基于組態(tài)王雙容水箱控制

1、集散控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)基于組態(tài)軟件雙容水箱過程控制系統(tǒng)姓 名： 學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 目 錄1 設(shè)計(jì)目的與要求11.1 設(shè)計(jì)目的11.2 設(shè)計(jì)要求12 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)12.1 控制方案12.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)23 過程儀表選擇23.1 液位傳感器23.2 電磁流量傳感器33.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥33.4 水泵33.5 變頻器33.6 模塊選擇44 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)44.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)54.2 組態(tài)畫面54.3 數(shù)據(jù)字典64.4 應(yīng)用程序64.5 動(dòng)畫連接9總結(jié)11 參考文獻(xiàn)11附錄A 單回路控制系統(tǒng)PID控制算法12附錄B PID控制算法流程圖121. 設(shè)計(jì)目的與要求1.1 設(shè)計(jì)

2、目的 通過組態(tài)軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)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(jì)一個(gè)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(jì)要求(1) 根據(jù)液位回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨(dú)立設(shè)計(jì)控制方案，正確選用過程儀表。(2) 根據(jù)液位回路過程控制系統(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(jì)算機(jī)串行通訊的需要，正確選用RS485/RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。(4) 運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)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(jì)報(bào)告。2. 系

3、統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 控制方案 整個(gè)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(jì)算機(jī)，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(gè)組成，被控對象為流量PV。結(jié)構(gòu)組成如下圖2.2所示。當(dāng)系統(tǒng)啟動(dòng)后，水泵開始抽水，通過管道將水送到上水箱，由HB返回信號(hào)，是否還需要抽水到水箱。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(dá)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(gè)流程圖如圖2.1所示。圖2.1 液位回路控制系統(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

4、，分別為控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象、測量變送。本次設(shè)計(jì)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水箱液位的壓力進(jìn)行檢測，采用工業(yè)的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，本變送器按標(biāo)準(zhǔn)的二線制傳輸，喜愛用高品質(zhì)低耗精密器件，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(jìn)口同類儀表。校驗(yàn)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(jí)，因?yàn)闉槎€制，故

5、工作時(shí)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(jìn)行檢測，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力變送器，0.5級(jí)精度，二線制4-20mA標(biāo)志信號(hào)輸出。3.2 電磁流量傳感器（1）流量傳感器用來對電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進(jìn)行檢測。根據(jù)本試驗(yàn)裝置的特點(diǎn)，采用工業(yè)用的LDS-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(biāo)準(zhǔn)信號(hào)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(jì)非線性與死區(qū)大的致命缺點(diǎn)，確保實(shí)驗(yàn)效果能達(dá)到教學(xué)要求。主要優(yōu)點(diǎn)：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(dòng)部件，幾乎

6、無壓力損失；3）采用低頻矩形波勵(lì)磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；4）儀表反映靈敏，輸出信號(hào)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(hào)：00.4mV輸出信號(hào)：420mA DC, 許負(fù)載電阻為0750歐姆，基本誤差：輸出信號(hào)量程的0.5%。3.3 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥對控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國PSL202型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高。控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化，可靠性高，操作方便，并可與計(jì)算機(jī)配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號(hào)4-20mA

7、及單相電源即可控制與轉(zhuǎn)實(shí)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(diǎn)。采用PS電子式直行程執(zhí)行機(jī)構(gòu)，4-20mA閥位反饋信號(hào)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。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)。3.4 水泵采用丹麥蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽命長，不會(huì)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(hào)輸入，可對流量或壓力進(jìn)行控制，該變頻器

8、體積小，功率小，功能非常強(qiáng)大，運(yùn)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?？蓡蜗嗷蛉喙╇?，頻率可高達(dá)200Hz。3.6 模塊選擇當(dāng)需要構(gòu)成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，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(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成，完全模擬工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，先進(jìn)性與實(shí)用性并舉。有效的拉近了實(shí)驗(yàn)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(hào)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

9、)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。4. 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)組態(tài)王是運(yùn)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(shí)候把生產(chǎn)現(xiàn)場的信息處理和判斷決策的控制信號(hào)傳向現(xiàn)場實(shí)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(shí)時(shí)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?/p>

10、可以節(jié)省您的大量時(shí)間，又能提高系統(tǒng)性能。組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機(jī)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(jì) 圖4.1.1 工藝流程圖 圖4.1.2 系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)4.2 組態(tài)畫面4.3 數(shù)據(jù)字典4.4 應(yīng)用程序if(本站點(diǎn)開關(guān)轉(zhuǎn)換=1)本站點(diǎn)Ti=8;本站點(diǎn)Kp=15;本站點(diǎn)Td=10;if(本站點(diǎn)電機(jī)=1)本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)Sp-本站點(diǎn)下水箱液位;本站點(diǎn)微分液位差=本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)ek2-2*本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)Uk=(本站點(diǎn)Ti*(本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)ek1)+本站點(diǎn)Kp*本站點(diǎn)ek0

11、+本站點(diǎn)Td*本站點(diǎn)微分液位差)/500+本站點(diǎn)水流2;本站點(diǎn)上水箱液位=本站點(diǎn)上水箱液位+本站點(diǎn)Uk-本站點(diǎn)水流1;本站點(diǎn)液位傳遞值=本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)ek2=本站點(diǎn)液位傳遞值;本站點(diǎn)水流1=本站點(diǎn)上水箱液位/50;本站點(diǎn)水流2=本站點(diǎn)下水箱液位/50;本站點(diǎn)下水箱液位=本站點(diǎn)下水箱液位+本站點(diǎn)水流1-本站點(diǎn)水流2;本站點(diǎn)儲(chǔ)水箱液位=300-本站點(diǎn)上水箱液位-本站點(diǎn)下水箱液位;if(本站點(diǎn)電機(jī)=0)本站點(diǎn)水流1=本站點(diǎn)上水箱液位/50;本站點(diǎn)水流2=本站點(diǎn)下水箱液位/50;本站點(diǎn)上水箱液位=本站點(diǎn)上水箱液位-本站點(diǎn)水流1;本站點(diǎn)下水箱液位=本站點(diǎn)下水箱液位+本站

