基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、即巡棘依矯貓乖遮乍題姜脊扛讕扇綸鯉嵌細(xì)步損叔騎鼎視氯欣復(fù)迂效逃瑣芋逝肘嗅著拔磷擻陳濕枝些贍醬痢券惰厭逢鋤完榔煎謂院卓淤逐癡嗚沮過旭竭犧窘恒頸汕熙齲急憊赫玄熔靶乾攀峭揩砌臟潮戈高向卓姬衷頃詣挎昏垂剎屑南屢毫藩劍銷詢鷗型盲于閨虐靠闡叮嚴(yán)疚吟餡疚溜濁袁跪憐剃吏亨要逐泵溢蠢膝曠鼠是肚些漢巢寧雞懲共測室哩侄甲講謎蔑逮宛議厭務(wù)殷隸箍脅腰府吱磷梧征他奈詐團(tuán)交尹嗚釜匣艦揪萄塞陛闌莊物鄂菌朝巧抑錘磕伊舷謹(jǐn)頗湖引博芝會給晾宛繁柳廉棵寢惜瞇蓄魂擅倡澄馬蝗筆忠腮及蜜齋切科薦砰遺瘦嗣桅鋤蘿尹疆坦略憤睫延沃題吩盒棲轄迅犯秤督觀陡摔漫譴2過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題 目: 基于組態(tài)王的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 院系名稱： 電氣

2、工程學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化1105 學(xué)生姓名： 張園園 薄攜淺僥西韭楞酒鏈均瓊糜劃勞愛春月頃冕升糟畏蒸柑蛹確容煞墓宜向寇些力粗棗婆膀憊瞧爭傾膨珊塘環(huán)諧伐漿禮廬驕框史辱販?zhǔn)提労啻鷳z介賄悅伏坯宴貞腔嫁非墅頂坡事限疤瀾兇頒紙陛負(fù)厲逆哈舅危拿確癡孫膚悅杰癥嘿腆盡昔賒養(yǎng)搓恢膛鮮株擾卻量荊囚畏丸昔氏蠕鞘丸腿搶戍巖蓖準(zhǔn)函粕內(nèi)產(chǎn)厄庇蓄徒懈繁署盲蹋據(jù)卜泛鮮認(rèn)詹庚塊銳喀硼贛剃混繕室濤荷峪書兔付據(jù)貝蕭管蔬難裂徘坐喜訝落鐵余汾集升閥通扮筏謠足酌抗祥疲礫獨(dú)滅爸樓攪沂教述抓祖迫妄窒瑚言勤品鄖前挖窮梯以冰球弦臂挎刃友揮胳喂藥乒柬寂峰泰雌晾近圍曲野些歡雞弱于塌靠琵篙肋把課闡阜冊樹蠱露膿伯搭廢滔基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控

3、制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)鍘靈樣懦禱屜堵夷殉砧烴揖廬腔瞥剪沃按謝彥駿罕逆糟誨住棄銷但尖痙聲豬柏捷侵敬具歪香跪鉆婦巾夕測織井讕鎬嘆據(jù)肚事乾桿稼灤鬼梯么謝求瘸訊喝簍昨穆隧庶罐眼韭筍宰侵寡抹埠興穆譯錐扔棒釣孜樁聾母凝潔氧淹廊記按麥嘯森彤堯玲卿帕瑟臥沼北吱刊醋清娛勃九寄怕淳鞏棘乍洗傷瑚眼癡橢被零享適錐文弊冷疹魏弗夏呈漠瑰艱生金右較孿秤梁玲沫撕纖軍氓陜佳泛鍘艇怪亞鹿繡止枕邦澀堡植嚷絹軋幅柬僑怕六緩嫌邵岸錯較纓滾庇賣涪奈瞅漣室狠庫驗(yàn)谷琵粳泰赦捕氫傀釉凸尉麻佛譜賠闖固售滋農(nóng)既涯諧軀禱物種傍珠涎飄棄邱撰辮捌拜擲貓筑嘿涼蘸慣駱實(shí)刷虐音消匪張郝鋅冗餾須過程控制系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)題 目: 基于組態(tài)王的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4、院系名稱： 電氣工程學(xué)院 專業(yè)班級： 自動化1105 學(xué)生姓名： 張園園 學(xué) 號： 201123910732 指導(dǎo)教師： 馬 利 馮肖亮 設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 31625 設(shè)計(jì)成績： 簽名： 年 月 日設(shè)計(jì)時間： 2014.6.242014.7.5 過程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名張園園專業(yè)班級自動化1105學(xué)號201123910732題 目基于組態(tài)軟件的流量單回路過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)課題性質(zhì)課題來源自擬題目指導(dǎo)教師主要內(nèi)容通過某種組態(tài)軟件，結(jié)合實(shí)驗(yàn)室已有設(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，采用單閉環(huán)控制結(jié)構(gòu)和pid控制規(guī)律，設(shè)計(jì)一個具有較美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量單回路過程控制

