管道流量单回路控制系统设计与调试

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；允许存在一定

2、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：计算机 控制器 电动 调节阀 管道 流量检测 传感器 _ SP P V PV1 图2.1流量单回路控制系统方框图2PID控制规律PID（Proport

3、ional Integral Derivative）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

4、用由下式定义 比例加积分加微分控制器的传递函数为 PID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41仪表选择1. 液位传感器：采用工业用扩散压力变送器，精度.级，二线制接法输出标准信号。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-10S型电磁流量传感器，公称直径10mm，流量00.3m3/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-10S型电磁流量传感器配套使用，输入信号：0-0.4mV输出信号：4-20mA DC，应许负载电阻0

5、-750W， 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。输入控制信号及单相电源可控，连线简单，泄露量少。采用电子式直行程结构，阀位反馈信号。5变频器：三菱变频器，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水泵：采用丹麦格兰富循环水泵。噪声低，寿命长，功耗小，供电。42模块选择1牛顿系列模块：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，

6、可靠性高，模块路模拟输出，电流（）电压（）均可，模块路模拟输入电压（），转换模块，转换速度极高（）。2模块：3电磁阀：工作电压4开关电源：，最大电流。五、工艺流程图与系统组态图设计51工艺流程图，如图5-1所示A/DD/A计算机 图5-1 工艺流程图52组态图，如图5-2所示手动自动（）-0图5-2 组态图六、组态画面设计61管道流量手动控制图，如图6-1所示： 图6-1 管道流量手动控制图62管道流量自动控制图，如图6-2所示： 图6-2 管道流量自动控制图63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64管道流量实时曲线图，如图6-4所示： 图6-4 管

7、道流量实时曲线图65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InTouch作为监控软件时需要用OPCLINK应用程序作为桥梁使InTouch和KINGVIEW连接起来InTouch并非与实验装置直接联系，而是通过KINGVIEW与实物连接，所以在InTouch标记名字典中项目名即为组态王中所对应项目的数据字典。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项目名应用程序名Flow流量I/O实型A

8、DADAI2MODBUSValve1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DODODO0MODBUSVV2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

9、“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”“访问名”；2.访问名与OPCLINK中访问名一致；3.建立InTouch标记名与组态王变量名通讯联系,逐个选择InTouch里的I/O型标记名,定义访问名为JJP.如图7- 3所示，项目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 表7-4标记名称注释类型访问名主题名项目名应用程序名Flow流量I/O实型JJPJJPrliul

10、iang1.valueOPCLINKValve1阀位I/O实型JJPJJPrfawei.valueOPCLINKPressure压力I/O实型JJPJJPryali.valueOPCLINKUk开度I/O实型JJPJJPruk0.valueOPCLINKVV1电磁阀1I/O离散JJPJJPdDO2.valueOPCLINKVV2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所示开始实时监控/停止切换按钮是否按下？手动/自动切换按钮是否按下？是PID控制是结束手动控制否否 图7-5程序流程图八、安装接线实验中DA模块中的I

11、O0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。. 上水箱液位的检测输出A/D模块中，IN0通道输入。. 流量的输出检测A/D模块中，IN2通道输入。. 阀位反馈信号检测输出A/D模块中，

12、IN5通道输入。. 水泵压力信号检测输出A/D模块中，IN6通道输入。. 调节阀开度的控制输入D/A模块中，IO0通道输出。. 模块之间用RS485总线相连，（2根信号线DATA+、DATA-，2根电源线+vs、GND）. 模块与计算机通讯：RS232通讯总线。. 电磁阀VV1控制输入DO模块中，DO2通道输入。. 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项目，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

13、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。十一、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

14、个工程项目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；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

15、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，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 THEN VV1 = 1; VV2 = 1; UkZL = (KP + (KP / (2 * TI) * EK0 - (4 * KP * TD) +KP) * EK1 + 2 * KP* TD * EK2;Uk=Uk+UkZL;EK2 = EK1;EK1 = EK 0SP