工業(yè)過程控制課程設計-基于組態(tài)軟件的流量比值過程控制系統(tǒng)設計

1、<p><b>　　工業(yè)過程控制</b></p><p><b>　　課程設計</b></p><p>　　題 目: 基于組態(tài)軟件的流量比值過程控制系統(tǒng)設計 </p><p>　　院系名稱： 專業(yè)班級： </p><p>　　學

2、生姓名： 學 號： </p><p>　　指導教師： 教師職稱： </p><p>　　工業(yè)過程控制課程設計任務書</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1

3、 緒論2</b></p><p><b>　　2 設計目的2</b></p><p><b>　　3 控制要求2</b></p><p>　　4 控制方案及控制規(guī)律2</p><p>　　4.1 控制方案2</p><p>　　4.2控制規(guī)律

4、4</p><p>　　5 工程儀表的選擇5</p><p>　　5.1 液位變送器5</p><p>　　5.2 電動調(diào)節(jié)閥6</p><p>　　5.3 變頻器7</p><p><b>　　5.4 水泵8</b></p><p>　　5.5 模擬

5、量采集模塊9</p><p>　　5.6 模擬量輸出模塊9</p><p>　　5.7 通信轉(zhuǎn)換模塊9</p><p>　　5.8 開關電源9</p><p>　　6 系統(tǒng)組態(tài)設計9</p><p>　　6.1 組態(tài)軟件介紹9</p><p>　　6.2 系統(tǒng)組態(tài)圖10&

6、lt;/p><p>　　6.3 歷史曲線11</p><p>　　6.4 標記名字典11</p><p><b>　　總 結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p><b>　　1 緒論</b></

7、p><p>　　在石油煉制，化工及其他工業(yè)生產(chǎn)過程中，要求兩種或兩種以上的物料按照一定的比例混合或參加反應，一旦物料的配比失調(diào)，就會嚴重影響產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量，有時還會引起事故。</p><p>　　在工業(yè)生產(chǎn)上實現(xiàn)兩個或兩個以上物料符合一定比例關系的控制叫做比值控制系統(tǒng)，通常把保持兩種或幾種物料流量為一定比例關系的系統(tǒng)稱為流量比值控制系統(tǒng)。</p><p>　　在需要保

8、持比值關系的兩種物料中，必有一種物料處于主導地位，該物料一般為貴重或者流量不可控制的，這種物料稱之為主物料，表示這種物料的變量稱為主動量，在流量比值控制系統(tǒng)中主動量也稱主流量，用G1表示；另一種物料按照主流量進行配比，在控制過程中隨主流量而變化，因而稱為從物料，表征其特征的變量稱之為從動量，用G2表示，在流量比值控制系統(tǒng)中也稱之為副流量。一般情況下，總以生產(chǎn)中的主要物料為主流量，或者以不可控物料作為主流量，用改變可控物料及副流量來實現(xiàn)它

9、們之間的比值關系。</p><p><b>　　2 設計目的</b></p><p>　?。?）加深對過程控制系統(tǒng)基本原理的理解和對過程儀表的實際應用能力。（2）培養(yǎng)運用組態(tài)軟件和計算機設計過程控制系統(tǒng)的實際能力。</p><p><b>　　3 控制要求</b></p><p>　?。?）能根

10、據(jù)具體對象及控制要求，獨立設計控制方案，正確選用過程儀表。</p><p>　?。?）能夠根據(jù)過程控制系統(tǒng)A/D、D/A和開關I/O的需要，正確選用模塊。</p><p>　?。?）能根據(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。</p><p>　?。?）能運用組態(tài)軟件，正確設計過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。</p

11、><p>　　4 控制方案及控制規(guī)律</p><p><b>　　4.1 控制方案</b></p><p>　　單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)，圖2.1為單閉環(huán)流量比值控制方案，由副流量的控制部分看，是一個隨動的閉環(huán)控制回路，而主流量的控制則是開環(huán)的。圖2.2所示，主流量G1經(jīng)過比值運算后使輸出信號與輸入信號成一定比例，并作為副流量調(diào)節(jié)器的設定信號值。

