计算机控制系统课程设计:THFCS-1型实验装置----比值控制系统设计Word文档格式.docx
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工作计划与进度安排:
1)第1~2天,查阅文献,构成THFCS-1型比值控制系统
2)第3~4天,硬软件设计
3)第5~6,实验调试
4)第7~9天,THFCS-1现场总线控制系统实验
5)第10天,撰写实验报告
指导教师:
201年月日
专业负责人:
201年月日
学院教学副院长:
摘要
工业中存在着大量按原料配比进行生产的过程,要求将原料配比进行控制,然而配比的变化往往意味着产品产量下降、质量下降、能量浪费、物料浪费、成本提高、环境污染、甚至安全事故。
在化工、炼油及其他工业生产过程中,工艺上常需要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系,比例一旦失调,将影响生产或造成事故。
配料精度的高低制约着整个生产的产品质量和产量,所以应对配料过程的控制给予足够重视。
本文主要应用Setp7软件对PLC300编程,对电动阀及变频器进行PID控制,使电动阀支路流量与变频器支路流量达到一定比值,成为流量比值控制系统。
并且通过组态软件WINCC绘制上位机界面,从而监控实时曲线、流量测量值,起到参数整定的目的。
关键词:
流量比值;
WINCC;
SETP7;
PID控制
Abstract
Thereisalargeamountofproductionprocessintheindustryaccordingtotheratioofrawmaterials,requiringrawmaterialsproportioningcontrol,butproportionschangeoftenmeansthatthedeclineinoutput,declineinquality,energywaste,waste,highercostsofmaterials,environmentalpollution,andevenaccidents.Inchemicalindustry,oilrefineriesandotherindustrialprocesses,processoftenrequirestwoormorematerialstomaintainacertainratio,proportionsoncethedisorder,affectingproductionorcausingaccidents.Batchingaccuracylevelconstraintsthroughouttheproductionoftheproductqualityandoutput,sobatchingprocesscontrolshouldbegivenadequateattention.
ThisarticlemainlyPLC300programmingusingSetp7software,electricvalveandPIDcontrolinverter,theelectricvalveserviceroadsliproadtrafficflowandfrequencyconverterreachesacertainratio,beingflowratiocontrolsystemInterfacebetweenthecomputerandisdrawnthroughtheconfigurationsoftwareWINCC,andtomonitorreal-timecurve,flowmeasurements,parameterstuningpurposes.
Keyword:
Flowratio;
WINCC;
Setp7;
PIDcontrol
目录
绪论 1
1 比值控制系统概述 2
1.1 比值控制系统定义 2
1.2 比值控制原理 2
1.3 比值控制系统特点 3
1.4 比值控制系统的类型 3
1.4.1 开环比值控制系统 4
1.4.2 单闭环比值控制系统 4
2 流量比值控制系统方案设计 7
2.1 控制系统设计 7
2.2 硬件设计 7
2.3 电控箱接线设计 10
3 下位机硬件组态和程序设计 12
3.1 西门子PLCS7-300 12
3.1.1 S7-300系统结构 12
3.1.2 S7-300CPU模块 12
3.2 STEP7设计 13
3.2.1 建立工程 13
3.2.2 硬件配置 13
3.2.3 程序设计 15
3.2.4 上位机与下位机程序设计涉及到的设置 20
4 上位机组态与程序设计 24
4.1 WinCC的发展及应用 24
4.2 Wincc监控组态与程序设计 25
4.2.1 变量设置 25
4.2.2 创建过程画面 29
4.3 WiNCC组态软件的通讯 33
5 系统的整定及调试 36
5.1 PID控制器 36
5.1.1 PID控制器的优点 37
5.1.2 PID控制器的数字化 37
5.1.3 控制规律的选择 38
5.2 PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 40
5.2.1 比例控制对控制性能的影响 40
5.2.2 积分控制对控制性能的影响 41
5.2.3 微分控制对控制性能的影响 43
