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1、过程控制设计报告 课程设计说明书 名称 储液罐的温度控制系统 2011年 6月 7日 至 2011年 6月 10日共 1 周院 系 电子信息工程系 班 级 09电气1 学 号 姓 名 目录第一章 绪论21.1概述21.2过程控制系统介绍21.2.1过程控制的基本概念21.2.2过程控制的任务及要求21.2.3过程控制系统的特点31.2.4过程控制系统的组成41.3储液罐温度控制系统的总体设计方案4第二章 系统硬件的设计52.1 I/O设备的选用52.2 I/O点分配62.3硬件连接及板卡的设置7第三章 系统软件的设计83.1软件的介绍83.2控制系统的组态设计8第四章 调试结果及分析184.1
2、 调节器参数的整定方法18第五章 心得体会20参考文献21第一章 绪论1.1概述在平时的学习过程中，对于被控对象控制系统的数学模型、传感器检测过程、PLC控制算法编程过程、控制信号输出及执行器操纵控制被控变量的实时过程等方面知识可能会感到很抽象而难以理解掌握，或者一知半解。而且掌握的理论知识也只是纸上谈兵，毕竟，理论与实践相差的距离很大。因此，我们应该将所学的理论知识很好的应用于实际中去，这样才能真正掌握其实质。本次课程设计的利用组态王设计储液罐的温度控制系统就是从实践这方面出发，应用现有设备，实现一个属于我们自己的温度控制系统的设计。1.2过程控制系统介绍1.2.1过程控制的基本概念过程控制
3、是生产过程自动控制的简称，是自动化技术的一个重要组成部分，是在工业系统中，为了控制过程的输出，利用统计或工程上的方法处理过程的结构、运作方式或其演算方式。处理过程控制的系统可称为过程控制系统。过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期与程序进行的生产过程自动控制。在现代工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。1.2.2过程控制的任务及要求工业自动化涉及的范围极广，过程控制是其中最重要的一个分支。它主要针对所谓六大参数，即温度、压力、流量、液位（或物位）
4、、成分和物性等参数的控制问题。它能覆盖许多工业部门，诸如石油、化工、电力、冶金、轻工、纺织等等，因而，过程控制在国民经济中占有极其重要的地位。工业生产对过程控制的要求是多方面的，最终可以归纳为三项要求，即安全性、经济性和稳定性。安全性是指在整个生产过程中，确保人生和设备的安全，这是最重要的也是最基本的要求。通常采用参数越限报警、事故报警和连锁保护等措施加以保证。现在由于工业企业高度连续化和大型化的特点，提出了在线故障预测和诊断，设计容错控制系统等来进一步提高运行的安全性。经济性，指在生产同样质量和数量产品所消耗的能量和原材料最少，也就是要求生产成本低而效率高。最后一项稳定性的要求是指系统具有抑
5、制外部干扰，保护生产过程长期稳定运行的能力。因为，工业生产环境不是固定不变的，它们会或多或少地影响稳定生产。过程控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，根据上述三项要求，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采取适宜的技术手段加以实现。可以说，过程控制是控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器仪表等知识相结合而构成的一门应用科学。2在研究探索的实践中，可能形成一门更适合工业过程控制特点的新的控制理论，从而使过程控制迅速提高到一个新的水平，这不是没有道理的。1.2.3过程控制系统的特点过程控制系统与其他自动控制系统相比，有如下几个特点：(1).生产过程的连续性在过程控制
6、系统中，大多数被控过程都是以长期的或间歇形式运行，在密闭的设备中被控变量不断的受到各种扰动的影响。(2).被控过程的复杂性过程控制涉及范围广：石化过程的精馏塔、反应器；热工过程的换热器、锅炉等。被控对象较复杂：动态特性多为大惯性，大滞后形式，且具有非线性、分布参数和时变特性。(3).控制方案的多样性被控过程对象特性各异，工艺条件及要求不同， 过程控制系统的控制方案非常丰富。包括：常规PID控制、改进PID控制、串级控制、前馈-反馈控制、解耦控制；为满足特定要求而开发的比值控制、均匀控制、选择性控制、推断控制；新型控制系统，如模糊控制、预测控制、最优控制等。1.2.4过程控制系统的组成一个过程控
7、制系统一般由两部分组成。需要控制的工艺设备或机器(被控过程) + 自动控制装置（反应器、精馏塔、换热器、压力罐（控制器、执行器、测量元件及变送器）储槽、加热炉、压缩机、泵、冷却塔）1.3储液罐温度控制系统的总体设计方案 该储液罐内存放着热塑性酚醛树脂，该系列酚醛树脂的软化点为90以上，根据工艺要求，需控制其温度在9095范围内，温度过高则造成浪费能源且造成物料变性，过低则结块不能用泵打出，故其设计温度范围为922。储液罐利用夹套蒸汽加热，利用热电偶温度变送器测温，并设高低温度报警，高于95和低于90时报警。 并设置液位检测装置，过低（低于10%）和过高（高于80%）是报警。过低时关闭出料阀，并