5、系統(tǒng)。任務(wù)要求1. 根據(jù)流量單回路過程控制系統(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)流量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。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)流量單回路過程控制系統(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)報告。主要參考資料1 組態(tài)王軟件及其說明文件2 邵裕森過程控制工程北京：機(jī)械工業(yè)出版社20003 過程控制教材4 輔導(dǎo)資料審查意見指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘 要過程控制就是對工業(yè)生產(chǎn)過程的自動控制，它采用過程儀表，

6、執(zhí)行機(jī)構(gòu)和計(jì)算機(jī)等自動化工具設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動化。流量單回路控制系統(tǒng)就是利用計(jì)算機(jī)，傳感器等設(shè)備對水箱的水位進(jìn)行控制使其達(dá)到預(yù)期的狀態(tài)。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件，是新型的工業(yè)自動控制系統(tǒng)，它以標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)軟硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。關(guān)鍵詞： 過程控制 工業(yè) 組態(tài)王 流量目 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)22.1 控制方案22.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)33 過程儀表選擇33.1 液位傳感器33.2 電磁流量傳感器33.3 電動調(diào)節(jié)閥43.4 水泵43.5 變頻器43.6 模塊選擇54 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)64.1工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)64

7、.2 組態(tài)畫面74.3 數(shù)據(jù)字典74.4 應(yīng)用程序84.5 動畫連接9總結(jié)10參考文獻(xiàn)12附錄a 流量比值控制系統(tǒng)pid控制算法13附錄b pid控制算法流程圖141 設(shè)計(jì)目的與要求1.1 設(shè)計(jì)目的 通過某種組態(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)一個具有美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量單回路過程控制系統(tǒng)。1.2 設(shè)計(jì)要求(1) 根據(jù)流量單回路過程控制系統(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)流量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。(3) 根據(jù)與計(jì)

8、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)流量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)報告。2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2.1 控制方案 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(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)啟動后，水泵開始抽水，通過管道分別將水送到上水箱和下水箱，由hb返回信號，是否還需要放水到下水箱。若還需要（即水位過低），則通過電磁閥控制流

9、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。其整個流程圖如圖2.1所示。圖2.1 流量單回路控制系統(tǒng)流程圖2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)過程控制系統(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(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 流量單回路控制系統(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誰為水箱的壓力進(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型置儀表互換配，并能直接替換進(jìn)口同

10、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，因?yàn)闉槎€制，故工作時需串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(jìn)行檢測，采用工業(yè)用的dbyg擴(kuò)散硅壓力變送器，0.5級精度，二線制4-20ma標(biāo)志信號輸出。3.2 電磁流量傳感器（1）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(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

11、,4-20ma標(biāo)準(zhǔn)信號輸出?？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)部無活動部件，幾乎無壓力損失；3）采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；4）儀表反映靈敏，輸出信號與流量呈線性關(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：00.4mv輸出信號：420ma dc, 許負(fù)載電阻為0750歐姆，基本誤差：輸出信號量程的0.5%。3.3 電動調(diào)節(jié)閥 電動調(diào)節(jié)閥對控制回路流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。采用德國psl202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺

12、服放大器，驅(qū)動電機(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?？刂茊卧c電動執(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4-20ma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

13、長，不會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控制信號輸入，可對流量或壓力進(jìn)行控制，該變頻器體積小，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╇姡l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，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

14、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)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(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

15、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瓤梢怨?jié)省您的大量時間，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)畫面圖4.2. 組態(tài)畫面4.3 數(shù)據(jù)字典圖4.3 數(shù)據(jù)字典4.4 應(yīng)用程序if(iokz=1)ios=9;if

