水箱液位单回路控制系统

水箱液位单回路控制系统

一、控制目的

根据设定的控制对象和管道配置，运用计算机和INTOUCH组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持在一定的误差范围内。

二、性能要求

1、要求水箱液位恒定，液位设定值SP自行给定。

2、无扰动时，水压基本恒定，由变频器控制水泵实现。

3、扰动因数：水箱出水流量允许波动。

4、预期性能：响应曲线为衰减震荡；允许存在一定误差。调整时间尽可能短。

三、方案设计、控制规律选择

简单控制系统一般是单回路控制系统。由于其结构简单并且能够满足大多数控制质量的要求，因此在生产过程控制中得到了广泛的应用，是生产过程控制中最基本的一种控制系统。一个单回路反馈系统是由测量变送器装置、控制器、和被控对象所组成，按其被控变量类型的不同可以分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统等。

控制系统设计时针对某一特定生产对象进行的，当系统安装完成之后，控制效果主要取决于控制器的参数设定整定。选择合适的比例度、积分时间、微分时间是保证和提高系统控制质量的主要途径。

单回路水箱的原理，系统地输入变量为进水阀门、出水阀门的开度，输出变量为水箱液位。单回路PID控制的被控制量是水位，控制量是进水门、出水门开度。通过调节PID控制器的比例增益、积分时间、微分时间三个参数得到比较好的控制效果。

PID 调节器构成的闭环控制回路一般原理如图1 所示

图1 控制系统方框图

控制系统草稿图如图2

图2

控制规律选择：目前工业上常用的控制规律主要有：比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。本方案采用比例积分微分控制。

比例控制——克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。是最基本的控制规律。但在终了时会存在余差，负荷变化越大余差越大。使用于滞后较小、负荷变化不大、允许被控变量存在余差的场合。

比例积分控制——在比例作用下引用积分作用，虽然会使系统的稳定性降低，但没有余差。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、不允许被控变量存在余差的场合。

比例微分控制——引入了微分作用，具有超前控制作用，在被控对象具有较大滞后时，会有效的改善控制质量。但对于滞后小干扰作用频繁，含有高频噪声的系统，将可能使系统产生振荡，甚至失控。

比例积分微分控制——综合了比例、积分、微分控制规律的优点。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。

该方案的控制目标是使水位达到平衡状态，通过控制电动调节阀改变阀门开度，来控制流量的大小，从而来控制水位。选择阀门开度为控制量，水位为被控量。控制规律选择PID控制规律。

四、测要求试：

1．使用INTOUCH组态软件。

2．采用计算机控制方式和PID控制规律。

3．设计出比较完整的控制画面。画面包括被控水箱、储水箱、电动调节阀、管道及其开关型电磁阀、流量检测仪表及显示、压力检测仪表及显示、阀位检测及显示、水位检测仪表及显示、实时曲线、历史曲线、PID参数调整框、手动控制开关、自动控制开关、结束退出开关。

4．设计出采用PID控制规律的脚本程序。

5．要求系统具备如下手动控制功能：控制电磁阀开通和关闭、通过直接给定控制电动调节阀开度。

6．要求系统具备如下自动控制功能：控制电磁阀开通和关闭、通过闭环PID运算结果控制电动调节阀开度，允许在线实时调整PID参数和水位给定值。

7．能够正确识别有关仪表和智能模块，按照I/O设定完成控制台上所用I/O接线。

8．能够通过OPCLINK完成INTOUCH组态软件和Kingview组态软件的实际连接。9．能够手动投运系统，实现手动功能。如有问题，能够修正设计。

10．能够自动投运系统，实现自动控制功能。如有问题，能够修正设计。11．运行结果必须实现控制目的。

五、仪表及模块：

1．装置柜：含被控对象―水箱、管道（直径4”）、仪表、供水设备、开关

电磁阀和电动调节阀等。

2．控制台：含接线端子、485总线模块、控制电源。

3．计算机。

4．组态软件。

压力传感器:：压力传感器用来对管道压力进行检测，采用工业用的DBYG

扩散硅压力传感器，本传感器按标准的二线制传输，稳定性好，可靠性高。可方便与其他DDZ—ⅢX型仪表互换配置,并能直接替换进口同类仪表。工作时需串入24V直流电压，0.5级精度，二线制4-20mA标准信号输出。

变频器：三菱FR-S520变频器，4-20mA控制信号输入，可对压力进行控制，体积小，外加电流控制，频率可高达200Hz。

水泵：采用丹麦格兰富循环水泵。220V 供电。

电动调节阀采用德国PS 公司进口PSL201型智能电动调节阀。

牛顿7000系列模块：D/A7024模块4路模拟输出，电流（4-20mA ）电压（1-5V ）信号均可，A/D7017模块8路模拟电压输入，485/232转换7520模块，转换速度极高（300～115KHz ），232口可长距离传输。

D/A 模块：nudan7024 模块外形 模块原理 模块接线

模块性能：电流输出4-20Ma; A/D 模块:nudan7017—电压输入 DO 模块:nudan7043 通信模块:nudan7530 六、工艺流程图和系统组态图

图 3 工艺流程 图4 系统组态

系统可以手动/自动控制，通过控制电池阀开度改变水的流量，使水位达到预定数值。 七、标记名字典

八、系统组态图

应用Intouch制作出的组态图如图5：

图5

组态画面应设计出比较完整的控制画面。画面包括上水箱、储水箱、电动调节阀、设计出完整的控制画面。画面包括上水箱、储水箱、电动调节阀、水泵、变频器、管道及其开关型电磁阀、压力检测仪表及显示、阀位检测及显示、水位检测仪表及显示、实时曲线、历史曲线、PID参数调整框、手动控制开关、自动控制开关、结束退出开关。

九、PID调节:

建立一个窗口设置为PID显示窗口属性为弹出。

通过PID调节对管道流量、阀开度、水压进行调节。改变Sp得到不同的

水位值，给出水为值后，通过给定值与实际值比较得到误差。

下图为PID显示图6:

图6