12、</p><p>　　在穩(wěn)定狀態(tài)下，主流量和副流量滿足工藝要求的比值，即K=G2/G1為一常數(shù)，當主流量負荷發(fā)生變化時，其流量信號經(jīng)過變送器到比值器，比值器則按預先設定好的比值使輸出成比例的變化，即成比例的改變了副流量調(diào)節(jié)器的設定值，則G2經(jīng)過調(diào)節(jié)作用自動跟隨G1變化，使得在新穩(wěn)態(tài)下比值K保持不變，當副流量由于擾動作用而改變時，因為主流量不變，即FC調(diào)節(jié)器的設定值不變，這樣，對于副流量的擾動，閉合回路相當于一個定

13、值系統(tǒng)加以克服，使工藝要求的流量比值不變。</p><p>　　圖4.1 流量單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)流程圖</p><p>　　圖4.2 流量比值控制系統(tǒng)方框圖</p><p>　　單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是不但能實現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身干擾對比值的影響，因此得到廣泛的使用，尤其適用于主流量在工藝上不允許進行控制的場合。</p>

14、;<p><b>　　控制規(guī)律</b></p><p>　　流量比值控制系統(tǒng)采用的為PID控制規(guī)律，PID控制是比例－積分－微分的簡稱。在工業(yè)生產(chǎn)工程自動控制的發(fā)展歷史中，PID控制是歷史最久、生命力最強的基本控制方式。</p><p>　　PID算法具有如下優(yōu)點：</p><p>　?。?)原理簡單，使用方便；</p>

15、;<p><b>　?。?)適應性強；</b></p><p>　　（3)魯棒性強，即其控制品質(zhì)對被控對象特性的變化不大敏感。</p><p>　　由于PID具有以上優(yōu)點，所以本設計選用他來作為控制規(guī)律。</p><p><b>　　PID程序設計：</b></p><p>　　IF

16、(\\io\kz4==1)</p><p><b>　　\\io\S=8;</b></p><p>　　IF zdkg==1;THEN</p><p>　　a01=KP1*(1+1/TI1+TD1);</p><p>　　a11=KP1*(1+2*KD1);</p><p>　　a21=KP1*T

17、D1;</p><p>　　ek0=5*sp1-FLL;</p><p>　　Uk=a01*ek0-a11*ek01+a21*ek02+Uk01;</p><p><b>　　Uk01=Uk;</b></p><p>　　ek02=ek01;</p><p><b>　　ek01=ek0

18、;</b></p><p>　　IF (Uk<1000) THEN</p><p><b>　　IF (Uk<0)</b></p><p><b>　　Uk0=0;</b></p><p>　　ELSE Uk0=Uk;</p><p><b>

19、;　　ENDIF;</b></p><p><b>　　ENDIF;</b></p><p><b>　　ENDIF;</b></p><p>　　5 工程儀表的選擇</p><p>　　5.1 液位變送器</p><p>　　液位傳感器是用來上位水箱和下位水

20、箱的液位進行檢測，采用工業(yè)用的DBYG擴散硅壓力變送器，本變送器按標準的二線制傳輸，采用高品質(zhì)，低功耗精密器件，穩(wěn)定性和可靠性大大提高?？煞奖愕呐c其他DDZ—IIIX型儀表互換配置，并能直接交換同類儀表。校驗的方法是通電預熱十五分鐘后，分不在零壓力和滿程壓力下檢測輸出電流值。在零壓力下調(diào)整零電位器，使輸出電流為4mA，在滿程壓力下調(diào)整量程電位器，使輸出電流為20mA。本傳感器精度為0.5級，因為二線制，故工作時需串聯(lián)24V直流電源。液位

21、傳感器用來上水位箱和中水位箱的水位進行檢測，采用工業(yè)用的DBYG擴散硅壓力變送器，精度為0.5級，二線制4—20mA標準信號輸出。</p><p>　　圖5.1 壓力傳感器</p><p>　　5.2 電動調(diào)節(jié)閥</p><p>　　調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量、壓力和液位。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號，自動控制閥門的開度，從而達到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、

22、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機構(gòu)或氣動執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。調(diào)節(jié)并通常分為直通單座式和直通雙座式兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場合。德國PS公司進口的PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，PS系列電子式執(zhí)行機構(gòu)可以用于對管道的閥門和風門的調(diào)節(jié)及開與關的控制，其主要特點如下：</p><p>　　一體化結(jié)構(gòu)設計，位置變送器和伺服放大器作為