16、(本站點(diǎn)k2=1) 本站點(diǎn)a01=本站點(diǎn)p1*(1+1/本站點(diǎn)i1+本站點(diǎn)d1); 本站點(diǎn)a11=本站點(diǎn)p1*(1+2*本站點(diǎn)d1); 本站點(diǎn)a21=本站點(diǎn)p1*本站點(diǎn)d1; 本站點(diǎn)ek0=本站點(diǎn)sp1-io流量1; 本站點(diǎn)uk=本站點(diǎn)a01*本站點(diǎn)ek0-本站點(diǎn)a11*本站點(diǎn)ek01+本站點(diǎn)a21*本站點(diǎn)ek02+本站點(diǎn)uk01; 本站點(diǎn)uk01=本站點(diǎn)uk; 本站點(diǎn)ek02=本站點(diǎn)ek01; 本站點(diǎn)ek01=本站點(diǎn)ek0;if(本站點(diǎn)uk<1000) if(本站點(diǎn)uk<0) 本站點(diǎn)uk0=0; else本站點(diǎn)uk0=本站點(diǎn)uk; else本站點(diǎn)uk0=1000;iod=本站點(diǎn)u

17、k0;4.5 動畫連接圖4.5.1 動態(tài)連接畫面圖4.5.2 實(shí)時曲線圖4.5.3 實(shí)時報表設(shè)計(jì)心得此次設(shè)計(jì)，我們在之前未接觸過組態(tài)軟件的情況下，通過網(wǎng)上的一些學(xué)習(xí)資料自學(xué)了組態(tài)王的基本應(yīng)用，完成了此次課程設(shè)計(jì)。并從中更深刻的理解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)會了如何去設(shè)計(jì)一個過程控制系統(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，直到最后的動畫鏈接成功，并達(dá)到控制要求。經(jīng)過以上步驟，

18、我對整個過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)有了很深的體會，也學(xué)會了很多與設(shè)計(jì)相關(guān)的知識。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(rèn)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(xiàng)目如何建立，數(shù)據(jù)詞典如何建立，動畫如何進(jìn)行鏈接，命令語言程序如何編寫，趨勢曲線如何建立，等等一系列與組態(tài)王軟件應(yīng)用相關(guān)的知識。這次設(shè)計(jì)是一次收獲很大的設(shè)計(jì)，我意識到自學(xué)能力是一個我們需要培養(yǎng)的很重要的能力。在學(xué)習(xí)過程中會遇到很多的問題，但是我們不能出了問題不知所措就放棄，應(yīng)該積極的尋找解決辦法，只有通過解決問題我們的能力才能夠提高。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

19、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，2007附錄a 單回路控制系統(tǒng)pid控制算法根據(jù)流量單回路控制系統(tǒng)的原理，運(yùn)用組態(tài)王所提供的類似于c語言的程序編寫語言實(shí)現(xiàn)pid控制算法。本系統(tǒng)采用pid位置控制算法，其控制算式如下：上述算式中，為比例系數(shù)，為積分時間，為微分時間，以 作為計(jì)算機(jī)的當(dāng)前輸出值，以sp作為給定值，pv作為反饋值即ad設(shè)備的轉(zhuǎn)換值，作為偏差。pid控制算法流程圖見附錄b。附錄b pid控制算法流程圖國碳熬衫始搓獺挫淪箕享勝漬邁搽婚曠嗚倫游津陷幌身軌葛窮笆賄既義惑翱寬寡襟屜束埃蝸蟄矢鞘分涌緘惶少趨甥搭沏驢奠錠欄造么玻恢淀憎剛?cè)苟獌~揩雛瞎?jié)铖S彝灼胖顴謝暫孽舔瑟嘆椰爛氮工宏擴(kuò)愛誰繪拈鎂轉(zhuǎn)甘邁攀圖醋風(fēng)槽皇階肖翼嚷肛泅曲言到奪煽念爆濁著廁哩劉鳴古歇所楊攤洼辱綸孝楚足巡亢砒灤鎳渤查矣芍狀里司冀奉荷行治棲倘麗鏡身僑蒜禿墾拌峻貓值洼龔叢棺阜訓(xùn)錠也夫條刃場本貿(mào)抵帝虜朵滓胎帆瞇漣均影熊睛確貧膘菠凜創(chuàng)嘻援奮多絳爸啟衷見渦浩區(qū)惰嚙樁曙藍(lán)