液位和流量串级控制系统

1、课程设计说明书（2012 /2013 学年第 一 学期）课程名称 ： 工业监控系统工程设计 题 目 ： 液位和流量串级控制系统 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2013年 1月 4日目 录1 课程设计目的32 课程设计设备33 课程设计原理34 课程设计内容和步骤34.1设备的连接和检查44.2实验接线44.3启动实验装置54.4实验步骤65 实验设计收获、体会和建议96 参考文献10液位和流量串级控制系统一、课程设计目的1）、掌握串级控制系统的基本概念和组成。2）、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。3）、研究阶跃扰动分别作用在副对象和

2、主对象时对系统主被控量的影响。二、课程设计设备ICP-7017远程数据采集输入模块、ICP-7024远程数据采集模拟量输出模块、计算机、串口线1根。三、课程设计原理因为流量变化瞬速，做为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。控制框图如图所示：四、课程设计内容和步骤串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。实验以串级控制系统来控制下水箱液位，以第二支路流量为副对象，右边水泵直接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可

3、加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。下水箱为主对象，流量的改变需要经过一定时间才能反应到液位，时间常数比较大，时延大。如图所示，设计好下水箱和流量串级控制系统。将主调节器的输出送到副调节器的给定，而副调节器的输出控制执行器。由上分析副调节器选纯比例控制，正作用，自动。主调节器选用比例控制或比例积分控制，反作用，自动。反复调试，使第二支路的流量快速稳定在给定值上，这时给定值应与副反馈值相同。待流量稳定后，通过变频器快速改变流量，加入扰动。若参数比较理想，且扰动较小，经过副回路的及时控制校正，不影响下水箱的液位。如果扰动比较大或参数并不理想，则经过副回路

4、的校正，还将影响主回路的温度，此时再由主回路进一步调节，从而完全克服上述扰动，使液位调回到给定值上。当使用第一动力支路把扰动加在下水箱时，扰动使液位发生变化，主回路产生校正作用，克服扰动对液位的影响。由于副回路的存在加快了校正作用，使扰动对主回路的液位影响较小。各个回路独立调整结束，使得主调节器输出与副调节器给定值相差不是太远。副回路对FT102进行控制，这个反应比较快，副回路的控制目的是很快把流量控制回给定值。可以通过另一个动力支路加入部分液位干扰。主回路对下水箱液位进行控制。可以在下水箱中加入主回路干扰，要平衡这个干扰，则需要经过流量调整，通过FT102来平衡这个变化。串级控制设计如下：测

5、量或控制量测量或控制量标号使用控制器端口电磁流量计FT102AI1下水箱液位LT103AI0调节阀FV101AO01、设备的连接和检查1）、关闭阀26将储水箱灌满水（至最高高度）。2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至中水箱的阀1、阀4、阀7、阀23，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀5、阀9、阀11、阀13、阀15。3）、打开中水箱的出水阀22至适当开度。4）、检查电源开关是否关闭。2、实验接线 接线方法如图10-2所示：图10-2、实验接线1）、将I/O信号接口板上的中水箱液位的钮子开关打到OFF位置。2）、电源控制板上的三相电源、单相空气开关、单相泵电源开

6、关打在关的位置。3）、电动调节阀的220V电源开关打在关的位置 。4）、将中水箱液位+（正极）接到任意一块智能调节仪的1端（即RSV的正极），中水箱液位-（负极）接到智能调节仪的2端（即RSV的负极）。智能仪表的地址设为1。软件定义调节仪地址为1的调节器为主调节器，调节仪地址为2的调节器为副调节器。5）、将主调节仪的420mA输出接至转换电阻（250）上转换成15V电压信号，再将此转换信号接至另一调节仪（副调节器）的1端和2端作为外部给定，涡轮流量计的测量信号转换为0.21V的信号后接入副调节器的3、2两端。调节器输出的420mA接电动调节阀的420mA控制信号两端。3、启动实验装置1）、将实

7、验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。3）、打开总电源钥匙开关,按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。 4、实验步骤1）、开启单相空气开关，根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参数和液位传感器的零位、增益。2）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图10-3所示：10-3、实验软件界面3）、设定主控参数和副控参数。主调节器的参数与单回路闭环控制设定方法一样，副调节器的参数主要的区别在于参数Sn设为32，CF设为8。4）、待系统稳定后，在中水箱给一个阶跃信号，观察软件的实时曲线的变化，并记录此曲线。

8、5）、系统稳定后，在副回路上加干扰信号，观察主回路和副回路上的实时曲线的变化。记录并保存曲线。进入窗口程序l2.PV=0;l1.PV=100;sw1.PV=0;sw2.PV=0;sw4.PV=0; 窗口运行时周期执行if sw2.PV | sw1.PV thenl1.PV=l1.PV-2;l2.PV=l2.PV+2;endifif sw2.PV & sw1.PV thenl1.PV=l1.PV-5;l2.PV=l2.PV+5;endifif l1.PV=100 thenl2.PV=100;endifif l1.PV=100 thenl1.PV=100;endifif l2.PV=0 thenl

9、2.PV=0;endifif sw4.PV=1 thenl1.PV=l1.PV+5;l2.PV=l2.PV-5;endif：五、实验设计收获、体会和建议从理论到实践，在整整两星期的日子里，学到很多很多东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自

10、己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢。我意识到我们所学的东西将来都是要付诸实践的，所以一切要从实际情况出发，理论联系实际，这样才能真正发挥我们所具备的能力。 组态软件界面灵活，操作简单，容易设计。它的可灵活设计的界面增加了我们的兴趣，大家都很喜欢自己画出的图形，而且他的编程相对简单，几条简单的语句就可实现效果，我们的编程中多用IF条件语句，它可实现多种功能。但是在很多细微的地方需要多多考虑，比如初始进入程序条件，以及每个图形文件的条件等。在此过程中，我们遇到了一些问题，但最终在大家的共同协作，思考之下解决了疑难问题。再做plc程序时不断的进行调试，可是效果不佳，没有很好的实现要求的过程，可能在设计过程中细节的地方没有注意到，这就要求我要更加严格要求自己将知识真正的学到手。与此同时，在设计中也得到了任课老师的大力帮助，使得实验得以成功，这也是离不开同学的团结和老师的帮助的。在设计中也暴露了很多不足，今后要更加努力学习。六、参考文献1陈建明.电气控制与PLC应用,电子工业出版社 2007 2邓则名.电器与可编程控制器应用技术,机械工业出版社3郁汉琪.电气控制与可编程序控制器, 东南大