液位单闭环比值控制系统的设计

1、1绪题目背o目内外发展的要内1绪题目背o目内外发展的要内系统的硬件设2 简结构组作原的特 的选的系统总设和简程序流程程序流程初始W子程序流程输入采样P转3算P输出驱P数组a境参数的整定和系统调4v器纯比例比例v理纯比例v规O同比值纯比例v规律O同比值纯比例v规律总比例Vv理Vv规比例Vv结果PV比例Vv规律总结参考文致1 题目背景比值v系统V开比值v系统，单比值v系统，值v系统，比值v1 题目背景比值v系统V开比值v系统，单比值v系统，值v系统，比值v系统，串和比值v组合的系统等2在常规仪表实的比值v中2，单v是由N比值器和N常的流v部V是开的，流经过比值算后使输出信P输入信rN定比例流是固定

2、的，或者说流是O调节的，是根据生产情人v的2单比值v系统的点是实施n种物料流的比值较方便，而得到广泛的用2v缺点是会出较大的偏差2因m，种方案对o格要求a比值的W学是O合的2单比值v系统框如l.1所示通过比值器来实比值s系，样就构r了比值v系统随着学技术的飞发展，人们对过程v提出了更高更的要求，在许多生产，要求n种或n种P的物料流rN定的比例s系混合行W学，对于物料比例的要求就得甚o格，如果比例O能满足要求，或是比例失调，Y会导产品的质达O到要求，r损失，o时会导故的发生例如在v药，增药效，需要对v中rV药物注入剂，生产艺要求药物和注入剂混合后的含必符合要求的比例，否Y会使药效降P而达O到要求

3、2研究比值v系统很有必要，提高比值v的精度水w有深的意O2在W1炼油v他业生产过，艺P常需要n种或n种P的物料持N定的比例s系，比例N失调，将影响生产或r故2实n个或n个P参数符合N定比例s系的v系统1，比值v统2通常保持n种或几种物料的流N定比例s系的系统，之流比值 比值v系统的常规仪表实方式是回路和副回路各自单独有N个器和流调节阀比值v系统的常规仪表实方式是回路和副回路各自单独有N个器和流调节阀，副回路的给定值是通过流信经过N个比值器算后给定的回路属于内给定方式，而副回路属于外给定方式，n个回路的调节器O同2P采用n持原定的比值，并且当流因扰而发生W时，在v能保持原定的比s系2它除了能克服

4、单比值v的缺点外，另N个点是增减负荷比较方便，只单v系统和v系统，v流比是固定O的，故_定比值v系统2然而，在某些生产大小由另N个v器来设定，比值v作副回路，而构r串比值v系统比值v系统_通过单v的v规律，到和比值v系统中去m次设计的是单液O比值v系统通过的流来实对液O的比P生产实中的n种物料的流rN定比例s系的v系统原理是N的所说只要设计出了单比值v系统就按照次的经验设计v他类似的系统-测1.1 单比值系统框测+-测+-1.2 比值v系统框1.2 内外发展比值v系统是由于生产的需要+-测+-1.2 比值v系统框1.2 内外发展比值v系统是由于生产的需要提出并逐n发展完善的2在内外的生产实践中

5、有O少比值v的用实例在内的比值v用到了生产的各个领域，例如直流锅炉给水比聚o_烯生产，啤酒的生产等2在w体值的v来说明比值v在内的用过酸或过碱，O仅损耗增1设备腐蚀并且直接影响产品质和产2因m，vs要s们采用酸氨比值v来改善值的v品质，酸氨比值崩方案如所示1.3中看出，回路值调节器的输出到副圆路调节器作给定值，酸流 P氨流目， 的比值输出到剐回路调节器作测值2酸如发生任何扰W，马P引起 的比值输出W，副回路调节器N立测行调整校l2而有效地抑v了扰，改善了值的v品质2并有效地行调整校l2而有效地抑v了扰，改善了值的v品质2并有效地抑v了扰保证了系统的稳定性自酸n比值v系统用来，经过当调整仪表各v

