基于组态软件的液位—流量串级控制系统设计

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1、过程控制系统课程设计题目:基于组态软件的液位—流量串级控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动1002学生姓名：学号：指导教师：王伟生设计地点：31520设计时间：2013-6-24～2013-7-7设计成绩：指导教师：本栏由指导教师根据大纲要求审核后，填报成绩并签名。学生姓名毛英杰专业班级自动1002学号201046820507题目基于组态软件的液位—流量串级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

2、较完善组态控制程序的液位—流量串级过程控制系统。任务要求1.根据液位—流量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—流量串级过程控制系统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—流量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]邵裕森．过程控制工程．北京：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

3、教师签字：年月日19摘要随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展，对控制系统的控制品质提出了越来越高的要求。在这种情况下，简单的单回路控制系统已经难以满足一些复杂的控制要求，因此就提出了串级控制方案。串级控制具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有很多单回路控制系统所没有的优点。因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好，而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，串级控制是一种易于实现且效果又极好的控制方法。关键词：控制系统单回路串级控制19目录1引言42系统结构设计42.1控制方案42.2控制规律53过程控制仪表的选择53.1液位传感器53

4、.2电磁流量传感器电磁流量转换器63.3电动调节阀73.4变频器73.5水泵83.6模拟量采集模块83.7模拟量输出模块93.8通信转换模块94系统组态设计94.1系统工艺流程图94.2组态画面104.3数据字典124.4PID控制算法13设计心得15参考文献16附录A系统脚本程序17191引言过程控制是根据工业生产过程的特点，采用测量仪表、执行机构和计算机等自动化工具，应用控制理论，设计工业生产过程控制系统，实现工业生产过程的自动化。过程控制系统一般由控制器、执行器、被控过程和测量变送环节等组成。在工业过程控制系统中，单回路控制系统约占一半以上，但是单回路控制系统适

5、用于控制要求不高的场合。对于某些控制要求比较高的场合，单回路控制系统却远远不能满足控制要求，因此就提出了串级控制系统。串级控制系统是采用两个控制器串联工作，主控制器的输出作为副控制器的设定值，由副控制器的输出去操纵调节阀，从而对主被控变量具有更好的控制效果。与单回路控制系统相比，串级控制系统在结构上增加了一个副回路，对进入副回路的扰动有很强的抑制作用；同时由于副回路的存在，改善了系统的动态性能，提高了系统的工作频率，并且使系统具有一定的自适应能力。组态软件是应用软件中提供的工具、方法来完成工程中某一具体任务的软件。组态软件提供了监控层的软件平台和开发环境，通过灵活的组

6、态方式，可以快速构建工业自动控制系统监控功能。同时，组态软件具有实时性和多任务性，可以在一台计算机上同时完成数据采集、信号数据处理，数据图像显示、人机对话、历史数据查询等多个任务。本设计利用过程仪表和计算机，结合组态王6.53软件设计人机交互界面，设计实现水箱液位—流量串级控制系统。同时，在组态软件中实现动画显示、实时曲线显示等功能。2系统结构设计2.1控制方案在本系统中，被控参量有两个，上水箱液位和管道流量，这两个参量具有联系，流量的大小可以影响上水箱的液位，根据流量与液位之间的关系，采用液位—流量串级控制，系统框图如图2.1所示。19图2.1液位—流量串级控制系统

7、框图在图2.1中，副回路为流量控制回路，主回路为液位控制回路。主回路液位控制器的输出作为副回路流量控制器的设定值，副回路流量控制器的输出来控制调节阀的大小，控制管道流量的大小，进而控制上水箱液位。2.2控制规律本设计采用工业过程控制中最常用的PID控制规律。在工程实际中，应用最广泛的调节器控制规律为比例、积分和微分控制，即PID控制，其结构简单，参数易于调整，在长期的应用中积累了大量丰富的经验。主回路与副回路的控制算法均采用PID算法。PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好。主回路PID的输出做为副回路的输入，副回路跟随主回路的输出。PID控制