朱健全.基于组态软件的单回路液位控制系统

成都大学《过程控制》课程设计基于组态软件的液位单回路
过程控制系统
院（系）：电子信息工程学院
班级：2007级自动化本科三班
姓名：朱健全
学号：200710311331
一、概述
1.1 设计目的：选择一种合适的组态软件，结合也为单回路过程控制系
统的控制要求和设计原则，合理选择PID控制规律，设计一个组态功能合理，组态控制程序完善的液位单回路过程孔子系统。

掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高解决实际工程问题的能力。

1.2 具体任务：
1、根据液位单回路过程控制系统的具体被控对象和控制要求，正确选择过程仪表，设
计系统控制方案。

2、运用组态软件，编写组态控制程序。

3、分步投运系统，正确调整系统参数，使系统达到预期性能。

4、提交包括上述内容的课程设计报告。

二、生产过程介绍
2.1 国内外现状：
目前国内外组态软件单回路控制系统的应用以为广泛，但是在温度控制的稳定性和及时性等方面都还存在一定的不足。

2.2 生产过程：
过程控制系统由过程检测、变送和控制仪表、执行装置等组成，通过各种类型的仪表完成对过程变量的检测、变送和控制，并经执行装置作用于生产过程。

三、生产设备及控制要求
生产设备：主被控对象液位控制系统、调节阀、调节器、测量变送器件。

1、液位传感器采用工业的DBYG扩散硅压力变送器，稳定性、可靠性可大大提高。

2、电磁流量传感器采用LDS-10S型点菜流量传感器，公称直径10mm，流量0—0.3m^3/h，
压力1.6Mpmax,4—20mA标准信号输出。

3、电动调节阀采用PSL202型智能电动调节阀，运行平稳、体积小、力矩大、控制进度高。

4、水泵采用丹麦兰富循环水泵，噪音低，寿命长，功耗小。

控制要求：通过组态软件和各仪表器件控制液位，使系统有较强的稳定性，良好的调节质量和实现控制的
四、控制系统设计
4.1 方案论证：整个控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。

在本次
控制系统中控制器为计算机，采用算法为PID控制规律，调节器为电磁阀，测
量变送为HB、FT两个组成，被控对象为流量PV。

4.2 硬件设计：当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道分别将水送到上下水箱，由
HB返回信号，是否还需要放水到下水箱。

若还需要即水位过低，则通过电磁阀
控制流量的大小，加大流量，从而使水位达到合适位置；若水位过高或刚好合适，
则通过电磁阀使流量保持或减小。

其过程控制系统图如下
控制系统框图
组态画面：
检测电路：为了达到测量高精度的要求,选用温度传感器AD590,AD590具有较高精度和重复性，超低温漂移高精度运算放大器0P07将温度一电压信号进行放大,便于A/D进行转换,以提高温度采集电路的可靠性。

采样检测电路如图所示。

A/D转换电路：A/D转换电路采用ADC0809转换器。

将采集来的模拟信号转换成数字号输出转换完成的信号EOC经反相器接单片机的P3.2口，A/D转换电路如图所示。

A/D转换电路
CPU选择：单片机接受A/D 转换电路输入的数字信号，并将输入的信号进行处理和运算，以控制控制电流或者控制电压的形式输出给被控制的电路，完成控电磁阀的任务。

本设计的单片机选用Atmel 公司的AT89C51 单片机，采用双列直插封装（DIP），有40个引脚与MCS—51 系列单片机的指令和引脚设置兼容。

AT89C51引脚图,如图所示。

4.3、控制算法：根据液位单回路控制系统的原理，运用组态所提供的类似于C语言的程序编写语言实现PID控制算法。

PID控制算法算式如下：
上述算式中，Kp为比例系数，Ti为积分时间，Td为微分时间，以u(k)作为计算机的当前输出值，以Sp作为给定值，Pv作为反馈值即AD设备的转换值，e(k)作为偏差。

4.4、程序设计：
If(\\io\ko\z==1)
{
\\io\s=9;
}
If(\\本站点\k2==1)
{
\\本站点\ao1=\\本站点\P1*(1+1^\本站点\I+\\本站点\D1);
\\本站点\a11=本站点\P1*(1+2*\\本站点\D1);
\\本站点\a21=本站点\P1*\\本站点\D1;
\\本站点\eko=\\本站点\sp1-\\io\流量1;
\\本站点\uk=\\本站点\ao1*\\本站点\eko-本站点\a11*\\本站点\eko+\\本站点\a21*\\本站点\eko2+\\本站点\uko1;
\\本站点\uko1=\\本站点\uk;
\\本站点\eko2=\\本站点\eko1;
\\本站点\eko1=\本站点\eko;
If(\\本站点\uk<1000)
{if(\\本站点\uk<0)
{\\本站点\uko=0l
}
Else{\\本站点\uko=\\本站点\uk;
}
}
Else{\\本站点\uko=1000;}
}
\\io\d=\\本站点\uko;
五、总结
5.1 方案评价及改进方向：
此方案从被控对象、控制规律、选择过程仪表、选择过程模块、设计系统流程图、设计组态画面等，知道达到控制要求，各个方面都是相当严谨和规范的。

但是系统尚有一些不足的地方，缺乏创新点，这是需要改进的地方。

5.2 收获及体会：
通过此次设计，我掌握了液位单回路控制系统的构成，并且学会了如何去设计一个过程控制系统，掌握了基本的设计步骤：认知被控对象，设计控制方案，选择控制规律，选择设备仪器，设计系统的流程图和组态图等，直到最后达到控制要求。

通过这次课程设计不仅使
我对课本知识有进一步的加深理解，更加使我掌握了理论联系实际的系统设计方法，对我来说获益匪浅。

六、参考文献
1、组态王软件及其说明文件
2、陈夕松，华成英.过程控制系统【M】.北京：科学出版社，2006
3、邵裕森.过程控制工程【M】.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007
4、姜重然.工控软件组态王简明教程【M】.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2007。