dòng)閥控制水泵實(shí)現(xiàn)。(3).有擾時(shí)：改變電動(dòng)閥開度，管道水流允許波動(dòng)。(4).預(yù)期性能：響應(yīng)曲線為衰減振蕩；允許存在一定誤

3、差 10%sp；調(diào)整時(shí)間盡可能短。二、二、 方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇2.1 方案控制設(shè)計(jì)管道流量控制系統(tǒng)只須控制流量，控制簡(jiǎn)單，反饋控制可消除被包圍在閉環(huán)內(nèi)的一切擾動(dòng)對(duì)被控對(duì)象的影響。所以單回路反饋控制就可滿足管道流量控制系統(tǒng)的要求。管道流量有兩種原因：電動(dòng)閥的開度大小、變頻器的頻率高低，而電動(dòng)閥開度為主要原因。因此本方案采用以電動(dòng)閥開度為控制參數(shù)，變頻器的頻率為干擾因素。管道流量為被控參數(shù)，電動(dòng)閥為執(zhí)行器。采用單回路反饋控制。通過比較反饋量和給定值的偏差，利用反饋控制規(guī)律控制電動(dòng)閥的打開和閉合，如圖 2.1 所示： 計(jì)算機(jī) 控制器 電動(dòng) 調(diào)節(jié)閥 管道 流量檢測(cè) 傳感器 _

4、 sp p v pv1 圖 2.1 管道流量單回路控制系統(tǒng)方框圖2.2 控制規(guī)律選擇為了取得較好的控制效果，上述單回路系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)為自動(dòng)控制時(shí)，系統(tǒng)控制規(guī)律為 pid 控制規(guī)律。調(diào)試時(shí)根據(jù)調(diào)整情況可采用 pi 或 pid控制規(guī)律。kp 為比例系數(shù)，ti 為積分時(shí)間常數(shù)，td 為微分時(shí)間常數(shù)。比例作用：能迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用：消除靜態(tài)誤差，但容易引起超調(diào)，甚至出現(xiàn)振蕩。微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。但一般不常用。三、儀表與模塊選擇三、儀表與模塊選擇3.1 選擇過程儀表包括檢測(cè)儀表和執(zhí)行器。主要有流量傳感器、電磁流量轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥

5、和計(jì)算機(jī)控制器。電磁流量傳感器采用 ldg-10s 型電磁流量傳感器。流量轉(zhuǎn)換器采用 ldz-4型電磁流量轉(zhuǎn)換器。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用德國(guó) ps 公司進(jìn)口 psl201 型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。計(jì)算機(jī)控制器：變頻器采用三菱 fr-s520 變頻器；水泵采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵；電磁閥。其他的過程儀表還有液位傳感器、壓力傳感器。3.2 選擇過程模塊主要有 a/d 模塊、d/a 模塊和開關(guān) i/o 模塊。過程模塊采用目前最新的牛頓 7000 系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成。a/d 模塊采用nudan7017；d/a 模塊采用 nudan7024；通訊模塊采用 nudan7520。四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)

6、計(jì)四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)4.1 工藝流程圖單回路在一般情況下就能滿足控制要求了。流量傳感器把檢測(cè)到的值送到流量轉(zhuǎn)換器，由實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字送到計(jì)算機(jī)，把送到計(jì)算機(jī)的數(shù)值與給定值比較得誤差，再通過數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)來控制電動(dòng)閥的打開和關(guān)閉，以此來控制流量。其工藝流程圖如圖 4.1 所示：ft a/d 計(jì)算機(jī) d/a 進(jìn)水電動(dòng)閥流量變送器圖 4.1 管道流量單回路工藝流程圖4.2 系統(tǒng)組態(tài)圖自動(dòng)控制時(shí)：把實(shí)際流量值(pv)和給定值(sp)通過 pid 控制規(guī)律計(jì)算后得出結(jié)果輸出來控制；手動(dòng)時(shí)直接控制。組態(tài)圖如圖 4.2 所示： pid 自動(dòng) out 手動(dòng)

