水箱液位单回路控制系统

1、水箱液位单回路控制系统、控制目的根据设定的控制对象和管道配置，运用计算机和INTOUC组态软件，设计一 套监控系统，并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持在一定的误差范围内。二、性能要求1、要求水箱液位恒定，液位设定值 SP自行给定。2、无扰动时，水压基本恒定，由变频器控制水泵实现。3、扰动因数：水箱出水流量允许波动。4、预期性能：响应曲线为衰减震荡；允许存在一定误差。调整时间尽可能短。三、方案设计、控制规律选择简单控制系统一般是单回路控制系统。由于其结构简单并且能够满足大多数 控制质量的要求，因此在生产过程控制中得到了广泛的应用， 是生产过程控制中 最基本的一种控制系统。一个单回路反馈系统是由

2、测量变送器装置、控制器、和 被控对象所组成，按其被控变量类型的不同可以分为温度控制系统、 压力控制系 统、流量控制系统、液位控制系统等。控制系统设计时针对某一特定生产对象进行的，当系统安装完成之后，控制效果主要取决于控制器的参数设定整定。选择合适的比例度、积分时间、微分 时间是保证和提高系统控制质量的主要途径。单回路水箱的原理，系统地输入变量为进水阀门、出水阀门的开度，输出变 量为水箱液位。单回路PID控制的被控制量是水位，控制量是进水门、出水门开 度。通过调节PID控制器的比例增益、积分时间、微分时间三个参数得到比较好 的控制效果。PID调节器构成的闭环控制回路一般原理如图1所示图1控制系统

3、方框图控制系统草稿图如图2电磁阀图2控制规律选择：目前工业上常用的控制规律主要有： 比例控制、比例积分控 制和比例积分微分控制等。本方案采用比例积分微分控制。比例控制一一克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。是最基本的控制规 律。但在终了时会存在余差，负荷变化越大余差越大。使用于滞后较小、负荷变 化不大、允许被控变量存在余差的场合。比例积分控制一一在比例作用下引用积分作用，虽然会使系统的稳定性降 低，但没有余差。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、不允许被控变量存 在余差的场合。比例微分控制一一引入了微分作用， 具有超前控制作用，在被控对象具有较 大滞后时，会有效的改善控制质量。但对于滞后小

4、干扰作用频繁，含有高频噪声 的系统，将可能使系统产生振荡，甚至失控。比例积分微分控制一一综合了比例、 积分、微分控制规律的优点。适用于容 量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。该方案的控制目标是使水位达到平衡状态， 通过控制电动调节阀改变阀门开 度，来控制流量的大小，从而来控制水位。选择阀门开度为控制量，水位为被控 量。控制规律选择PID控制规律。四、测要求试:I. 使用INTOUC组态软件。2采用计算机控制方式和 PID 控制规律。3. 设计出比较完整的控制画面。画面包括被控水箱、储水箱、电动调节阀、管 道及其开关型电磁阀、 流量检测仪表及显示、 压力检测仪表及显示、 阀位检测及 显示、

5、水位检测仪表及显示、实时曲线、历史曲线、 PID 参数调整框、手动控制 开关、自动控制开关、结束退出开关。4. 设计出采用 PID 控制规律的脚本程序。5. 要求系统具备如下手动控制功能：控制电磁阀开通和关闭、通过直接给定控 制电动调节阀开度。6. 要求系统具备如下自动控制功能：控制电磁阀开通和关闭、通过闭环PID 运 算结果控制电动调节阀开度，允许在线实时调整 PID 参数和水位给定值。7. 能够正确识别有关仪表和智能模块，按照 I/O 设定完成控制台上所用 I/O 接 线。8. 能够通过OPCLINI完成INTOUC组态软件和Kingview组态软件的实际连接。9. 能够手动投运系统，实现

6、手动功能。如有问题，能够修正设计。10. 能够自动投运系统，实现自动控制功能。如有问题，能够修正设计。II. 运行结果必须实现控制目的。五、仪表及模块 ：1. 装置柜：含被控对象一水箱、管道（直径 4”）、仪表、供水设备、开关 电磁阀和电动调节阀等。2. 控制台：含接线端子、 485 总线模块、控制电源。3. 计算机。4. 组态软件。压力传感器 : ：压力传感器用来对管道压力进行检测，采用工业用的 DBYG 扩散硅压力传感器，本传感器按标准的二线制传输，稳定性好，可靠性高。可方 便与其他DDMX型仪表互换配置，并能直接替换进口同类仪表。工作时需串入 24V直流电压，0.5级精度，二线制4-20

7、mA标准信号输出。变频器：三菱FR-S520变频器，4-20mA控制信号输入，可对压力进行控制， 体积小，外加电流控制，频率可高达 200Hz。水泵：采用丹麦格兰富循环水泵。220V供电。电动调节阀采用德国PS公司进口 PSL201型智能电动调节阀。牛顿7000系列模块：D/A7024模块4路模拟输出，电流（4-20mA电压（1-5V） 信号均可，A/D7017模块8路模拟电压输入，485/232转换7520模块，转换速度 极高（300115KHZ，232 口可长距离传输。D/A 模块：nudan7024模块外形模块原理模块接线模块性能：电流输出4-20Ma;A/D模块:n uda n7017

