管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告

1、管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告目錄一、控制目的和性能要求 21.1 控制目的 21.2 性能要求 2二、方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇 22.1 方案控制設(shè)計(jì) 22.2 控制規(guī)律選擇 3三、儀表與模塊選擇 33.1 選擇過(guò)程儀表 33.2 選擇過(guò)程模塊 3四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì) 44.1工藝流程圖 44.2系統(tǒng)組態(tài)圖 4五、組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì) 5六、組態(tài)程序設(shè)計(jì) 6七、安裝結(jié)線 7八、系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程 8九、結(jié)果分析 99.1 自動(dòng)控制狀態(tài) 99.2 手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài) 129.3 會(huì) 13管道流量單回路控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與調(diào)試報(bào)告1、 控制目的和性能要求1.1 控制目的根據(jù)設(shè)定的管道對(duì)象和其他配置，運(yùn)用計(jì)算

2、機(jī)和InTouch組態(tài)軟件，設(shè)計(jì)一套監(jiān)控系統(tǒng)，并能夠過(guò)調(diào)試使得管道內(nèi)流量維持恒定或保持在一定的誤差范圍之內(nèi)。1.2 性能要求(1) .要求管道流量恒定，流量設(shè)定值 SP自行給定。(2) .無(wú)擾時(shí)，水流基本恒定，由電動(dòng)閥控制水泵實(shí)現(xiàn)。(3) .有擾時(shí)：改變電動(dòng)閥開(kāi)度，管道水流允許波動(dòng)。(4) .預(yù)期性能：響應(yīng)曲線為衰減振蕩；允許存在一定誤差10%SP;調(diào)整時(shí)間盡可能短。2、 方案設(shè)計(jì)、控制規(guī)律選擇2.1 方案控制設(shè)計(jì)管道流量控制系統(tǒng)只須控制流量，控制簡(jiǎn)單，反饋控制可消除被包圍在閉環(huán)內(nèi)的一切擾動(dòng)對(duì)被控對(duì)象的影響。所以單回路反饋控制就可滿足管道流量控制系統(tǒng)的要求。管道流量有兩種原因：電動(dòng)閥的開(kāi)度大小

3、、變頻器的頻率高低，而電動(dòng)閥開(kāi)度為主要原因。因此本方案采用以電動(dòng)閥開(kāi)度為控制參數(shù)，變頻器的頻率為干擾因素。管道流量為被控參數(shù)，電動(dòng)閥為執(zhí)行器。采用單回路反饋控制。通過(guò)比較反饋量和給定值的偏差，利用反饋控制規(guī)律控制電動(dòng)閥的打開(kāi)和閉合，如圖2.1所示：圖2.1管道流量單回路控制系統(tǒng)方框圖2.2 控制規(guī)律選擇為了取得較好的控制效果，上述單回路系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)為自動(dòng)控 制時(shí)，系統(tǒng)控制規(guī)律為PID控制規(guī)律。調(diào)試時(shí)根據(jù)調(diào)整情況可采用 PI或PID控 制規(guī)律。Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時(shí)間常數(shù)，Td為微分時(shí)間常數(shù)。比例作用：能迅速反應(yīng)誤差，但不能消除穩(wěn)態(tài)誤差。積分作用：消除靜態(tài)誤差，但容易引起超調(diào)，

4、甚至出現(xiàn)振蕩。微分作用：減小超調(diào)，克服振蕩，提高穩(wěn)定性，改善系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。但一般 不常用。三、儀表與模塊選擇3.1 選擇過(guò)程儀表包括檢測(cè)儀表和執(zhí)行器。主要有流量傳感器、電磁流量轉(zhuǎn)換器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥 和計(jì)算機(jī)控制器。電磁流量傳感器采用LDG-10S型電磁流量傳感器。流量轉(zhuǎn)換器采用 LDZ-4 型電磁流量轉(zhuǎn)換器。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥采用德國(guó) PS公司進(jìn)口 PSL201型智能電動(dòng)調(diào)節(jié) 閥。計(jì)算機(jī)控制器：變頻器采用三菱FR-S520變頻器；水泵采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵；電磁閥。其他的過(guò)程儀表還有液位傳感器、壓力傳感器。3.2 選擇過(guò)程模塊主要有A/D模塊、D/A模塊和開(kāi)關(guān)I/O模塊。過(guò)程模塊采用目前最新的牛頓 70

