基于组态王的过程控制装置监控系统设计.doc

目 录1、摘要.22、项目意义23、设计方案.23.1控制系统结构框图.23.2系统控制要求.33.3 PID算法.33.4 控制系统的工作原理.34、PLC I/O分配表45、组态画面.55.1 主界面.55.2 液位单闭环控制.55.3 流量单闭环控制.55.4 温度单闭环控制.65.5 实时曲线.65.6 历史曲线.65.7 报表界面.75.8 报警界面.76、设计心得87、参考文献98、附录.91、摘要现代化过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，而对生产质量经济效益的要求，对生产的安全、可靠性要求以及对生态环境保护的要求却越来越高。不仅如此，生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控制水平的重要指标。因此继续采用常规的调节仪表（模拟式与数字式）已经不能满足对现代化过程工业的控制要求。由于计算机具有运算速度快精度高存储量大编程灵活以及具有很强的通信能力等特点，目前以微处理器单片微处理器为核心的工业控制几与数字调节器过程计算机设备，正逐步取代模拟调节器，在过程控制中得到十分广泛的作用。在本系统液位，流量，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型,主要由温度传感器、温度调节仪、流量计、液位传感器和调节阀执行装置组成。采用组态王设计出现场界面通过西门子S7-200 PLC和现场传感器通信达到控制的要求。关键字：组态王 PLC 过程控制2、项目意义在工业实际生产中，液位，流量，温度是过程控制系统的重要被控量，在石油化工环保水处理冶金等行业尤为重要。在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测与控制，了解容器中的原料半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位，流量，温度控制系统在工业生产中有着重要的实际意义。3、设计方案3.1控制系统结构框图计算机计算机调节阀传感器信号变送器x1(t)z2(t)x1(t)e(t)u(t)g(t)q(t)液位，流量，温度控制是控制系统中最为常见的控制类型,主要由温度传感器、温度调节仪、流量计、液位传感器和调节阀执行装置组成，结构框图如下：3.2系统控制要求1.硬件的设计和实现，以PCT-III型过程控制系统实验装置为基础，展开设计控制系统及工程实现的工作。2.立体的液位，流量，温度监控界面设计，实现在一个组态王工程三个控制系统的切换。3.软件设计，PLC和组态王软件的实现。4.组态硬件设备5.设计动画连接6.设计实时曲线、历史曲线、报表、报警及应答3.3 PID算法保持主变量的稳定是首要任务，主控制器必须有积分作用。在这里采用的是组态王程序实现PID调节，它综合了比例控制、积分控制和微分控制三种规律的优点，又克服了各自的缺点。比例部分能够迅速响应控制作用，积分部分则最终消除稳态偏差，微分部分可以稳定调节精度。3.4 控制系统的工作原理温度，液位，流量的控制虽然已经普遍采用了计算机控制，但最常用的控制方法仍是普通PID控制，包括单回路、串级回路和分程控制等都是由PID作为基本的控制算法。在此次设计中我们采用单回路控制方法。回路根据实际值与给定值的偏差由PID调节规律对燃料流量进行调节。4、PLC I/O分配表S7-200 I/O分配表4-1功能名称中间变量功能名称液位1AIW24V8D01（电磁阀）Q0.0液位2AIW26V10D02（电磁阀） Q0.1液位3V18 D03（电磁阀）Q0.2流量1AIW28V12D04 （电磁阀） Q0.3流量2AIW30V14D05（电磁阀）Q0.4PT1（温度） V16 D06（电磁阀）Q0.5PT2（温度） V24 D07（电磁阀）Q0.6PT3（温度） V26 D08（电磁阀）Q0.7PT4（温度） V28 D010（电磁阀）Q1.0PT5（温度） V30 D011（电磁阀）Q1.1PT6（温度） V32D012（电磁阀）Q1.2压力 V20 D013（电磁阀）Q1.3电动调节阀1AQW4V0电动调节阀2AQW6V6加热器 V2 变频器 V1 PLC在本系统主要作用是，控制EM231，EM232，EM235对模拟量，数字量输入输出的转换，梯形图见附录。231四路模拟量输入模块，232两路模拟量输出，235是四路输出一路输入模块。在系统中使用的传感器传输信号为4mA-20mA，经转换后得到6400-32000数字量。5、组态画面5.1 主界面可实现不退出组态王情况下三个系统选择控制功能。5.2 液位单闭环控制 液位控制系统界面，实现PID单回路控制上水箱液位稳定。5.3 流量单闭环控制流量控制系统界面，可实现PID单回路控制流量稳定。5.4 温度单闭环控制温度控制系统界面，可实现PID单回路温度稳定控制。 5.5 实时曲线实时曲线界面，实现液位，温度流量的曲线输出，方便监控。5.6 历史曲线历史曲线界面，实现液位，温度流量的历史数据的记录，方便研究系统运行情况。5.7 报表界面报表界面，实时报表和历史报表，实时报表反映当前液位，流量温度的情况，可进行数据保存，历史报表可对实时报表保存的数据进行查看。