过程控制系统实习报告

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1、目 录1. 单容水箱设备组成及其工艺11.1. 单容水箱设备的组成11.2. 单容水箱设备的工作原理12. 单容水箱控制系统的硬件设计22.1. 电气原理图的设计23. 单容水箱控制系统的软件设计33.1. 通信组态33.2. 变量组态43.3. 画面组态54. 调试74.1. 单容水箱控制系统调试74.2. 液位、流量串级控制系统调试85. 技术小结9参考文献10附录111. 单容水箱设备组成及其工艺1.1. 单容水箱设备的组成单水水箱设备的基本组成有：控制器，调节器，被控对象，测量变送。基本器件有储水箱，下水箱，水泵，电磁流量计，阀门，管道等,电磁调节阀。1.2. 单容水箱设备的工作原理

2、（a）机构图 （b）方框图本实验系统结构图和方框图如上图所示。被控量为上小水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT1检测到的上小水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PID控制。采用计算机PID算法控制。首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形

3、成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。2. 单容水箱控制系统的硬件设计2.1. 电气原理图的设计1.根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。2.根据各部分的要求，设计出原理框图中各个部分的具体电路。对于每一部分的设计总是按主电路、控制电路、辅助电路、联锁与保护、总体检查，反复修改与完善的步骤进行。3.绘制总原理图。按系统框图结构将各部分联成一个整体。4.正确选用原理线路中每一个电器元件，并制订元器件目录清单。本组对完整的电路图有明确的分工，本人组要设计加热器调压模块的电路图设计如下图所示。3. 单容水箱控制系统的软件设计3.1. 通信组态新

4、建工程项目，然后选择设备，COM1。然后再工作区选择“新建”。双击，在设备配置向导生产厂家、设备名称、通讯方式窗口中，选择“智能模块”。选择“串行”，逻辑名“下水箱”，如图3.1所示。图3.1 逻辑名称选择“下一步”。然后设置串口号，依据计算机的通讯端口来选择。这个端口可以以后按照同样的步骤来更改。如图3.2所示。图3.2 选着串口号单击“下一步”，然后设置地址，首先设置内给定仪表，所以设定地址0，如图3.3。单击“下一步”，设置通讯参数，不需要改变任何参数。单击“完成”，就可以看到整个设置的参数。3.2. 变量组态 选择工程浏览器左侧大纲项“数据库数据词典”，在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“

5、新建”图标，弹出“变量属性”对话框。此对话框可以对数据变量完成定义、修改等操作，以及数据库的管理工作。在“变量名”处输入变量名pv。如图3.4所示。 如上述所做的步骤分别对SV，MV，p，i，d，等参数定义。PV是测量值，SV是设定值，MV是输出值。P是比例带，i是比例积分，d是比例微分。3.3. 画面组态建立新工程项目：在运行组态王程序时，弹出组态王工程管理器画面，此时建立一个新工程，执行以下的操作步骤：（1）在工程管理器中选择菜单“文件/新建工程”，弹出“新建工程向导一欢迎使用本向导”对话框。（2）点击“下一步”，弹出“新建工程向导二选择工程所在路径”对话框。从对话框中选择或指定工程所在路

6、径，倘若用户需要更改工程路径，请单击“浏览”按钮；如果路径或文件夹不存在，请选择创建。（3）点击“下一步”，弹出“新建工程向导三工程名称和描述”对话框。往对话框中输入工程名称：水箱液位控制界面。（4）点击“完成”，再点击“是”，将新建的工程设为组态王当前工程，此时组态王工程管理器中出现新建的工程。（5）制作动态画面：按照实际工程的要求绘制监控画面，并使静态画面随着过程控制对象产生动态效果。 （6）新建画面命名：单容水箱液位控制，选择画面风格“大小可变”和“覆盖式”。单击确定后进入开发系统新画面进行设计。点击工具栏中的“打开图库”，选择需要的图素。从而的到如图3.5所示。图3.5 画面组态4.

7、调试4.1. 单容水箱控制系统调试系统由模拟PID控制器和被控对象组成。 PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差 (4-1) 将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合可以构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。它的控制规律为 (4-2)写成传递函数形式为 (4-3)式中 比例系数；积分时间常数； 微分时间常数；输入p=300.00，i=20.00，d=0.0调试可得到下图。 4.2. 液位、流量串级控制系统调试水箱液位串级控制系统，它是由主控、副控两会路组成，主控回路的调节器称主调节器，控制对象为水箱，水箱的液位为系统的主控

8、制量，副控制回路中的调节器称副调节器，流入水箱的流量作为副控制量，主调节器的输出作为副调节器的给定，副调节器的输出直接调节电磁阀的转速，改变进入水箱的泵的流量，从而达到控制水箱液位的目的；在该控制系统中，由于水箱存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。串级控制是改善调节过程动态性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系统的容积延迟。通过组态软件对整定过程及液位的平衡过程进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数。在p=30.0，i=20.0，d=0.0在按自动调节可得到如下图所示。5. 技术小结两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握

9、一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次模具设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。参考文献1邵裕森,戴先中.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.2003。2陶永华，尹怡欣，葛芦生.新型PID控制及其应用.北京：机械工业出版社，1998。3朱学峰.过程控制技术的发展、现状与展望.测控技术，1999。4宋乐鹏，自动控制原理。清华大学出版社。