5、00系列遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊和組態(tài)軟件組成。A/D模塊采用nudan7017; D/A模塊采用nudan7024;通訊模塊采用nudan752Q四、工藝流程圖與系統(tǒng)組態(tài)圖設(shè)計(jì)4.1 工藝流程圖單回路在一般情況下就能滿足控制要求了。 流量傳感器把檢測(cè)到的值送到流 量轉(zhuǎn)換器，由實(shí)測(cè)值轉(zhuǎn)化為電流信號(hào)，再有模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)化成數(shù)字送到計(jì)算機(jī)， 把送到計(jì)算機(jī)的數(shù)值與給定值比較得誤差， 再通過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)化成電流信號(hào)來(lái)控 制電動(dòng)閥的打開(kāi)和關(guān)閉，以此來(lái)控制流量。其工藝流程圖如圖 4.1所示：圖4.1管道流量單回路工藝流程圖4.2 系統(tǒng)組態(tài)圖自動(dòng)控制時(shí)：把實(shí)際流量值(PV)和給定值(SP)通過(guò)PID控制規(guī)律計(jì)算后得出

6、 結(jié)果輸出來(lái)控制；手動(dòng)時(shí)直接控制。組態(tài)圖如圖 4.2所示:SPPV(IN 2)手動(dòng)圖4.2系統(tǒng)組態(tài)圖五、組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)組態(tài)畫(huà)面設(shè)計(jì)了靜態(tài)畫(huà)面(如圖5.1)和動(dòng)態(tài)畫(huà)面(如圖5.2)。其中包括：(1) .各測(cè)試設(shè)備(水箱、水泵、電磁閥、電動(dòng)閥、管道等)及液位游標(biāo)指示、壓 力數(shù)字顯示和指針顯示、閥門(mén)開(kāi)度百分比指示、管道水流動(dòng)態(tài)顯示、水箱儲(chǔ)水變 色顯示。(2) .設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)詞典，(3) .設(shè)計(jì)組態(tài)控制程序：含開(kāi)關(guān)閥門(mén)控制、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制和PID控制算法等，同時(shí)應(yīng)具備手動(dòng)控制、自動(dòng)控制和閉環(huán)控制功能。(4) .設(shè)計(jì)歷史曲線圖和實(shí)時(shí)曲線圖。設(shè)計(jì)參數(shù)顯示與調(diào)整框。(5) .完成動(dòng)畫(huà)鏈接。圖5.1靜態(tài)畫(huà)面圖5.2

7、動(dòng)態(tài)畫(huà)面AHA：。川四 文#1 口惘部備,Bn(£> UN少"高晶屈且EIT年耳fiM£i金苴生1a n e a陵rtC JXKllMDfKJU«lBTriK>>.MDHJWHlRArai ,六、組態(tài)程序設(shè)計(jì)實(shí)時(shí)控制的觸動(dòng)按鈕設(shè)為 DiscTagl,手動(dòng)自動(dòng)轉(zhuǎn)換觸動(dòng)按鈕為 DiscTag2。 當(dāng)時(shí)實(shí) 控制 時(shí)DiscTag1=1,程序 開(kāi)始運(yùn) 行，否則 結(jié)束；自動(dòng) 控制狀態(tài)時(shí) DiscTag2=0,手動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)DiscTag2=0,程序結(jié)束。則程序流程圖如圖 6.1所 示：圖6.1程序流程圖七、安裝結(jié)線實(shí)驗(yàn)中 DA 模塊中的IO0 為

