过程控制课程设计--自动化综合实验装置计算机监控系统设计

1、大连理工大学本科课程设计自动化综合实验装置计算机监控系统设计学 院（系）：电子信息与电气工程学部专 业： 自动化 学 生 姓 名： 学 号： 设计小组号 ： 完 成 日 期： 大连理工大学Dalian University of Technology 目 录1 项目名称12 设计依据及范围12.1 设计依据12.2 设计范围13 控制系统说明13.1 工艺流程简述13.2 系统构成13.3 主要控制回路说明14 PLC程序设计说明14.1 I/O分配表14.2 主要程序说明25 监控计算机系统设计说明25.1 I/O设备组态说明25.2 数据库组态说明25.3 操作说明26 其它需要说明的问题

2、2附件1：P&ID图附件2：自控设备表1附件3：自控设备表2附件4：控制箱面板布置图附件5：控制箱内部布置图附录6：控制箱面板背面接线图附录7：控制箱内部接线图过 程 控 制 课 程 设 计1 项目名称自动化综合实验装置计算机监控系统设计2 设计依据及范围2.1 设计依据（1） 过程检测和控制流程图用图形符号和文字代号（GB 2625）；（2） 过程检测和控制系统用文字代号和图形符号（HG 20505）；（3） 仪表符号（JIS Z8204）；（4） 工业自动化仪表电源、电压（GB 3368）；（5） 流量测量节流装置用孔板、喷嘴和文丘里测量充满圆管的流体流量（GB/T 2624=ISA 51

3、67）；（6） 自动化仪表选型规定（HG 20507）；（7） 控制室设计规定（HG 20508）；（8） 仪表供电设计规定（HG 20509）；（9） 仪表系统接地设计规定（HG 20513）；（10） 仪表回路接线图册（TC 50B1）。2.2 设计范围（1） 现场控制箱设计（2） 现场PLC控制程序设计（3） 上位计算机监控系统设计3 控制系统说明3.1 工艺流程简述如图，上图给出整个系统的现场和PLC部分原理图（上位机及显示仪表未画出，完整图见附件1）。其中，水泵将储水槽中的水送入水槽L1，L1中的水经管道流入L2，调节L1的入水阀，可控制L1进水量的大小，从而控制L1液位的高低，L1

4、液位的高低又影响其底部压强的大小，从而影响L1到L2的入水流量。L1和L2中的水通过水槽底部的管道流回储水槽，实现整个系统的循环。3.2 系统构成3.3 主要控制回路说明此系统采用单回路控制，控制流程图如下：4 PLC程序设计说明4.1 I/O分配表PLC程序设计所使用的I/O分配表。输入输出启动按钮开关I0.0启动指示灯Q0.0停止按钮开关I0.1停止指示灯Q0.1泵出口压力信号+0A报警器Q0.2泵出口压力信号-0B继电器Q0.3L1液位信号+1A电动调节阀+AQ0+L1液位信号-1B电动调节阀-AQ0-L2液位信号+2AL2液位信号-2B流量信号+3A流量信号-3B4.2 主要程序说明（

5、1） 数据转换关系。PLC的AI输入为15VDC，对应的内部转换数据为0.08000.0，再转百分数。PLC输出为百分数，内部转换数据为1000.05000.0，对应的AO输出为420mADC。内部数据与工程量的转换关系公式为。（2） 程序共分为以下几个部分开关：用来控制整个系统的启动和停止。L2输入：水槽2液位的输入和转换。手自动切换：改变操作模式正反作用切换：改变控制器正反作用方式，默认为反作用。PID调节器：控制器的主要部分L2输出：PID调节器输出及转换。上下限报警：设置L1、L2的液位上下限为80%和20%，若超限则进行报警。压力和流量输入：水泵口压力及管道流量的输入和转换。5 监控

6、计算机系统设计说明5.1 I/O设备组态说明序号绝对地址MODBUS寄存器地址符号数据类型1VD43007180P1四字节浮点数2VD43027182L1四字节浮点数3VD43047184L2四字节浮点数4VD43067186F1四字节浮点数5VD43087188L2_PV0四字节浮点数6VD43107190LC2_SP0四字节浮点数7VD43127192四字节浮点数8VD43147194LC2_PB四字节浮点数9VD43167196LC2_TI四字节浮点数10VD43187198LC2_TD四字节浮点数11VD43207200LC2_SP四字节浮点数12VD43227202LC2_PV四字节

