单闭环流量定值控制系统设计PPT课件

单闭环流量定值控制系统 电气自动化2班毕士杰指导教师 曹红英2013 5 29 设计目的 1 了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理 2 掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法3 研究调节器相关参数的变化对系统静 动态性能的影响 4 研究P PI PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用 实验原理 被控量为电动调节阀支路 也可采用变频器支路 的流量 实验要求电动阀支路流量稳定至给定值 将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号 并与给定量比较 其差值通过调节器控制电动调节阀的开度 以达到控制管道流量的目的 本实验选择电动阀支路流量作为被控对象 实验之前先将储水箱中贮足水量 然后将阀门F1 1 F1 2 F1 8 F1 11全开 其余阀门均关闭 将 FT1电动阀支路流量 钮子开关拨到 ON 的位置 接线图 硬件设计 1 流量模拟转换器 Lwa 11 传感器及检测装置输出4 20mA量程0 2 1 2 h系数85268817P LS N 11081412 QS智能型电动调节阀 控制器及执行器产品型号 QSTP 16K公称通径20mm公称压力1 6MPa介质温度200摄氏度信号 4 20mADC行程16mm3 磁力驱动循环泵 提供驱动动力型号 16CQ 8P380V50HZ扬程8m流量30L min转速2800r min功率0 18kw4 涡轮流量计 传感器检测及反馈装置涡轮流量计主要用于测量管道流量的测量 并将测量值变换为标准电压电流信号传至s7 200plc模拟量输入模块 硬件设计2 被控对象包括 涡轮流量计 流量模拟转换器 电动调节阀 三相磁力泵 水箱 管道等 涡轮流量计主要用于测量管道流量的测量 并将测量值变换为标准电压电流信号传至s7 200模拟量输入模块电动调节阀为执行机构 用于接收模拟量输出模块输出的标准电压电流信号 并通过改变阀门的开度来改变管道流量的大小 三相磁力泵用于提供水流动所需的动力和克服水流于管道 阀门 弯头之间的摩擦力 plc模拟量输入模块接收到流量模拟转换器所测得的流量值 将其传至主控单元 主控单元将测量值与设定值进行比对 计算出输出值 经其模拟量输出模块将计算出的输出值输出至电动调节阀 软件设计 采用西门子公司的S7 200系列整体式PLC实现自动控制 CPU模块采用CPU224 AC DC 继电器 模块 该模块采用交流220V供电 根据对流量定值控制系统的分析 采用CPU224 它集成14输入 10输出点 共计24点的I O存储容量大 具有7个扩展模块 最大可扩展为168个点数字量或者35路模拟量的输入和输出点 有内置时钟 它有更强的模拟量和高速计数的处理能力 存储容量也进一步增加 是使用的更多的S7 200产品 功能扩展模块EM235具有四路模拟量输入 1路模拟量输出 plc主程序 子程序 组态王的简介 组态王软件设计组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件 它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境 使用灵活的组态方式 为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的 通用层次的软件工具 组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议 并且通常应提供分布式数据管理和网络功能 组态软件的功能和特点可归纳如下 概念简单 易于理解和使用 功能齐全 便于方案设计 实时性与并行处理 建立实时数据库 便于用户分步组态 保证系统安全可靠运行 利用丰富的 动画组态 功能 快速构造各种复杂生动的动态画面 引入 运行策略 的概念 使用组态王 1 双击图标 启用组态王工程管理器 选择 菜单 新建 新建工程 2 点击 下一步 给指定的设备唯一的逻辑名称 3 单击 下一步 给设备 选择串口 4 单击 下一步 给设备设置 设置地址指南 5 单击 下一步 设置 通信参数 6 单击 下一步 设置 设备安装向导 信息总结 设备定义完成后 可以在工程浏览器的右侧看到新建的外部设 PLC 在定义数据库变量时 只要把I O变量连结到这台设备上 它就可以和组态王交换数据了 构造数据库 定义变量 在构造数据库时 