基于組態(tài)王單容水箱控制課程設(shè)計

1、<p>　　過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計</p><p>　　基于組態(tài)軟件單容水箱過程控制系統(tǒng)</p><p>　姓 名：</p><p>　學(xué) 號：</p><p>　班 級：</p><p>　專 業(yè)：</p><p>　指導(dǎo)教師：</p><p

2、><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計目的與要求1</p><p>　　1.1 設(shè)計目的1</p><p>　　1.2 設(shè)計要求1</p><p>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計1</p><p>　　2.1 控制方案1</p><p>　　2.

3、2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)2</p><p>　　3 過程儀表選擇2</p><p>　　3.1 液位傳感器2</p><p>　　3.2 電磁流量傳感器3</p><p>　　3.3 電動調(diào)節(jié)閥3</p><p><b>　　3.4 水泵3</b></p><p><

4、b>　　3.5 變頻器4</b></p><p>　　3.6 模塊選擇4</p><p>　　4 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計4</p><p>　　4.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計5</p><p>　　4.2 組態(tài)畫面5</p><p>　　4.3 數(shù)據(jù)字典6</p><p>

5、　　4.4 應(yīng)用程序6</p><p>　　4.5 動畫連接9</p><p><b>　　總結(jié)12</b></p><p><b>　　參考文獻12</b></p><p>　　附錄A 單回路控制系統(tǒng)PID控制算法13</p><p>　　附錄B PID控制算法流

6、程圖13</p><p>　　1. 設(shè)計目的與要求</p><p><b>　　1.1 設(shè)計目的</b></p><p>　　通過組態(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)。</p><

7、p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　(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。</p><p>　　(2) 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。</p><p>　　(3) 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選用RS485/

8、RS232轉(zhuǎn)換與通訊模塊。</p><p>　　(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。</p><p>　　(5) 提交包括上述內(nèi)容的課程設(shè)計報告。</p><p><b>　　2. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計</b></p><p><b>　　2.1 控制方案</b&

9、gt;</p><p>　　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。</p><p>　　當(dāng)系統(tǒng)啟動后，水泵開始抽水，通過管道將水送到上水箱，由HB返回信號，是否還需要抽水到水箱。若還需要（即水位過低），

10、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</p><p>　　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。</p><p>　　圖2.1 液位單回路控制系統(tǒng)圖</p><p><b>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　過程控制

11、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.</p><p>　　圖2.2 液位單回路控制系統(tǒng)框圖</p><p><b>　　過程儀表選擇</b></p><p><b>　　3.1 液位傳感器</b></p><p>

12、　　液位傳感器用來對上水箱液位的壓力進行檢測，采用工業(yè)的DBYG擴散硅壓力變送器，本變送器按標(biāo)準的二線制傳輸，喜愛用高品質(zhì)低耗精密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高。可方便的與其他DDZ—3X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

13、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(biāo)志信號輸出。</p><p>　　3.2 電磁流量傳感器</p><p>　?。?）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LDS-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0~.

14、03m3/h,壓力1.6Mpmax,4-20mA標(biāo)準信號輸出。可與顯示，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：</p><p>　　1）采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；</p><p>　　2）結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動部件，幾乎無壓力損失；</p><p>　　3）采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，

15、零點穩(wěn)定；</p><p>　　4）儀表反映靈敏，輸出信號與流量呈線性關(guān)系,量程比寬；</p><p>　?。?）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：0~0.4mV輸出信號：4~20mA DC, 許負載電阻為0~750歐姆，基本誤差：輸出信號量程的0.5%。</p><p><b>　　3.3 電動調(diào)節(jié)閥</b><

16、;/p><p>　　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

17、。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。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長等優(yōu)點。</p><p><b>　　3.4 水泵</b></p><p>　　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

18、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)。</p><p><b>　　3.5 變頻器</b></p><p>　　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?？蓡蜗嗷蛉喙?/p>

19、電，頻率可高達200Hz。</p><p><b>　　3.6 模塊選擇</b></p><p>　　當(dāng)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。</p><p>

20、;　　1) D/A模塊：采用牛頓7024模塊。4路模擬輸出，電流（4-20mA）電壓（1~5V）信號均可。</p><p>　　2) A/D 模塊：采用牛頓7017模塊。8路模擬電壓（1~5V）輸入。</p><p>　　3) DO模塊：采用牛頓7043模塊。</p><p>　　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（300~

