管道流量单回路控制系统方案设计书与调试

1、管道流量单回路控制系统设计与调试管道流量单回路控制系统设计与调试一、 控制目的 总体控制方案在保证安全、可靠运行的情况下，采用现代控制理论和方 法，实现计算机自动监控。并能够完成数据存储、动态显示、数据分析、报表 打印等功能。其稳定度、控制精度、响应速度达到设计要求根据设定的管道对 象和其他配置，运用计算机和 InTouch 组态软件，设计一套监控系统，并通过 调试使得管道流量维持恒定或保持在一定误差范围内。二、性能要求1要求管道流量恒定，流量设定值 SP 自行给定。 2无扰时，流量基本恒定，由控制电动调节阀实现。3有扰时：改变变频器频率，管道流量允许波动。 4预期性能：响应曲线为衰减振荡；允

2、许存在一定误差；调整时间尽可能 短。三、方案设计及控制规律的选择依据现有实验设备和装置 ,装置柜采用浙江大学求是公司 PCT-III 过程控制系统实验装置，含被控对象一水箱、管道（直径 4公分）、仪表、供水设备、开 关电磁阀和电动调节阀等。.控制台采用浙江大学求是公司PCT-III 过程控制系统实验装置 , 含接线端子、485总线模块、控制电源1 方案控制设计本设计采用单回路反馈控制。通过比较反馈量和给定值的偏差，利用反馈控制规律控制电动阀的打开和闭合，如图2.1所示：图2.1流量单回路控制系统方框图2. PID控制规律PID (Proportional Integral Derivative

3、)控制是控制工程中技术成熟、应用广 泛的一种控制策略，经过长期的工程实践，已形成了一套完整的控制方法和典 型的结构。它不仅适用于数学模型已知的控制系统中，而且对于大多数数学模 型难以确定的工业过程也可应用。PID控制参数整定方便，结构改变灵活，在 众多工业过程控制中取得了满意的应用效果。随着计算机技术的迅速发展，将 PID控制数字化，在计算机控制系统中实 施数字PID控制，已成为一个新的发展趋势。因此， PID控制是一种很重要、 很实用的控制规律。比例控制、积分控制和微分控制的组合称为比例加积分加微分控制。这种 组合控制器综合了 3种单独控制器各自的优点，其控制作用由下式定义.K p td .

4、ut 二Kpet匕 0etdt KPTd-etT 0dt比例加积分加微分控制器的传递函数为Ut=kpPID控制在低频段主要起积分控制作用，改善系统的稳态性能；在中频段主 要起微分控制作用，提高系统的动态性能。四、仪表与模块的选择4. 1仪表选择1液位传感器：采用工业用DBYG扩散压力变送器，精度0. 5级，二线制接法输出42 0mA标准信号。2. 电磁流量传感器：对回路流量检测。依据本实验的特点，采用工业用 LDS-1OS型电磁流量传感器，公称直径10mm 流量00.3mW/h,压力 1.6Mpmax 4-20mA输出。3. 流量转换器：采用LDZ-4型电磁流量转换器，与LDS-1OS型电磁流

5、量传 感器配套使用，输入信号：0-0.4mV输出信号：4-20mA DC应许负载电阻 0- 7501， 基本误差：输出量程的0.5%上下。4. 电动调节阀：对控制回路流量进行调节，采用德国PS公司的PSL202 型智能电动调节阀，无需伺服放大器，驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机，运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。输入控制信 号4 20mA及单相电源可控，连线简单，泄露量少。采用PS电子式直行 程结构，4 20mA阀位反馈信号。5. 变频器：三菱FRS 5 2 0变频器，4 20mA控制信号，可对流 量压力进行控制，优点体积小，功率小，功能强。可单相或三相供电，频率高 达

6、200Hz6. 水泵：采用丹麦格兰富循环水泵。噪声低，寿命长，功耗小，2 2 0 V 供电。4. 2模块选择1. 牛顿7 0 0 0系列模块：由远程数据采集模块和组态软件组成，完全模 拟工业环境，先进性与实用性并举，体积小，可靠性高，D/A 7 0 2 4模块4路模拟输出，电流（4 20mA）电压（1 5V）均可，A/D701 7模块8路模拟输入电压（1 5V），485/232转换模块7 0 5 2， 转换速度极高（300 1 15KHz）。2. DO 模块：n udan70433. 电磁阀：工作电压DC24V4. 开关电源：DC24V，最大电流2A。五、工艺流程图与系统组态图设计5. 1工艺

