水箱液位單回路控制系統(tǒng)(共12頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上水箱液位單回路控制系統(tǒng)一、控制目的根據(jù)設(shè)定的控制對(duì)象和管道配置，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)，并通過調(diào)試使得水箱液位維持恒定或保持在一定的誤差范圍內(nèi)。二、性能要求1、要求水箱液位恒定，液位設(shè)定值SP自行給定。2、無擾動(dòng)時(shí)，水壓基本恒定，由變頻器控制水泵實(shí)現(xiàn)。3、擾動(dòng)因數(shù)：水箱出水流量允許波動(dòng)。4、預(yù)期性能：響應(yīng)曲線為衰減震蕩；允許存在一定誤差。調(diào)整時(shí)間盡可能短。三、方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)一般是單回路控制系統(tǒng)。由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單并且能夠滿足大多數(shù)控制質(zhì)量的要求，因此在生產(chǎn)過程控制中得到了廣泛的應(yīng)用，是生產(chǎn)過程控制中最基本的一種控制系統(tǒng)。一

2、個(gè)單回路反饋系統(tǒng)是由測(cè)量變送器裝置、控制器、和被控對(duì)象所組成，按其被控變量類型的不同可以分為溫度控制系統(tǒng)、壓力控制系統(tǒng)、流量控制系統(tǒng)、液位控制系統(tǒng)等。控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)針對(duì)某一特定生產(chǎn)對(duì)象進(jìn)行的 ，當(dāng)系統(tǒng)安裝完成之后，控制效果主要取決于控制器的參數(shù)設(shè)定整定。選擇合適的比例度、積分時(shí)間、微分時(shí)間是保證和提高系統(tǒng)控制質(zhì)量的主要途徑。單回路水箱的原理，系統(tǒng)地輸入變量為進(jìn)水閥門、出水閥門的開度，輸出變量為水箱液位。單回路PID控制的被控制量是水位，控制量是進(jìn)水門、出水門開度。通過調(diào)節(jié)PID控制器的比例增益、積分時(shí)間、微分時(shí)間三個(gè)參數(shù)得到比較好的控制效果。PID 調(diào)節(jié)器構(gòu)成的閉環(huán)控制回路一般原理如圖1 所示

3、計(jì)算機(jī) 控制器 變頻器水泵 管道 水位檢測(cè) 傳感器 _ SP P V Pv1 圖1 控制系統(tǒng)方框圖 控制系統(tǒng)草稿圖如圖2上水箱電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流量計(jì)壓力表容器水泵管道電磁閥電磁閥電磁閥壓力表 圖2控制規(guī)律選擇：目前工業(yè)上常用的控制規(guī)律主要有：比例控制、比例積分控制和比例積分微分控制等。本方案采用比例積分微分控制。比例控制克服干擾能力強(qiáng)、控制及時(shí)、過渡時(shí)間短。是最基本的控制規(guī)律。但在終了時(shí)會(huì)存在余差，負(fù)荷變化越大余差越大。使用于滯后較小、負(fù)荷變化不大、允許被控變量存在余差的場(chǎng)合。比例積分控制在比例作用下引用積分作用，雖然會(huì)使系統(tǒng)的穩(wěn)定性降低，但沒有余差。適用于控制通道滯后較小、負(fù)荷變化不大、不允許被控

4、變量存在余差的場(chǎng)合。比例微分控制引入了微分作用，具有超前控制作用，在被控對(duì)象具有較大滯后時(shí)，會(huì)有效的改善控制質(zhì)量。但對(duì)于滯后小干擾作用頻繁，含有高頻噪聲的系統(tǒng)，將可能使系統(tǒng)產(chǎn)生振蕩，甚至失控。比例積分微分控制綜合了比例、積分、微分控制規(guī)律的優(yōu)點(diǎn)。適用于容量滯后較大、負(fù)荷變化大、控制要求高的場(chǎng)合。 該方案的控制目標(biāo)是使水位達(dá)到平衡狀態(tài)，通過控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥改變閥門開度，來控制流量的大小，從而來控制水位。選擇閥門開度為控制量，水位為被控量?？刂埔?guī)律選擇PID控制規(guī)律。四、測(cè)要求試：1使用INTOUCH組態(tài)軟件。2采用計(jì)算機(jī)控制方式和PID控制規(guī)律。3設(shè)計(jì)出比較完整的控制畫面。畫面包括被控水箱、儲(chǔ)水箱