21、115KHz），232口可長距離。</p><p><b>　　4. 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計</b></p><p>　　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)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。</p><p>

22、;　　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。</p><p>　　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)?，既可以?jié)省您的大量時間，又能提高系統(tǒng)性能。</p><p>　　組態(tài)王可用于電力、制冷、化工、機械制造、交通管理等多種

23、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)。</p><p>　　4.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計</p><p>　　圖4.1.1 工藝流程圖 圖4.1.2 系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計</p><p><b>　　4.2 組態(tài)畫面</b></p>

24、;<p><b>　　4.3 數(shù)據(jù)字典</b></p><p><b>　　4.4 應(yīng)用程序</b></p><p>　　if(\\本站點\開關(guān)轉(zhuǎn)換==1)</p><p>　　{\\本站點\Ti=8;</p><p>　　\\本站點\Kp=15;</p><p&g

25、t;　　\\本站點\Td=10;</p><p>　　if(\\本站點\電機==1 &&\\本站點\開關(guān)==0)</p><p>　　{\\本站點\ek0=\\本站點\Sp-\\本站點\水箱液位;</p><p>　　\\本站點\微分液位差=\\本站點\ek0+\\本站點\ek2-2*\\本站點\ek1;</p><p>　　

26、\\本站點\Uk=(\\本站點\Ti*(\\本站點\ek0-\\本站點\ek1)+\\本站點\Kp*\\本站點\ek0+\\本站點\Td*\\本站點\微分液位差)/500;</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位+\\本站點\Uk;</p><p>　　\\本站點\液位傳遞值=\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\ek1=\\

27、本站點\ek0;</p><p>　　\\本站點\ek2=\\本站點\液位傳遞值;</p><p>　　\\本站點\儲水箱液位=300-\\本站點\水箱液位;}</p><p>　　if(\\本站點\電機==1 &&\\本站點\開關(guān)==1)</p><p>　　{\\本站點\ek0=\\本站點\Sp-\\本站點\水箱液位;&l

28、t;/p><p>　　\\本站點\微分液位差=\\本站點\ek0+\\本站點\ek2-2*\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\Uk=(\\本站點\Ti*(\\本站點\ek0-\\本站點\ek1)+\\本站點\Kp*\\本站點\ek0+\\本站點\Td*\\本站點\微分液位差)/500+\\本站點\水流;</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本

29、站點\水箱液位+\\本站點\Uk-\\本站點\水流;</p><p>　　\\本站點\液位傳遞值=\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\ek1=\\本站點\ek0;</p><p>　　\\本站點\ek2=\\本站點\液位傳遞值;</p><p>　　\\本站點\水流=\\本站點\水箱液位/100;</p>&l

30、t;p>　　\\本站點\儲水箱液位=300-\\本站點\水箱液位;}</p><p>　　if(\\本站點\電機==0 &&\\本站點\開關(guān)==1)</p><p>　　{\\本站點\水流=\\本站點\水箱液位/100;</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位-\\本站點\水流;</p><p>

31、　　\\本站點\儲水箱液位=300-\\本站點\水箱液位;</p><p>　　if(\\本站點\水箱液位<1)</p><p>　　\\本站點\水流=0;</p><p><b>　　}}</b></p><p>　　if(\\本站點\開關(guān)轉(zhuǎn)換==0)</p><p>　　{if(\\本站

32、點\電機==1 &&\\本站點\開關(guān)==0)</p><p>　　{\\本站點\ek0=\\本站點\Sp-\\本站點\水箱液位;</p><p>　　\\本站點\微分液位差=\\本站點\ek0+\\本站點\ek2-2*\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\Uk=(\\本站點\Ti*(\\本站點\ek0-\\本站點\ek1)+\\本站點

33、\Kp*\\本站點\ek0+\\本站點\Td*\\本站點\微分液位差)/500;</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位+\\本站點\Uk;</p><p>　　\\本站點\液位傳遞值=\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\ek1=\\本站點\ek0;</p><p>　　\\本站點\ek2=\\本站點

34、\液位傳遞值;</p><p>　　\\本站點\儲水箱液位=300-\\本站點\水箱液位;}</p><p>　　if(\\本站點\電機==1 &&\\本站點\開關(guān)==1)</p><p>　　{\\本站點\ek0=\\本站點\Sp-\\本站點\水箱液位;</p><p>　　\\本站點\微分液位差=\\本站點\ek0+\\本