8、打开进料泵；液位过高时关闭进料泵，开启出料泵。系统的组成方框图如图1所示。温度变送器液位变送器压力变送器蒸汽调节阀进料泵电磁泵储液罐PCLD-880PCL-785PCL-812PG工控机图1 系统组成方框图第二章 系统硬件的设计2.1 I/O设备的选用 此系统有4路模拟量输入，1路模拟量输出，6路开关量输出。I/O接口设备选用研华PCL-812PG作为I/O接口设备。PCL-812PG 是一款多功能模拟量和数字量 I/O 卡，它提供了五种 PC/AT 及其兼容系统最常用的测量和控制功能：A/D 转换、D/A 转换、数字量输入、数字量输出和计数器/定时器。此半长卡上整齐地排列了 16 路 12
9、位模拟量输入通道、2 路 12 位模拟量输出通道、16 路数字量输入通道、16 路数字量输出通道和一个可编程计数器/定时器。PCL-812PG外形图如图2所示。图2 PCLD-812PG外形图DO通道选用16路继电器输出端板子PCLD-785，该端子板输出出点负载为DC30V/1A、AC120V/0.5A，满足水泵和电磁阀门的共同需要。AI通道可选用PCLD-880端子板。二者外形分别如图3、图4所示图3 AI通道接线端子板PCLD-880外形图 图4继电器输出端子板PCLD-785外形图2.2 I/O点分配 系统有三个模拟量输入信号（T1、L1、P1），1路模拟量输出TO，6路开关量输出。液
10、位开关输出为LL、LH；压力开关输出为PL、PH；温度开关输出为TL、TH。整个系统的I/O分配表如下图所示。 AI输入DO输出对象接线端子板对象接线端子板储液罐温度TL温度变送器输出：W1PCLD-880：ADS0蒸汽调节阀TLPCLD785：DO0储液罐液位LL液位变送器输出：V1PCLD-880：ADS2蒸汽调节阀THPCLD785：DO1储液罐压力PL压力变送器输出：U1PCLD-880：ADS3进料泵LLPCLD785：DO2进料泵LHPCLD785：DO3AO输出对象接线端子板蒸汽调节阀FVPCLD-880：DA02.3硬件连接及板卡的设置（1）进行研华PCL-812PG的设置和测
11、试，相关设置如下。开关和跳线的设置。面板上有一个DIP开关，这个开关是用来选择设置PCL-812PG在计算机上的基地址；JP100是用来设置单极性或者双极性输入模式。I/O地址的选择。大多数的外设和接口卡都是通过计算机的I/O口来控制的，它们各自都有一个独立的I/O存储空间以免相互之间发生地址冲突。（2）用37芯D型插头连接PCL-812PG和PCLD-880接线端子板，用20芯扁平电缆连接PCL-812PG和PCLD-785接线端子板。第三章 系统软件的设计3.1软件的介绍组态王开发监控系统软件，是新型的工业自动控制系统，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。
12、它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。尤其考虑三方面问题：画面、数据、动画。通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。组态软件也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。而且，它能充分利用Windows的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势曲线等，可便利的生成各种报表。它还具有丰富的设备驱动程序和
13、灵活的组态方式、数据链接功能。 3.2控制系统的组态设计（1）工程的建立进入组态王环境，新建一个“储液罐温度控制系统”的工程（2）设备的定义在组态王工程管理器中，双击已建立的“储液罐温度控制系统”，启动组态王的工程浏览器。在工程浏览器的目录显示区，用鼠标左键大纲项设备下的成员板卡，选择相应的板卡并进行设置。 图为组态王工程浏览器图为“设备向导”列表对话框（3）变量的定义此系统需定义3个模拟量输入变量和1个模拟量输出变量，以便组态王能够与PCL-812PG输入输出板卡通信并进行数据交换。单击“数据库”大纲项下面的“数据字典”成员名，在目录内容显示区中双击“新建”图标进行设置。图为变量定义上图为定
14、义的所有变量（4）储液罐温度控制画面的设计、编辑和动画连接 在工程浏览器的工程目录显示区中单击“文件”大纲项下面的“画面”成员名，然后在目录内容显示区中双击“新建”图标，出现“新画面”对话框。然后进行设置及画面的设计、编辑和动画连接。主页面的设计如下图所示动画连接的操作如下所示图为系统启动按钮连接命令语言 图为指示灯的动画连接（5）使用PID控件进行温度的控制该储液罐用蒸汽作为加热介质，蒸汽调节阀作为温度调节手段。温度设定为92，采用组态王内置的PID模块进行温度控制，高于设定值时阀门关小，低于设定值时阀门开大。温度高于95和低于90时报警。设置PID控件的过程如下图所示。PID控件总体属性选项设定如下图（6）命令语言和简单控制程序的编写利用命令语言编写控制程序，进行泵的控制，使储液罐液位保持在一定范围内。物料液位过高时报警，停止进料泵。高于95和低于50时报警。在“应用程序命令语言”对话框中，单击“运行时”页面，将循环执行时间设定为“100毫秒”，然后在命令语言输入框中输入如下命令语言：if(系统启动=1) if(储液罐液位80) 进料泵运行=0; else 进料泵运行=0;（7）报警