5.8 报警界面报警界面，可实现液位，温度，流量超过设定值进行报警显示，有实时报警和历史报警功能。6、设计心得何建亮：通过这次组态王课程设计专用周的学习，进行对整个课程设计任务小组成员的分配，对组态王程序的编写，组态王通过PLC和现场硬件的连接调试工作，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的。 李寿福：小组通过组态王控制水箱的流量、温度和液位，我在小组中完成页面的布局，使其具有立体感，在不断总结，逐步完善，有创新，并在实践中提高自己的综合素质和能力。 安星：根据实验目的，上网收集以往组态王的水箱液位监控等资料，对系统整体的设计有了一定的作用，最后完成实验。马书明：通过这次实验周的学习，我对组态王有了更深的理解。我们组通过组态王连接实物水箱系统，经过大家的讨论总结，最终设计出了基于组态王实现水箱过程控制的项目。大家都受益匪浅，纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行。冯汉清：在整个学习过程中，通过结合课堂教学内容和参阅网络资料，在设计整体操作界面时，合理编排立体模型，通过坐台网的相关功能进行编辑和修改，最终基本达到实验要求。虽然三维立体感不是很强，有待改进。在此过程中有过难题，但是经过讨论得以解决或改善。此次实践过程中我学习和巩固了组态王的相关知识和界面基本操作。并通过团队合作完成了布置的基本指标。李晓勇：在本次课程主要进行把实物进行PROE三维设计，为组态王实现立体画面设计提供素材，在设计方案的过程中，发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，最后不得不重新拿起课本自习阅读相关的知识点。总而言之，在这次课程设计中，是自己的能力又有了进一步的提高。7、参考文献1方康玲.过程控制系统.武汉：武汉理工大学出版社，2002.6 2蒋慰孙，俞金寿.过程控制工程.上海：中国石化出版社，1999.9 3何衍庆，蒋慰孙，俞金寿.工业生产过程控制.北京：化学工业出版社，2004.24邵裕森，戴先中.过程控制工程.北京：机械工业出版社，2000.5 5刘巨良.过程控制仪表.北京：化学工业出版社，19988、附录：8.1 S7-200 梯形图8.2 组态王主要控制程序if(本站点K4=1) 本站点a01=本站点P1*(1+1/本站点I1+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ek0=本站点sp1-本站点液位1; 本站点uk=本站点a01*本站点ek0-本站点a11*本站点ek01+本站点a21*本站点ek02+本站点uk01; 本站点uk01=本站点uk;if(本站点uk010) 本站点uk01=0; 本站点ek02=本站点ek01; 本站点ek01=本站点ek0; if(本站点uk1000) if(本站点uk0) 本站点uk0=0; else 本站点uk0=本站点uk; else 本站点uk0=500; if(本站点电磁阀开关=1) WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0; 本站点DO3=1;WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0;本站点DO6=1; else WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0; 本站点DO3=0;WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0; 本站点DO6=0; if(本站点K3=1) 本站点a01=本站点P2*(1+1/本站点I2+本站点D2); 本站点a11=本站点P2*(1+2*本站点D2); 本站点a21=本站点P2*本站点D2; 本站点ek0=本站点sp2-本站点流量1; 本站点uk=本站点a01*本站点ek0-本站点a11*本站点ek01+本站点a21*本站点ek02+本站点uk01; 本站点uk01=本站点uk; if(本站点uk010) 本站点uk01=0; 本站点ek02=本站点ek01; 本站点ek01=本站点ek0; if(本站点uk1000) if(本站点uk0) 本站点uk0=0; else 本站点uk0=本站点uk; else 本站点uk0=1000; if(本站点电磁阀开关=1) WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0; 本站点DO3=1;WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0;本站点DO6=1; else WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0; 本站点DO3=0;WHILE(本站点T=1000)本站点T=本站点T+1; 本站点T=0; 本站点DO6=0; if(本站点K2=1) 本站点a01=本站点P3*(1+1/本站点I3+本站点D3); 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