单回路控制系统课程设计1解读

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工业过程控制

课程设计

题 目: 基于组态软件的双容液位单回路控制系统设计

院系名称： 电气工程学院

专业班级：

学生姓名：

学 号：

指导教师： 郑维

设计地点： 31--517

设计时间： 2012年6月25日

设计成绩： 指导教师：

2 工业过程控制课程设计任务书之六

学生姓名 专业班级 学号

题 目 基于组态软件的双容液位单回路过程控制系统设计

课题性质 课题来源 自拟题目

指导教师

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，采用单闭环控制结构和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双容液位单回路过程控制系统。

任务要求 1. 根据双容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。

2. 根据双容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，正确设计双容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。

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] 陈夕松. 过程控制系统[M]. 科学出版社,2011

[3] 工业过程控制实验指导

[4] 辅导资料

审查意见

指导教师签字：

年 月 日

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目录

1 设计目的 ......................................................................................................................... 5

2 控制要求 ......................................................................................................................... 5

3 系统结构设计 ................................................................................................................. 5

3.1 控制方案 .............................................................................................................. 5

3.2 控制规律 .............................................................................................................. 7

3.3 过程仪表及过程模块 .......................................................................................... 7

3.4 硬件连接 ............................................................................................................ 13

4 系统组态设计 ............................................................................................................... 15

4.1 组态软件介绍 .................................................................................................... 15

4.2 系统流程图 ........................................................................................................ 17

4.3 系统组态图 ........................................................................................................ 17

4.4 数据词典 ............................................................................................................ 19

4.5 组态画面 ............................................................................................................ 19

4.6 动画连接 ............................................................................................................ 20

4.7 PID 控制算法流程图 ...................................................................................... 23

设 计 心 得 ..................................................................................................................... 24

参 考 文 献 ..................................................................................................................... 24

附录 程序代码 ................................................................................................................. 25

4 摘 要

液位控制系统是生产过程中的一类常见问题。在双容水箱中，我们需要实时检测和调节水箱水位，为为了最大程度上减轻了人们工作负担，需要设计一个组态王液位控制系统对水箱的水位进行实时检测。双位水箱串级控制系统是被测对象由两个不同容积的水箱串联组成，故称其为双容水箱，控制原理是通过水泵将储水箱中的水送上水箱，通过阀门对其控制，使其可以合理的进行储水，当然，如果进水量大于出水量，则自动通过溢水口排入储水箱。

关键词：组态王 液位控制、实时检测、双容水箱

5 1 设计目的

工业生产过程的自动化程度在计算机技术、控制理论和控制技术迅速发展的推动下不断更新和发展。新的控制方法不断涌现，掌握一项较为流行的过程控制方法对今后的工作将有很大的帮助。通过设计，能加深对过程控制、计算机控制技术、检测技术、自动化仪表等自动化专业的主干专业课程的理解和认识，充分了解控制系统的构成，提高综合运用所学专业知识的能力，同时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，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。学会过程控制系统的设计方法，为今后实际的工程设计打下良好的基础。总结起来如下：

（1） 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。

（5）对液位的测量范围和测量精度要求如下：

测量范围：液位——0～450cm 测量精度：液位<2%

3 系统结构设计

3.1 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

6 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3.2所示

贮水池电磁泵P-73P-78P-79P-80P-82P-83P-84P-88P-89FTHBHBP-90计算机调节阀P-91V-10V-11V-12V-13

图3.1 双容液位单回路控制系统结构图