力控课程设计——流量监控系统设计.doc

流量监控系统设计河南机电高等专科学校课程设计论文论文题目：流量监控系统设计 系 部 自动控制系 专 业 电气自动化 班 级 自093 学生姓名 学 号 091415319 2011年12月23日1 总括1.1 设计目的运用组态软件“力控6.0”，结合工业过程实验室已有的设备，按照定值系统的控制要求，应用PID控制算法，自行设计，构成流量监控系统设计系统，并整定相关的PID控制参数使系统能够稳定运行，最终能够得到一个具有较美观的组态画面和较完善的组态控制程序的流量监控系统。1.1 控制要求1.2 利用液位传感器对水桶进行实时的液位监控，使用组态软件实现控制监控，采用合理的控制规律，是水桶内的水位稳定在设定值附近，已达到整体系统稳定运行的效果。同时要求系统实现与下位机(智能仪表)的通讯，动态显示现场变量与设备工作状态，显示水位并进行PID控制，水位超过10%时进行报警。2系统结构设计2.1 控制方案 整个过程控制系统由控制器、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，侧狼变送为HB、FT两个组成，被控对象为流量PV。结构组成如下图2.2所示。当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道分别将水送到上水箱和下水箱，有HB返回信号，是否还需要放水达到下水箱。若还需要（即水位过低），则通过电磁控制流量的大小，加大流量，从而使下水箱水位达到合适的水位；如不需要（即水位过高或刚好合适），则通过电磁阀使流量保持或减小，其整个过程如图2.1所示。图2.1 流量单回路控制系统流程图2.2 系统结构 过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图2.2所示：图2.2 流量单回路控制系统框图2.3 PID控制算法PID控制器由比例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成。其输入e (t)与输出u (t)的关系为 u(t)=kp(e(t)+1/TIe(t)dt+TD*de(t)/dt) 式中积分的上下限分别是0和t,因此它的传递函数为：G(s)=U(s)/E(s)=kp(1+1/(TI*s)+TD*s) 其中kp为比例系数； TI为积分时间常数； TD为微分时间常数PID控制器内各环节作用如下所述:(1) 结构原理图如2.3所示：图2.3 PID控制器的结构原理图本设计中的PID控制算法的流程如图2.4示:图2.4 PID控制算法流程图3 过程控制中的仪器选择3.1 液位传感器 液位传感器是一种测量液位的压力传感器静压投入式液位变送器（液位计）是基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元或陶瓷电容压力敏感传感器，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号（一般为420mA/15VDC）。 液位传感用来对上水位水箱的压力检测，压力传感器用来对上水位水箱和中水位水箱的压力进行检测。3.2 电磁流量传感器 电磁流量传感器是根据法拉第电磁感应定律设计的，在测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装一对检测电极，当导电液体沿测量管在交变磁场中，与磁力线成垂直方向运动时，导电液体切割磁力线产生感应电动势。流量传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路干扰流量进行检测。其优点如下：（1） 传感器采用整体焊接结构，密封性能良好。 （2）结构简单可靠，无可运动部件，几乎无压力损失，工作寿命长。 （3）传感器无截流部件，不存在堵塞现象，因而适用于测量有悬浮物、固体颗粒和纤维等两相流，另外由于清洗和灭菌消毒方便，故特别适用于食品和制药工业。 （4） 测量精度不受被测介质压力、温度、密度（包括固液比）、粘度等物理参数变化的影响。 （5）采用低频二值矩形波励磁及采样放大技术，抗干扰能力强，零点稳定，工作可靠。 （6） 仪表灵敏，输出信号与流量成正比，量程比宽。 （7） 耗电量小，成套仪表耗电量小于30VA，与传感器的口径大小无关。 （8）传感器可提供防爆型（混合隔爆型），防爆等级mdBT4。 （9） 传感器与转换器配套，可测正/反两个方向的流3.3 电动调节阀及变频器电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。电动调节阀对控制回路流量进行调节。其具有运行平稳、体积小、力矩大、抗堵转、控制精度高等优点。变频器可以对流量或压力进行控制，变频器体积小，功率小，功能非常强大，运行稳定，操作方便，寿命长，可外加电流控制，也可以通过本身旋钮控制频率。可以单项或三相供电，频率可高达200HZ。4 系统组态设计力控6.0是专业从事自主知识产权的企业信息化与自动化监控平台研发与服务的高新技术软件企业，是中国知名的工业IT软件厂商，力控科技的系列自动化软件可以为企业生产信息化提供“管控一体化”的整体解决方案，为企业MES系统提供核心实时和历史数据“引擎”平台。4.1 工艺流程图与系统组态的设计 工艺流程图（图4.1）和系统组态图（4.2）的设计； 图4.1工艺流程图 图4.2 系统组态图4.2 组态画面的组建及数据库的建立 系统主界面如图4.3所示：图4.3系统的主界面数据库的建立，详见下表：变量名变量类型ID连接设备寄存器S年内存实型1S月内存实型2S日内存实型3S时内存实型4S分内存实型5S秒内存实型6S日期内存字符串7S时间内存字符串8PV1I/O实型9AD通讯AI1UKI/O实型11DA通讯AO1SV内存实型12PV内存实型13EK内存实型13OP1内存实型14K1内存实型15D1内存实型16MX内存实型17Q0内存实型18Q1内存实型19Q2内存实型20EK1内存实型21EK2内存实型22TS内存实型23II内存实型244.3 应用程序系统程序如下：（1） 启动时；TS=0.2; UK=0; OP1=0; EK=0; EK1=0; EK2=0;（2）运行期间；PV=PV1/20; SV=SV/20; EI=SV-PV; IF(II=0) Q1=0; Q0=P1*(EK-EK1); IF(II!=0) Q1=P1*EK*TS/II; Q2=P1*D1*(EK-2*EK1+EK2)/TS; MX=Q0+Q1+Q2; OP1=OP1+MX; IF(OP1100) OP1=100; UK=(OP1+25)/6.25; EK2=EK1; EK1=EK;（3）关闭时；OP1=0; UK=0; EK=0; EK1=0; EK2=0;4.4 动画连接 组态动画的连接，是整个组态的核心，下面就简单介绍几个动画的连接，其他的就不在介绍。（1）管道液体动画连接选定画面中的管道液体，选择滑动杆输入，对于垂直移动的流水选择垂直。如图4.4所示然后从数据库中选择变量，选择移动方向移动距离，水平移动的类似，不再详述。图4.3 管道液体动画连接（2）通过文本框文本模拟值输出连接来显示当前流量计的测量的管道流体流量。设定方法为：选定文本链接，选择模拟值输出，选择输出模拟值变量。如图4.4所示：图4.4 流量计输出值连接其他的动画连接就不在做过多的介绍。5心得体会经过一个星期的课程设计，过程曲折可谓一言难尽。在此期间遇到了很多我们一时无法解决的问题。充分认识到了自己在学习和实践中的不足。同时认识我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 对我