管道流量单回路控制系统设计与调试报告.doc

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1、管道流量单回路控制系统设计与调试报告 目录目录 一、控制目的和性能要求一、控制目的和性能要求.2 2 1.1 控制目的 .2 1.2 性能要求 .2 二、方案设计、控制规律选择二、方案设计、控制规律选择.2 2 2.1 方案控制设计 .2 2.2 控制规律选择 .3 三、仪表与模块选择三、仪表与模块选择.3 3 3.1 选择过程仪表 .3 3.2 选择过程模块 .3 四、工艺流程图与系统组态图设计四、工艺流程图与系统组态图设计.4 4 4.1 工艺流程图 .4 4.2 系统组态图 .4 五、组态画面设计五、组态画面设计.5 5 六、组态程序设计六、组态程序设计.6 6 七、安装结线七、安装结线

2、.7 7 八、系统调试过程八、系统调试过程.8 8 九、结果分析九、结果分析.9 9 9.1 自动控制状态 .9 9.2 手动调节状态 .12 心得体会心得体会.1313 管道流量单回路控制系统设计与调试报告 一、一、 控制目的和性能要求控制目的和性能要求 1.1 控制目的 根据设定的管道对象和其他配置，运用计算机和 InTouch 组态软件，设计 一套监控系统，并能够过调试使得管道内流量维持恒定或保持在一定的误差范 围之内。 1.2 性能要求 (1).要求管道流量恒定，流量设定值 SP 自行给定。 (2).无扰时，水流基本恒定，由电动阀控制水泵实现。 (3).有扰时：改变电动阀开度，管道水流

3、允许波动。 (4).预期性能：响应曲线为衰减振荡；允许存在一定误差 10%SP；调整时 间尽可能短。 二、二、 方案设计、控制规律选择方案设计、控制规律选择 2.1 方案控制设计 管道流量控制系统只须控制流量，控制简单，反馈控制可消除被包围在闭 环内的一切扰动对被控对象的影响。所以单回路反馈控制就可满足管道流量控 制系统的要求。 管道流量有两种原因：电动阀的开度大小、变频器的频率高低，而电动阀 开度为主要原因。因此本方案采用以电动阀开度为控制参数，变频器的频率为 干扰因素。管道流量为被控参数，电动阀为执行器。采用单回路反馈控制。通 过比较反馈量和给定值的偏差，利用反馈控制规律控制电动阀的打开和

4、闭合， 如图 2.1 所示： 计算机 控制器 电动 调节阀 管道 流量检测 传感器 _ SP P V PV1 图 2.1 管道流量单回路控制系统方框图 2.2 控制规律选择 为了取得较好的控制效果，上述单回路系统在系统设计时，当系统为自动 控制时，系统控制规律为 PID 控制规律。调试时根据调整情况可采用 PI 或 PID 控制规律。 Kp 为比例系数，Ti 为积分时间常数，Td 为微分时间常数。 比例作用：能迅速反应误差，但不能消除稳态误差。 积分作用：消除静态误差，但容易引起超调，甚至出现振荡。 微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态特性。但一 般不常用。 三、仪表与模块选

5、择三、仪表与模块选择 3.1 选择过程仪表 包括检测仪表和执行器。主要有流量传感器、电磁流量转换器、电动调节 阀和计算机控制器。 电磁流量传感器采用 LDG-10S 型电磁流量传感器。流量转换器采用 LDZ-4 型电磁流量转换器。电动调节阀采用德国 PS 公司进口 PSL201 型智能电动调节 阀。 计算机控制器：变频器采用三菱 FR-S520 变频器；水泵采用丹麦格兰富循 环水泵；电磁阀。其他的过程仪表还有液位传感器、压力传感器。 3.2 选择过程模块 主要有 A/D 模块、D/A 模块和开关 I/O 模块。过程模块采用目前最新的牛 顿 7000 系列远程数据采集模块和组态软件组成。A/D

