課程設(shè)計(jì)---液位—流量串級過程控制系統(tǒng)

1、<p>　　工業(yè)過程控制課程設(shè)計(jì)任務(wù)書</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的與要求</b></p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)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(shí)際應(yīng)用能力。</p><p>　?。?）培養(yǎng)運(yùn)用組態(tài)軟件和計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)過程

2、控制系統(tǒng)的實(shí)際能力。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）根據(jù)液位-流量串級過程控制系統(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。</p><p>　　（2）根據(jù)液位-流量串級過程控制系統(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、（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。</p><p>　?。?）運(yùn)用組態(tài)軟件，正確設(shè)計(jì)液位-流量串級過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1 控制方案</b></p>&

4、lt;p>　　在本系統(tǒng)中被控參量有兩個，上水箱液位和管道流量，這兩個參量具有相關(guān)聯(lián)系，流量的大小可以影響上水箱液位，根據(jù)流量與液位的關(guān)系，故系統(tǒng)采用串級控制，內(nèi)環(huán)為流量控制，外環(huán)為液位控制。內(nèi)環(huán)與外環(huán)的控制算法均采用PID算法，PID算法實(shí)現(xiàn)簡單，控制效果好，系統(tǒng)穩(wěn)定性好。外環(huán)液位控制器的輸出作為內(nèi)環(huán)流量控制器的設(shè)定值，流量控制器的輸出來控制調(diào)節(jié)閥的大小，來控制管道流量的大小，進(jìn)而控制上水箱液位。</p><p

5、><b>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　系統(tǒng)框圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 計(jì)算機(jī)控制上水箱液位和流量串級系統(tǒng)控制框圖</p><p><b>　　3 過程儀表的選擇</b></p><p><b>　　3.1 液位傳感器</b>

6、</p><p>　　液位傳感器用來對上位水箱和下位水箱的液位進(jìn)行檢測，采用工業(yè)用的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，采用高品質(zhì)、低功耗精密器件，穩(wěn)定性、可靠性大大提高?？煞奖愕嘏c其它DDZ—X型儀表互換配置，并能直接替換進(jìn)口同類儀表。效驗(yàn)的方法時通電預(yù)熱15分鐘后，分別在零壓力和滿量程壓力下檢查輸出電流。在零壓力下調(diào)整零電位器，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2

7、0mA。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。液位傳感器用來對上水箱和中位水箱的液位進(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)準(zhǔn)信號輸出。</p><p>　　3.2 電磁流量傳感器、電磁流量轉(zhuǎn)換器</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(jìn)行檢測。根據(jù)本系統(tǒng)裝置的特點(diǎn)，采用工業(yè)用的LDS

8、-10S型電磁流量傳感器，公稱直徑10mm，流量0—0.3/h，壓力1.6Mpmax，4-20mA標(biāo)準(zhǔn)信號輸出?？膳c顯示，記錄儀表，計(jì)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)到系統(tǒng)的要求。主要優(yōu)點(diǎn)：</p><p>　　(1)采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性能好；</p><p>　　(2)結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動部件，幾乎無壓力損壞；</p>&

9、lt;p>　　(3)采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，零點(diǎn)穩(wěn)定；</p><p>　　(4)儀表反應(yīng)靈敏，輸出信號與流量成線性關(guān)系，量程比寬；</p><p>　　流量轉(zhuǎn)換器采用LDZ-4型電磁流量轉(zhuǎn)換器，與LDS-10S型電磁流量傳感器配套使用，輸入信號：0—0.4mV輸出信號:4—20mADC，允許負(fù)載電阻為0—750歐姆，基本誤差：輸出信號量程的</p><

10、p><b>　　3.3 電動調(diào)節(jié)閥</b></p><p>　　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PS公司進(jìn)口的PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，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

11、可控制運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)對壓力流量溫度液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄露量少的優(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)向單座住塞式閥芯，流量具有等百分比特性，直線特性和快開特性，閥門采用柔性彈簧連接，可預(yù)置閥門關(guān)端力，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)。</p><p><b>　　3.4 變頻器</b></p&

12、gt;<p>　　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。可單相或三相供電，頻率可高達(dá)200HZ。</p><p><b>　　3.5 水泵</b></p><p>　　采用丹麥格蘭富循環(huán)水泵。噪音低，壽

13、命長。功率小，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>　　3.6 模擬量采集模塊</p><p>　　模擬量采集模塊選用的是A/D牛頓7017模塊8路模擬電壓（1—5V）</p><p>　　3.7 模擬量輸出模塊</p><p>　　模擬量輸出模塊選用的是D/A牛頓7024模塊4路模擬

14、輸出，電流（4—20mA）電壓（1—5V）信號均可</p><p>　　3.8 通信轉(zhuǎn)換模塊</p><p>　　通訊模塊選用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><b>　　3.9 開關(guān)電源</b></p><p>　　DC24V的開關(guān)電源，最

