基于组态软件的液位单回路过程控制系统设计

1、工业过程控制课程设计标题：部门名称：专业课：学生姓名：号码：讲师：设计位置设计时间：设计结果：讲师：基于组态软件的液位单回路控制系统设计摘要根据实验课题和实验要求，确定了可行的控制方案。正确选择仪表，设计液位单回路控制系统，采用单闭环控制结构和PID控制规则，编辑正确的控制程序，设置合理的设定值、输出值和PID控制系数，获得正确及时的图形。关键词：液位单回路控制的PID控制定时曲线图目录0简介.31设计目的和要求.51.1设计目的.51.2设计要求.52系统结构设计.52.1控制方案.52.2控制结构示意图.63过程仪表和模块的选择.73.1.1液位传感器73.1.2电磁流量传感器73.1.3

2、电动控制阀83.1.4泵83.1.5变频器83.2模块选择84系统安装布线设计85系统配置设计95.1系统配置流程图设计95.2配置屏幕设计105.2.1总体配置屏幕10数据字典105.2.3实时曲线.105.3应用.116设计经验.13参考.14附录一单回路控制系统的PID控制算法.15附录二PID控制算法流程图.16介绍本设计是基于组态软件的液位单回路控制系统的设计。组态软件是指用于数据采集和过程控制的专用软件。它们是自动控制系统监控层的软件平台和开发环境。它们可以以灵活多样的配置方法(而不是编程方法)提供良好的用户开发界面和简单的使用方法。解决了控制系统的通用性问题。各种预置的软件模块可

3、以轻松实现和完成监控层的各种功能，同时可以支持各种硬件厂商的计算机和输入输出产品。结合高度可靠的工业控制计算机和网络系统，它可以为控制层和管理层提供系统集成所需的所有软硬件接口。组态软件通常有以下功能：(1)强大的界面显示组态功能。目前，工控组态软件大多运行在Windows环境下。它充分利用了窗口的图形功能，完善了美观的界面。有了可视化的M风格界面和丰富的工具栏，操作人员可以直接进入开发状态，节省时间。丰富的图形控件和工况图片库不仅提供了所需的组件，而且是界面制作指南。为用户提供了丰富的绘图工具，可以随意绘制各种工业界面，也可以随意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来。丰富的动画连接

4、模式，如隐式、闪烁、移动等。使界面生动直观。(2)良好的开放性。社会化大生产使得系统的所有硬件和软件组件不可能来自一家公司的产品。“异质性”是当今控制系统的主要特征之一。开放性意味着配置软件可以与各种通信协议互连，并支持各种硬件设备。开放性是衡量配置软件质量的重要指标。组态软件应能向下与下层数据采集设备通信，向上与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。(3)丰富的功能模块。提供丰富的控制功能库，以满足用户的测量和控制要求以及现场要求。利用各种功能模块完成实时监控，生成功能报告，如历史曲线、实时曲线、报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作。该系统不仅适用于单机集中控制、集散控制系统分

5、布式控制，而且可以是一个具有远程通信能力的远程测控系统。(4)强大的数据库。它配有实时数据库，可以存储各种数据，如模拟量、离散量、字符类型等。实现与外部设备的数据交换。(5)可编程命令语言。有一种可编程的命令语言，使用户能够根据自己的需要编译程序，增强图形界面(6)的谨慎的系统安全性，授予不同的操作者不同的操作权限，并保证整个系统的安全可靠运行。(7)模拟功能。提供强大的仿真功能，使系统并行设计，从而缩短开发周期。液位单回路控制系统是以液位为控制参数的控制系统，广泛应用于工业生产的各个领域。在工业生产过程中，有许多地方需要控制容器中介质的液位，以便能够高精度地将其保持在给定值。液位控制一般是指

6、控制和调节一定的液位以达到所需的控制精度。液位自动控制是近年来发展起来的一项新技术。它是微机软件、硬件、自动控制等技术紧密结合的产物。工程操作采用微机控制和原有仪表控制。微机控制具有以下明显的优点：1)可视化集中显示各种运行参数，可显示液位状态。2)在运行中，各种运行参数的控制值可以随时修改，系统的控制参数也可以修改，这样液位的上限和下限都可以设定1设计目的和要求1.1设计目的通过组态软件，结合现有的实验室设备，根据定值系统的控制要求，根据性能更快更稳定的要求，采用单闭环控制结构和PID控制规律，设计出组态画面更美观、组态控制程序更完善的液位单回路过程控制系统。1.2设计要求1.根据液位单回路