6、模块采用 nudan7017；D/A 模块采用 nudan7024；通讯模块采用 nudan7520。 四、工艺流程图与系统组态图设计四、工艺流程图与系统组态图设计 4.1 工艺流程图 单回路在一般情况下就能满足控制要求了。流量传感器把检测到的值送到 流量转换器，由实测值转化为电流信号，再有模数转换模块转化成数字送到计 算机，把送到计算机的数值与给定值比较得误差，再通过数模转换转化成电流 信号来控制电动阀的打开和关闭，以此来控制流量。其工艺流程图如图 4.1 所 示： FT A/D 计算机 D/A 进水 电动阀 流量变送器 图 4.1 管道流量单回路工艺流程图 4.2 系统组态图 自动控制时：

7、把实际流量值(PV)和给定值(SP)通过 PID 控制规律计算后得 出结果输出来控制；手动时直接控制。组态图如图 4.2 所示： PID 自动 OUT 手动 SP U(k) IO0 PV(IN2) 图 4.2 系统组态图 五、组态画面设计五、组态画面设计 组态画面设计了静态画面(如图 5.1)和动态画面(如图 5.2)。其中包括： (1).各测试设备(水箱、水泵、电磁阀、电动阀、管道等)及液位游标指示、 压力数字显示和指针显示、阀门开度百分比指示、管道水流动态显示、水箱储 水变色显示。 (2).设计数据词典， (3).设计组态控制程序：含开关阀门控制、电动调节阀控制和 PID 控制算法 等，同

8、时应具备手动控制、自动控制和闭环控制功能。 (4).设计历史曲线图和实时曲线图。设计参数显示与调整框。 (5).完成动画链接。 图 5.1 静态画面 图 5.2 动态画面 六、组态程序设计六、组态程序设计 实时控制的触动按钮设为 DiscTag1，手动自动转换触动按钮为 DiscTag2。 当时实控制时 DiscTag1=1，程序开始运行，否则结束；自动控制状态时 DiscTag2=0，手动控制状态时 DiscTag2=0，程序结束。则程序流程图如图 6.1 所示： 开始 计算控制量输出 Uk 0Uk,0I YES 如果 Uk1000 DiscTag1=1 DiscTag2=1 1VV1,1V

9、V4 1000Uk,0I 结束 图 6.1 程序流程图 七、安装结线七、安装结线 实验中 DA 模块中的 IO0 为控制调节阀开度的控制通道，IO1 为可控硅的 电压控制通道，IO2 为变频器的控制通道。AD 模块中，IN0 为上水箱液位的检 测，IN1 为下水箱液位的检测，IN5 是阀位反馈信号检测，IN6 是水泵出中压力 信号检测。在 DA 模块中，由于模块本身不能提供电源，在控制时应串入 24V 直流电源，输出电流信号控制执行器，AGND 为 DA 模块公共地。由于变送器 输出的都是电流信号，而 AD 模块采集的是电压信号，所以在 AD 通道折正负 端并联一个 250 欧姆的电阻，将电流

10、信号转变为电压信号。 I/O 接线对应如下：接线对应如下： 液位变送器输出： 1(+) -电源正极 (上水箱液位检测) 2(-) -In7+ In7- -电源负极 液位变送器输出： 3(+) -电源正极 (下水箱液位检测) 4(+) -In0+ In0- -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+ (主管道流量检测) 18(-) -In2- 电动调节阀输入： 9(+) -电源正极 （主管道电动阀控制） 10(-) -Io0+ AGND -电源负极 变送器输入： 41(+) -电源正极 （变送

11、器控制） 42(-) -Io2+ 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- 八、系统调试过程八、系统调试过程 启动 TOCPLINK；配置 TOPIC DEFINITION；设置“topic”名称自定义为 LLKZ；再设置“OPC SERVER”为下拉选项“kingview.vive” ，其他为默认值， OK；进入 InTouch，点击“配置”“访问名” ，设置访问名为“topic”名称， 应用程序名为 OPCLINK，主题名同访问名，选择 DDE 协议，OK；打开标记名 词典，建立 InTouch 标记甸与组态王变量名通讯

