组态及过程控制系统设计

实训实习报告

实训课程名称组态及过程控制系统设计

专业

班级

小组

组长姓名

组员姓名

设计地点

指导教师

设计起止时间：2012年11月26日至2012年12月07日

目录

一、设计任务 (2)

二、设计过程 (2)

2.1、方案描述，需求分析 (2)

2.1.1 水箱液位控制系统的原理 (2)

2.1.2 整体方案 (2)

2.1.3 具体流程 (3)

2.2 电气原理图 (3)

2.3 选型 (4)

2.3.1 M420变频器参数设定 (4)

2.3.2液位变送器 (4)

2.4 PID控制 (5)

2.4.1 PID指令介绍 (5)

2.4.2 PID控制原理 (6)

2.4.3 PID调节的各个环节 (6)

2.4.3 PID参数整定 (7)

2.5 基于GE PAC RX3i液位控制系统设计 (10)

2.5.1 系统控制原理 (10)

2.5.2 硬件连接 (11)

2.5.3 软件设计 (12)

2.6 基于iFIX的液位监控系统的设计 (15)

2.6.1 iFIX开发流程 (15)

2.6.2创建驱动配置 (16)

2.6.3 创建组态画面 (17)

2.6.4 构造数据库 (18)

2.6.5 建立动画 (19)

三、安装、调试 (20)

3.1通讯的调试 (20)

3.2 数据连接的调试 (21)

四、设计中的问题分析 (21)

五、设计总结 (21)

六、参考文献 (22)

实训项目组态及过程控制系统设计

一、设计任务

液位控制系统软硬件的设计，水箱的特性确定，GE PAC可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能比较，整个系统各个部分的介绍和应用PAC语句编程来控制水箱水位。

二、设计过程

2.1、方案描述，需求分析

2.1.1 水箱液位控制系统的原理

人工控制与自动控制

在人工控制,为保持水箱液位恒定，操作人员应根据液位高度的变化情况控制净水量。手工控制过程主要分为三步：

○1用眼睛观察水箱液位的高低以获取测量值，并通过神经系统传到大脑；

○2大脑根据眼睛看到的水位高度，与设定值进行比较，得出偏差大小和方向，然后根据操作经验发出控制命令；

○3根据大脑发出的命令，用双手去改变给水阀（或进水阀）的开度，使水箱液位包持在工艺要求的高度上。

在整个手工控制过程中，操作人员的眼、脑、手、三个器官，分别担负了检测、判断、和运算、执行三个作用，来完成测量、求偏差、在施加控制操作以纠正偏差的工作过程，保持水箱液位的恒定。

如果采用检测仪表和自动控制装置来代替人工控制，就成为过程控制系统。在自动控制系统中，当系统受到扰动作用后，被控变量（液位）发生变化，通过检测变送仪表得到其测量值；控制器接受液位测量变送器送来的信号，与设定值相比较得出偏差，按某种运算规律进行运算并输出控制信号；控制阀接受控制器的控制信号，按其大小改变阀门的开度，调整给水量，以克服扰动的影响，使被控变量回到设定值，最终达到水箱液位的恒定。这样就完成了所要求的控制任务。这些自动控制装置和被控的工艺设备组成了一个没有人直接参与的自动控制系统。

2.1.2 整体方案

本系统设计以下水箱液位为控制对象，以水泵为执行机构，以GE PAC CPU310为主控制器。模拟输入通道与液位传感器相连，获得输入信号(即测量值信号)，经程序比较测量值与设定值的偏差，通过对偏差的P或PI或PID调节器得到控制信号(即输值)，PAC通过模拟通道输出控制信号到水泵，以控制出水口的流量，从而达到控制水位的目的。为实现上位机软件监控，可通过IFIX组态软件与PAC设备进行数据交换，从而实现实验监控、整定PID参数、保存实验数据等功能。

图2-1 方案结构框图

2.1.3 具体流程

该设计采用PAC Systems完成数据的采集和对水泵等设备的控制任务，运用PID控制算法来实现对液位的控制，采用工程整定法对P、I、D三参数进行整定，在IFIX组态环境下实现对水箱液位的监测控制，以及实时监视被控对象的运行状态。具体实施方案如下：

1）画出电气连接图以及液位控制系统框图；

2）确定系统控制要求及元气件选型；

3）对被控对象进行特性分析；

4）控制方案的确定；

5）控制系统硬件接线；

6）对IFIX和PAC进行软件编程；

7）系统运行调试。

2.2 电气原理图

见附录

2.3 选型

2.3.1 M420变频器参数设定

表2-1 变频器参数设置

2.3.2液位变送器

液位变送器的检测元件是由压力传感器、测量电路和过程连接件三部分组成。它能将测压元件传感器感受到的气体、液体等物理压力参数转变成标准的电信号（如4~20mADC等），以供给指示报警仪、记录仪、调节器等二次仪表进行测量、指示和过程调节。

当压力信号作用于传感器时，压力变送器被测介质的两种压力通入高、低两压力室，低压室压力采用大气压或真空，作用在δ元件（即敏感元件）的两侧隔离膜片上，通过隔离片和元件内的填充液传送到测量膜片两侧。压力变送器是由测量膜片与两侧绝缘片上的电极各组成一个电容器。当两侧压力不一致时，致使测量膜片产生位移，其位移量和压力差成正比，故两侧电容量就不等，通过振荡和解调环节，转换成与压力成正比的电信号。经差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4-20mA标准电流输出信号。

扩散硅压力变送器具有工作可靠、性能稳定、安装使用方便、体积小、重量轻、性能价格比高等特点，能在各种正负压力测量中得到广泛应用。采用进口扩散硅或芯体作为压力检测元件，传感器信号经高性能电子放大器转换成0-10mA或4-20mA统一输出信号。可替代传统的远传压力表，霍尔元件、差动变送器。