35、站點\ek2-2*\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\Uk=(\\本站點\Ti*(\\本站點\ek0-\\本站點\ek1)+\\本站點\Kp*\\本站點\ek0+\\本站點\Td*\\本站點\微分液位差)/500+\\本站點\水流;</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位+\\本站點\Uk-\\本站點\水流;</p><p>

36、;　　\\本站點\液位傳遞值=\\本站點\ek1;</p><p>　　\\本站點\ek1=\\本站點\ek0;</p><p>　　\\本站點\ek2=\\本站點\液位傳遞值;</p><p>　　\\本站點\水流=\\本站點\水箱液位/100;</p><p>　　\\本站點\儲水箱液位=300-\\本站點\水箱液位;}</p>

37、;<p>　　if(\\本站點\電機==0 &&\\本站點\開關(guān)==1)</p><p>　　{\\本站點\水流=\\本站點\水箱液位/100;</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位-\\本站點\水流;</p><p>　　\\本站點\儲水箱液位=300-\\本站點\水箱液位;</p><p

38、>　　if(\\本站點\水箱液位<1)</p><p>　　\\本站點\水流=0;</p><p><b>　　}}</b></p><p>　　if(\\本站點\Uk<=1)</p><p>　　\\本站點\uk=\\本站點\Uk*100;</p><p><b>　

39、　else</b></p><p>　　\\本站點\uk=100;</p><p>　　if(\\本站點\電機==0)</p><p>　　\\本站點\Uk=0;</p><p>　　if(\\本站點\水箱液位>\\本站點\Sp)</p><p>　　\\本站點\水箱液位=\\本站點\水箱液位-\\本

40、站點\水流;</p><p><b>　　4.5 動畫連接</b></p><p><b>　　(1)自動控制</b></p><p><b>　　(2)手動控制</b></p><p><b>　　(3)實時曲線</b></p><p

41、><b>　　(4)歷史曲線</b></p><p><b>　　總 結(jié)</b></p><p>　　通過此次設(shè)計，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。</p><p>　　并且學(xué)會了如何去設(shè)計一個過程控制系統(tǒng)，掌握了基本的設(shè)計步驟。了解到，一般情況下，它都要

42、經(jīng)過一下幾個步驟：認知被控對象、設(shè)計控制方案、選擇控制規(guī)律、選擇過程儀表、選擇過程模塊、設(shè)計系統(tǒng)流程圖和組態(tài)圖、設(shè)計組態(tài)畫面、設(shè)計數(shù)據(jù)詞典等，直到最后的動畫鏈接成功，并達到控制要求。經(jīng)過以上步驟，我對整個過程控制系統(tǒng)的設(shè)計有了很深的體會，也學(xué)會了很多與設(shè)計相關(guān)的知識。</p><p>　　對組態(tài)王軟件也有了很大的了解，學(xué)會了初步的應(yīng)用。認識到了組態(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)用程序項目如何建立，

43、數(shù)據(jù)詞典如何建立，動畫如何進行鏈接，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。</p><p>　　在這次課程設(shè)計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)計是一次收獲很大的設(shè)計，學(xué)到了很多教學(xué)中學(xué)不到的東西，對我的動手能力有了很大的幫助。同時也要感謝老師對我們這次課程設(shè)計的指導(dǎo)，讓我們獲益匪淺！</

44、p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　1.陳夕松，華成英．過程控制系統(tǒng)[M]．北京：科學(xué)出版社，2006</p><p>　　2.熊新民．工業(yè)過程控制課程設(shè)計指導(dǎo)書，2008</p><p>　　3.邵裕森．過程控制工程[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2000</p><p&g

45、t;　　4.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，2007</p><p>　　5.方康玲.過程控制系統(tǒng).武漢：武漢理工大學(xué)出版社，2002.6 </p><p>　　6.蔣慰孫，俞金壽.過程控制工程.上海：中國石化出版社，1999.9 </p><p>　　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.

46、2</p><p>　　8.邵裕森，戴先中.過程控制工程.北京：機械工業(yè)出版社，2000.5 </p><p>　　9.劉巨良.過程控制儀表.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1998</p><p>　　附錄A 單回路控制系統(tǒng)PID控制算法</p><p>　　根據(jù)流量單回路控制系統(tǒng)的原理，運用組態(tài)王所提供的類似于C語言的程序編寫語言實現(xiàn)PID控制算法