5、、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、管道及其開關(guān)型電磁閥、流量檢測(cè)儀表及顯示、壓力檢測(cè)儀表及顯示、閥位檢測(cè)及顯示、水位檢測(cè)儀表及顯示、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、PID參數(shù)調(diào)整框、手動(dòng)控制開關(guān)、自動(dòng)控制開關(guān)、結(jié)束退出開關(guān)。4設(shè)計(jì)出采用PID控制規(guī)律的腳本程序。5要求系統(tǒng)具備如下手動(dòng)控制功能：控制電磁閥開通和關(guān)閉、通過直接給定控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度。6要求系統(tǒng)具備如下自動(dòng)控制功能：控制電磁閥開通和關(guān)閉、通過閉環(huán)PID運(yùn)算結(jié)果控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，允許在線實(shí)時(shí)調(diào)整PID參數(shù)和水位給定值。7能夠正確識(shí)別有關(guān)儀表和智能模塊，按照I/O設(shè)定完成控制臺(tái)上所用I/O接線。8能夠通過OPCLINK完成INTOUCH組態(tài)軟件和Kingview組態(tài)

6、軟件的實(shí)際連接。9能夠手動(dòng)投運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)手動(dòng)功能。如有問題，能夠修正設(shè)計(jì)。10能夠自動(dòng)投運(yùn)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能。如有問題，能夠修正設(shè)計(jì)。11運(yùn)行結(jié)果必須實(shí)現(xiàn)控制目的。五、儀表及模塊 ：1裝置柜：含被控對(duì)象水箱、管道（直徑4”）、儀表、供水設(shè)備、開關(guān)電磁閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。2 控制臺(tái)：含接線端子、485總線模塊、控制電源。3計(jì)算機(jī)。4組態(tài)軟件。壓力傳感器:：壓力傳感器用來對(duì)管道壓力進(jìn)行檢測(cè)，采用工業(yè)用的DBYG擴(kuò)散硅壓力傳感器，本傳感器按標(biāo)準(zhǔn)的二線制傳輸，穩(wěn)定性好，可靠性高?？煞奖闩c其他DDZX型儀表互換配置,并能直接替換進(jìn)口同類儀表。工作時(shí)需串入24V直流電壓，0.5級(jí)精度，二線制4-20mA

7、標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。變頻器：三菱FR-S520變頻器，4-20mA控制信號(hào)輸入，可對(duì)壓力進(jìn)行控制，體積小，外加電流控制，頻率可高達(dá)200Hz。水泵：采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。220V供電。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用德國PS公司進(jìn)口PSL201型智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。牛頓7000系列模塊：D/A7024模塊4路模擬輸出，電流（4-20mA）電壓（1-5V）信號(hào)均可，A/D7017模塊8路模擬電壓輸入，485/232轉(zhuǎn)換7520模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300115KHz），232口可長(zhǎng)距離傳輸。D/A模塊：nudan7024模塊外形模塊原理模塊接線模塊性能：電流輸出4-20Ma;A/D模塊:nudan7017電壓輸入DO模塊:

8、nudan7043 通信模塊:nudan7530六、工藝流程圖和系統(tǒng)組態(tài)圖 A /D 計(jì)算機(jī)PID參數(shù) 給定SP設(shè)定Pv反饋PID運(yùn)算輸 出D/A PT變頻器 水泵泵 手動(dòng) 自動(dòng) 圖 3 工藝流程 圖4 系統(tǒng)組態(tài)系統(tǒng)可以手動(dòng)/自動(dòng)控制，通過控制電池閥開度改變水的流量，使水位達(dá)到預(yù)定數(shù)值。七、標(biāo)記名字典變量名稱標(biāo)記類型訪問名項(xiàng)目名注釋flow_mianI/O實(shí)型bairliuliang1.value主流量liquid_upI/O實(shí)型bairyewei1.value上水箱液位liquid_downI/O實(shí)型bairyewei2.value下水箱液位Uk0I/O實(shí)型bairuk0.value主閥開度

