单闭环管道流量比值控制系统设计

-- -- 《单闭环管道流量比值控制系统》

过程控制系统课程设计说明书

专业班级: 11级自动化1班 姓 名： 孙勇 李自强 周程 鲍凯 学 号： 0803１100９ 08０31１022 08０3110３５ 08０３1１0４７ 指导教师： 陈世军 设计时间: 2０14年6月11日 物理与电气工程学院 2014年 6 月 1１ 日 摘 要 在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力,造成环境污染，甚至产生生产事故。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统,称之为流 量比值控制系统，这次课程设计的内容就是流量比值过程控制系统。 流量测量是比值控制的基础。各种流量计都有一定的适用范围（一般正常流量选在满量程的70％左右）,必须正确选择使用。在工程上,具体实施比值控制时,通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选择，相当方便。若采用计算机控制来实现，只要进行乘法或除法运算即可，我们这次就主要使用计算机及-- -- 组态王软件进行设计. 关键词：组态王;流量；比值控制系统 目 录

１、引言 .................................................................................................................... 1 1．1主要内容 ..................................................................................................... 1 1.2任务要求 ....................................................................................................... 1 2、设计方案ﻩ2 2。１设计原理 .................................................................................................... 2 2.2系统原理图 .................................................................................................. ２ 2.3 ＭＡＴLAB仿真调试 ..................................................................................... 3 ３、硬件设计 ............................................................................................................. 4 ３.1使用仪器ﻩ４ ４、软件设计 ............................................................................................................ ７ 4。1 PLC程序 .................................................................................................... 7 4．2 MCGＳ系统组态设计 ................................................................................ 11 4.2。1组态图 ............................................................................................... 1１ ４.２．2静态画面 ......................................................................................... 12 4。2。3数字字典 ......................................................................................... １4 4。2．4系统应用程序ﻩ61 4。2。５动画连接 ......................................................................................... 17 5、课程设计总结ﻩ71 ６、参考文献 ........................................................................................................... 181、引言 -- -- 1。１主要内容 本课程设计是学完《过程控制系统》课程后的一个应用性实践环节.通过本课程设计的训练，对过程控制工程设计的概念有完整地了解，同时培养综合应用基础课、专业课所学知识与工程实际知识的能力.通过对过程控制系统的分析与设计,获得面向工业生产过程系统分析与设计的实践知识,初步掌握过程控制系统开发和应用的技能。 基于组态软件的流量比值过程控制系统通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求,采用单闭环控制结构和PＩＤ控制规律，通过流量传感器将检测到的流量与设定值送入计算机，计算机运用PＩＤ算法得到相应的控制信号，并将其输出给执行器，然后执行器调节调节阀，以达到调节流量的控制目的.设计一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的流量比值单回路过程控制系统。 流量比值控制系统在实际生产中应用十分广泛,它能使系统稳定,精确地输出，更能实现自动化控制，是过程控制系统的一个典型。本设计针对生产中两种液体的流量的控制，对其设计了单闭环流量比值控制系统，将液体Ａ作为主流量,液体Ｂ为副流量进行设计，设计中用到了多个硬件设备，并基于计算机实现过程的自动控制。 1．2任务要求 根据要求自己设计系统结构，分析系统的特点和系统特性,在实验室连接系统部件、构造硬件系统。可以自己跳线、连线,并连好对象、控制器、计算机,但是打开电源之前必须经过指导教师检查。在过程监控计算机上编制相应监控组态程序。通过对控制器、监控计算机和实验对象的联机调试、执行、观察结果，达到预期应用功能和控制目的，比较不同方案的应用效果. ⑵ 了解流量比值控制系统的物理结构，闭环调节系统的数学结果和ＰIＤ控制算法。 ⑵逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理,连接方法，信号种类，信号调理电路，引入ＰLC的接线以及PLC中的编址. ⑶逐一明确从PLＣ到各执行机构的输出通道,包括各执行机构的种类和工作原理,驱动电路的构成,PLＣ输出信号的种类和地址。 -- -- ⑷绘制出流量控制系统的电路原理图,编制I/O地址分配表. ⑸编制PLC的程序结合过程控制实验室的现有设备进行调试,要求能在实验设备上演示控制过程。 ２、设计方案

2.１设计原理 比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制、双闭环比值控制、串级比值控制系统和变比值控制系统。开环比值控制是最简单的控制方案。单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现两种物料流量间的定比值控制在系统运行过程中其比值系数是不变的。串级比值控制系统实现两种物料的比值随第三个参数的需求而变化。变比值控制系统最终目的是生产过程的结果,物料按比值输出不是关键.根据设计要求,本系统必须采用单闭环比值控制或双闭环比值控制，本系统采取单闭环控制方案。 2。2 系统原理图

图1 单闭环流量比值控制系统原理图

2.3 MATLAB仿真调试 本系统的主要的实现是PID算法的实现，根据流量比值单回路控制系统的原理，运用组态王所提供的类似于C语言的程序编写语言实现ＰID控制算法。取采样周期Ｔs=1ｓ。本系统采用ＰIＤ位置控制算式,其控制算式如下： -- -- 0120122()(1)(1)()(1)(1)(2)(1)()(1)(2)(1)2(1)DDDPPPIDPI

DP

DP

TTTT

ukukKekKekKekTTTTukaekaekaekTTaKTTTaKTTaKT



 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Kc*PV作为给定值,ＰＶ2作为反馈值即AD设备的转换值，e（k)作为偏差。

图5 ＰID控制器

图６ 仿真结果

3、硬件设计

３。1使用仪器 ３。１。1流量计（涡轮流量计、电磁流量计） -- -- 1）、涡轮流量计： 输出信号：频率,测量范围：0～0.６m３/h

接线如图所示：

图２ 涡轮流量计 接线说明：传感器的供电电源由2４ＶDC开关电源提供，负载为

流量积算变送仪。 注:使用涡轮流量计时，必须将24ＶDC开关电源打开。 2)、电磁流量计： 输出信号：4～2０ｍA，测量范围:０～0.４ m3／h

图3 电磁流量计 接线说明：转换器为交流220V供电,X、Y和A、Ｂ、C为传感器和转换器之间的连线,输出信号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端. ３.１．2 电动调节阀 QSVP２0—15N智能电动单座调节阀 主要技术参数:

执行机构型式:智能型直行程执行机构 输入信号：0~１0mA／4～20mAＤＣ/0~5VDC/1～5VDC 输入阻抗：２50Ω／5００Ω 输出信号:4～2０mAＤC 输出最大负载:＜5０0Ω 信号断电时的阀位:可任意设置为保持/全开/全关/0~１00％间的任意值 电源:2２０V±10％／50Hz