7、过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选择过程仪表。2.根据液位单回路过程控制系统模数、数模和开关输入输出的要求，正确选择过程模块。3.根据与计算机串行通信的需要，正确选择RS485/RS232转换和通信模块。4.使用组态软件正确设计液位单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。5.提交包含上述内容的课程设计报告。2系统结构设计2.1控制方案目前，工业上常用的控制规律主要有：位控制、比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制。简单控制系统通常是单回路控制系统。由于其结构简单，能够满足大部分控制质量的要求，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控制系

8、统。单回路反馈系统由测量变送器装置、控制器和被控对象组成，根据被控变量的不同类型可分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统和液位控制系统等。控制系统是为特定的生产对象而设计的。系统安装后，控制效果主要取决于控制器的参数设置。选择合适的比例带、积分时间和微分时间是保证和提高系统控制质量的主要途径。根据单回路水箱的原理，系统输入变量是进水阀和出水阀的开度，输出变量是水箱的液位。单回路PID控制的控制量是水位，控制量是进出口阀门的开度。通过调整PID控制器的比例增益、积分时间和微分时间，获得了较好的控制效果。由PID调节器构成的闭环控制回路的一般原理如图1所示。控制系统框图控制律的选择：目前工业

9、上常用的控制律主要有：比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制。该方案采用比例积分微分控制。比例控制克服干扰能力强，控制及时，过渡时间短。是最基本的控制法则。但是，在最后会有一个剩余差异，负载变化越大，剩余差异越大。它用于滞后小、负载变化小、受控变量允许有残差的情况。比例积分控制是指在比例作用下的积分作用，这将降低系统的稳定性，但没有残余差异。适用于控制通道滞后小、负载变化小、被控变量无残差的场合。比例微分控制引入微分功能，具有超前控制功能，当被控对象存在大滞后时，能有效提高控制质量。然而，对于具有频繁滞后、小干扰和高频噪声的系统，系统可能振荡甚至失去控制。比例积分微分控制结合了比例积分微分控

10、制律的优点。适用于容量滞后大、负载变化大、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，从而控制水位。选择阀门开度作为控制量，选择水位作为控制量。控制律选择PID控制律。2.2控制结构示意图T液位传感器用于检测上水箱和下水箱的液位，直接影响控制精度。采用工业DBYG扩散硅压力变送器。变送器采用标准双线制传输，采用高质量、低功耗的精密器件，大大提高了稳定性和可靠性。3.1.2电磁流量传感器电磁流量传感器实时监控通过流量计的水流，并能精确测量水流。采用德国西门子KXV616电磁流量传感器，具有测量准确、可靠性高、操作简单等优点。3.1.3。电动调

11、节阀的选择电动调节阀调节控制回路的流量。采用德国PS公司进口的PSL202智能电动调节阀。不需要伺服放大器。驱动电机是由高性能稀土磁性材料制成的同步电机。它运行稳定，体积小，扭矩大，防抱死，控制精度高，与电动执行器集成，可靠性高，操作方便，可与计算机配合形成最佳调节回路。通过输入4-20mA控制信号和单相电源，可以控制操作来调节压力、流量、温度、液位等参数。它具有体积小、重量轻、连接简单、泄漏少的优点。采用PS电子直行程执行机构，4-20mA阀位反馈信号输出至双导向单座柱塞阀芯。流量具有等百分比、直线快速开启、性能稳定可靠、控制精度高、使用寿命长等特点。3.1.4水泵的选择丹麦格里夫循环水泵。

12、低噪音、长寿命、低功耗、220伏供电就足够了，水泵出水口安装压力变送器，与变频器一起构成恒压供水系统。3.1.5变频器的选择三菱FR-S520变频器，4-20mA控制信号输入，可控制流量或压力。该逆变器体积小，功率小，功能强大，运行稳定、安全、可靠，操作方便，可通过外部电流控制，也可通过自身旋钮控制频率。单相或三相电源频率高达200赫兹。3.2模块选择该控制过程主要包括模数转换模块、数模转换模块和开关输入输出模块。过程模块由最新的牛顿7000系列远程数据采集模块和组态软件组成。Nudan7017用于模数转换模块；数模转换模块采用nudan7024；通信模块采用nudan7520。4系统安装布线设计输入/输出连接：在实验的数据采集模块中IO0是控制调节阀开度的控制通道。IO1是可控硅整流器的电压控制通道。IO2是变频器的控制通道。在广告模块中IN1是水箱水位的检测。IN5是阀门位置反馈信号检测，IN6是水泵出口水位信号的检测5系统配置设计5.1系统配置流程图设计根据测试要求，首先打开系