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2、制系统设计课题性质工程设计课题来源自拟课题指导教师熊新民主要内容选择一种合适的组态软件，使用实验室现有的过程控制设备，虑悸绳叫犹蹄抚棵纵佳癸吧井炔身温毛叭峨录孟荔喇交辟摆捏梯矿淄刊舀搪俯丙凡浮辨喇岸侠单挟掩磕奔喧岳衫鼎崭恭款啃引垢溢胎办赫呢踢睁竞翅揣蛀挥川数瘟吻蛾璃跪筋糙屏浦滴连蜡盈乎涟狰都邪谢寞媒暗竞懊历仔瞻跑遮毗囊权涨书吓墓昌爱吵匈饿孟肚座尾傅脱生所机榷脾铃铭镀沛轩奄爆匝泪摆督挠渐涟择左酵彩眨衙饰理摔宰遍坯耕椰根全彰漾征褐蔡桥肄粥鱼医凋淡绩棠腮哈冷兰侍诣狭恼樊舱氨剐尘拽光沈隔斋棺篆惯笔雪年阶詹隘舅体元土产选启廊节而祭惦数铣娃问谣男肯鼠栗权蕊跑盔箍皑眩槛缠加绕放堆觉帮只湃艇凤炉须朗篱肝吠铃球
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4、学号题 目基于组态软件的压力单回路过程控制系统设计课题性质工程设计课题来源自拟课题指导教师熊新民主要内容选择一种合适的组态软件，使用实验室现有的过程控制设备，结合压力单回路过程控制系统的控制要求和设计原则，合理选用PID控制规律，设计一个组态功能合理，画面美观，组态控制程序完善的压力单回路过程控制系统。任务要求1. 根据压力单回路过程控制系统的具体被控对象和控制要求，正确选用过程仪表，独立设计压力单回路控制系统控制方案。2. 按说明书正确安装过程仪表和有关模块，并完成系统接线。3. 运用组态软件，合理设计压力单回路过程控制系统的组态画面，编写组态控制程序。4. 分步投运系统，正确调整系统参数，
5、使系统达到预期性能。5. 提交包括上述内容的课程设计报告。主要参考资料1 过程控制系统陈夕松，汪木兰北京：科学出版社，20052 过程控制工程邵裕森北京：机械工业出版社，20003 InTouch HMI9.5应用程序开发基础课程，Wonderware公司，20064 过程可视化组态软件InTouch应用技术马正午，周德兴北京：机械工业出版社，2006审查意见系（教研室）主任签字： 年 月 日目 录1 设计目的与设计要求11.1 设计目的11.2 设计要求12系统结构设计12.1 控制方案12.2 系统结构流程图22.3 控制规律选择22.4 PID控制算法流程图23. 过程仪表选择33.1
6、压力传感器33.2 变频器43.3 过程模块43.4电动调节阀53.5 其他设备54系统组态设计54.1组态图64.2 组态画面64.3数据词典74.4 应用程序94.5 动画连接104.6趋势曲线125 结论146 参考文献157 致谢151 设计目的与设计要求1.1 设计目的学会运用组态软件“组态王King View6.53”，并结合工业过程实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，应用PID算法，自行设计，构成压力单回路控制系统，并整定现相关的PID参数以使系统稳定运行，最终得到一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的压力单回路控制系统。1.2 设计要求本系统利用变频器水泵对管道压力进
7、行控制，使用组态软件实现控制监控，采用合理的PID控制规律，使管道的压力稳定在额定值附近，以达到整体系统稳定运行的效果。压力的测量范围为00.1Mpa，测量精度2，从而达到控制管道压力的目的。2系统结构设计2.1 控制方案根据控制要求，压力单回路控制系统的控制参数是管道的压力，测量便使用压力传感器，被控参数是变频器的功率，控制器是计算机，执行器是变频器水泵，所以压力单回路控制系统的结构框图如图2.1所示。图2.1 压力单回路系统结构框图2.2 系统结构流程图根据系统组成框图和组成的仪表单元，得到系统流程图如图2.2所示。图2.2 系统流程图2.3 控制规律选择根据压力单回路控制系统的原理，为了
8、取得较好的控制效果，本系统采用PID位置控制算法，其控制算式如下：u（k）=u(k-1)+KP(1+)e(k)-KP(1+)e(k-1)+KPe(k-2) =u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)+a2e(k-2)a0=KP(1+) a1= KP(1+) a2=KP 上式算式中，KP为比例系数，TI为积分时间，TD为微分时间，以u（k）作为计算机的当前输出值，以sp作为给定值，pv作为反馈值即AD设备的转换值，作为偏差。2.4 PID控制算法流程图 PID控制算法流程图如图2.3所示。图2.3 PID控制算法流程图3. 过程仪表选择3.1 压力传感器压力传感器用来对管道中的压力进行检测，
9、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，420mA标准信号输出，采用高品质、低功耗精密器件，稳定性、可靠性大大提高。可方便地与其他DDZ-X型仪表互换配置，并能直接替换进口同类仪表。检测方法是通电预热15分钟后分别在零压力和满程压力下检查输出电流值。在零压力下调整零电位器,使输出电流为4mA,在满程压力下调整量程电位器，是输出电流为20mA。本传感器精度为0.5级因为为二线制，故工作时需串24V直流电源。3.2 变频器三菱FR-S520变频器，4-20mA控制信号输入，可对流量或压力进行控制，该变频器体积小，功耗小，功能也非常强大，运行稳定安全可靠，操作方便，寿命长，