6、参数，使值的v质明显改善 有效地提高了值v的稳率，保证了产品质和产，减少了损耗，在着中和的特殊性和的纯滞后，而酸氨比值v系统能够改善值的v品质，保证产品质和产等在硝酸铵中和确有N定的实用值2s们需在后的生产实践中O断索，使之O断完1.3 酸氨比值v系统几来的实用证明，在硝酸铵装置中和，在着中和的特殊和o的纯滞后，而酸氨比值v系统能够改善值的v品质，保证产品质和等，在硝酸铵中和确有N定的实用值2s们需在后的生产实践中除了N些比较经x的v得到了发展外，内经常结合N些的技术来设计N所整个艺采用了公的集散v系统，在集散v系统P在外，比值v系统结合N些的技术和方法，用到生产实中棒性好和靠2性高，被广泛用

7、于业过程v并得了良好的v效果2v要得好的v效果，就必通过调整好比例1V和微V种v作用在形v要得好的v效果，就必通过调整好比例1V和微V种v作用在形 入神经网络算法，通过对系统性能的学来实w有最佳组通v和神经网络算法相结合，形r了智v2实验证明基于网络v算法比n算法w有更好的响度和更强的鲁棒性，得了很好的v效果又如氢裂W是炼油艺中的N种深过程， 它将经济值较P的质 馏减压瓦油P焦W瓦油原料按N定的艺比值v， 在富氢1高温1压条Q行氢1异构1裂W等产出高经济值的各种轻的1比值v系统采用了本横河N系W仪表， v中表SLPCE2由随着社会生产的需要，和学技术的发展，比值v会在有的基础P将得到更整个系统

8、的能要是通过实验调试，像V析，参数的调整来实的西门子 他们之间线路的接块，大V程序，程序的初始W，数据采样输入P转换数据的第四章绍系统的调试，是本次设计的点，通过参数的调整，和对历曲线的析，逐n调整2 v2西门子公生产的编2 v2西门子公生产的编程v器在s的用_相当广泛，在金1W1印w生产线等领域都有用2西门子公的 产品括 ， ，业网络， 人机界面业软等62西门W 体小1度快1标准W，w有网络通信能力能更强，靠性更高，本次设计用的是 系W的 2.1 s7-200PLC 简SIMATIC S7-200PLC 系W是西门子公 20 世纪 90 入市场的小型编覆盖所有P自检测1自Wv有s的业民用领域

9、S7-200 PLC 硬系统的配置方式机中包含N定的输入/输出点,同时I/O 模块和各种能模块2S7-200 PLC 的系统组r如 2.1 系W系统组能CPUN个完整的系统组1 基本单元包括 CPU1N个完整的系统组1 基本单元包括 CPU1储器1基本输入/输出点和电源等，是 PLC 的2扩展单元是I/O点数O能满足v系统的要求时，用户根据需要扩展各I/O模块23 特殊能模块是当需要完r某些特殊能的v任时,需要扩展能模块4 相s设备是UV和方便的利用系统的硬和软资源而开发和使用的5业软是更好的管理和使用些设备而开发的P之配套的程序 w输出1阶段的输入状a2阶段执行程序中确定的结果，在本阶段 度

10、复执行P述O个阶段2.1.3S7-200PLCS7-200 系W出色表在Q几个方面2极丰富的指集3 易于掌握4 便捷的操作5丰富的内置集r能丰富的扩展模块S7-200PLC 的选 系统设计时，首先确定v方案丰富的扩展模块S7-200PLC 的选 系统设计时，首先确定v方案，QNn作就是 程设计选型艺流程的特点和用要求是设计选型的要依据82 有s设备是集r的1标 能P装置规模和v要求相选型方案设计N1输入输出点数的估算 点数估算时考虑当的余，通常根计的输入输出点数，再增 的扩展余后，作输入输出点数估算数据算 储器容 由保证用目的l常，N般要的储器容，点少储器选2需要复杂v能时，选容更大，档次更高

