流量单回路过程控制系统课程设计

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流量单回路过程控制系统课程设计

流量单回路过程控制系统课程设

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工业过程控制

课程设计

题目: 基于组态软件的流量单回路过程控制系统院系名称：电气工程学院

专业班级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

设计地点：31-517

设计时间：

设计成绩：指导教师：

工业过程控制课程设计任务

摘要

对水流量的控制在社会生产中有着广泛的应用，本文给出了一种基于PID控制算法的流量单回路控制系统。根据对水箱内液位的要求与下水管道的流量，从而得到流量的给定值。通过计算机处理，输出给执行机构，再由执行机构也就是调节阀控制抽水管道的流量。电动调节阀采用丹麦兰富循环水泵。噪音低，寿命长，功耗小，220V供电即可，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。采用工业用的LDS-10S型电磁流量传感器，公称直径10mm，流量0~.03m3/h,压力,4-20mA标准信号输出。这些环节组成的控制系统，可以很好的满足需求。

关键词流量单回路控制系统

1 引言................................................................................... 错误!未定义书签。

2 设计目的与要求 ................................................................ 错误!未定义书签。

设计目的............................................................................................... 错误!未定义书签。

自来水流量单回路过程控制系统

1 设计目的与要求 0

1.1 设计目的 0

2 自来水生产工艺 (3)

2.1 生产工艺 (1)

2.2 生产工艺流程图 (2)

3 系统结构设计 (3)

3.1 控制方案 (3)

3.2 系统结构 (3)

4被控变量与控制变量选择 (3)

4.1被控变量选择原则 (3)

4.2控制变量选择原则 (4)

4.3本系统被控变量与控制变量的选择 (5)

5检测环节设计 (5)

5.1检测环节设计原则 (5)

5.2本系统检测环节设计 (6)

6执行器设计 (6)

6.1执行器设计原则 (6)

6.2本系统执行器设计 (7)

7调节器设计 (7)

7.1调节器正反作用选取 (7)

7.2调节器规律的选择 (8)

7.3调节器参数整定 (9)

心得体会 (10)

参考文献 (13)

自来水厂流量控制系统的设计

1 设计目的与要求

1.1 设计目的

如图，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，对自来水厂用泵将水打入水槽（泵1和泵2同时用），以备下一道工艺生产需要，进行设计将流量控制在500±3立方米/小时，以满足要求。

1.2 要求完成的主要任务

1、了解对象及自来水厂生产工艺

2、绘制流量控制系统方案图

3、确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数

4、撰写系统调节原理及调节过程说明书

2 自来水厂生产工艺

2.1 生产工艺

众所周知，由于自然因素和人为因素，原水里含有各种各样的杂质。从给水处理角度考虑，这些杂质可分为悬浮物、胶体、溶解物三大类。城市水厂净水处理的目的就是去除原水中这些会给人类健康和工业生产带来危害的悬浮物质、胶体物质、细菌及其他有害成分，使净化后的水能满足生活饮用及工业生产的需要。市自来水总公司水厂采用常规水处理工艺，它包括混合、反应、沉淀、过滤及消毒几个过程。

实验6 单回路流量控制

实验6
—单回路流量控制系统设计
一、实验任务

1、建立流量、盘管流量控制系统数学模型；

2、设计电动调节阀流量单回路控制系统，以仿真 PI为预设参数进行流量调节器参数的整定； 3、每个系统记录至少两组不同大小P、I，系统阶跃响应。

二、实验原理
图5-1 单闭环流量控制系统的结构图
基于被控对象是一个时间常数较小的惯性环节，故本系统调节器的参数宜用阶跃响应曲线法确定。（具体参考实验二整定方法）
五、思考题

ຫໍສະໝຸດ Baidu
1、比较流量对象、液位对象、温度对象数学模型的异同？

2、比较流量单回路控制系统与液位、温度单回路控制系统的控制参数PI异同？
六、预习

1、盘管滞后对哪些被控制量有纯滞后影响？ 2、假设以盘管出口温度为被控参数，以锅炉内胆的加热器为执行器，其数学模型是什么？ 3、用MATLAB仿真设计以盘管出口温度为被控参数，以锅炉内胆的加热器为执行器的温度控制系统，整定PI参数。
图5-2单闭环流量控制系统的方框图
三、实验报告

1、单回路流量定值控制系统的结构图，方框图；。 2、单回路流量定值控制系统接线； 3、进行调节器参数工程整定（参考参数： P=35 ;I=85 ;D=0;Sn=33;CF=0;ADDR=1; diH=100;dil=0;SV=40 ），P,I参数自己整定； 4、记录至少两组PI参数，给定值的阶跃响应输出曲线（即SV从40跳变到50的阶跃响应）。

单回路控制系统实验过程控制实验指导书

单回路控制系统实验

单回路控制系统概述

实验三单容水箱液位定值控制实验

实验四双容水箱液位定值控制实验

实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验

实验三

实验项目名称：单容液位定值控制系统

实验项目性质：综合型实验

所属课程名称：过程控制系统

实验计划学时：2学时

一、实验目的

1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。

2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。

5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验内容和（原理）要求

本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）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LT2检测到的中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，以达到控制中水箱液位的目的。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PI或PID控制。