7、浮点数13VD43247204LC2_MV四字节浮点数14VD43267206P1无符号双字节15VD43287208F1无符号双字节16VD43307210L1无符号双字节17VD43327212四字节浮点数18MW1002948LC2_MODE无符号双字节19MW1012949LC2_P/N无符号双字节20AIW00P无符号双字节21AIW11L1无符号双字节22AIW22L2无符号双字节23AIW33F无符号双字节5.2 数据库组态说明数据库组态列表如下：序号点名说明I/O连接历史记录间隔初值工程单位量程上限量程下限裸数据上限裸数据下限1LC2_PYLC2测量值PY=lC_2: HR71

8、89F1s%0100080002LC2_SPLC2设定值PY=lC_2: HR7191F1s%0100080003LC2_PB比例值PY=lC_2: HR7195F100%010004LC2_TI积分时间PY=lC_2: HR7197F99999s100999995LC2_TD微分时间PY=lC_2: HR7199F0s099996LC2_MYL2输出值PY=lC_2: HR7205F1s%0100080007PTl水泵口压力PY=lC_2: HR1U1s%0100080008Ll水槽l液位PY=lC 2: HR2U1s%0100080009FTl管道流量PY=lC_2: HR4U1s%010

9、00800010MODE手动自动切换PY=lC_2: HR2949/0011ACT正反作用PY=lC_2: HR2950/005.3 操作说明下图为现场监控界面和各个变量的趋势曲线：参数整定时，具体操作步骤如下：（1） 按照接线图连接线路。（2） 经老师检查确认后，给控制仪表通电。（3） 选择模式13，将差压变送器单位设为mmH2O，再选择模式5，将下限设为0，上限设为1500。（4） 观察现场显示仪表的显示是否与所选择上位机显示一致。（5） 根据所选择的电动调节阀，通过操作站（上位监控计算机）将控制器设置为反作用。将控制器切换到手动控制方式（M方式, 即Manual方式），使L2调节器输出为

10、20%，启动水泵6。（6） 调节水槽1液位稳定（注意应该选择调节的水槽1的出水阀）： 调节水槽1至水槽2的手动阀，使其液位稳定在全程的40%-60%之间的任意一个值。当上位机显示液位变化为一条直线时，可认为此时水槽1液位稳定。（7） 使用类似调节水槽1液位稳定的方法调节水槽2的液位稳定在量程的40%-60%之间的任意一个值。（8） 当水槽2液位稳定不变时，比较水槽2液位变化过程中其设定值与当前过程值的大小，水槽2液位稳定不变时，立即将调节器无扰动切换到自动控制方式。（9） 将控制器的微分时间置为0（即bAtd=0），积分时间置为1000，并将比例度设置为100%，将给定值增加10%，观察过渡过

11、程曲线。（10） 设置新的控制器参数，将给定值减少10%，等待过渡过程曲线。（11） 拷贝实验曲线，记录实验结果。（12） 将电动调节阀开度设为20%，控制器方式设为手动，关闭电源，整理接线。6 其它需要说明的问题在安装过程中一定要检查无误后最后才能上电。导线在安装接线端头前应先将线号管穿入。注意螺丝刀使用选择（端子压线用一字小螺丝刀，空气开关、接触器、继电器、按钮、转换开关、显示表等用十字大螺丝刀），且不要压接的过紧。剪线使用桃形钳或剥线钳，压接导线端头使用大钳子，剪刀只用于剪线号。对于有多层端子的部件，应先接下层端子，再接上层端子。在投运前一定要调试通过。投运过程中，务必要注意现场引线与控制柜部件端子的对应。检查三阀组是否打开正常，确认出（入）水阀门都已处于开放位置。打开水泵开始供水，在手动状态下运行，调节阀门使L1、L2液位保持稳定，然后切换到自动状态，设置比例度、积分时间、微分时间控制器参数，观察过渡过程曲线。控制系统改进意见：为提高系统的控制质量，可以将单回路控制系统改为串级控制系统。实验体会：通过本次课程设计，不仅接触了过程控制在实验系统中的调试、应用，也亲自进行了近于工业现场的过程控制设计。从确定系统的控制方式，然后画出P&ID图，再画出控制