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(4)I/O接口和I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁。
I/O通道有模拟量通道和数字量通道。
模拟量I/O通道将有传感变送器得到的工业对象的生产过程参数(标准电信号)变换成二进制代码传送给计算机;
同时将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号,实现对生产过程的控制。
2.过程计算机系统的软件部分:
(1)系统软件由计算机及过程控制系统的制造厂商提供,用来管理计算机本身资源,方便用户使用计算机。
(2)应用程序由用户根据要解决的控制问题而编写的各种程序(如各种数据采集﹑滤波程序﹑控制量计算程序﹑生产过程监控程序),应用软件的优劣将影响到控制系统的功能﹑精度和效率。
1.2可编程控制器PLC
PLC是一种专门在工业环境下应用而设计的数字运算操作的电子装置。
它采用可以编制程序的存储器,用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序运算、计时、计数和算术运算等操作的指令,并能通过数字式或模拟式的输入和输出,控制各种类型的机械或生产过程。
PLC及其有关的外围设备都应按照易于与工业控制系统形成一个整体,易于扩展其功能的原则而设计。
它有如下特点:
1.编程方法简单易学:
梯形图是使用得最多的PLC的编程语言,其电路符号和表达方式与继电器电路原理图相似,提醒图语言形象直观,易学易懂。
2.功能强,性能价格比高:
一台小型PLC内有成百上千个可供用户使用的编程元件,可以实现非常复杂的控制功能。
与相同功能的继电器系统相比,具有很高的性价比。
通过通信联网,PLC可以实现分散控制,集中管理。
3.硬件配套齐全,用户使用方便,适应性强:
PLC已经标准化、系列化、模块化,配备有品种齐全的各种硬件装置供用户选用,使用能灵活方便地进行系统配置,组成不同功能、不同规模的系统。
4.可靠性高,抗干扰能力强:
PLC使用了一系列硬件和软件抗干扰措施,具有很强的抗干扰能力,平均无故障时间达到数万小时以上,可以直接用于有强烈干扰的工业生产现场,PLC已被广大用户公认为最可靠的工业控制设备之一。
5.系统的设计、安装、调试工作量下:
PLC使用软件功能取代了继电器控制系统中大量的中问继电器、时问继电器、计数器等器件,使控制柜的设计、安装、接线工作量大大减少。
完成了系统的安装和接线后,在现场调试过程中,一般通过修改程序就可以解决发现的问题,系统的调试时问比继电器系统少得多。
6.维修工作量小,维修方便:
PLC的故障率很低,并且有完善的故障诊断功能。
PLC或外部的输入装置和执行机构发生故障时,可以根据PLC上的发光二极管或编程软件提供的信息,方便地查明故障的原因,用更换模块的方法可以迅速的排除故障。
7.体积小,功耗低:
对于复杂的控制系统,使用PLC后,可以减少大量的中间继电器和时间继电器,小型PLC的体积仅相当于几个继电器的大小因此可以将开关柜的体积缩小到原来的1/2~1/10。
第2章控制方案的设计
2.1设计控制系统框图
控制系统框图是控制系统实现的前提条件,它根据控制工艺的具体流程,反映系统信息的流动控制过程,本设计采用串级控制,考虑流量变化快,时间惯性小,应较快得到抑制,选择流量作为副被控参数,副环是随动控制,追求快速性,因而采用P调节,P调节器输出信号控制阀的开度改变流量,流量传感器将检测信号送回P调节器并形成负反馈,此闭环作为内环。
温度变化相对缓慢,时间惯性大,作为主被控参数,主环是定值控制,追求准确性,采用PID调节。
得到控制系统框图如图2-1所示:
图2-1流量控制实验流程图
实验原理:
本论文采用PLC控制,将流量控制在设定值。
根据设定的流量输出给PLC,PLC根据P、I、D参数进行PID运算,输出信号给电动调节阀,从而达到管内流量的平衡。
电动阀支路流量控制的方块原理图:
如图2-2:
图2-2流量控制实验方框图
2.2被控对象建模
实验对象水路图如图2-3所示:
图2-3实验对象水路图
本实验装置对象主要由水箱、锅炉两大部分组成。
供水系统有两路:
一路由单相磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;
另一路由单相磁力驱动泵及手动调节阀组成。
