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1、管道流量单回路控制系统设计与调试报告目录一、控制目的和性能要求21.1控制目的21.2性能要求2二、方案设计、控制规律选择22.1方案控制设计22.2控制规律选择3三、仪表与模块选择33.1选择过程仪表33.2选择过程模块3四、工艺流程图与系统组态图设计44.1工艺流程图44.2系统组态图4五、组态画面设计5六、组态程序设计6七、安装结线7八、系统调试过程8九、结果分析99.1自动控制状态99.2手动调节状态12心得体会13管道流量单回路控制系统设计与调试报告一、 控制目的和性能要求1.1控制目的根据设定的管道对象和其他配置，运用计算机和InTouch组态软件，设计一套监控系统，并能够过调试使
2、得管道内流量维持恒定或保持在一定的误差范围之内。1.2性能要求(1).要求管道流量恒定，流量设定值SP自行给定。(2).无扰时，水流基本恒定，由电动阀控制水泵实现。(3).有扰时：改变电动阀开度，管道水流允许波动。(4).预期性能：响应曲线为衰减振荡；允许存在一定误差10%SP；调整时间尽可能短。二、 方案设计、控制规律选择2.1方案控制设计管道流量控制系统只须控制流量，控制简单，反馈控制可消除被包围在闭环内的一切扰动对被控对象的影响。所以单回路反馈控制就可满足管道流量控制系统的要求。管道流量有两种原因：电动阀的开度大小、变频器的频率高低，而电动阀开度为主要原因。因此本方案采用以电动阀开度为控
3、制参数，变频器的频率为干扰因素。管道流量为被控参数，电动阀为执行器。采用单回路反馈控制。通过比较反馈量和给定值的偏差，利用反馈控制规律控制电动阀的打开和闭合，如图2.1所示： 计算机 控制器 电动 调节阀 管道 流量检测 传感器 _ SP P V PV1 图2.1管道流量单回路控制系统方框图2.2控制规律选择为了取得较好的控制效果，上述单回路系统在系统设计时，当系统为自动控制时，系统控制规律为PID控制规律。调试时根据调整情况可采用PI或PID控制规律。Kp为比例系数，Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数。比例作用：能迅速反应误差，但不能消除稳态误差。积分作用：消除静态误差，但容易引起超调，
4、甚至出现振荡。微分作用：减小超调，克服振荡，提高稳定性，改善系统动态特性。但一般不常用。三、仪表与模块选择3.1选择过程仪表包括检测仪表和执行器。主要有流量传感器、电磁流量转换器、电动调节阀和计算机控制器。电磁流量传感器采用LDG-10S型电磁流量传感器。流量转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。电动调节阀采用德国PS公司进口PSL201型智能电动调节阀。计算机控制器：变频器采用三菱FR-S520变频器；水泵采用丹麦格兰富循环水泵；电磁阀。其他的过程仪表还有液位传感器、压力传感器。3.2选择过程模块主要有A/D模块、D/A模块和开关I/O模块。过程模块采用目前最新的牛顿7000系列远程数据采集
5、模块和组态软件组成。A/D模块采用nudan7017；D/A模块采用nudan7024；通讯模块采用nudan7520。四、工艺流程图与系统组态图设计4.1工艺流程图单回路在一般情况下就能满足控制要求了。流量传感器把检测到的值送到流量转换器，由实测值转化为电流信号，再有模数转换模块转化成数字送到计算机，把送到计算机的数值与给定值比较得误差，再通过数模转换转化成电流信号来控制电动阀的打开和关闭，以此来控制流量。其工艺流程图如图4.1所示：FT A/D 计算机 D/A 进水电动阀流量变送器图4.1管道流量单回路工艺流程图4.2系统组态图自动控制时：把实际流量值(PV)和给定值(SP)通过PID控制
6、规律计算后得出结果输出来控制；手动时直接控制。组态图如图4.2所示：PID 自动 OUT 手动 SP U(k) IO0PV(IN2) 图4.2系统组态图五、组态画面设计组态画面设计了静态画面(如图5.1)和动态画面(如图5.2)。其中包括：(1).各测试设备(水箱、水泵、电磁阀、电动阀、管道等)及液位游标指示、压力数字显示和指针显示、阀门开度百分比指示、管道水流动态显示、水箱储水变色显示。(2).设计数据词典，(3).设计组态控制程序：含开关阀门控制、电动调节阀控制和PID控制算法等，同时应具备手动控制、自动控制和闭环控制功能。(4).设计历史曲线图和实时曲线图。设计参数显示与调整框。(5).
