基于组态软件的温度单回路过程控制系统设计.

工业过程控制课程设计题目：基于组态软件的温度单回路过程控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计地点：设计时间：2012-6-25～2012-6-29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。II工业过程控制课程设计任务书学生姓名专业班级学号题目基于组态软件的温度单回路过程控制系统设计课题性质课程设计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压力单回路过程控制系统。任务要求1.根据压力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.根据压力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，正确设计压力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。主要参考资料[1]组态王软件及其说明文件.[2]吴勤勤.控制仪表及装置[M]．北京：化学工业出版社，2007．[3]陈夕松，汪木兰．过程控制系统[M]．北京：科学出版社，2005.8．[4]邵裕森，戴先中．过程控制工程．北京：机械工业出版社，2000．审查意见指导教师签字：年月日III摘要锅炉是化工、冶炼、发电等作为公用民用部门必不可少的主要动力设备，其产品是蒸汽，即将一次能源（煤炭、石油、提燃气等）转换为二次能源（蒸汽）。工业锅炉是工业生产的重要设备，往往直接影响生产的正常进行和产品的质量、产量和成本。工业锅炉又是能耗极大的设备，在整个工业生产的能源消耗中占相当大的比重。而燃煤锅炉又是一种广泛实用的工业锅炉，广泛地应用于国民经济各个领域。温度控制是控制系统中最为常见的控制类型,主要由温度传感器、温度调节仪、执行装置、被控对象四个部分组成。关键词：锅炉温度控制组态王目录1绪论................................................................................................................1IV2系统方案设计..................................................................................................12.1方案选取...............................................................................................12.2系统框图...............................................................................................22.3总体方案设计.......................................................................................23系统硬件选取..................................................................................................23.1仪器和仪表的选取...............................................................................23.2模块的选择.............................................................................................34系统软件设计..................................................................................................44.1组态王简介...........................................................................................44.2组态软件设计.......................................................................................54.3组态画面...............................................................................................54.4控制程序...............................................................................................85系统调试........................................................................................................10设计心得..............................................................................................................10参考文献1111绪论温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。但随之而来的是巨额的成本。在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。运用组态软件“组态王KingView6.53”，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，构成单回路温度控制系统，并整定现有相关的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温度单回路控制系统。2系统方案设计2.1方案选取过程控制系统通常是指工业生产中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度等这样一些过程变量的系统，具有连续生产过程自动控制、由过程检测和控制仪表组成、被控过程多样，控制方案丰富的特点。在现代工业生产过程自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优技术经济指标、提高经济效益和社会效益、提高劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生、提高市场竞争力等方面起着越老越大的作用。要分析、设计和应用好一个过程控制系统，首先应对被控过程做全面了解，2对工艺过程、设备等深入的分析，然后应用自动控制原理与技术，拟定一个合适正确的控制方案，从而达到保证产品质量、提高产品产量、降耗节能、保护环境和提高管理水品等目的。过程控制系统可分为单回路控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、大滞后补偿控制系统、比值控制系统、模糊控制系统等一些复杂控制系统。为了取得较好的控制效果，基于组态软件的温度单回路过程控制系统在系统设计时，采用PID控制规律。通过温度传感器将检测到的实时温度值与温度设定值的差值送入计算机，计算机运用PID算法得到相应的控制信号，并将其输出给执行器，然后执行器调节加热器，以达到调节温度的控制目的。2.2系统框图计算机控制器锅炉水温电阻丝加热器水温检测传感器SPPT1PT-图2-1温度单回路系统结构框图2.3总体方案设计根据控制要求，温度单回路控制系统的控制参数是水的温度，测量便采用温度传感器，被控参数是加热器的功率，控制器是计算机，执行器是加热器，所以温度单回路控制系统的结构框图如图2-1所示。3系统硬件选取3.1仪器和仪表的选取3.1.1温度传感器测量水温的传感器采用电热阻Cu50。热电阻Cu50在—50～150℃测量范围内电热阻和温度之间呈线性关系，温度系数越大，测量精度越高，热补偿性好，在过程控制领域使用广泛。系统采用三线制Cu50，温度信号经过变送单元转换成4～20mADC电流信号，便于计算机采集。33.1.2加热器采用电阻丝作为加热器件，采用可控硅移相触发单元调节电阻丝的发热功率，输入控制信号为4—20mA标准电流信号，其移相触发与输入控制电流成正比。输出交流电压来控制加热器电阻丝的两端电压，从而控制加热罐的温度。输入4mA电流时，加热器电阻丝的两端温度为0V，输入为20mA电流时，加热器电阻丝的两端温度为220V。3.1.3电动调节阀采用电动调节阀对控制回路的水的流量进行调节。采用德国PS公司进口的PSL202型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，驱动电路采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。控制单元与执行机构一体化，可靠性高、操作方便，并可与计算机配套使用，组成最佳调节回路。由输入控制信号4～20mA及单相电源即可控制运转实现对压力流量温度液位等参数的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄漏量少的优点。采用PS电子式直行程执行机构，4～20mA阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯，流量具有等百分比特性，直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断防止泄露。性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等优点。3.1.4其他设备在控制回路中所涉及到的设备还有水泵，变频器，电磁阀，开关电源等。水泵采用丹麦格兰富循环水泵。噪音低，寿命长，扬程可达10米，功耗小，220V即可供电，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。所用到的电磁阀的工作电源为DC24V，管段能力强，使用方便，结构简单。所采用的24V开关电源最大电流为2A，满足系统需要。3.2模块的选择3.2.1D/A和A/D模块的选择采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。牛顿7000系列模块体积小，安装方便，可靠性高。4D/A模块采用牛顿7024，四通道模拟输出模块，电流输出4～20mADC，电压输出1～5VDC，精度14位。使用7024模块的1通道I01作为可控硅的电压控制通道。A/D模块采用牛顿7017，八通道模拟输出模块，电压输入1～5VDC。。使用7024模块的4通道IN4作为温度信号检测输入通道。3.2.2通信模块系统常用的并行总线有RS232,RS485等。RS485更适合于多站连接，且距离传输较远，为小于1200米，是双端发双端收，在传输线上允许接的驱动器和接收器数目较多，且数据传输速率较快，正因为它具有如此优点所以价格方面比较贵。而RS232一般适用于短距离，为小于20米。是单端发单端收。对此实验来讲，距离很近，且RS232就可满足系统的要求，从价格方面和其他方面考虑，本实验采用RS232通讯总线。通信模块采用牛顿7520，RS232转换485通讯模块。使用RS-23