8、电压输入DO模 块:n uda n7043通信模块：n uda n7530六、工艺流程图和系统组态图变频器图3工艺流程图4系统组态系统可以手动/自动控制，通过控制电池阀开度改变水的流量，使水位达到 预定数值。七、标记名字典变量名称标记类型访问名项目名注释flow_mia nI/O实型bairliulia ng1.value主流里liquid_upI/O实型bairyewei1.value上水箱液位liquid_dow nI/O实型bairyewei2.value下水箱液位UkOI/O实型bairuk0.value主阀开度VV1I/O离散baiddo2.value电磁阀1VV2I/O离散baid

9、do14.value电磁阀2VV4I/O离散baiddo4.value电磁阀3Star内存离散开始运行Auto内存离散自动运行a01内存整型中间变量a11内存整型中间变量a21内存整型中间变量Kp内存实型比例系数TD内存实型微分系数eko内存实型中间变量ek01内存实型中间变量ek02内存实型中间变量TI内存实型积分系数P内存实型Pv内存实型SP内存实型I内存实型D内存实型TS内存实型八、系统组态图应用In touch制作出的组态图如图5:图5组态画面应设计出比较完整的控制画面。画面包括上水箱、储水箱、电动调节阀、设计出完整的控制画面。画面包括上水箱、储水箱、电动调节阀、水泵、变频器、管道及其

10、开关型电磁阀、压力检测仪表及显示、阀位检测及显示、水位 检测仪表及显示、实时曲线、历史曲线、PID参数调整框、手动控制开关、自动控制开关、结束退出开关。九、PID调节：建立一个窗口设置为PID显示窗口属性为弹出。通过PID调节对管道流量、阀开度、水压进行调节。改变Sp得到不同的水位值，给出水为值后，通过给定值与实际值比较得到误差。下图为PID显示图6:图6十、设置历史曲线：先建立一个窗口设置为历史曲线窗口属性为弹出历史曲线设置后如图7:图7十一、设置时实曲线：建立一个窗口设置为时实曲线窗口属性为弹出。时实曲线如图：8图8十二、安装接线:I/O接线：实验中DA模块中IOO为控制调节阀开度的控制通

11、道,101为可控硅的电压控制通道，I02为变频器的控制通道。AD模块中IN1为水箱液位的检测，IN5是阀位反馈信号检测，IN6是水泵出中水位信号检测。计算机装置柜控制台接线口图9接线示意图十三、I/O接线表：液位变送器输出川：5(+)电源正极(水箱液位检测)6(-)In1 +In1-电源负极压力变送器输出：7(+) 电源正极(压力检测)8(-) In6+In6电源负极流量计输出：17(+) In2+(管道流量检测)18(-) In2-电动调节阀输入：9(+)电源正极(管道电动阀控制)10(-) Io0+AGND电源负极AGND电源负极变送器输入：41(+) 电源正极(变送器控制)42(-) I

12、o2+AGND电源负极电动调节阀阀位输出：11(+) In5+(主管道阀位控制)12(-) In5-十四、系统调试过程：1 安图接线，无误后进入调试状态。2 手动控制时，如果出现问题时，立即结束，检查仪表。3.自动控制时，调节 PID参数，KP=0.3,TI=0.3,TD=0.1否图10调试流程示意图否自动控制中应不断改变 PID参数，观察实时曲线判断控制性能是否能够达到要求。包括快速性、准确性、稳定性三方面，尽量让这三方面都能达到很好的性能。调节参数原则 :应该先调节 KP 的值， P 作用是最基本的控制作用，一般先按纯比例进行闭 环测试，然后适当引入 Ti 和 Td.应尽量发挥积分作用消除

13、余差一般取Ti=2 T或 Ti=(0.5-1)Tp ,Tp是振荡周期。稳定性是控制系统品质指标的前提条件。 通常，可取衰减比作为稳定性指标。 在整定完成后一定要确保过程控制系统的稳定性。十五、系统调试以及结果 :此系统事采用 PID 控制规律实现单回路液位控制系统的动态监控。首先给定 Kp、Ti、TD 的值之后进行调试。在自动时可以改变Sp,此时Pv相应发生变化，Uk0在自动时无法改变。在 手动时,Sp和Uk0均可以改，Pv发生相应的变化。在通过OPCLNK建立INTOUCH组态软件和Kingview组态软件的实际连接 时，要注意几点：首先，在 Kingview 中建立访问名时必须与 INTO

14、UCH 组态中的访问名一致， 并且此访问名必须在系统中没有重复定义过才行：其次在定义项目名时必须注 意，标记名在实际水压控制系统中是内存离散或是 I/O 实型，因为标记名与主题 名不同，可以选择使用标记名作为项目名， 使之自动输入到项目框， 使用内置的 主题 IOSATUS 监视 I/O 对话时，项目框总是使用在访问名中输入的名称。 总结：通过这次 ASEA 培训,使我了解了当前组态软件的发展。 进一步学习了 PLC、 Intouch 以及 Protel 的应用 !学习了系统组态图的设计与制作，使自己的思维更加 开阔。通过这次培训不但提高了对系统组态的认识也提高了自己的动手能力 ! 通 过这次学习掌握了对复杂电路的实际和安装 !我希望在未来能够自性设计生产线 路和安装调试系统 ,知识与实际操作联系到一起 !附录： 启动时：VV1=0;VV2=0;VV4=0 ：TS=1;KP=30;TI=30;TD=0.1;P=KP;I=Ti/Ts;D=Td/Ts;Uk0=0; ek0=0;ek01=0;ek02=0;运行期间：IF