12、點(diǎn)水流1-本站點(diǎn)水流2;本站點(diǎn)儲(chǔ)水箱液位=300-本站點(diǎn)上水箱液位-本站點(diǎn)下水箱液位;if(本站點(diǎn)開關(guān)轉(zhuǎn)換=0)if(本站點(diǎn)電機(jī)=1)本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)Sp-本站點(diǎn)下水箱液位;本站點(diǎn)微分液位差=本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)ek2-2*本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)Uk=(本站點(diǎn)Ti*(本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)ek1)+本站點(diǎn)Kp*本站點(diǎn)ek0+本站點(diǎn)Td*本站點(diǎn)微分液位差)/500+本站點(diǎn)水流2;本站點(diǎn)上水箱液位=本站點(diǎn)上水箱液位+本站點(diǎn)Uk-本站點(diǎn)水流1;本站點(diǎn)液位傳遞值=本站點(diǎn)ek1;本站點(diǎn)ek1=本站點(diǎn)ek0;本站點(diǎn)ek2=本站點(diǎn)液位傳遞值;本站點(diǎn)水流1=本站點(diǎn)上水箱液位/50;本站點(diǎn)水流2=本站點(diǎn)下水箱液

13、位/50;本站點(diǎn)下水箱液位=本站點(diǎn)下水箱液位+本站點(diǎn)水流1-本站點(diǎn)水流2;本站點(diǎn)儲(chǔ)水箱液位=300-本站點(diǎn)上水箱液位-本站點(diǎn)下水箱液位;if(本站點(diǎn)電機(jī)=0)本站點(diǎn)水流1=本站點(diǎn)上水箱液位/50;本站點(diǎn)水流2=本站點(diǎn)下水箱液位/50;本站點(diǎn)上水箱液位=本站點(diǎn)上水箱液位-本站點(diǎn)水流1;本站點(diǎn)下水箱液位=本站點(diǎn)下水箱液位-本站點(diǎn)水流2;本站點(diǎn)儲(chǔ)水箱液位=300-本站點(diǎn)上水箱液位-本站點(diǎn)下水箱液位;if(本站點(diǎn)Uk<=1)本站點(diǎn)uk=本站點(diǎn)Uk*100;else本站點(diǎn)uk=100;if(本站點(diǎn)電機(jī)=0)本站點(diǎn)Uk=0;if(本站點(diǎn)下水箱液位>本站點(diǎn)Sp)本站點(diǎn)下水箱液位=本站點(diǎn)下水箱液位

14、-(本站點(diǎn)下水箱液位-本站點(diǎn)Sp);4.5 動(dòng)畫連接(1)自動(dòng)控制(2)手動(dòng)控制(3)實(shí)時(shí)曲線(4)歷史曲線總 結(jié)通過此次設(shè)計(jì)，我掌握了流量單回路控制系統(tǒng)的構(gòu)成。知道它最基本的部分有控制器、調(diào)節(jié)器、被控對象和測量變松組成。并且學(xué)會(huì)了如何去設(shè)計(jì)一個(gè)過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計(jì)步驟。了解到，一般情況下，它都要經(jīng)過一下幾個(gè)步驟：認(rèn)知被控對象、設(shè)計(jì)控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設(shè)計(jì)系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計(jì)組態(tài)畫面、設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詞典等，直到最后的動(dòng)畫鏈接成功，并達(dá)到控制要求。經(jīng)過以上步驟，我對整個(gè)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了很深的體會(huì)，也學(xué)會(huì)了很多與設(shè)計(jì)相關(guān)的知識(shí)。對組態(tài)王軟件也有了很大的

15、了解，學(xué)會(huì)了初步的應(yīng)用。認(rèn)識(shí)到了組態(tài)王的一些應(yīng)用情況，組態(tài)王軟件的組成與功能，其應(yīng)用程序項(xiàng)目如何建立，數(shù)據(jù)詞典如何建立，動(dòng)畫如何進(jìn)行鏈接，命令語言程序如何編寫，趨勢曲線如何建立，還有I/O設(shè)備的配置和組態(tài)網(wǎng)絡(luò)的建立等等一系列與組態(tài)王軟件應(yīng)用相關(guān)的知識(shí)。在這次課程設(shè)計(jì)中也遇到了不少麻煩，不過經(jīng)過老師的輔導(dǎo)大部分問題都得到了解決，總的來說，這次設(shè)計(jì)是一次收獲很大的設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多教學(xué)中學(xué)不到的東西，對我的動(dòng)手能力有了很大的幫助。同時(shí)也要感謝老師對我們這次課程設(shè)計(jì)的指導(dǎo)，讓我們獲益匪淺！參 考 文 獻(xiàn)1.陳夕松，華成英過程控制系統(tǒng)M北京：科學(xué)出版社，20062.熊新民工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書，20083.邵裕森過程控制工程M北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20004.姜重然工控軟件組態(tài)王簡明教程M哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，20075.方康玲.過程控制系統(tǒng).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.6 6.蔣慰孫，俞金壽.過程控制工程.上海：中國石化出版社，1999.9 7.何衍慶，蔣慰孫，俞金壽.工業(yè)生產(chǎn)過程控制.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.28.邵