9、VV1I/O離散baiddo2.value電磁閥1VV2I/O離散baiddo14.value電磁閥2VV4I/O離散baiddo4.value電磁閥3Star內(nèi)存離散開始運(yùn)行Auto內(nèi)存離散自動(dòng)運(yùn)行a01內(nèi)存整型中間變量a11內(nèi)存整型中間變量a21內(nèi)存整型中間變量Kp內(nèi)存實(shí)型比例系數(shù)TD內(nèi)存實(shí)型微分系數(shù)eko內(nèi)存實(shí)型中間變量ek01內(nèi)存實(shí)型中間變量ek02內(nèi)存實(shí)型中間變量TI內(nèi)存實(shí)型積分系數(shù)P內(nèi)存實(shí)型Pv內(nèi)存實(shí)型SP內(nèi)存實(shí)型I內(nèi)存實(shí)型D內(nèi)存實(shí)型TS內(nèi)存實(shí)型八、系統(tǒng)組態(tài)圖應(yīng)用Intouch制作出的組態(tài)圖如圖5： 圖5組態(tài)畫面應(yīng)設(shè)計(jì)出比較完整的控制畫面。畫面包括上水箱、儲(chǔ)水箱、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、設(shè)計(jì)出

10、完整的控制畫面。畫面包括上水箱、儲(chǔ)水箱、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、水泵、變頻器、管道及其開關(guān)型電磁閥、壓力檢測(cè)儀表及顯示、閥位檢測(cè)及顯示、水位檢測(cè)儀表及顯示、實(shí)時(shí)曲線、歷史曲線、PID參數(shù)調(diào)整框、手動(dòng)控制開關(guān)、自動(dòng)控制開關(guān)、結(jié)束退出開關(guān)。九、PID調(diào)節(jié):建立一個(gè)窗口設(shè)置為PID顯示窗口屬性為彈出。通過PID調(diào)節(jié)對(duì)管道流量、閥開度、水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)。改變Sp得到不同的水位值，給出水為值后，通過給定值與實(shí)際值比較得到誤差。下圖為PID顯示圖6: 圖6十、設(shè)置歷史曲線:先建立一個(gè)窗口設(shè)置為歷史曲線窗口屬性為彈出。歷史曲線設(shè)置后如圖7: 圖7十一、設(shè)置時(shí)實(shí)曲線 :建立一個(gè)窗口設(shè)置為時(shí)實(shí)曲線窗口屬性為彈出。時(shí)實(shí)曲線如圖:

11、8 圖8十二、安裝接線：I/O接線:實(shí)驗(yàn)中DA模塊中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IN1為水箱液位的檢測(cè)，IN5是閥位反饋信號(hào)檢測(cè)，IN6是水泵出中水位信號(hào)檢測(cè)。 裝置柜 控制臺(tái) 計(jì)算機(jī)電動(dòng)閥流量計(jì)壓力表變頻器控制電源接線端子牛頓模塊接線口 導(dǎo)線 485/232 圖9 接線示意圖十三、I/O接線表： 液位變送器輸出： 5(+) -電源正極(水箱液位檢測(cè)) 6(-) -In1+ In1- -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+

12、(管道流量檢測(cè)) 18(-) -In2-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入： 9(+) -電源正極（管道電動(dòng)閥控制） 10(-) -Io0+ AGND -電源負(fù)極 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(-) -In5-十四、系統(tǒng)調(diào)試過程：1安圖接線，無誤后進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)。2手動(dòng)控制時(shí)，如果出現(xiàn)問題時(shí)，立即結(jié)束，檢查儀表。3自動(dòng)控制時(shí)，調(diào)節(jié)PID參數(shù)，KP=0.3,TI=0.3,TD=0.1。初始化開 始 手動(dòng) 自動(dòng) 給定PID參數(shù) 給定控制量 運(yùn)行效果達(dá)到要求 否 否

