I工业过程控制工业过程控制 课程设计任务书课程设计任务书学生姓名学生姓名专业班级专业班级学号学号题题 目目基于组态软件的压力单回路过程控制系统设计课题性质课题性质工程设计课题来源课题来源自拟课题指导教师指导教师熊新民主要内容主要内容选择一种合适的组态软件，使用实验室现有的过程控制设备，结合压力单回路过程控制系统的控制要求和设计原则，合理选用 PID控制规律，设计一个组态功能合理，画面美观，组态控制程序完善的压力单回路过程控制系统。任务要求任务要求1. 根据压力单回路过程控制系统的具体被控对象和控制要求，正确选用过程仪表，独立设计压力单回路控制系统控制方案。2. 按说明书正确安装过程仪表和有关模块，并完成系统接线。3. 运用组态软件，合理设计压力单回路过程控制系统的组态画面，编写组态控制程序。4. 分步投运系统，正确调整系统参数，使系统达到预期性能。5. 提交包括上述内容的课程设计报告。主要参主要参 考资料考资料1 过程控制系统陈夕松，汪木兰北京：科学出版社，20052 过程控制工程邵裕森北京：机械工业出版社，20003 InTouch HMI9.5应用程序开发基础课程，Wonderware公司，20064 过程可视化组态软件 InTouch 应用技术马正午，周德兴北京：机械工业出版社，2006审查意见审查意见系（教研室）主任签字：系（教研室）主任签字： 年年 月月 日日II目目 录录1 设计目的与设计要求.11.1 设计目的.11.2 设计要求.12 系统结构设计.12.1 控制方案.12.2 系统结构流程图.22.3 控制规律选择.22.4 PID 控制算法流程图.23. 过程仪表选择.33.1 压力传感器.33.2 变频器.43.3 过程模块.43.4 电动调节阀.53.5 其他设备.54 系统组态设计.54.1 组态图.64.2 组态画面.64.3 数据词典.74.4 应用程序.94.5 动画连接.104.6 趋势曲线.125 结论.146 参考文献.157 致谢.1511 设计目的与设计要求设计目的与设计要求1.11.1 设计目的设计目的学会运用组态软件“组态王 King View6.53” ，并结合工业过程实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，应用 PID 算法，自行设计，构成压力单回路控制系统，并整定现相关的 PID 参数以使系统稳定运行，最终得到一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的压力单回路控制系统。1.21.2 设计要求设计要求本系统利用变频器水泵对管道压力进行控制，使用组态软件实现控制监控，采用合理的 PID 控制规律，使管道的压力稳定在额定值附近，以达到整体系统稳定运行的效果。压力的测量范围为 00.1Mpa，测量精度2，从而达到控制管道压力的目的。2 系统结构设计系统结构设计2.12.1 控制方案控制方案根据控制要求，压力单回路控制系统的控制参数是管道的压力，测量便使用压力传感器，被控参数是变频器的功率，控制器是计算机，执行器是变频器水泵，所以压力单回路控制系统的结构框图如图 2.1 所示。计算机控制器管道变频器水泵压力检测传感器PVSPPV1图 2.1 压力单回路系统结构框图22.22.2 系统结构流程图系统结构流程图根据系统组成框图和组成的仪表单元，得到系统流程图如图 2.2所示。A/D模块 7017FT DBYGD/A模块 7024计算机变频器水泵可控硅220V AC图 2.2 系统流程图2.32.3 控制规律选择控制规律选择根据压力单回路控制系统的原理，为了取得较好的控制效果，本系统采用PID 位置控制算法，其控制算式如下：u（k）=u(k-1)+KP(1+)e(k)-KP(1+)e(k-1)+KPe(k-2)ITT TTD T2TD TTD=u(k-1)+a0e(k)-a1e(k-1)+a2e(k-2)a0=KP(1+) a1= KP(1+) a2=KPITT TTD T2TD TTD上式算式中，KP为比例系数，TI为积分时间，TD为微分时间，以 u（k）作为计算机的当前输出值，以 sp 作为给定值，pv 作为反馈值即 AD 设备的转换值，作为偏差。2.42.4 PIDPID 控制算法流程图控制算法流程图PID 控制算法流程图如图 2.3 所示。3取sp,pv形成 偏差e(k)数据传送： u(k)u(k-1)输出u(k）取a0,e(k)做 乘法取a1,e(k-1) 做乘法取a2,e(k-2) 做乘法做a2e(k-2) 减a1e(k-1)做a2e(k-2) 加a1e(k-1)做a2e(k-2) 加a1e(k-1) 加u(k-1）数据传送： e(k)e(k-1) e(k-1)e(k-2)图 2.3 PID 控制算法流程图3. 过程仪表选择过程仪表选择3.13.1 压力传感器压力传感器压力传感器用来对管道中的压力进行检测，采用工业用的 DBYG 扩散硅压力变送器，本变送器按标准的二线制传输，420mA 标准信号输出，采用高品质、低功耗精密器件，稳定性、可靠性大大提高。可方便地与其他 DDZ-X 型仪表互换配置，并能直接替换进口同类仪表。检测方法是通电预热 15 分钟后分别在4零压力和满程压力下检查输出电流值。在零压力下调整零电位器,使输出电流为4mA,在满程压力下调整量程电位器，是输出电流为 20mA。本传感器精度为 0.5级因为为二线制，故工作时需串 24V 直流电源。3.23.2 变频器变频器三菱 FR-S520 变频器，4-20mA 控制信号输入，可对流量或压力进行控制，该变频器体积小，功耗小，功能也非常强大，运行稳定安全可靠，操作方便，寿命长，可外加电流控制，也可通过本身旋钮控制频率。可单相或三相供电，频率可高达 200Hz。3.33.3 过程