选择工程浏览器左侧大纲项 数据库 在工程浏览器右侧用鼠标左键双击 新建 图标 弹出 变量属性 对话框在 变量名 处输入变量名 如 a 在 变量类型 处选择变量类型如 内存实数 其它属性目前不用更改 单击 确定 即可 如下图所示 动画链接 程序至此结束 运行调试 初始画面 PID调整 SV 20 P 5 I 20 D 0 SV 10 P 5 I 20 D 0 SV 8 P 4 I 9999 D 0 SV 8 P 4 I 30 D 3 SV 16 P 2 I 9999 D 0 实验理想结果sv 5 p 5 I 20 D 0 控制规律的确定 1 比例 P 调节 纯比例调节器是一种最简单的调节器 它对控制作用和扰动作用的响应都很快速 由于比例调节只有一个参数 所以整定很方便 这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在 2 比例积分调节 PI PI调节器的积分部分能使系统的类型数提高 有利于消除静差 但它又使PI调节器的相位滞后量减小 系统的稳定性变差 其传递函数为GC S KP 1 STI1 3 比例微分 PD 调节这种调节器由于有微分的作用 能增加系统的稳定度 比例系数的增大能加快系统的调节过程 减小动态和静态误差 但微分不能过大 以利于抗高频干扰 PD调节器的传递函数为GC S KP 1 TDS 4 比例微分积分 PID 调节器PID是常规调节器中性能最好的一种调节器 由于它具有各类调节器的优点 因而使系统具有更高的控制质量 它的传递函数为GC S KP 1 STI1 TDS 调节器参数的整定方法 调节器参数的整定一般有两种方法 一种是理论设计法 即根据广义对象的数学模型和性能要求 用根轨迹法或频率法来确定调节器的相关参数 另一种方法是工程实验法 通过对典型输入响应曲线所得到的特征量 然后查照经验表 求得调节器的相关参数 工程实验整定法有以下四种 经验法 临界比例度法 阻尼振荡法 反应曲线法 经验法 若将控制系统液位 流量 温度和压力等参数来分类 则属于同一类别的系统 其对象往往比较接近 所以无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考 表一为经验法整定参数的参考数据 在此基础上 对调节器的参数作进一步修正 若需加微分作用 微分时间常数按TD 1 3 1 4 T1计算 临界比例度法 这种整定方法是在闭环情况下进行的 设TI TD 0 使调节器工作在纯比例情况下 将比例度由大逐渐变小 使系统的输出响应呈现等幅振荡 如图3 3所示 根据临界比例度 S和振荡周期TS 按表二所列的经验算式 求取调节器的参考参数数值 这种整定方法是以得到4 1衰减为目标 此法有一定限制 从工艺上看 允许受控变量能承受等幅振荡的波动 其次是受控对象应是二阶和二阶以上或具有纯滞后的一阶以上环节 否则在比例控制下 系统是不会出现等幅振荡的 在求取等幅振荡曲线时 应特别注意控制阀出现开 关的极端状态 阻尼震荡法 在闭环系统中 先把调节器设置为纯比例作用 然后把比例度由大逐渐减小 加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程 直至出现图3 4所示的4 1衰减过程为止 这时的比例度称为4 1衰减比例度 用 S表示之 相邻两波峰间的距离称为4 1衰减周期TS 根据 S和TS 运用表三所示的经验公式 就可计算出调节器预整定的参数值 反应曲线法 如果被控对象是一阶惯性环节 或具有很小滞后的一阶惯性环节 若用临界比例度法或阻尼振荡法 4 1衰减 就有难度 对于这种情况 可采用下述的反应曲线法来整定调节器的参数 图3 5为实验系统的方框图 令调节器的输出X t 为阶跃信号 则 1 比例度 比例度越大 过渡过程越平缓 余差越大 比例度越小 过渡过程振荡越剧烈 余差越小 过小 会导致系统发散 2 积分时间 积分时间越大 积分作用越弱 过渡过程越平缓 消除余差越慢 积分作用越强 过渡过程振荡越剧烈 消除余差越快 3 微分时间 微分时间越大 微分作用越强 过渡过程趋于稳定 最大偏差减小 但微分时间过大 又会增加过渡过程的波动 看曲线调参数 可以按照上述原则进行参数调整 但有时仅从作用方向还难判定该调整哪个参数 此时还应该根据曲线形状作进一步判断 如过渡过程曲线过度振荡 可能的原因有 比例度过小 积分时间过小和微分时间过大等 总结 在本次毕业设计的过程中 曹老师的指导下我了解了组态王S7200PLC软件的特点 组成和使用方法 组态的过程和控制原理 熟悉了流量检测仪表的种类和测量原理 控制阀的种类和调节原理 掌握了流量定值控制系统的组