7、sp u(k) io0pv(in2) 圖 4.2 系統(tǒng)組態(tài)圖五、組態(tài)畫面設(shè)計(jì)五、組態(tài)畫面設(shè)計(jì)組態(tài)畫面設(shè)計(jì)了靜態(tài)畫面(如圖 5.1)和動(dòng)態(tài)畫面(如圖 5.2)。其中包括：(1).各測(cè)試設(shè)備(水箱、水泵、電磁閥、電動(dòng)閥、管道等)及液位游標(biāo)指示、壓力數(shù)字顯示和指針顯示、閥門開度百分比指示、管道水流動(dòng)態(tài)顯示、水箱儲(chǔ)水變色顯示。(2).設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詞典，(3).設(shè)計(jì)組態(tài)控制程序：含開關(guān)閥門控制、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制和 pid 控制算法等，同時(shí)應(yīng)具備手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和閉環(huán)控制功能。(4).設(shè)計(jì)歷史曲線圖和實(shí)時(shí)曲線圖。設(shè)計(jì)參數(shù)顯示與調(diào)整框。(5).完成動(dòng)畫鏈接。 圖 5.1 靜態(tài)畫面圖 5.2 動(dòng)態(tài)畫面六、組態(tài)程序

8、設(shè)計(jì)六、組態(tài)程序設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制的觸動(dòng)按鈕設(shè)為 disctag1，手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換觸動(dòng)按鈕為 disctag2。當(dāng)時(shí)實(shí)控制時(shí) disctag1=1，程序開始運(yùn)行，否則結(jié)束；自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)disctag2=0，手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí) disctag2=0，程序結(jié)束。則程序流程圖如圖 6.1所示：開始計(jì)算控制量輸出 uk0uk,0iyes如果 uk1000disctag1=1disctag2=11vv1,1vv41000uk,0i結(jié)束圖 6.1 程序流程圖七、安裝結(jié)線七、安裝結(jié)線實(shí)驗(yàn)中 da 模塊中的 io0 為控制調(diào)節(jié)閥開度的控制通道，io1 為可控硅的電壓控制通道，io2 為變頻器的控制通道。ad 模塊中，i

9、n0 為上水箱液位的檢測(cè)，in1 為下水箱液位的檢測(cè)，in5 是閥位反饋信號(hào)檢測(cè)，in6 是水泵出中壓力信號(hào)檢測(cè)。在 da 模塊中，由于模塊本身不能提供電源，在控制時(shí)應(yīng)串入 24v直流電源，輸出電流信號(hào)控制執(zhí)行器，agnd 為 da 模塊公共地。由于變送器輸出的都是電流信號(hào)，而 ad 模塊采集的是電壓信號(hào)，所以在 ad 通道折正負(fù)端并聯(lián)一個(gè) 250 歐姆的電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。i/o 接線對(duì)應(yīng)如下：接線對(duì)應(yīng)如下：液位變送器輸出： 1(+) -電源正極(上水箱液位檢測(cè)) 2(-) -in7+ in7- -電源負(fù)極液位變送器輸出： 3(+) -電源正極(下水箱液位檢測(cè)) 4(+) -in

10、0+ in0- -電源負(fù)極壓力變送器輸出： 7(+) -電源正極(壓力檢測(cè)) 8(-) -in6+ in6- -電源負(fù)極流量計(jì)輸出： 17(+) -in2+(主管道流量檢測(cè)) 18(-) -in2-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入： 9(+) -電源正極（主管道電動(dòng)閥控制） 10(-) -io0+ agnd -電源負(fù)極變送器輸入： 41(+) -電源正極（變送器控制） 42(-) -io2+ agnd -電源負(fù)極電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥位輸出： 11(+) -in5+（主管道閥位控制） 12(-) -in5-八、系統(tǒng)調(diào)試過程八、系統(tǒng)調(diào)試過程啟動(dòng) tocplink；配置 topic definition；設(shè)置“topic”名

11、稱自定義為llkz；再設(shè)置“opc server”為下拉選項(xiàng)“kingview.vive” ，其他為默認(rèn)值，ok；進(jìn)入 intouch，點(diǎn)擊“配置”“訪問名” ，設(shè)置訪問名為“topic”名稱，應(yīng)用程序名為 opclink，主題名同訪問名，選擇 dde 協(xié)議，ok；打開標(biāo)記名詞典，建立 intouch 標(biāo)記甸與組態(tài)王變量名通訊聯(lián)系：逐個(gè)選擇 intouch 里的i/o 型標(biāo)記名，定義訪問名為“topic”名稱 llkz，項(xiàng)目名為組態(tài)王里的對(duì)應(yīng)變量名，離散型前面加 d，整型加 i，實(shí)型加 r，消息型加 m，全部變量加.value。注意每設(shè)置一個(gè)變量，保存一次。然后 ok。運(yùn)行 intouch 程

