管道流量单回路控制系统设计与调试报告Word格式文档下载.docx
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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:
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,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:
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:
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).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:
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,IN0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Ⅰ:
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Ⅱ:
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(+)-----------------------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+
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TOPICDEFINITION;
设置“topic”名称自定义为LLKZ;
再设置“OPCSERVER”为下拉选项“kingview.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:
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50)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。
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