基于组态软件的双容液位单回路过程控制系统课程设计

工业过程控制课程设计任务书

题 目 课题性质 指导教师 基于组态软件的双容液位单回路过程控制系统设计 课程设计 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课题来源 自拟题目 主要内容 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。 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。 任务要求 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。 [1] 组态王软件及其说明文件 主要参 考资料 [2] 邵裕森．过程控制工程．北京：机械工业出版社2000年 [3] 熊新民.工业过程控制课程设计指导书，2008年 [4] 陈夕松，汪木兰.过程控制系统.北京：科学出版社，2005年 审查意见 指导教师签字： 年 月 日

1 设计目的与要求

1.1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。

1.2 设计要求

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。

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%

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2 系统结构设计

2.1控制方案

本设计采用的是工业控制中最常用的PID控制规律， PID算法实现简单，控制效果好，系统稳定性好。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。它结构简单，参数易于调整，在长期的应用中积累了丰富的经验。

其主要特点是：(1)技术成熟；PID调节是连续系统理论中技术最成熟、应用最广泛的控制方法，它的结构灵活，不仅可实现常规的PID调节，而且还可根据系统的要求，采用PI、PD、带死区的PID控制等；(2)不需求出系统的数学模型；(3)控制效果好。虽然计算机控制是非连续的，但由于计算机的运算速度越来越快，因此用数字PID完全可代替模拟调节器，并且能得到比较满意的效果。

2.2 系统结构

系统结构框图如图所示：

f(t）X(t）e(t）g(t）计算机调节阀q(t）下水箱液位X-y(t）z(t）液位变送器 图2-1 系统组成框图

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系统的总体结构流程图如下：

P-73P-78V-13P-83P-84P-80P-79V-12P-88P-82V-11P-91P-90HBV-10计算机调节阀HBFTP-89电磁泵图2-2 系统总体结构流程图

贮水池

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3 过程仪表的选择

3.1 液位传感器

液位传感器用来对上位水箱和下位水箱的液位进行检测，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，采用高品质、低功耗精密器件，稳定性、可靠性大大提高。可方便地与其它DDZ—X型仪表互换配置，并能直接替换进口同类仪表。效验的方法时通电预热15分钟后，分别在零压力和满量程压力下检查输出电流。在零压力下调整零电位器，使输出电流为4mA，在满量程压力下调整量程电位器，使输出电流为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。液位传感器用来对上水箱和中位水箱的液位进行检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器，0.5级精度，二线制4-20mA标准信号输出。

3.2 电磁流量传感器、电磁流量转换器

单位时间内流过管道横截面的流体数量，称为瞬时流量。流量传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路的干扰流量进行检测。流量的测量方式有：节流式流量计、电磁流量计、旋涡（涡街）流量计、其他流量计。电磁流量计的原理：根据法拉第电磁感应定律制成，用来测量管道中导电性液体体积流量。电磁流量计的感应电势与流量成线性关系。电磁流量计的测量管道内无节流部件，具有如下特点：不堵塞，可测带颗粒、纤维等杂质的导电液体；维护方便，寿命长；没有测量滞后现象。

根据本控制系统装置的特点，采用电磁流量计来测量流量，其传感器采用工业用的LDS-10S型电磁流量传感器，公称直径10mm，流量0—0.3立方米/小时，压力1.6Mpmax，4-20mA标准信号输出。可与显示，记录仪表，计算器或调节器配套。避免了涡轮流量计非线性与死区大的致命缺点，确保实验效果能达到系统的要求。主要优点：

(1)采用整体焊接结构，密封性能好；

(2)结构简单可靠，内部无活动部件，几乎无压力损坏；

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