课程设计基于组态软件的液位单回路过程控制系统设计.docx

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课程设计基于组态软件的液位单回路过程控制系统设计

工业过程控制

课程设计

成绩评定表

设计课题：

基于组态软件的液位单

回路过程控制系统设计

学院名称：

电气工程学院

专业班级：

自动化F0601

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计地点：

设计时间：

2010.1.11～2010.1.17

指导教师意见：

成绩:

签名：

2010年1月日

工业过程控制课程设计任务书

学生姓名

专业班级

学号

题目

基于组态软件的液位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

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，结合液位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液位单回路过程控制系统。

任务要求

1.根据液位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，独立设计液位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，合理设计液位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，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，2005

[2]过程控制工程．邵裕森．北京：

机械工业出版社，2000

[3]InTouchHMI9.5应用程序开发基础课程，Wonderware公司，2006

[4]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

1、设计目的与要求

1.1、设计目的

在综合应用《自动控制理论》、《自动化仪表》、《工业工程控制》多门科学知识的基础上，运用组态软件和过程控制实验装置设计并调试一个液位单回路过程控制系统，整个设计从组态软件选用开始，进而涉及仪表选型，组态系统结构和程序设计，实验设备连接，和调试运行多方面的工作，通过该设计，提高培养学生灵活运用所学的过程控制和组态软件等方面的知识解决时间问题的能力，同时黑鞥使学生加深对新技术的认知和理解，既有利于进一步增强学生对学科的兴趣，同时也为必要设计打下良好的基础，还能增强就业竞争力，具体目的包括：

1、提高学生对过程参数系统控制原理的掌握程度和对过程仪表的实际应用能力。

2、提高学生运用组态燃机和计算机设计过程控制系统的实际水平。

3、提高学生按照、投运和调试过程控制系统的实际水平。

1.2、设计要求

根据液位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。

根据液位单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程仪表。

根据与计算机串行通信的需要正确选用RS485/RS232转换与通信模块。

运用组态软件，正确设计液位单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。

完成系统连线，分步投运系统，正确调整系统参数，使系统达到预期的性能。

2、系统结构设计

2.1控制方案

这里选择的控制方案为增量式数字PID控制策略，水箱中的液位经测量变速器转换成电平信号经A/D传送的计算机，在计算机中与设定的数值进行比较，将所得的差值按照数字PID算法得到控制量，再经过D/A发送到调节阀，从而达到调节水箱中的液位的目的。

系统方案图：

2.2系统结构

控制系统由计算机、电动调节阀，水泵、液位变送器，以及一些电磁阀组成。

其机构图如下：

3、过程仪表选择

测量范围要求：

液位0~450cm测量精度：

<2%

3.1控制器：

计算机。

3.2液位变送器：

压力变送器

采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器0.5级精度，二线制4-20mA标准信号输出。

3.3电动调节阀：

电动调节阀对控制系统回来流量进行调节，从而达到控制水箱中液位的目的。

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，控制单元与电动执行机构一体化，输入控制信号4-20mA及单相电源即可控制运转。

3.4水泵：

采用丹麦格兰富循环水泵，噪音低，寿命长，功耗小，220V供电即可，在水泵的出水口装有压力变送器，与变频器一起克构成恒压供水系统。

3.5开关电源

DC24V的开关电源，最大电流为2A，满足设计要求。

3.6A/D和D/A模块

牛顿7000系列模块

此过程控制装置的数据采集和控制采用目前最新的牛顿7000系列远程数据采集模块和组态软件组成，完全模拟工业现场环境，先进性与实用性并举，有效的拉近了实验室与工业现场的距离，它体积小，安装方便，可靠性极高。

D/A模块：

nudan7024模块，接收计算机的数字量，转换成4路模拟电路（4~20mA）或电压（1~5v）信号输出均可。

用于控制电动调节阀的开度。

A/D模块：

nudan7043模块，8路模拟电压（1~5V）输入，然后转换成数字信号。

4、系统组态设计

4.1流程图与组态图

控制系统如的流程图为：

控制系统的组态图为：

4.2组态画面

4.3数据词典

标记名称

注释

类型

阀门开度

电磁阀开度

IO实数

液位测量值

传感器测定的水箱液位值

IO实数

P参数

设置的P参数

内存实数

I参数

设置的I参数

内存实数

D参数

设置的D参数

内存实数

自动进行PID运算

进行电脑自动运算的标志位

内存实数

设定液位高度

设定的水箱要达到的液位

IO实数

此次误差

此次设定液位与实际液位之差

内存实数

上一次误差

前次设定液位与实际液位之差

内存实数

上二次误差

前二次设定液位与实际液位之差

内存实数

采样周期

传感器采样的周期

内存实数

4.4应用程序

启动时的程序为：

阀门开度=0;

此次误差=0;

上一次误差=0;

上二次误差=0;

自动进行PID运算=0;

运行期间的程序为：

if（自动进行PID运算）

{

此次误差=设定液位高度-液位测量值;

A=P参数*（1+采样周期/I参数+D参数/采样周期）;

B=P参数*（1+2*D参数/采样周期）;

C=P参数*D参数/采样周期;

阀门开度=A*此次误差+B*上一次误差+C*上二次误差;

上二次误差=上一次误差;

上一次误差=此次误差;

}

关闭时的程序为：

阀门开度=0;

此次误差=0;

上一次误差=0;

上二次误差=0;

自动进行PID运算=0;

5、结论

经过这次工业过程控制课程设计，我知道了如何应用组态王等组态软件完成工业现场的组态工作，从一个组态王的初学者到一个能用初步组态王完成工业现场的组态工作。

在整个课程设计中，从组态软件选用开始，到仪表选型，组态系统结构和程序设计，实验设备连接，和调试运行多方面的工作，我走过了一个实际项目工程所应该具备的所有步骤，在这一过程中，我将课本的理论，同实际的应用结合了起来，实现了知识，技能的大增长。

一些上课时没有讲到或者没有注意到的地方，在课程设计中都变成各种各样的困难，在解决这些困难时我相当於重新把工业过程控制这门课已经其他几门相关的课程又重新复习了一遍。

以前本以为很简单的增量式PID算法，真正使用的时候还是发现会出现这样或那样的问题，尽管最后的增量式PID算法已经成功了，但是，它还有再提高的可能，当算法中加入PID的改进算法，无疑会使控制更优，以前听人说过，算法没有最好，只有更好，我相信在未来的使用中我会设计出比这次更好的算法。

在这次课程设计中我得到的最大的经验是不能忽视细节，我是先进行组态画面的设计的，等设计好后又发现少在图像上少关联一个变量，而在图中重新加入这个变量所对应的部分，就造成了整个画面的混乱，因而不得不重新组织画面，本来这一问题在当初设计画面时就应该想到，可是由于不细心，当初并没有考虑到，最后不得不冲新做过。

以前在心里总是瞧不起那些做动画界面，认为只是将各种组件一个个堆放在屏幕上，而当我真正的做动画界面时才发现，要到达组态界面的美观、清晰并不是那么容易的。

6、参考文献

7.致谢