23、兩個獨立部件均可直接裝入執(zhí)行機構(gòu)內(nèi)部，直接接受4—20mA的控制信號，輸出4—20mA或者1—5VDC的閥位反饋信號，具有自診斷功能，使用和調(diào)校十分方便。功能模塊式結(jié)構(gòu)設計，通過不同可選擇功能的組合，實現(xiàn)從簡單到復雜的控制，滿足不同的應用要求。</p><p>　　結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，重量輕，便于安裝和維護，機械零件全部采用CNC加工部件，工藝精湛。傳動全部采用小齒隙密封齒輪，具有效率高，噪聲低，壽命長和穩(wěn)定可靠

24、，無需再加油等特點。具有多種運行速度，可以滿足各種控制系統(tǒng)的要求，以保證系統(tǒng)的快速響應及穩(wěn)定性。</p><p>　　PSL系列同閥門的連接采用柔軟盤黃連接，可避免閥桿與輸出軸不同軸給閥門帶來的影響，可預置閥門關斷能力保證閥門的可靠關斷，防止泄露。PSQ系列有轉(zhuǎn)矩開關保護，可防止因閥門產(chǎn)生過大轉(zhuǎn)矩而損壞閥桿。驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制作的高速度同步電機，運行平穩(wěn)，具有體積小、轉(zhuǎn)矩大、抗堵轉(zhuǎn)、控制精度高等特點

25、。可設置分段調(diào)節(jié)，即由一臺調(diào)節(jié)器輸出的雙時間比例信號控制兩臺執(zhí)行機構(gòu)（4—12mA對應PSL1的全開全閉，12—20mA對應PSL2的全開全閉）閥位反饋元件全密封高精度多圈電位器，具有體積小、精度高、死區(qū)小、使用壽命長等特點。行程可調(diào)，便于與閥門連接。全部電器元件均采用世界名牌產(chǎn)品，質(zhì)量可靠，使用時間長。</p><p>　　圖5.2 電動調(diào)節(jié)閥</p><p><b>　　5.

26、3 變頻器</b></p><p>　　變頻器是利用電力半導體器件的通斷作用將工頻電源變換為另一頻率的電能控制裝置。變頻器實際上就是一個逆變器，它首先是將交流電變?yōu)橹绷麟?。然后用電子元件對直流電進行開關，變?yōu)榻涣麟姟Ｒ话愎β瘦^大的變頻器用可控硅，并設一個可調(diào)頻率的裝置。使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，用來控制電機的轉(zhuǎn)數(shù)。使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。變頻器廣泛用于交流電機的調(diào)速中。變頻調(diào)速技術是現(xiàn)代電力傳動技術

27、重要發(fā)展的方向，隨著電力電子技術的發(fā)展，交流變頻技術從理論到實際逐漸走向成熟。變頻器不僅調(diào)速平滑，范圍大，效率高，啟動電流小，運行平穩(wěn)，而且節(jié)能效果明顯，所以應用越來越廣泛。</p><p>　　三菱FR-S520變頻器，4-20控制輸入信號，可對流量或者壓力進行控制，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?？蓡蜗嗷蛘呷喙╇姡l率可高達

28、200HZ。</p><p><b>　　圖5.3 變頻器</b></p><p><b>　　5.4 水泵</b></p><p>　　水泵是一種利用大氣壓強將低處的水汲往高處的機器,多半是以電動機作為動力。抽水的電動機泵通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力 , 即把原動機的機械能變?yōu)橐后w能量從而達到抽送液體目的的

29、機器統(tǒng)稱為泵。這里采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。不會影響教師授課減少麻煩。功耗低，220V供電即可，在水泵出水口裝有壓力變送器，與變頻器一起可構(gòu)成恒壓供水系統(tǒng)。</p><p><b>　　圖5.4 水泵</b></p><p>　　5.5 模擬量采集模塊</p><p>　　模擬量輸入模塊可測量多通道交流電壓、電流輸入信號。測量精度：0.2級。1

30、6位A/D循環(huán)采樣，采樣速率：3000次/S；1.2倍量程可正確測量，過載2倍量程輸入1S不損壞；隔離電壓1000VDC。模擬量輸出模塊輸出標準電流信號，可用于驅(qū)動繼電器、開關等。這用A/D牛頓7017模塊8路模擬電壓（1-5V）。</p><p>　　5.6 模擬量輸出模塊</p><p>　　D/A牛頓7024模塊4路模擬輸出，電流(4—20mA) 電壓（1—5V）信號均可。<