12、序。然后調(diào)整程序、有關(guān)參數(shù)可得出運(yùn)行良好的控制狀態(tài)：如圖 8.1 所示。圖 8.1 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)狀態(tài)圖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種狀態(tài)，自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)可通過調(diào)節(jié)pid 參數(shù)來調(diào)整系統(tǒng)以達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行。手動(dòng)時(shí)可直接通過調(diào)節(jié) uk來調(diào)整使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖 8.1 所示：系統(tǒng)開始運(yùn)行pid 參數(shù)設(shè)定手動(dòng)輸入 uk 值滿足要求手動(dòng)自動(dòng)是是否否開始方式選擇結(jié)束系統(tǒng)穩(wěn)定圖 8.2 系統(tǒng)運(yùn)行流程圖九、結(jié)果分析九、結(jié)果分析9.1 自動(dòng)控制狀態(tài)自動(dòng)控制是由 pid 控制規(guī)律來控制的。由于剛開始調(diào)試，p、i、d 的值不合適，系統(tǒng)出現(xiàn)了不穩(wěn)定的狀態(tài)，如出現(xiàn)等幅振蕩和有誤差不能達(dá)到預(yù)期效果

13、。這樣可以通過調(diào)節(jié) pid 參數(shù)進(jìn)行整定，以達(dá)到快速穩(wěn)定的運(yùn)行。pid 參數(shù)整定方法：可用湊試法來對(duì)其進(jìn)行整定。整定方法為：(1).只整定比例部分，系數(shù)由小變大，得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如果系統(tǒng)已無靜差，則直接使用比例即可。(2).取積分時(shí)間為較大值，減比例部分得到的比例參數(shù)，逐步減小積分時(shí)間，直到系統(tǒng)無靜差。(3).加入微分環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。先取微分時(shí)間為零，逐步增大微分時(shí)間，同時(shí)改變比例參數(shù)和積分時(shí)間，直到系統(tǒng)得到好的動(dòng)態(tài)性能和效果。圖 9.1 系統(tǒng)不穩(wěn)定等幅振蕩如圖 9.1 所示，系統(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)的等幅振蕩?？赏ㄟ^調(diào)整 pid 的值來調(diào)節(jié)。圖 9.2 系統(tǒng)不能達(dá)預(yù)期效果有靜態(tài)

14、偏差如圖 9.2 所示，系統(tǒng)控制中存在靜態(tài)誤差，不能夠達(dá)到系統(tǒng)所要求的目的。也須要通過 pid 的調(diào)節(jié)來控制，可減小 kp(kp值可從 60 減小到 55)、增大 ti(ti值可從 10 增加到 50)來調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳狀態(tài)。使系統(tǒng)快速平穩(wěn)的達(dá)到控制要求。如圖 9.3 所示：圖 9.3 系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行圖圖 9.4 自動(dòng)控制運(yùn)行其間的歷史曲線9.2 手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)手動(dòng)調(diào)節(jié)只須調(diào)節(jié) uk 值使系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)確、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)即可。如圖 9.5所示：圖 9.5 手動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行圖心得體會(huì)心得體會(huì)通過一個(gè)多月的 asea 培訓(xùn)，使我掌握了很多理論課上學(xué)不到的東西，增強(qiáng)了我的學(xué)習(xí)興趣，提高了我的技術(shù)水平。在這一個(gè)多月中，我熟練掌握了intouch 組態(tài)軟件的應(yīng)用和控制。能應(yīng)用 intouch 組態(tài)軟件編程，對(duì)工程控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件連接，并能應(yīng)用 intouch 組態(tài)軟件和組態(tài)王連接來進(jìn)行對(duì)工程控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試。了解了由 plc 硬件構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想； 掌握了西門子 plc 的工作原理； 了解到西門子 plc 各模塊的功能及相關(guān)性能 ； 西門子plc 的軟硬件的的使用