5.3 控制系统的整定 45
5.3.1 控制系统整定的基本要求 45
5.3.2 调节器参数的整定方法 45
5.4 调节器参数的整定及调试 48
6 结论 51
谢辞 52
参考文献 53
附录 54
V
沈阳理工大学课程设计
绪论
配料系统是许多工业生产过程的重要组成部分,其配料过程是否按照规定的配比
进行是衡量产品质量的关键。
工业生产中,常用比值控制策略来实现各种物料的配比
控制。
在水泥、冶金、医药、玻璃、建材、化工等流程工业中,配料是生产过程的重要组成部分,其配料过程是否按照规定的配比(组成产品的各种原料的比例)进行是衡量企业产品质量的关键,如果配料的质量达不到要求,轻则造成原料、能源的浪费,重则影响产品的质量和产率,有些重要生产岗位的配料失误甚至会给整个生产酿成事故。
配料在工业过程中广泛存在,如水泥配料、煤气混合、油品调合、配煤、烧结法炼钢及氧化铝、自来水加氯消毒等。
石油炼制生产过程中,把两种或两种以上基础组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合,从而成为一种新产品的过程称为调和。
油品调合主要是指汽油、柴油、润滑
以及原油等的调和。
汽油调和是炼厂利用生产的各种汽油组分,按某种比例配方和添
剂均匀混合,得到符合质量标准的汽油产品的过程。
它是汽油成品出厂的最后一道工
和炼厂生产成品油的最后一个环节,也是保证汽油质量指标满足环保和质量规格要求
重要手段,调和效益在生产企业的经济效益中占有举足轻重的地位。
通过以上分析可见,在配料过程中对生产产品的各种原料的比值进行控制显得尤为重要,常用比值控制来解决此类问题。
比值控制的目的就是为了实现使几种物料混合符合一定比例关系,使生产能安全正常进行。
1比值控制系统概述
在各种生产过程中,经常遇到生产工艺要求两个或两个以上参数成一定的比例关系,一旦比例失调,就会影响生产的正常运行。
例如在锅炉的燃烧系统中,要保持送进炉膛的风量和燃料成一定的比例,以保证燃烧的经济性。
为此,我们引入比值控制系统。
1.1比值控制系统定义
例如,在煤气燃烧过程中,要求煤气与助燃空气按一定配比(最佳为1:
1.05)供入燃烧室。
若助燃空气输入不足,煤气得不到充分燃烧,降低了燃烧效率,造成能源浪费,环境污染,还有可能导致环境中大量煤气积存而成为事故隐患;
若阻燃空气过量,过剩空气又将大量热量以废气形式排放,造成热能的大量浪费。
在过程控制中,实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统,称为比值控制系统。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统,称之流量比值控制系统。
这种控制方式在化工、制药领域中大量存在。
[4]
1.2比值控制原理
在炼油、化工、制药等许多生产过程中,经常需要两种物料或两种以上的物料保持一定的比例关系。
最常见的是燃烧过程,燃料与空气要保持一定的比例关系,才能满足生产和环保的要求;
造纸过程中,浓纸浆与水要以一定的比例混合,才能制造出合格的纸浆,许多化学反应的逐个进料要保持一定的比例。
通常,在两个需要保持一定比例关系的物料中,一个是主动量或关键量,另一个是从动量或辅助量。
由于物料通常是液体,因此称主动量为主流量Q1从动量为副流量Q2。
Q1与Q2之间的关系为
Q2=KQ1(1-1)
式中,K为比值系数。
因此,只要主副流量的给定值保持比值关系,或者副流量给定值随主流量按一定比例关系而变化即可实现比值控制。
1.3比值控制系统特点
比值控制系统的特征:
是实现两个或两个以上物料保持一定比例关系。
1.主物料,也称为主动量:
在要保持一定比例关系的物料中,把起主导作用的物料,称为主物料(主动量),因为在过程控制中经常保持比例的参数是流量,故常用Q1表示。
2.从物料,也称为从动量:
另一种随主物料的变化而成比例地变化的物料称为从物料(从动量),常用Q2表示。
3.比值系数:
若两物料的比值系数设定为K,则有:
(1-2)
1.4比值控制系统的类型
根据生产过程中工艺容许的负荷、干扰、产品质量等要求不同,实际采用的比值控制方案也不同。
比值控制系统按比值的特点可分为定比值和变比值控制系统。
两个或两个以上参数之间的比值是通过改变比值器的比值系数来实现的,一旦比值系数确定,系统投入运行后,此比值系数将保持不变(为常数),具有这种特点的系统称为定比值控制系统。
如果生产上因某种需要对参数间的比值进行修正时,需要人工重新设置新的比值系数,这种系统的结构一般比较简单。
两个或两个以上参数之间的比值不是一个常数,而是根据另一个参数的变化而不断的修正,具有这种特点的系统称为变比值控制系统,这种系统的结构一般比较复杂。
比值控制系统按结构特点可分为简单比值和复杂比值控制系统。
凡构成一个闭环以下的比值控制系统称为简单比值控制系统;
凡构成两个闭环以上的比值控制系统称为复杂比值控制系统。
比值控制系统可笼统分为:
开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、串级比值及变比值控制系统等。
下面我们一一简单介绍这五种控制系统。
1.4.1开环比值控制系统
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