31、/p><p>　　5.7 通信轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　485/232轉(zhuǎn)換牛頓7520模塊，轉(zhuǎn)換速度極高（300—115KHz），232口可長距離傳輸。</p><p>　　圖5.5 牛頓模塊示意圖</p><p><b>　　5.8 開關電源</b></p><p>　　DC24的開關電源，最

32、大電流為2A，可以滿足實驗要求。</p><p><b>　　6 系統(tǒng)組態(tài)設計</b></p><p>　　6.1 組態(tài)軟件介紹</p><p>　　隨著工業(yè)自動化水平的迅速提高，計算機在工業(yè)領域的廣泛應用，人們對工業(yè)自動化的要求越來越高，種類繁多的控制設備和過程監(jiān)控裝置在工業(yè)領域的應用，使得傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件已無法滿足用戶的各種需求。在開

33、發(fā)傳統(tǒng)的工業(yè)控制軟件時，當工業(yè)被控對象一旦有變動，就必須修改其控制系統(tǒng)的源程序，導致其開發(fā)周期長；已開發(fā)成功的工控軟件又由于每個控制項目的不同而使其重復使用率很低，導致它的價格非常昂貴；在修改工控軟件的源程序時，倘若原來的編程人員因工作變動而離去時，則必須同其他人員或新手進行源程序的修改，因而更是相當困難。通用工業(yè)自動化組態(tài)軟件的出現(xiàn)為解決上述實際工程問題提供了一種嶄新的方法，因為它能夠很好地解決傳統(tǒng)工業(yè)控制軟件存在的種種問題，使用戶能

34、根據(jù)自己的控制對象和控制目的的任意組態(tài)，完成最終的自動化控制工程。　　組態(tài)（Configuration）為模塊化任意組合。通用組態(tài)軟件主要特點有（1）延續(xù)性和可擴充性。用通用組態(tài)軟件開發(fā)的應用程序，當現(xiàn)場（包括硬件設備或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)）或用戶需求發(fā)生改變時，不需作很多修改而方便地完成軟件的更新和升級；（2）封裝性（易學易用），通用組態(tài)軟件所能完成的功能都用一種方便用戶使</p><p>　　6.2 系統(tǒng)組態(tài)圖<

35、;/p><p>　　圖6.1 系統(tǒng)組態(tài)圖</p><p><b>　　6.3 歷史曲線</b></p><p>　　圖6.2 歷史曲線畫面</p><p>　　6.4 標記名字典</p><p><b>　　圖6.3標記名字典</b></p><p>

36、<b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過這次設計，我受益匪淺，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：</p><p>　　（1）通過這次實踐，我基本掌握了組態(tài)軟件組態(tài)王界面設計，對RS485通信協(xié)議也有了一定的了解。組態(tài)王軟件實現(xiàn)動畫的編程語言和以前我們學過的C語言很類似，而在以前學習C語言時，我們很多同學都認為這門語言都已經(jīng)過時了，我們應該去學習時下流行的.NET和

37、JAVA，但是通過這次設計我發(fā)現(xiàn)，編程思想以及程序的算法往往比編程語言更重要。</p><p>　?。?）上完這門課后，我對單片機的總體感覺是：單片機比較適合做產(chǎn)品研發(fā)或系統(tǒng)設計，而我們以前學的PLC則比較適合于工程控制，它比用單片機控制要簡單一些。相比PLC,用單片機做系統(tǒng)設計要難很多，而且網(wǎng)上的相關資料顯示，PLC比較適合于環(huán)境比較惡劣的工業(yè)現(xiàn)場。因此，學會用PLC做控制也是很重要的。但我發(fā)現(xiàn)，PLC與單片機

38、也有某些類似的地方，而且，學完單片機后，我發(fā)現(xiàn)PLC變得容易了。由此我發(fā)現(xiàn)，其實任何學科都是相通的。而且，通過這個課程設計，我發(fā)現(xiàn)用PLC做過程控制的控制器應該是一個正確的選擇。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 袁本恕.計算機控制系統(tǒng)[M].合肥.中國科技技術大學出版社，1998</p><p>　　[

39、2] 熊新民.過程控制實驗指導書.鄭州.河南工業(yè)大學.2007</p><p>　　[3] 馬正午,周得興.InTouch應用技術.北京.機械工業(yè)出版社.2006</p><p>　　[4] 李義府.模擬電子技術基礎.長沙.國防科技大學出版社.2004</p><p>　　[5] 常曉玲，馬西秦.電氣控制與PLC.鄭州.河南工業(yè)大學.2002</p>