三、实验主要仪器设备和材料

1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；

3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

四、实验方法、步骤及结果测试

本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。

过程控制系统课程设计

一、设计目的与要求：

了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。了解PID参数整定的基本方法,如Ziｅg ｌer-Nichｏlｓ整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。学会用mａtlａb中的Simuliｎｋ仿真系统进行ＰIＤ参数整定。

二、设计正文:

在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。

单回路控制系统的组成方框原理图如图１所示,它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀),连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。

图1、单回路控制系统组成原理方框图

控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性,通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。这种方法较为复杂繁琐，使用不方便,计算也不是很可靠,因此一般仅作为参考；而工程整定法,则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单,易掌握,而且实用。常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等,本设计中主要是应用Ziegler－Nichｏls整定方法来整定控制器的参数。

参数整定的基本要求如下所述：

1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定,这是最基本的要求。

2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度,即要求过程有一定的衰减比，一般要求4:1~１0：1。

3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小,而快速性就是要求控制时间尽可能地短。

流量控制系统课程设计

一、课程目标

知识目标：

1. 让学生掌握流量控制系统的基本概念、原理及分类；

2. 让学生了解流量控制系统中常用的传感器、执行器及其工作原理；

3. 使学生理解流量控制系统的数学模型及其在工程实践中的应用。

技能目标：

1. 培养学生运用所学知识分析流量控制系统问题的能力；

2. 培养学生设计简单的流量控制系统方案，并进行仿真实验；

3. 提高学生运用现代信息技术手段解决流量控制系统问题的能力。

情感态度价值观目标：

1. 培养学生对流量控制系统及相关工程领域的兴趣，激发学生的探究欲望；

2. 培养学生严谨的科学态度和团队协作精神，养成良好的工程伦理道德观念；

3. 增强学生的环保意识，让学生认识到流量控制系统在节能减排中的重要作用。

课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，注重培养学生的实际操作能力和创新能力。

学生特点：学生具备一定的物理、数学基础，对工程实践有较高的兴趣，希望通过本课程的学习，提高自己的专业素养。

教学要求：结合学生特点和课程性质，课程目标分解为具体的学习成果，以实际工程案例为主线，采用项目驱动、任务导向的教学方法，引导学生主动探

究、积极实践，提高学生的综合能力。同时，注重过程评价，确保课程目标的实现。

二、教学内容

1. 流量控制系统的基本概念与原理

- 流量控制系统的定义、作用及分类

- 流量控制系统的基本工作原理

2. 流量控制系统中的传感器与执行器

- 常用传感器的工作原理及应用

- 常用执行器的工作原理及应用

3. 流量控制系统的数学模型

- 系统数学模型的建立方法

- 系统数学模型在工程实践中的应用

流量、压力调节阀PID单回路控制

一、实验名称。

流量、压力调节阀PID单回路控制

二、试验设备。

电磁流量计(给水流量)、电动调节阀（阀位反馈和调动阀控制）、压力变送器（给水压力）

实验目的。

1）、熟悉电磁流量计的结构及其安装方法。

2）、熟悉单回路流量PID控制系统的硬件配置。

3）、比较电磁流量计和涡轮流量计的不同之处。

4）、根据实验数据，比较流量PID控制和液位PID控制。

实验步骤。

流量调节阀控制流程图如图2.5.1所示。

步骤：水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由流量计FT-102、调节阀FV-101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，给水流量由FT-102测得。本例为定值自动调节系统，FV-101为操纵变量，FT-102为被控变量，采用PID调节来完成。

压力调节阀控制流程图如图2.7.1所示

步骤：水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由调节阀FV-101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，给水压力由PT-101测得。本例为定值自动调节系统，FV-101为操纵变量，PT-101为被控变量，采用PID调节来完成。

实验要求。

流程图界面要求

1）测试要求的组态流程图界面（要求复显），如上图2.5.2所示。

2）其他要求：

设备、管路从图库中选，管路中流体流动具有动画效果；流程图界面中可包含实时曲线窗口，历史记录、操作记录、报表界面可从流程图界面调出。

实时曲线要求

引入调节器PV、MV、SP三个变量；

三条曲线颜色便于区分，对应变量名标示清楚；

单回路控制系统课程设计2

工业过程控制

课程设计

题目: 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计院系名称：专业班级：学生姓名：学号：

指导教师：设计地点： 31-517 设计时间： 2011.6.25～2011.7.1

工业过程控制课程设计任务书之七

1 绪论 (1)

2 设计目的与要求 (2)

2.1 设计目的 (2)

2.2 控制要求 (2)

3.系统结构设计 (2)

3.1 控制方案 (2)

4 过程仪表选择 (5)

4.1 流量检测传感器 (5)

4.2 电动调节阀 (6)

4.3 过程模块 (6)

