基于组态软件的液位-液位串级控制系统设计.doc

工业过程控制
课程设计
题目: 基于组态软件的液位-液位串级控制系统设计
指导教师评语:
签名: 年月日
工业过程控制课程设计任务书
主要内容
通过某种组态软件,结合实验室已有设备,按照定值系统的控制要求,根据较快较稳的性能要求,采用双闭环控制结构和PID控制规律,设计一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的液位—液位串级过程控制系统。
任务要求
1. 根据液位-液位串级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。
2. 根据液位-液位串级过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要,正确选用过程模块。
3. 根据与计算机串行通讯的需要,正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
4. 运用组态软件,正确设计液位-液位串级过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
5. 提交包括上述内容的课程设计报告。
主要参
考资料
[1] 组态王软件及其说明文件
[2] :机械工业出版社2000
[3] 过程控制教材
[4] 辅导资料
审查意见
指导教师签字:
年月日
目录
1 设计目的 1
2 控制要求 1
3 系统结构设计 1
控制方案 1
控制规律 2
过程仪表及过程模块 2
液位变送器 2
电动调节阀 3
变频器 4
水泵 5
模拟量采集模块 6
模拟量输出模块 6
通信转换模块 6
开关电源 7
硬件连接 7
4 系统组态设计 9
组态软件介绍 9
系统流程图 10
系统组态图 11
数据词典 12
组态画面 12
动画连接 13
结论 16
参考文献 17
附录程序代码 18
1 设计目的
加深对过程控制系统基本原理的理解和对过程仪表的实际应用能力。
(2) 培养运用组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。
2 控制要求
(1)能根据具体对象及控制要求,独立设计控制方案,正确选用过程仪表。
(2)能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要,正确选用模块。
(3) 能根据与计算机串行通讯的需要,正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
(4)能运用组态软件,正确设计过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
3 系统结构设计
控制方案
串级控制系统是一种常见的复杂控制系统,它是根据系统结构命名的。一、基本原理:它是由两个或者两个以上的控制器串联而成的,一个控制器的输出是另一个控制器的的给定值。二、结构:整个系统包括两个控制回路,即主回路和副回路。主回路有主控制器、副回路、主对象和主变送器构成;而副回路由副控制器、控制阀、副对象和副变送器构成。三、 特点:与简单控制系统相比,串级控制系统由于在结构上增加了一个副回路,所以有以下特点(1)、对于进入副回路的扰动具有较快、较强的克服能力。(2)、改善主控制器的广义对象的特性。(3)、对符合和操作条件的变化有一定的自适应能力。(4)、副回路可以按照主回路的需要更精确地控制操纵变量的质量流和能量流。四、应用场合:(1)、用于克服变化剧烈的和幅值大的干扰。(2)、用于时滞较大的对象。(3)、用于容量之后较大的对象。(4)、用于克服对象的非线性。
本控制系统中,被控参量有两个,上水箱的液位和下水箱的液位,这两个参量具有相关关系。上水箱的液位可以影响下水箱的液位,根据上下水箱的液位相关关系,故系统采用的串级控制。其中,内环控制上水箱的液位,外环控制下水箱的液位,系统远行使下水箱的液位跟随给定值,系统框图如下图

计算机
计算机
调节阀
液位
液位
液位变送器
液位变送器
x1(t)
z1(t)
z2(t)
x1(t)
e(t)
u(t)
g(t)
f1(t)
f2(t)
q(t)
y(t)
-
-
液位-液位串级控制系统框图
控制规律
本设计采用的是工业控制中最常用的PID控制规律,内环与外环的控制算法采用PID算法,PID算法实现简单,控制效果好,系统稳定性好,外环PID的输出作为内环的输入,内环跟随外环的输出。在工程实际中,应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制,简称PID控制,又称PID调节。它结构简单,参数易于调整,在长期的应用中积累了丰富的经验。
其主要特点是:(1)技术成熟;PID调节是连续系统理论中技术最成熟、应用最广泛的控制方法,它的结构灵活,不仅可实现常规的PID调节,而且还可根据系统的要求,采用PI