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1、1过程控制系统课程设计题目: 基于组态王的流量单回路过程控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动化 1105 学生姓名：学号：指导教师：马 利冯肖亮设计地点： 31625 设计时间： 2014.6.242014.7.5 设计成绩：签名：年月日2工业过程控制课程设计任务书学生姓名专业班级自动 1105 学号题目基于组态王的流量单回路过程控制系统设计课题性质必修课题来源自拟题目指导教师主要内容通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和PID 控制规律，设计一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。任务
2、要求1. 根据流量单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。2. 根据流量单回路过程控制系统A/D、D/A 和开关 I/O 的需要，正确选用过程模块。3. 根据与计算机串行通讯的需要， 正确选用 RS485/RS232转换与通讯模块。4. 运用组态软件，正确设计流量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. 提交包括上述内容的课程设计报告。主要参 考资料1陈夕松，华成英过程控制系统M 北京：科学出版社， 2006 2邵裕森过程控制工程 M 北京：机械工业出版社，2000 3姜重然工控软件组态王简明教程M 哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社， 2007
3、审查意见 指导教师签字： 年月日3目录1 课程设计的目的及要求. 3 1.1 设计目的.3 1.2 设计要求.32 系统结构设计.32.1 控制方案.42.2 控制结构示意图.42.3 系统结构.63 过程仪表选择.63.1 液位传感器的选择.63.2 电磁流量传感器 .6电动调节阀的选择.63.4 水泵的选择.63.5 变频器的选择.73.6 模块的选择.74 系统组态设计 .74.1 系统组态流程图设计.74.2 组态画面设计.84.2.1 组态画面.84.2.2 数据词典.94.2.3 实时曲线.94.2.4 报警窗口与实时报表.10设计心得.11参考文献.1241 课程设计的目的及要求
4、1.1 设计目的本课程是在学完 工业过程控制 课程后的一个应用性实践环节。通过本课程设计的训练， 学生应对过程控制工程设计的概念有完整地了解，同时培养学生综合应用基础课、 专业课所学知识与工程实际知识的能力。通过对过程控制系统的分析与设计， 获得面向工业生产过程系统分析与设计的实践知识，初步掌握过程控制系统开发和应用的技能。通过某种组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求， 采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的流量单回路过程控制系统。1.2 设计要求(1) 根据流量单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控
5、制方案，正确选用过程仪表。(2) 根据流量单回路过程控制系统A/D、D/A 和开关 I/O 的需要，正确选用过程模块。(3) 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。(4) 运用组态软件， 正确设计流量但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。(5) 提交包括上述内容的课程设计报告。52 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：位式控制、比例控制、比例积分控制 和比例积分微分控制等。 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
6、一种控制系统。一个单回路反馈系统是由测量变 送器装置、控制器、和被控对象所组成，按流量控制系统, 控制系统设计时针 流量进行的，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 出变量为流量。单回路PID 控制的被控制量是流量PV ，控制量是出水阀、电磁 阀开度。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所示FTHB 上水箱下水箱储水箱FT水泵控制器调节阀
7、管道流量传感检测器+SPPV图 2.1 流量单回路控制系统原理图 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
8、改善控制质量。但对于滞后小干扰作用频繁， 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 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流量的大小能较好的满足工艺的需求，通过控制电动 调节阀改变阀门开度， 来控制流量的大小。 选择阀门开度为控制量， 流量为被控 量。控制规律选择PID 控制规律。2.2 控制结构示意图流量变送器把得到的信号经A/D 模块，把模拟信号转化成数字信号，送入 计算机。此信号与给定值相比较得出偏差，通过D/A 模块，把数字信号转化成 模拟信号送给系统。 系统根据反馈值调节阀门的开
9、度。 系统示意图如图 2.2 所示：6图 2.2结构组成图工作原理：当系统启动后， 水泵开始抽水， 通过管道分别将水送到上水箱和下水箱，由HB返回信号，是否还需要放水到下水箱。若还需要（即水位过低），则通过电磁阀控制流量的大小，加大流量，从而使下水箱水位达到合适位置；若不需要（即水位过高或刚好合适） ， 则通过电磁阀使流量保持或减小。 其整个原理图如图2.2所示。FTHB 上水箱下水箱储水箱FT水泵控制器调节阀管道流量传感检测器+SPPV控制器控制阀被控对象测量变送器+_给定值S偏差干扰作用ez控制作用 输出量图 2.2 系统原理图72.3 系统结构过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计为流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图2.3 FT储水箱FT水泵控制器调节阀管道流量传感检测器+SPPV图 2.3 液位单回路控制系统框图3 过程仪表选择3.1 液位传感器的选择液位传感器用来对上水箱和下水箱的液位进行检测，对控制精度有直接的影响，采用工业用的DBYG 扩散硅压力变送器，本变送器按标准的二线制传输，采用高品质、低功耗的精