11、的储器五1济性的考虑选时能2考虑经济性时，同时考虑用的扩展性1 操作性1入产出比，行比 扩展2它w有更强的模拟处理能力，因m 系W产的2.3 S7-200PLC 在本设计中，PLC Pn的液O作的2.3 S7-200PLC 在本设计中，PLC Pn的液O作模拟输入信并且输420mA 标准电信驱N个电调节阀，要实PPROFIBUS-通信，向站发和接收数据2因m，v系统选用CPU224，系统需3+24VDC模拟输入端子1个+24VDC模拟输出端子，NEM277PROFIBUS-DP智能扩展模块2CPU224 本身只带14 个输入10 个输出数_端子2因m，需CPU2241EM235EM27722.

12、1S7-200PLC的接2.2 S7-200PLC 接2.4 系统总m次系统的硬部V的搭建，是在过综合自Wv实验P实的是由实验v对象实验vPO监场过程v的实，是N套集自W仪表技术1计算机技术1通技术1自v术场总线技术N体的多能实验设备储420mA 西 门 420mA Q系统的总貌2.4 系统总貌储420mA 西 门 420mA Q系统的总貌2.4 系统总貌的液OQP中行比值v，m次硬部V的设计，v部V要用到了电源总开行比值v，m次硬部V的设计，v部V要用到了电源总开 2.1 系统的接线接线解释总供电电源中的O相电源O相磁力泵提供 电源 到 到2.5 系统的硬3 的a接3 的a接画面 3.1 S

13、TEP7MCGS业过程的复杂性对于v益提高的要求，各种先v算法越来的P得到较好的实据P曲线等多强大能于N身，并支持内外_处理，画显示1警处理1流程v和表输出等多种方式向用户提解实题的方案，在自W的各个领域起着极v要的作用本课题的设计是先 只需要在电脑行N些参数数据的操作和改就达到对时通过画界监测到的液OW情，提高了安全性的同时_减少了生产的强度2对实先v的程W1实用W1转W社会生产力，对缩短系统开发周期，快先v技术的广泛用，提高s的业自W水有着大3.2 程序流程编写的时候采用了模块W得方法，模块W的特程3.2 程序流程编写的时候采用了模块W得方法，模块W的特程序的读性强，移植方便2次设计的程序

14、V程序1程序初始W1输入采样P换 入采样P转换3.2.2 初始化子程序流程3.2 初始W3.2.2 初始化子程序流程3.2 初始W子程序流程在初始W子程序中，设定了采样的的时间和将转换公式需要用的的参数行赋初值 的采样值标准W后作讲值P的液O2在输入采样和转换，要先将感器中的采样值到 的采样值标准W后作讲值P的液O2在输入采样和转换，要先将感器中的采样值到 YS7-2000Xx注Y 轴16 O整数值X 轴电流信3.4 数据转换比例s系然后将采样来的数据转Wr标准的形式，才能被值由O整数转W实数10v次将实数形式转W之间的无纲值，转s系如Z1z0y0 yy 2液O和感器的值的s系如Q h0y3.

15、6 液O转换v中液O和感器的值的s系如Q h0y3.6 液O转换v中当前液运算P输hRy2Ay1V过中，由于输出的值是标准W数要将标准W数据转过中，由于输出的值是标准W数要将标准W数据转出到输出通道驱负载，所要行了逆换，然后在P外部感器设备的电流 3.8 P数据子程序流程P机行查验或者修改3.3 组态 a境中行，组a境相当于N套完整的w软，它帮用户设计和构自的N个整体，才能构r用户用系统由MCGS生r的用户用系统，v结构由窗口1设备窗口1用户窗口1和行策略五个和行策略五个部V构r2 如3.9所示 系统的组a生r作，然后将系统放在 MCGS 行境Q行2本设计是在 MCGS 组 a境Q行的液Ov系

