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组态王-串级控制
1 绪论
随着科学技术的快速发展,人们对过程控制提出了更高的要求,在许多生产过程中,要求两种或两种以上的物料流量成一定的比例关系混合进行反应,对物料比例的要求甚为严格,如果不能满足要求,或是比例失和调,将会导致产品的质量达不到要求,以致造成损失,严重时会导致事故的发生,研究比值控制系统很有必要,提高比值控制系统的精度及水平具有深远的意义。
根据系统的工艺要求及实际需要,提出了流量比值控制的设计方案,因为组态王开发监控系统软件具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点,本设计着重说明了组态王在设计开发流量比值控制系统中的应用。
通过组态王仿真软件进行仿真,设计出能够驱动采集模块,具有友好的人机交互界面,实现了实时监控,有及时的数据显示,图形显示,PID参数手动及自动控制等控制功能,并建立了动画连接,生成了信息报告。
2 系统需求分析
2.1 设计目的
通过组态软件,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流量比值单回路过程控制系统。
2.2 设计要求
(1) 按照实际题目设计监控画面及动态模拟。
(2) 在数据字典中定义需要的内存变量和I/O 变量。
(3) 实现监控系统的实时、历史曲线显示。
(4) 实现参数报表打印功能。
3 系统方案论证
3.1 控制方案
串级控制系统是一种常见的复杂控制系统,它是根据系统结构命名的。其原理是由两个或者两个以上的控制器串联而成的,一个控制器的输出是另一个控制器的的给定值。根据设计要求,系统采用单闭环比值控制。本控制系统中,被控参量有两个,上水箱的液位和下水箱的液位,这两个参量具有相关关系。上水箱的液位可以影响下水箱的液位,根据上下水箱的液位相关关系,故系统采用的串级控制。其中,内环控制上水箱的液位,外环控制下水箱的液位,系统运行时水箱的液位跟随给定值,系统框图如下图3.1所示。
图3.1 系统结构图
3.2 系统结构设计
当打开液体A的阀门,流量检测传感器测出其流量值,经变送单元送至比值器,比值器的输出与液体B流量测量值相减,其偏差作为液体B流量控制器的输入值,控制器的输出用来控制调节阀,从而使液体B的流量得到了控制。这就使液体B的流量随液体A的流量变化而变化。其中液体A的电动调节阀是为了方便设置A的流量。流程图如图所示。
图3.2 系统流程图
4 系统组态设计
在液位PID控制系统中,以液位为被控量。其中,测量电路主要功能是测量对象的液位并对其进行归一化等处理;PID控制器是整个控制系统的核心,它根据设定值和测量值的偏差信号来进行调节,从而控制双容水箱的液位达到期望的设定值。
单回路调节系统可以满足大多数工业生产的要求,只有在单回路调节系统不能满足生产更高要求的情况下,才采用复杂的调节系统。 单闭环流量比值主画面如图4.1所示。
具体程序见附录A。
图4.1 流量比值主画面
5 数据字典设计
根据控制系统的需要建立数据词典,以便确定内存变量与I/O数据,运算数据的关系。只有在数据词典中定义的变量才能在系统的控制程序中使用。本系统中所涉及到的变量的类型主要是单机运行模式,不用外部设备,用于定以开关动画连接的内存离散变量,参于PID运算的内存实型变量和实现各种动画效果所用到的内存实型或内存整型变量等。具体的数据词典如图5.1所示。
图5.1 数据字典
6 运行结果
当单VIEW时开始运行,将流量比值画面到运行界面,调节阀门的开关,可以进行预期的流量比值控制。流量比值运行画面如图6.1所示。
图6.1 主画面运行图
实时曲线如图6.2所示。
图6.2 实时曲线
报表显示实时数据,在报表中显示了日期、时间和各个液位。具体报表如图6.3所示。
图6.3 实时报表
7 总结
本设计是基于组态王的单闭环流量比值控制系统。该设计实现了PID控制,根据流量比值单回路控制系统的原理,运用组态王所提供的类似于语言的程序编写语言实现PID控制算法。该设计首先要确立要设计的目标,构想实际模型,通过组态王建立组态画面,接下来在数据字典中定义要使用到的各个变量,只有定义了变量才能在编程和建立画面连接中可用。接下来就要编程,并且将各模型与变量进行连接,最后就是运行调试。本设计通过PID算法控制两个水箱的液位比值变化,实现流量比值控制的要求。
本设计增加了实时曲线显示,可以让工作人员动态监视系统运行的状况。实现历史曲线显示,实时报表打印功能,可以让工作人员把当前运行结果和历史结果进行对照,来做出合理判断。
本设计还需要改进的方面,可以增加报警功能,提示工作人员及时处理问题。增加开机登录界面,防止非法或者非专业人员操作系统而导致不必要的错误和损失的发生。该设计没有和外
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