8、控制調(diào)節(jié)閥開(kāi)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， IN0 為上水箱液位的檢測(cè)，IN1 為下水箱液位的檢測(cè)，IN5 是閥位反饋信號(hào)檢測(cè)，IN6 是水泵出中壓力信號(hào)檢測(cè)。在DA 模塊中，由于模塊本身不能提供電源，在控制時(shí)應(yīng)串入24V 直流電源， 輸出電流信號(hào)控制執(zhí)行器，AGND 為 DA 模塊公共地。由于變送器輸出的都是電流信號(hào)，而 AD 模塊采集的是電壓信號(hào)，所以在 AD 通道折正負(fù)端并聯(lián)一個(gè) 250 歐姆的電阻，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。I/O 接線對(duì)應(yīng)如下：液位變送器輸出I :1(+)電源正極(上水箱液位檢測(cè)) 2(-)In7+In7 電源

9、負(fù)極液位變送器輸出H :3(+)電源正極(下水箱液位檢測(cè)) 4(+)In0+In0 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+(主管道流量檢測(cè)) 18(-)In2-電動(dòng)調(diào)節(jié)閥輸入：9(+) 電源正極(主管道電動(dòng)閥控制)10(-)Io0+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(-)In5-八、系統(tǒng)調(diào)試過(guò)程啟動(dòng)TOCPLINK;配置TOPICDEFINITION ;設(shè)置“topic”名稱自定義為 LLK

10、Z ;再設(shè)置“ OPCSERVER”為下拉選項(xiàng)“ kingview.vive”，其他為默認(rèn)值， OK;進(jìn)入InTouch ,點(diǎn)擊“配置”一“訪問(wèn)名”，設(shè)置訪問(wèn)名為“topic”名稱， 應(yīng)用程序名為OPCLINK,主題名同訪問(wèn)名，選擇 DDE協(xié)議，OK;打開(kāi)標(biāo)記名 詞典，建立InTouch標(biāo)記甸與組態(tài)王變量名通訊聯(lián)系： 逐個(gè)選擇InTouch里的I/O 型標(biāo)記名，定義訪問(wèn)名為“topic”名稱LLKZ ,項(xiàng)目名為組態(tài)王里的對(duì)應(yīng)變量名， 離散型前面加d,整型加i,實(shí)型加r,消息型加m,全部變量加.value。注意每 設(shè)置一個(gè)變量，保存一次。然后 OK。運(yùn)行InTouch程序。然后調(diào)整程序、有關(guān)參數(shù)

11、可得出運(yùn)行良好的控制狀態(tài)： 如圖8.1所示。文偉(E) sFffilU構(gòu)別(3部箕L才8開(kāi)蠟11良EMjdi-Whdw的.|J口Tw二h二dCT北,廠mE!仲u(mài)frM>g曳陣.Imp - '的包匕川.doc .做但/0破國(guó)OLfcSS圖8.1系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)狀態(tài)圖系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)有自動(dòng)控制和手動(dòng)控制兩種狀態(tài)，自動(dòng)控制狀態(tài)時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)PID參數(shù)來(lái)調(diào)整系統(tǒng)以達(dá)到穩(wěn)定的運(yùn)行。手動(dòng)時(shí)可直接通過(guò)調(diào)節(jié)Uk來(lái)調(diào)整使系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定，系統(tǒng)運(yùn)行流程圖如圖8.1所示：圖8.2系統(tǒng)運(yùn)行流程圖九、結(jié)果分析9.1 自動(dòng)控制狀態(tài)自動(dòng)控制是由PID控制規(guī)律來(lái)控制的。由于剛開(kāi)始調(diào)試，P、I、D的值不合適，系統(tǒng)出現(xiàn)了不穩(wěn)