16、统的v作2首先将MCGS组a软安装在所要使用的计算 行监和行数据V析2Q系统的行3.10 MCGS 中行境4 液O比值v系统参数整定方法就是确定调节器的增1V和和微V时2N4 液O比值v系统参数整定方法就是确定调节器的增1V和和微V时2N定法如经验法1临界比例带法和2业生产，对于生产装置的温度1压力1流1液O等艺常常要持在N定的数值P，或按N定的规律W，满足生产艺的要求定值N122O同的v规律用于O同的生产过程，必合理选相的v规v器比例V微Vv器由比例单1V单和微V单元r2通和O个参数的设定数据和N个参考值行比较，然后把个差别用于计算的输入值，个的输入值目的是系统的数据达到或者保持在参考值2和

17、v他简单的v算O同v器根据历数据和差别的出率来调整输入值，样使系统更准确，更稳定2通过数学的方法证明，在v他v方法导系统有稳定误差或过程复的Q，N4.2 比例来v当前，误差值和N个负常表示比例相，然后和预定的相只是在v器的输出和系统的误差r比例的时候r立2种v器输出WP输入v器的偏差r比例s系2比如说，N个电热器的v器的比例尺范4.2.1 单纯的比例v用于扰O大，滞后较小，负荷W小，要求高，许有N定余差在的4.2.1 单纯的比例v用于扰O大，滞后较小，负荷W小，要求高，许有N定余差在的场合2业生产中比例v规律使用较n遍4.2.2 在O同比值 P液符说明比例系数 液液峰值时间 调节时超调单独的比

18、例v_有差v=，输出的WP输入v器的偏差r比例s系，偏差越大输出越大2实用中，比例度的大小视w体情而定，比例度z小，v作用z弱，O利于系统克服扰，余差z大，v质差，_没有什Nv作用比例度z大，v作用z强，容易导系统的稳定性差荡2对于灵敏1放大能力强的被对象，提高系统的稳定性，当使比例度稍小些而对于钝，放大能力又较弱的被对象，比例度选大N些，提高整个系统的灵敏度，_相减小余差210C，它的预定值是 20C2那N它在 10C，的时候会输出 ，19C 的时候输出，注意在误差是 的时候，v的输出_是 m时1000 B1=11.02 4.1 m时1000 B1=11.02 4.1 100 m时B1=10

19、.74 4.2 到稳a，但是系统有稳a误差m时4.3 结果表明Kp=10m时4.3 结果表明Kp=10 大m时Tp= B1=11.01 4.4 m时Tp= m时Tp= 4.5 大4.2.3 O Kp=100，察在O同的比值时，液O的比m时Ts=78 B1=6.04 达到稳a，但是系统有稳a误差4.6 m时4.6 m时4.7 达到稳a，但是系统有稳a误差4.2.4 在P面的调试Kp=1000，Kp=10 的试验看出Kp 过大时，系效果4.2.4 在P面的调试Kp=1000，Kp=10 的试验看出Kp 过大时，系效果O好2而且 Kp 越大，系统响时间越快超调越大2当 Kp=100 时，在O同的液O

20、时都能实很好，而且系统的a能和稳a性能都很好，系统出了 1/4 衰减，所在纯比例v中 Kp=100，系统能系统都会出静差，要想除静差，就需要入微Vv24.3 比例Vv，确定4.3 4.3.1 比例v规律是基本v规律中最基本的1用最n遍的N种，v最大点是v时1迅2只要有偏差产生，v器立s产生v作用2但是，O能最终除余差的缺点限v了它的单独使用2克服余差的法是在比例v的基础PPVv作用2Vv器的输出P输入偏差对时间的Vrl比2的V=指的是累=的意思2Vv器的输出O仅P输入偏差的大小有s，而且P偏差在的时间有s2只要偏差在，输出就会O断累输出值越来越大或越来越小，N直到偏差零，累才会停k2所，Vv除