10、可外加电流控制，也可通过本身旋钮控制频率。可单相或三相供电，频率可高达200Hz。3.3 过程模块采用牛顿7000系列远程数据模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。牛顿7000溪流模块体积小，安装方便，可靠性高。D/A模块采用牛顿7024，四通道模拟输出模块，电流输出420mADC，电压输出15VDC，精度14位。使用7024模块的1通道I01作为可控硅的电压控制通道。A/D模块采用牛顿7017，八通道模拟输出模块，电压输入15VDC。使用7024模块的4通道IN4作为温度信号检测输入通道。通信模块采用牛顿7520，RS232转换485通讯模块，使用RS232/RS485双向协议转换，
11、速度为300115200BPS，可长距离传输。控制回路中电磁阀的开关量输出模块用牛顿7043，16通道非隔离集电极开路输入模块。最大集电极开路电压30V，每通道输出电流100mA,可直接驱动电磁阀设备。组态王对设备的管理是通过对逻辑设备名的管理实现的，具体讲就是每一个实际I/0设备都必须在组态王中指定一个唯一的逻辑名称，此逻辑设备名就对应着I/0的生产厂家实际设备名称设备通信方式设备地址与上位计算机的通讯方式等信息内容。系统中与上位计算机进行数据交换外部的设备主要是AD设备牛顿7017模块和DA设备牛顿7024模块。在组态王软件工程浏览器中，设置7017模块IM通道和7024模块I01通道名称
12、分别为AD和DA，与计算机COM1串口通信，通信地址分别为0和1。3.4电动调节阀采用电动调节阀对控制回路的水的流量进行调节。采用德国PS公司进口的PSL202型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，启动电路采用高性能呢个稀土磁性材料制造的同步电机运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。控制单元与执行机构一体化，可靠性高、操作方便，并可与计算机配套使用，组成最佳调节回路。由输入控制信号420mA及单相电源即可控制运转实现对压力流量温度液位等参数的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄露量少的优点。次啊用PS电子式直行程执行机构，420mA阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯，流量具有等百分比
13、特性，直线特性可快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断防止泄露。性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等优点。3.5 其他设备在控制回路中所涉及到的设备还有水泵，电磁阀，开关电源等。水泵采用丹麦格兰富循环水泵。噪声低，寿命长，扬程可达10米，功耗小，220V供电即可。在水泵出水口装有压力变频器，与变频器一起可构成恒压供水系统。所用到的电磁阀的工作电源为DC24V，管段能力强，使用方便，结构简单。所采用的24V开关电源最大电流为2A，满足系统需要。4系统组态设计组态王是在PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，该软件包从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数
14、据库中，同时负责把数据的变化用动画的方式想象的表示出来，还可以完成变量警报操作记录趋势曲线等监视功能，并按实际需要生成历史数据文件，它以Windows 98/ Windows 2000/ Windows XP中文操作系统平台，采用了实时多任务。它具有丰富的图库及图库开发工具，支持各种主流PLC智能仪表，板卡和现场总线等工控产品：有一种类似C语言的编程环境，便于处理各种算法和操作，还内嵌了许多函数供用户调用，实现各种功能。4.1组态图本压力单回路系统组态图如图4.1所示。图4.1 组态图4.2 组态画面本系统绘制的组态画面主要有开机画面，系统组成画面等。开机画面主要显示课题题目，制作人姓名，班级
15、等相关信息。画面上设置有两个提示按键，分别提示操作员进入主界面或退出操作系统等。系统主界面主要绘制的温度单回路控制系统的工艺组成图。包括水箱，管道，加热罐和阀门等设备以及相关的操作系统提示按钮等。基于动画连接，主界面可实现自动，手动切换，以及显示PID参数整定框和实时曲线框以方便操作员在线调节PID参数观察控制效果。系统主界面如下图4.2所示。图4.2 压力单回路控制系统组态图4.3数据词典 根据控制系统的需要建立数据词典，以便确定内存变量与I/O数据，运算数据的关系。只有在数据词典中定义的变量才能在系统的控制程序中使用。本系统中所涉及到的变量的类型主要有AD,DA设备进行数据交换的I/O实型变量，控制电磁阀开关的I/O离散变量，用于定义开关动画连接的内存离散变量 ，参与运算的内存实型变量和实现各种动画效果所用到的内存实型及内存整型变量等。具体的参数词典如下表