15、大電流為2A，滿足實(shí)驗(yàn)的要求。</p><p><b>　　4 系統(tǒng)組態(tài)設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 流程圖與組態(tài)圖</p><p>　　系統(tǒng)流程圖如圖4.1所示。</p><p>　　圖4.1 系統(tǒng)流程圖</p><p>　　系統(tǒng)組態(tài)圖如圖4.2所示。</p><

16、;p>　　圖4.2 系統(tǒng)組態(tài)圖</p><p><b>　　4.2 組態(tài)畫面</b></p><p><b>　　4.3 數(shù)據(jù)字典</b></p><p><b>　　4.4 應(yīng)用程序</b></p><p><b>　　if(流量<SP)</b&g

17、t;</p><p>　　{頻率=頻率+(Kp/20+1)*1;</p><p>　　流量=頻率+電磁閥-55;</p><p><b>　　PV=流量;</b></p><p><b>　　U=頻率+30;}</b></p><p><b>　　else</

18、b></p><p>　　{頻率=頻率-(Kp/20+1)*1;</p><p>　　流量=頻率+電磁閥-55;</p><p><b>　　PV=流量;</b></p><p><b>　　U=頻率+30;}</b></p><p>　　if(液位1<SP1)&

19、lt;/p><p>　　{電磁閥=電磁閥+(Kp/20+1)*1;</p><p>　　液位1=電磁閥+流量-30;</p><p><b>　　PV1=液位1;</b></p><p>　　U1=電磁閥+40;}</p><p><b>　　else</b></p>

20、<p>　　{電磁閥=電磁閥-(Kp/20+1)*1;</p><p>　　液位1=流量+電磁閥-30;</p><p><b>　　PV1=液位1;</b></p><p>　　U1=電磁閥+40;}</p><p>　　if(液位1>SP1-10)</p><p><

21、b>　　{閥2=1;</b></p><p>　　液位3=液位1+流量-50;}</p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　{閥2=0;</b></p><p>　　液位3=液位3-3;}</p><p><b>　

22、　4.5 動畫連接</b></p><p>　　4.6 PID控制算法</p><p>　　根據(jù)液位—流量串級控制系統(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。</p><p>　　本系統(tǒng)采用PID位置控制算式，其控制算式如下：</p><p>　　上述算式中，Kp為比例系數(shù)，Ti為積分時間，Td為微

23、分時間，以u(k)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e(k)</p><p>　　作為偏差。PID控制算法流程圖如圖4.3所示。</p><p>　　圖4.3 PID控制算法流程圖</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　PID腳本程序&l

24、t;/b></p><p><b>　　啟動時：</b></p><p>　　\\本站點(diǎn)\Ts=20;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\I=\\本站點(diǎn)\Ti/\\本站點(diǎn)\Ts;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\D=\\本站點(diǎn)\Td/\\本站點(diǎn)\Ts;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ukp=

25、0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\uk1=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek1=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek11=0;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek12=0;</p><p><b>　　運(yùn)行期間：</b></p><p>　　if(\\本

26、站點(diǎn)\自動開關(guān)==1)</p><p>　　{ \\本站點(diǎn)\Ts=15;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\I=\\本站點(diǎn)\Ti/\\本站點(diǎn)\Ts;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\D=\\本站點(diǎn)\Td/\\本站點(diǎn)\Ts;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\a0=\\本站點(diǎn)\P*(1+1/\\本站點(diǎn)\I+\\本站點(diǎn)\D);</p>

27、<p>　　\\本站點(diǎn)\a1=\\本站點(diǎn)\P*(1+2*\\本站點(diǎn)\D);</p><p>　　\\本站點(diǎn)\a2=\\本站點(diǎn)\P*\\本站點(diǎn)\D;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek1=\\本站點(diǎn)\sp-\\本站點(diǎn)\溫度;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ukp=\\本站點(diǎn)\a0*\\本站點(diǎn)\ek1-\\本站點(diǎn)\a1*\\本站點(diǎn)\ek11+\\本站點(diǎn)\

28、a2*\\本站點(diǎn)\ek12+\\本站點(diǎn)\uk11;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\uk11=\\本站點(diǎn)\ukp;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek12=\\本站點(diǎn)\ek11;</p><p>　　\\本站點(diǎn)\ek11=\\本站點(diǎn)\ek1;</p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\ukp<1000)</p><p&

29、gt;<b>　　{</b></p><p>　　if(\\本站點(diǎn)\ukp<0)</p><p>　　{\\本站點(diǎn)\uk1=0;</p><p><b>　　}</b></p><p>　　else{\\本站點(diǎn)\uk1=\\本站點(diǎn)\ukp;</p><p><b&

30、gt;　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p>　　else{\\本站點(diǎn)\uk1=1000;}</p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　關(guān)閉時：</b></p><p>　　\\本站點(diǎn)