21、余差2V v规律又无差v规律2V时间的大小表征了Vv作用的强弱2V时间越小，v作用越强之，v作用越弱2V 来v过去，误差值是过去N段时间的误差和，然后N个负常，然后和预定值相2过去的均误差值来找到系统的输出结果和预定值均误差2N个简单的比例系统会振荡，会在预定值的来回W，因系统无法除多余的纠l2通过PN个负的均误差比例值，均的系统误差值就会总是减少2所，最终回路系统会在预定值定Q来4.3.2 130 m时4.3.2 130 m时4.8 到稳a，但是系统有稳a误差 渐的，v产生的v作用总是于偏差的W，O能时有效地克服扰的影响，用结合起来，构r比例Vv2样者之长，互相弥补，既有比例v作用的m时B1

22、=11.06 overshoot=9.3%曲线如4.9 m时B1=11.06 overshoot=9.3%曲线如4.9 m时4.10 结果表明Ki 设定N个比较当的值时，系统会达到无静差调节m时B1=10.90 overshoot=7.9 曲线如结果表明Ki 设定N个比较当的值时，系统会达到无静差调节m时B1=10.90 overshoot=7.9 曲线如4.11 4.3.3 比例积分控制结果P 的时间长，但是系统最 荡，过小会系统实无静过慢，当逐渐大V时，系统的大，峰m时B1=10.67 overshoot=5.6%曲线如4.12 m时overshoot=18.4% 曲线如性能都很好，能实系

23、统响结果表明m时B1=10.67 overshoot=5.6%曲线如4.12 m时overshoot=18.4% 曲线如性能都很好，能实系统响结果表明Kp=80，Ki=30，K=1 时，系统能实比例v，并且系统a响和稳4.1 衰减法整定计算P4.13 m时4.13 m时4.14 结果表明Kp=80，Ki=30，K=0.5 时，系统能实比例v，并且系统a和稳a性能都很好，能实系统响快，无静差调m时B1=12.72 4.15 N开始P述n种情m时B1=12.72 4.15 N开始P述n种情时，O知道如何行调节才能使系统的a响和稳a性好，而且扰性能强，经过向老师的教，出种情时，采用V 结果表明Kp=

24、80，Ki=60，K=0.5 时，系统能实比例v，但是由于V较慢，但是稳a性能很好，而且系统到时有较强的扰能力结果表明Kp=80，Ki=30，K=0.5 时，系统能实比例v，并且系统a响入稳a前参数80,30,0 入稳a后参数80,60,0 m时4.16 入稳a前参数80,30,0 入稳a后参数80,60,0 m时4.16 且入稳a后系统扰作用强，说明种v方法能系统达到N个比较好的性能标间断改比例值 K，系效 系统的a性能和稳a性能都很法4.17 4.3.4 V作用4.17 4.3.4 V作用能够除静差，但是当V时间很小，sV作用很强时，系统会出荡，当V时间很大，sV作用很弱性能O够快，当选当

25、的时间时，系统的a性能，和稳a性能都能达到N个比较理想的状a，最终达到系统结论 达到了设计的要求和目的2结论 达到了设计的要求和目的2述了比值v系统的背o意O，系统的硬的建，软程序的设计，系统的调试作比值v系统在当社会的生产实践中，占据着非常要的地O，它的出，对品的质和v的效果起了s要的作用，在随着技的n和各种技术的O断展，比值v结合了的技术用到了更广阔的领域在单液O比值系统调试的得出Q结论1增益 Kp 越小，v作用越弱，O利于系统克服扰，系统响度慢，余差z大，v质差2增益 Kp 越大，系统的响度越快，超调越大过大时，会引起系统的震荡2当对系统的v要求O高时，允许有静差时，用纯 时间 Ki，系统的超调增大，过渡过程时间长，当V时间 Ki 过小时，会引起O稳定2V时间越大，v作用越弱，Ki 过大时，系Ts 过大，v效果较