7、完成动画链接。 图5.1静态画面图5.2动态画面六、组态程序设计实时控制的触动按钮设为DiscTag1，手动自动转换触动按钮为DiscTag2。当时实控制时DiscTag1=1，程序开始运行，否则结束；自动控制状态时DiscTag2=0，手动控制状态时DiscTag2=0，程序结束。则程序流程图如图6.1所示：开始计算控制量输出Uk0Uk,0IYES如果Uk1000DiscTag1=1DiscTag2=11VV1,1VV41000Uk,0I结束图6.1程序流程图七、安装结线实验中DA模块中的IO0为控制调节阀开度的控制通道，IO1为可控硅的电压控制通道，IO2为变频器的控制通道。AD模块中，I
8、N0为上水箱液位的检测，IN1为下水箱液位的检测，IN5是阀位反馈信号检测，IN6是水泵出中压力信号检测。在DA模块中，由于模块本身不能提供电源，在控制时应串入24V直流电源，输出电流信号控制执行器，AGND为DA模块公共地。由于变送器输出的都是电流信号，而AD模块采集的是电压信号，所以在AD通道折正负端并联一个250欧姆的电阻，将电流信号转变为电压信号。I/O接线对应如下：液位变送器输出： 1(+) -电源正极(上水箱液位检测) 2(-) -In7+ In7- -电源负极液位变送器输出： 3(+) -电源正极(下水箱液位检测) 4(+) -In0+ In0- -电源负极压力变送器输出： 7(
9、+) -电源正极(压力检测) 8(-) -In6+ In6- -电源负极流量计输出： 17(+) -In2+(主管道流量检测) 18(-) -In2-电动调节阀输入： 9(+) -电源正极（主管道电动阀控制） 10(-) -Io0+ AGND -电源负极变送器输入： 41(+) -电源正极（变送器控制） 42(-) -Io2+ AGND -电源负极电动调节阀阀位输出： 11(+) -In5+（主管道阀位控制） 12(-) -In5-八、系统调试过程启动TOCPLINK；配置TOPIC DEFINITION；设置“topic”名称自定义为LLKZ；再设置“OPC SERVER”为下拉选项“kin
10、gview.vive”，其他为默认值，OK；进入InTouch，点击“配置”“访问名”，设置访问名为“topic”名称，应用程序名为OPCLINK，主题名同访问名，选择DDE协议，OK；打开标记名词典，建立InTouch标记甸与组态王变量名通讯联系：逐个选择InTouch里的I/O型标记名，定义访问名为“topic”名称LLKZ，项目名为组态王里的对应变量名，离散型前面加d，整型加i，实型加r，消息型加m，全部变量加.value。注意每设置一个变量，保存一次。然后OK。运行InTouch程序。然后调整程序、有关参数可得出运行良好的控制状态：如图8.1所示。图8.1系统运行稳定运行时状态图系统运
11、行时有自动控制和手动控制两种状态，自动控制状态时可通过调节PID参数来调整系统以达到稳定的运行。手动时可直接通过调节Uk来调整使系统达到稳定，系统运行流程图如图8.1所示：系统开始运行PID参数设定手动输入UK值满足要求手动自动是是否否开始方式选择结束系统稳定图8.2系统运行流程图九、结果分析9.1自动控制状态自动控制是由PID控制规律来控制的。由于刚开始调试，P、I、D的值不合适，系统出现了不稳定的状态，如出现等幅振荡和有误差不能达到预期效果。这样可以通过调节PID参数进行整定，以达到快速稳定的运行。PID参数整定方法：可用凑试法来对其进行整定。整定方法为：(1).只整定比例部分，系数由小变
12、大，得到反应快，超调小的响应曲线。如果系统已无静差，则直接使用比例即可。(2).取积分时间为较大值，减比例部分得到的比例参数，逐步减小积分时间，直到系统无静差。(3).加入微分环节，改善系统的动态性能。先取微分时间为零，逐步增大微分时间，同时改变比例参数和积分时间，直到系统得到好的动态性能和效果。图9.1系统不稳定等幅振荡如图9.1所示，系统不稳定出现的等幅振荡。可通过调整PID的值来调节。图9.2系统不能达预期效果有静态偏差如图9.2所示，系统控制中存在静态误差，不能够达到系统所要求的目的。也须要通过PID的调节来控制，可减小Kp(Kp值可从60减小到55)、增大Ti(Ti值可从10增加到5
13、0)来调节，以达到最佳状态。使系统快速平稳的达到控制要求。如图9.3所示：图9.3系统运行稳定运行图图9.4自动控制运行其间的历史曲线9.2手动调节状态手动调节只须调节uk值使系统达到准确、稳定的运行状态即可。如图9.5所示：图9.5手动控制系统稳定运行图心得体会通过一个多月的ASEA培训，使我掌握了很多理论课上学不到的东西，增强了我的学习兴趣，提高了我的技术水平。在这一个多月中，我熟练掌握了InTouch组态软件的应用和控制。能应用InTouch组态软件编程，对工程控制系统进行硬件连接，并能应用InTouch组态软件和组态王连接来进行对工程控制系统安装与调试。了解了由PLC硬件构成的控制系统的设计思想； 掌握了西门子PLC的工作原理； 了解到西门子PLC各模块的功能及相关性能 ； 西门子PLC的软硬件的的使用方法 ；拥有了PLC控制系统的编程能力；熟悉并掌握了工程项目的设计方法和步骤； 在测试的过程中，我遇到了许多突发性的不太好解决的问题，也曾有过对自己没有信心的时候，但经过仔细冷静地思考之后，我还是以最快的时间调整自我回归测试状态，继续进行测试。通过这次测试，我提高了自己的动手能力和解决问题的能力。充分挖掘了自己的潜能，使自己的能力的到了发挥。因测试时间有限，我制作的控制系统难免有不尽如人意的地方，但我一定会再今后的学习中加倍的努力，尽力使自己做到更好。