12、定的狀態(tài)，如出現(xiàn)等幅振蕩和有誤差不能達(dá)到預(yù)期效果。這樣可以通過(guò)調(diào)節(jié)PID參數(shù)進(jìn)行整定，以達(dá)到快速穩(wěn)定的運(yùn)行。PID參數(shù)整定方法：可用湊試法來(lái)對(duì)其進(jìn)行整定。整定方法為：(1) .只整定比例部分，系數(shù)由小變大，得到反應(yīng)快，超調(diào)小的響應(yīng)曲線。如 果系統(tǒng)已無(wú)靜差，則直接使用比例即可。(2) .取積分時(shí)間為較大值，減比例部分得到的比例參數(shù)，逐步減小積分時(shí)間， 直到系統(tǒng)無(wú)靜差。(3) .加入微分環(huán)節(jié)，改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能。先取微分時(shí)間為零，逐步增大微 分時(shí)間，同時(shí)改變比例參數(shù)和積分時(shí)間，直到系統(tǒng)得到好的動(dòng)態(tài)性能和效果。K|開(kāi)電InTouch ' WkidoHViewer - CtP(XUMENTS

13、AP MTTINGSADINISTRATDR時(shí)，,Z00-3i' LIX文件舊虔匏CD特別麋英*，大理固M|+ 國(guó)Kp 26 00 Ti 26.00 Td 0.60SP 2E.D0 u(k| O.OQ pv "70實(shí)時(shí)控制自動(dòng)PID雙定 實(shí)時(shí)曲線 歷史曲饗 結(jié)束實(shí)驗(yàn)則叫的0師匚孫-| W】nm,| 口娼翡“ |耕雁|崎蝴”仍的圖9.1系統(tǒng)不穩(wěn)定一一等幅振蕩如圖9.1所示，系統(tǒng)不穩(wěn)定出現(xiàn)的等幅振蕩?？赏ㄟ^(guò)調(diào)整 PID的值來(lái)調(diào)節(jié)如圖9.2所示，系統(tǒng)控制中存在靜態(tài)誤差，不能夠達(dá)到系統(tǒng)所要求的目的。也須要通過(guò)PID的調(diào)節(jié)來(lái)控制，可減小 Kp（Kp值可從60減小到55）、增大（值可從1

14、0增加到50）來(lái)調(diào)節(jié)，以達(dá)到最佳狀態(tài)。使系統(tǒng)快速平穩(wěn)的達(dá)到控制要求 如圖9.3所示:圖9.3系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定運(yùn)行圖圖9.4自動(dòng)控制運(yùn)行其間的歷史曲線9.2 手動(dòng)調(diào)節(jié)狀態(tài)手動(dòng)調(diào)節(jié)只須調(diào)節(jié)uk值使系統(tǒng)達(dá)到準(zhǔn)確、穩(wěn)定白運(yùn)行狀態(tài)即可。如圖9.5所示：圖9.5手動(dòng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行圖心得體會(huì)通過(guò)一個(gè)多月的ASEA 培訓(xùn)，使我掌握了很多理論課上學(xué)不到的東西，增強(qiáng)了我的學(xué)習(xí)興趣，提高了我的技術(shù)水平。在這一個(gè)多月中，我熟練掌握了InTouch 組態(tài)軟件的應(yīng)用和控制。能應(yīng)用InTouch 組態(tài)軟件編程，對(duì)工程控制系統(tǒng)進(jìn)行硬件連接，并能應(yīng)用InTouch組態(tài)軟件和組態(tài)王連接來(lái)進(jìn)行對(duì)工程控制系統(tǒng)安裝與調(diào)試。了解了由PLC 硬件構(gòu)成的控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思想；掌握了西門(mén)子PLC的工作原理；了解到西門(mén)子PLC各模塊的功能及相關(guān)性能；西門(mén)子 PLC的軟 硬件的的使用方法；擁有