13、系統(tǒng)性能達(dá)到要求 是 是 系統(tǒng)正常運(yùn)行結(jié) 束 圖10 調(diào)試流程示意圖自動(dòng)控制中應(yīng)不斷改變PID參數(shù)，觀察實(shí)時(shí)曲線判斷控制性能是否能夠達(dá)到要求。包括快速性、準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性三方面，盡量讓這三方面都能達(dá)到很好的性能。調(diào)節(jié)參數(shù)原則:應(yīng)該先調(diào)節(jié)KP的值，P作用是最基本的控制作用，一般先按純比例進(jìn)行閉環(huán)測(cè)試，然后適當(dāng)引入Ti和Td.應(yīng)盡量發(fā)揮積分作用消除余差.一般取Ti=2或Ti=(0.5-1)Tp，Tp是振蕩周期。穩(wěn)定性是控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的前提條件。通常，可取衰減比作為穩(wěn)定性指標(biāo)。在整定完成后一定要確保過程控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。十五、系統(tǒng)調(diào)試以及結(jié)果:此系統(tǒng)事采用PID控制規(guī)律實(shí)現(xiàn)單回路液位控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)監(jiān)

14、控。首先給定Kp、Ti、TD的值之后進(jìn)行調(diào)試。在自動(dòng)時(shí)可以改變Sp，此時(shí)Pv相應(yīng)發(fā)生變化，Uk0在自動(dòng)時(shí)無法改變。在手動(dòng)時(shí),Sp和Uk0均可以改，Pv發(fā)生相應(yīng)的變化。在通過OPCLNK建立INTOUCH組態(tài)軟件和Kingview組態(tài)軟件的實(shí)際連接時(shí)，要注意幾點(diǎn)：首先，在Kingview中建立訪問名時(shí)必須與INTOUCH組態(tài)中的訪問名一致，并且此訪問名必須在系統(tǒng)中沒有重復(fù)定義過才行：其次在定義項(xiàng)目名時(shí)必須注意，標(biāo)記名在實(shí)際水壓控制系統(tǒng)中是內(nèi)存離散或是I/O實(shí)型，因?yàn)闃?biāo)記名與主題名不同，可以選擇使用標(biāo)記名作為項(xiàng)目名，使之自動(dòng)輸入到項(xiàng)目框，使用內(nèi)置的主題IOSATUS監(jiān)視I/O對(duì)話時(shí)，項(xiàng)目框總是使用

15、在訪問名中輸入的名稱?？偨Y(jié)：通過這次ASEA培訓(xùn),使我了解了當(dāng)前組態(tài)軟件的發(fā)展。進(jìn)一步學(xué)習(xí)了PLC、Intouch以及Protel的應(yīng)用!學(xué)習(xí)了系統(tǒng)組態(tài)圖的設(shè)計(jì)與制作，使自己的思維更加開闊。通過這次培訓(xùn)不但提高了對(duì)系統(tǒng)組態(tài)的認(rèn)識(shí)也提高了自己的動(dòng)手能力! 通過這次學(xué)習(xí)掌握了對(duì)復(fù)雜電路的實(shí)際和安裝!我希望在未來能夠自性設(shè)計(jì)生產(chǎn)線路和安裝調(diào)試系統(tǒng),知識(shí)與實(shí)際操作聯(lián)系到一起!附錄：?jiǎn)?dòng)時(shí)：VV1=0;VV2=0;VV4=0：TS=1;KP=30;TI=30;TD=0.1;P=KP;I=Ti/Ts;D=Td/Ts;Uk0=0;ek0=0;ek01=0;ek02=0;運(yùn)行期間：IF Star=1 AND Auto=1THENVV1=1;VV2