12、联系：逐个选择 InTouch 里的 I/O 型标记名，定义访问名为“topic”名称 LLKZ，项目名为组态王里的对应变 量名，离散型前面加 d，整型加 i，实型加 r，消息型加 m，全部变量加.value。 注意每设置一个变量，保存一次。然后 OK。 运行 InTouch 程序。然后调整程序、有关参数可得出运行良好的控制状态： 如图 8.1 所示。 图 8.1 系统运行稳定运行时状态图 系统运行时有自动控制和手动控制两种状态，自动控制状态时可通过调节 PID 参数来调整系统以达到稳定的运行。手动时可直接通过调节 Uk来调整使系 统达到稳定，系统运行流程图如图 8.1 所示： 系统开始运行

13、PID 参数设定 手动输入 UK 值 满足要求 手动自动 是 是 否 否 开始 方式选择 结束 系统稳定 图 8.2 系统运行流程图 九、结果分析九、结果分析 9.1 自动控制状态 自动控制是由 PID 控制规律来控制的。由于刚开始调试，P、I、D 的值不 合适，系统出现了不稳定的状态，如出现等幅振荡和有误差不能达到预期效果。 这样可以通过调节 PID 参数进行整定，以达到快速稳定的运行。 PID 参数整定方法：可用凑试法来对其进行整定。整定方法为： (1).只整定比例部分，系数由小变大，得到反应快，超调小的响应曲线。 如果系统已无静差，则直接使用比例即可。 (2).取积分时间为较大值，减比例

14、部分得到的比例参数，逐步减小积分时 间，直到系统无静差。 (3).加入微分环节，改善系统的动态性能。先取微分时间为零，逐步增大 微分时间，同时改变比例参数和积分时间，直到系统得到好的动态性能和效果。 图 9.1 系统不稳定等幅振荡 如图 9.1 所示，系统不稳定出现的等幅振荡。可通过调整 PID 的值来调节。 图 9.2 系统不能达预期效果有静态偏差 如图 9.2 所示，系统控制中存在静态误差，不能够达到系统所要求的目的。 也须要通过 PID 的调节来控制，可减小 Kp(Kp值可从 60 减小到 55)、增大 Ti(Ti 值可从 10 增加到 50)来调节，以达到最佳状态。使系统快速平稳的达到

15、控制要 求。如图 9.3 所示： 图 9.3 系统运行稳定运行图 图 9.4 自动控制运行其间的历史曲线 9.2 手动调节状态 手动调节只须调节 uk 值使系统达到准确、稳定的运行状态即可。如图 9.5 所示： 图 9.5 手动控制系统稳定运行图 心得体会心得体会 通过一个多月的 ASEA 培训，使我掌握了很多理论课上学不到的东西，增 强了我的学习兴趣，提高了我的技术水平。在这一个多月中，我熟练掌握了 InTouch 组态软件的应用和控制。能应用 InTouch 组态软件编程，对工程控制系 统进行硬件连接，并能应用 InTouch 组态软件和组态王连接来进行对工程控制 系统安装与调试。了解了由

16、 PLC 硬件构成的控制系统的设计思想； 掌握了西门 子 PLC 的工作原理； 了解到西门子 PLC 各模块的功能及相关性能 ； 西门子 PLC 的软硬件的的使用方法 ；拥有了 PLC 控制系统的编程能力；熟悉并掌握了 工程项目的设计方法和步骤； 在测试的过程中，我遇到了许多突发性的不太好解决的问题，也曾有过对 自己没有信心的时候，但经过仔细冷静地思考之后，我还是以最快的时间调整 自我回归测试状态，继续进行测试。通过这次测试，我提高了自己的动手能力 和解决问题的能力。充分挖掘了自己的潜能，使自己的能力的到了发挥。因测 试时间有限，我制作的控制系统难免有不尽如人意的地方，但我一定会再今后 的学习中加倍的努力，尽力使自己做到更好。