7、流程图，如图5-1所示图5-1工艺流程图5. 2组态图，如图5-2所示PID手动自动OUTU(K) -IO 0CD图5-2组态图六、组态画面设计6. 1管道流量手动控制图，如图6-1所示:InTouch WindowVicer C： DOCUMENTS A*O 5CTTINCSAD1INISTRATORfr.i5fiaK415-15 x文件(E) IS航J特别&改过J 53(1 16.14B3卿OL“ | 園IMoudi-“ QfiK王| 薙过程援”- 目MAcbuL J饷Toudi-“.岂立档i-”.|庖w旷图6-1管道流量手动控制图2000. 5 %29.16. 2管道流量自动控制图，如图

8、6-2所示:开*167. 6 %20RB26.侈图6-2管道流量自动控制图6. 3管道流量PID参数设定图，如图6-3所示:图6-3管道流量PID参数设定图6. 4管道流量实时曲线图，如图6-4所示:u(k)图6-4管道流量实时曲线图6. 5管道流量历史曲线图，如图6-5所示：图6-5管道流量历史曲线图七、组态程序设计由于PCT-III过程控制系统原由KINGVIEW 组态软件控制且该设备的通信 模块不支持MODBUS协议所以在用In Touch作为监控软件时需要用 OPCLINK 应用程序作为桥梁使In Touch和KINGVIEW 连接起来In Touch并非与实验装置直接联系，而是通过K

9、INGVIEW与实物连接，所以在In Touch标记名字典中工程名即为组态王中所对应工程的数据字典。7.1标记名词典设计标记名词典如表7-1所示：图7-1标记名词典标记名称注释类型访问名主题 名工程 名应用程序 名Flow流里I/O实型ADADAI2MODBUSValve1阀位I/O实型ADADAI5MODBUSPressure压力I/O实型ADADAI6MODBUSUk开度I/O实型DADAAO0MODBUSVV1电磁阀1I/O离散DODO:DOOMODBUSVV2电磁阀4I/O离散DODODO3MODBUSDiscTag1内存离散DiscTag2内存离散SP内存实型KP内存实型TI内存实型

10、TD内存实型PV内存实型EK0内存实型EK1内存实型EK2内存实型UKZL内存实型UKSet内存实型7.2建OPCLINK主题名:1. 启动 OPCLINK ；2. 配置 TOPIC DEFINITION ；3. 设置“ topic”名称为JJP;4. 设置“ OPC SERVER”为“ kingview.view ”，其他为默认即可，点击OK;如图7-2所示;图7-27.3在INTOUCH中建立访问名;1. 点击“配置”一一“访问名”；2. 访问名与OPCLINK中访问名一致；3. 建立In Touch标记名与组态王变量名通讯联系，逐个选择In Touch里的I/O 型标记名，定义访问名为J

11、JP如图7- 3所示，工程名为组态王里的对应变量名， 离散型前面加d,整型加i，实型加r,消息型加m,全部变量加.value。注意每 设置一个变量，保存一次。如表 7-4所示图7-3标记名称注释类型访问名主题名工程名应用程序 名Flow流里I/O实型 JJPJJPrliulia ng1.valueOPCLINKValvel阀位I/O实型JJPJJPrfawei.valueOPCLINKPressure压力I/O实型JJPJJPryali.valueOPCLINKUk开度I/O实型 :JJPJJPrukO.valueOPCLINKVV1电磁阀1I/O离散JJPJJPdDO2.valueOPCLI

