前馈反馈控制系统研究

基于组态王6.5的过程控制实验研究

——下水箱流量-液位前馈反馈控制系统日期: 20xx年xx月xx日

摘要

本次实验的题目是：基于组态王6.5的过程控制实验研究,对于这个题目，我们设计了一个下水箱流量-液位前馈反馈控制系统。

前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。

本实验的被控制量为下水箱的液位，主扰动量为变频器支路的流量。本实验要求下水箱液位稳定至给定值，将压力传感器检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，它与给定量比较后产生的差值为调节器的输入，其输出控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。而扰动量经过前馈补偿器后直接叠加在调节器的输出，以抵消扰动对被控对象的影响。

关键词组态王6.5过程控制水箱液位前馈反馈控制流量-液位

目录

一、概述 (4)

1.1控制系统描述 (6)

1.2设计要求 (8)

二、A3000过程控制实验系统 (9)

2.1总体架构 (9)

2.2现场系统工艺流程图 (10)

2.3工艺设备结构 (12)

三、上位机监控软件-组态王6.5 (12)

3.1组态王6.5概述 (12)

3.2组态王6.5特点 (13)

3.2设计工程的一般过程 (13)

3.2.1建立组态王新工程 (14)

3.2.2创建组态画面 (16)

3.2.3定义IO设备 (18)

3.2.4构造数据库 (19)

3.2.5建立动画连接 (20)

3.2.6运行和调试 (21)

四、下位机组态及软件 (22)

4.1 FX2N48MR- PLC简介 (22)

4.2设计工程的一般过程 (23)

4.2.1创建工程 (23)

4.2.2编辑代码 (24)

4.2.3编译项目 (24)

4.2.4下装项目 (24)

4.2.5调试工程 (26)

五、前馈反馈控制系统设计 (26)

5.1控制算法 (26)

5.2前馈反馈控制程序 (27)

5.3操作过程和调试 (28)

5.4实验结果 (29)

六、感想 (33)

七、参考文献 (34)

一、概述

过程控制是生产（工艺）过程自动控制的简称，这是自动化技术的一个重要组成部分。

用计算机对工艺过程的温度、压力、流量、成分、电压、几何尺寸等物理量和化学量进行的控制，全称工艺过程自动控制。在现代工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。

过程控制的主要作用是：保证生产过程稳定，防止发生事故；保证产品质量；节约原料、能源消耗，降低成本；提高劳动生产率，充分发挥设备潜力；减轻劳动强度，改善劳动条件。

工艺过程分连续和不连续两大类：

1)连续型过程:从输入原料到输出成品，基本上是连续的，大部分在

管道和反应釜中进行，如石油化工工艺过程。

2)不连续工艺过程又称断续工艺过程，如机械制造中的生产过程。

生产技术的发展使得生产规模越来越大，生产速度和强度越来越高，从单一参数的局部测量逐渐发展到多参数或间接指标的检测和计算、巡回检测和数据处理;在控制方面由简单的顺序控制、单回路反馈控制逐渐发展到集中管理、相互关联的反馈控制、前馈控制和最优化控制等。单纯采用常规仪表已难于取得预期的效果，因而在仪表控制技术的基础上出现了应用电子计算机的过程控制。

计算机过程控制的优点是：

1)达到常规仪表控制达不到的速度和质量；

2)计算机具有分时操作功能，一台计算机能代替多台常规过程控制仪

表；计算机过程控制能够综合过程情况，在环境或工艺参数变化时

能及时作出判断，选择优化的方案和对策；

3)对于大滞后和相关联多参数复杂的工艺过程，采用计算机控制可以

达到仪表控制所不能得到的结果。

计算机过程控制工作原理：

应用电子计算机控制工艺过程时，首先由检测仪表对工艺过程参数如温度、压力、流量等进行检测，经变送器变换为计算机所要求的电流或电压等模拟量信号。这些信号由采样器根据需要采入，并经放大器、模-数转换器

放大转换为相应的数字量信号,送入电子计算机作为反映工艺过程的原始信息。计算机利用这些原始信息，按事先确定的描述工艺过程规律的数学模型进行计算。计算的结果由输出通道输出，通过调节仪表或执行机构去调节和控制工艺过程（图1-1）。

图1-1计算机过程控制原理图

数学模型可分为理论解析模型、经验归纳模型和混合模型三类。过程控制用的数学模型的作用是：①预测工业生产对象的，尤其是大滞后对象的未知状态；②求多变量系统的最优解；③不用直接测量方法而用推断方法求出目标函数或状态变量；④模拟复杂的系统等。

一般工艺过程的工艺参数错综复杂，往往不能用单纯的数学理论和工具建立模型，必须总结操作人员的现场经验，并从工艺过程的内在机理出发，建立数学模型的基础，并通过多次试验加以修正完善。

计算机过程控制常用的有5种应用方式 :

1）计算机数字程序控制：特点是控制规律较简单，速度要求不高，专用性较强。这种方式广泛应用于各工业领域，如数字程序控制线切割机、数学程序绣花机等。

2）计算机数据采集和数据处理。

3）计算机直接数字控制(DDC):实现这种控制方式的是一种多回路的数字调节装置。它能通过数字运算完成对工业参数若干回路的比例、积分、微分调节控制，使工业过程的各项控制参数保持在预定值。

4）过程最佳控制：控制计算机的功能是测量工艺过程的参数，进行工