工程设计报告Word文档格式.docx

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能显示实时数据报表及及曲线、历史数据报表及曲线。

2、控制要求：

（1）自动保持水箱液位值恒定，使之满足控制精度的要求；

（2）当“水箱”的液位达到95厘米时，不足5厘米时，就发出上限和下限报警。

二、设计要求：

1、在计算机上组态，完成监控界面及控制脚本程序的设计；

2、在实验装置上实际运行，进行测试；

3、完成工程设计报告（用A4纸）。

三、设计所需设备：

设计所需设备清单见表1。

表1设备清单

序号

名称

型号与规格

数量

说明

1

工控机

IPC-610

2

通信模块

ADAM-4520

RS-232/RS-485

3

模拟量输入模块

ADAM-4017P

8通道模拟量输入

4

模拟量输出模块

ADAM-4024

4通道模拟量输出

5

电动调节阀

PSL-201，220VAC

控制信号4~20mA

6

压力变送器

ST-3088，0~10Kpa、4~20mA

检测液位0~100cm

7

普通机械压力表

0.25MPa

8

水泵

UPA90220V~，Q：

0.5m3/h，H：

7.5m

9

水箱

上水箱

高度40cm

储水箱

注：

（1）在WebAccess中定义设备点时，A/D模块ADAM-4017P和D/A模块ADAM-4024均无校验和，即CheckSum项设置为0。

（2）在WebAccess中定义I/O点时，ADAM-4017P用AI4通道（±

5V输入）；

ADAM-4024用AO1通道（4~20mA输出）。

四、系统说明

1、系统工艺结构图见图1。

2、单回路液位控制系统图见图2、3。

扰动

给定

液位

D/A模块

——

+

A/D模块

液位变送器

图2单回路液位控制原理方框图

3、控制算法

数字PID位置型控制算式为：

（1）

数字PID增量型控制算法：

位置型控制算式不够方便，这是因为要累加偏差e（i），不仅要占用较多的存贮单元，而且不便于编写程序，为此可对

（1）式进行改进，得数字PID增量型控制算式为：



（2）

其中：

称为比例增益；

称为积分系数；

称为微分系数。

为了编程方便，可将式

（2）整理成如下形式

（3）

其中

4、无扰动切换

工厂生产过程中常用到各种类型的PID调节器,以实现对温度、压力、流量等各种工艺参数的自动控制,为生产过程的可靠、稳定运行节省了大量的人力物力。

PID调节器因为其鲁棒性强、原理简单和已积累了十分丰富的现场经验。

实际使用时，设计者除了应选择被调量、调节变量和整定P、f、D参数以外，诸如冲击（扰动）、饱和、噪声也是限制应用的因素，应仔细考虑和认真解决。

另外在生产未进入稳定工况时,被控介质往往存在性质不稳定、能量传输不均匀等特殊情况,这就需要在生产初期有人为的判断和干预。

冲击是一种可预见的扰动．常常发生于手／自动的相互切换之间、多种控制模式的相互变更之间以及串级反馈系统内／外反馈回路的切除与投入之间．这些状态的变化均可导致执行机构大幅度的变化，破坏系统原有的平衡状态，直至失稳和无法维持正常的生产过程。

为了安全和可靠,多数现代的调节器在手动和自动操作方式之间都能实现自由切换。

单容水箱液位监控系统的工作方式分为MAN和AUTO，为了保证控制回路的正常运行,PID控制器工作方式的切换必须实现无平衡无扰动切换。

所谓无平衡无扰动切换,是指在进行PID控制器工作方式切换之前,例如从MAN到AUTO或从AUTO到MAN的切换,无须由人工进行手动输出控制信号与自动输出控制信号之间的对位平衡操作,就可以保证切换时不会对执行机构的现有位置产生扰动，以免切换给控制系统带来干扰。

（1）PID控制块处于MAN方式

此时手动操作MV,尽管不进行PID计算，但在每个控制周期Tc应使给定值（SV）跟踪被控量（PV）,同时也要使PID差分算式中的历史数据E（k-1）、E（k-2）等清零,并将MV赋给U（k-1）。

这样,一旦切向AUTO方式时,由于SV=PV（即偏差E（k）为0）,PID差分算式中的历史数据也为0,故ΔU（k）=0,而U（k-1）又等于切换瞬间的手动操作量MV。

这就保证了切换瞬间输出控制量的连续性，即

U（k）=U（k-1）+ΔU（k）=MV

（2）PID控制块处于AUTO方式

此时为了实现从AUTO到MAN的无平衡无扰动切换,每个控制周期Tc应将U（k）值赋给MV。

五、设计计划：

步骤

内容

计划时间

实际时间

完成说明

控制方案与工程界面的设计

6学时

编写控制程序

2学时

调试

4学时

撰写报告

六、调试：

操作步骤

调试过程

故障排除

设计控制系统的结构及控制方案

工程界面的设计

实时数据库的建立

动画连接、设备连接

报警显示

报表的制作

曲线显示

组态内容进行分段和总体调试

附、设计有关资料：

1、变量列表

（1）模拟量l／O点（变量）的参数表

符号名称

工程单位

信号类型

量程上限

量程下限

报警上限

报警下限

是否做量程变换

裸数据上限

裸数据下限

变化率报警

偏差报警

I／O类型

过程变量PV1

上水箱液位检测值

cm

0~10Kpa（4~20mA）输入

100

95

是

20

±

2mm

输入

过程变量PV2

下水箱液位检测值

设定值SV1

上水箱液位设定值

设定值SV2

下水箱液位设定值

控制输出AO

电动调节阀控制值

%

4~20mA

输出

（2）、开关量I／0点的参数表

正常状态

逻辑极性

是否需要累计运行时间

2、参考界面（部分）

工艺与控制图

实时曲线图

历史曲线图

报表图