4.4变频器 (6)

5 系统组态设计 (7)

5.1 组态图 (7)

5.2 组态画面 (8)

5.3 数据字典 (10)

5.4 应用程序 (11)

5.5 动画连接 (14)

6 结论 (14)

摘要

单闭环比值控制系统是在开环比值控制系统上增加对副物料的闭环控制回路，用以实现主、副物料的比值保持不变该控制系统能保证主、副物料的流量比值不变，同时，系统结构简单，因此在工业生产过程自动化中应用较广。此文主要讲的是强碱氢氧化钠的单闭环流量控制法。

关键字：单闭环比值控制系统设计主副物料工业生产过程

1 绪论

在工业生产过程当中，有很多是要求两种或多种物料成一定比例关系，一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故，所以严格控制其比例，对于安全生产来说是十分重要的。

特别是在产品生产中，经常需要两种或两种以上的物料按一定比例混合或进行生产，如果比例失调，轻则造成产品质量不合格，重则会造成生产事故或发生人身伤害，给企业带来较大的损失。

单回路液位,流量,压力控制系统设计

姓名：王占宝

班级：测控09-9班

学号： 2 9

指导教师：白天

2012 年 3 月 25 日

目录（一）单回路液位控制系统（二）单回路流量控制系统（三）单回路压力控制系统（四）复杂系统串级控制实验（五）心得体会

（一）单回路液位控制系统

一、实验目的

了解单回路液位控制系统的组成；PID调节器、执行机构、被控对象和测量环节等各个单元的工作原理和工作情况。

二、实验步骤

1、按图1熟悉系统的组成。

2、检查连接线路和水路。连接管路L1、L2、L

3、L

4、L

5、L

6、L

7、 L9、L10、L11和手动阀F1、F2(关)、F3、F5。

3、检查电源输入、输入输出端子等是否短路，正常后通电，观测超声波传感器的输出以及工控机的模拟输入。

4、标定液位测量变换值并建立被控对象的数学模型（可等效成一阶惯性环节）。

5、测试输出电路。

6、设定、调整工控机中PID参数。

①在主窗口【简单控制系统】下拉菜单中选择【液位控制】，出现一个子窗口，显示了液位系统的控制示意图

②单击示意图中的【控制器】出现下图所示属性页（控制器设置）：

若选择PID控制器，只需设置Kp，Ki，Kd的值即可

其中，Kc为控制器的增益，Ki为积分增益，Kd为微分增益。Ti和Td分别为积分时间和微分时间，他们都具有时间量纲s和1/s，Δt为采样时间（若需要使用自定义控制器，则选定“自定义控制器”然后在相应程序中添加代码）。

7、给定液位设定值3000mL，记录闭环控制曲线。

①点击选项卡上的【运行参数设置】，出现如下所示界面：

②设定值范围900～7600mL，注意每次的设定值不同，系统将从一个稳态向另一个稳态跃变，不必使系统归零后再进行下一次试验采样时间默认值为100ms（可根据实际情况修改），运行时间根据被控对象的时间常数合理选取，由于液位时间惯性小，此处可设较小的运行时间，如100～200000s。

单闭环流量比值控制系统设计

摘要

在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是单闭环流量比值过程控制系统。

在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。

关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器

1设计背景 (1)

2比值控制系统概述 (5)

2.1 比值控制系统定义 (5)

2.2 比值控制原理 (5)

2.3 比值控制系统特点 (5)

2.4 比值控制系统的类型 (6)

2.4.1 开环比值控制系统 (6)

2.4.2 单闭环比值控制系统 (7)

3单闭环流量比值控制系统方案设计 (10)

3.1 系统方案设计 (10)

3.2 系统硬件设计 (10)

4上位机组态与程序设计 (13)

4.1 组态软件WinCC (10)

4.1.1 WinCC简介 (10)

4.1.2 WinCC的发展及应用 (10)

基于组态软件的流量单回路过程控制系统设计(精)

工业过程控制系统

课程设计

设计课题:基于组态软件的流量单回路过程控制系统设计学院名称:电气工程学院

专业班级:

学生姓名:

学号:

指导教师:

设计地点:中原路校区

设计时间:

课程设计成绩:

指导老师签名:

签名:年月日

工业过程控制课程设计任务

学生姓名专业班级学号

题目基于组态软件的流量单回路过程控制系统设计

课题性质工程设计课题来源自拟题目指导教师王伟生

主要内容

通过组态软件,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流量单回路过程控制系统。

任务要求1. 根据流量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. 根据流量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,正确设计流量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] 邵裕森.过程控制工程.北京:机械工业出版社2000

[3] 过程控制教材

[4] 辅导资料

审查意见

指导教师签字:

年月日

1 设计目的与要求 (1

1.1 设计目的 (1

1.2 设计要求 (1

2 系统结构设计 (2

2.1 控制方案 (2

2.2 系统结构 (3

3 过程仪表选择 (3

3.1 液位传感器 (3

3.2 电磁流量传感器 (3

3.3 电动调节阀 (4