12、NKVV2电磁阀4I/O离散JJPJJPdDO14.valueOPCLINK7.4脚本程序：（见附录） 7.5程序流程图，如图7-5所示图7-5程序流程图八、安装接线实验中 DA 模块中的 IO0 为控制调节阀开度的控制通道， IO1 为可控硅的 电压控制通道， IO2 为变频器的控制通道。 AD 模块中， IN0 为上水箱液位的检 测， IN1 为下水箱液位的检测， IN5 是阀位反馈信号检测， IN6 是水泵出中压力 信号检测。在 DA 模块中，由于模块本身不能提供电源，在控制时应串入 24V 直流电源，输出电流信号控制执行器， AGND 为 DA 模块公共地。由于变送器 输出的都是电流信

13、号，而 AD 模块采集的是电压信号，所以在 AD 通道折正负 端并联一个 250 欧姆的电阻，将电流信号转变为电压信号。1. 上水箱液位的检测输出一一A/D模块中，INO通道输入。2 .流量的输出检测一一A/D模块中，IN2通道输入。3 阀位反馈信号检测输出一一A/D模块中，IN5通道输入。4 .水泵压力信号检测输出一一A/D模块中，IN6通道输入。5 .调节阀开度的控制输入一一D/A模块中，IOO通道输出。6 .模块之间用RS485总线相连，（2根信号线DATA+、DATA-，2根电源线 +vs、GND）7 .模块与计算机通讯：RS232通讯总线。8 .电磁阀VV1控制输入一一DO模块中，D

14、O2通道输入。9 .电磁阀VV2控制输入 DO模块中，DO14通道输入。九、系统调试过程1. InTouch 是 Wonderware FactorySuite 的一个组成部分，实际要完成一些 大的工业工程，还需要结合其他的软件，如和设备通信的 IO Server/OPCLINK. 在组态王与 InTouch 组态软件连接时，一定要是它们之间所设置的访问名一 致，并要注意观察 InTouch 监控界面其工作状态显示情况。2. 手动控制时，点击手动控制按钮，电磁阀VV1 VV2打开，手动输入电动 阀开度，直接控制流量。3. 自动控制时，采用上述 PID 控制算法。十、结果分析1计算机只输出控制增

15、量，误动作影响小。2在进行手动 - 自动切换时，控制量冲击小，能够平滑过度。3计算机的数值运算和输入输出需要一定的时间，控制作用在时间上有延 滞。4计算机有限字长和 A/D，D/A 转换器的转换精度使控制有误差。一、心得体会通过本次 ASEA 培训使我对过程控制设计的一般步骤有了更进一步的认 识，这其中包括硬件的选择和设计及软件的最优化设计等。一个工程工程的设 计涉及到我们各方面各学科的知识，它是一次对我们每个人的专业知识结构的 全方位的考察。对 ASEA 培训我个人觉得主要是控制系统的设计。控制系统设 计的步骤一般包括：系统总体控制方案的设计；微型计算机的选择；控制算法 的设计；系统总体设计

16、；硬件设计；软件设计；系统联调等。这次培训本人收 获颇多，是一次难得的锻炼本人专业技能的机会。也对工业自动化有了一定的 认识和了解，通过这次培训让我对本专业有了更深刻的了解，通过培训使我所 学的理论知识应用到现实的生产过程中来，也加深了我对理论和实践相结合这 句的理解，在学习好基础知识的同时，要积极的参与到实践中来，这样才能做 到学有所用。同时，也注意到学习不能为了学习而学习，要积极思考，把所学 习的知识和实际情况联系起来。经过这次培训，使我增长了不少经验，也进一步提高了我的技能水平， 也增加了我的信心。在培训过程中受到各位老师的多方指导，学习了不少知 识。在此，对各位指导老师表示忠心的感谢，

17、感谢河南工业大学培训中心的所 有工作人员，是他们给了我这样一次难得的学习机会，也要感谢自动化学会， 以及所有关心和支持此次培训的人。附录脚本程序 : 显示时 :Uk = 0 。UkSet= 0。KP = 20。TI = 15 。TD = 0 。VV1 = 0 。VV2 = 0 。EK0=0。EK1 = 0 。EK2 = 0 。SP=0。显示期间 : TS=500MSIF (DiscTag1 AND DiscTag2)=1 THENVV1 = 1 。VV2 = 1 。UkZL = (KP + (KP / (2 * TI) * EK0 - (4 * KP * TD) +KP) * EK1 + 2 KP* TD * EK2 。Uk=Uk+U