由于本次论文是基于PLC的流量控制系统所以不涉及加热的锅炉。
本论文中传感器与变送器的选择,数据采集系统,控制电路均按照此装置中已安装的应用。
1.被控对象
管道及阀门:
整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成,所有的手动阀门均采用优质球阀,彻底避免了管道系统生锈的可能性。
有效提高了实验装置的使用年限。
2.检测装置
流量传感器、变送器:
采用电磁流量计,型号为FMCLDE15。
它的优点是测量精度高,反应快。
采用标准二线制传输方式,工作时需提供24V直流电源。
流量范围:
0~1.2m3/h;
精度:
1.0%;
输出:
4~20mADC。
3.执行机构
电动调节阀:
本装置采用的电动调节阀是由是Honeywell的ML7420A6033型电动阀门执行器和三通线性阀门组成。
其执行器采用智能直行程调节,根据控制的信号变化,来调节执行器的行程,从而调节三通线性阀门的开度,进而对控制回路的流量进行调节;
具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、使用和校正非常方便等优点;
工作时需提供24V交流电源(此电压由变压器提供),轴杆推力:
600N,执行器行程:
20mm,输入信号:
0-10Vdc或2-10Vdc;
本装置中的执行器已被设置为输入信号为2-10Vdc,由于实验控制台输出的信号为4~20mADC,故接到执行器的信号线两端加500欧的电阻。
其三通线性阀门的直径为20mm。
水泵:
本装置采用上海新西山有限公司生产的磁力驱动泵,型号为MP-55RM及MP-15RM,其中MP-55RM的进口直径:
25㎜,出口直径:
25㎜,流量为60升/分,扬程为4米,功率为90W;
MP-15RM的进口直径为25mm;
出口直径:
25㎜,流量为8升/分,扬程为2.4米,功率为10W。
泵体完全采用不锈钢材料,以防止生锈,使用寿命长。
此装置两只磁力驱动循环泵均接为单相变频220V输出驱动控制,分别为两条水路供水。
4.系统控制台
“PCS-E型过程控制综合实验装置实验控制台”主要由电气控制接线底板、信号控制板、DDC,智能仪表及S7-200PLC控制器单元组成。
5.电气控制接线底板
该电气控制接线底板位于控制台柜的底部,其主要有调压模块、液位继电器、4个接触器,一个温度变送器,两个开关电源以及几排接线端子等器件组成,通过它们之间和信号控制板间特定的连线来形成符合实验要求的整体统一控制系统。
第3章PID控制器原理
3.1PID控制器简介
PID控制器可以方便地实施多种控制算法,多年以来,在过程控制中,按偏差的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(亦称PID调节器),是应用最为广泛的一种自动控制器。
它具有原理简单,易于实现,适用面广,控制参数相互独立,参数的选定比较简单等优点;
选择系统调节规律的目的,是使调节器与调节对象能很好地匹配,使组成的控制系统能满足工艺上所提出的动、静态性能指标的要求。
1、比例(P)调节
纯比例调节器是一种最简单的调节器,它对控制作用和扰动作用的响应都很快速。
由于比例调节只有一个参数,所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是使系统存在静态误差。
2、积分(I)调节
积分调节器的突出特点是,只要被调量存在偏差,其输出的调节作用便随时间不断加强,直到偏差为零。
在被调量的偏差消除以后,由于积分规律的特点,输出将停留在新的位置而不回复原位,因而能保持静差为零。
但是,单纯的积分调节动作过于缓慢,因而在改善静态准确度的同时,往往使调节的动态品质变坏,过渡过程时间内延长,甚至造成系统不稳定。
因此在实际生产中,总是把比例作用的及时性和积分作用消除静差的优点结合起来,组成比例积分调节器(简称PI调节器),其传递函数为
Gc(S)=Kp(1+1/T1S)
3、微分(D)调节
微分调节器能在偏差信号出现或变化的瞬间,立即根据变化的趋势,产生强烈的调节作用,使偏差尽可能地消除在萌芽状态之中。
但是单纯的微分调节对静态偏差毫无抑制作用,因此不能单独使用,总要和比例或比例积分调节规律结合起来,称为PD调节器和PID调节器。
PD调节器由于有微分的作用,能增加系统的稳定度,比例系数的增加能加快系统的调节过程,减小动态和静态误差,但微分不能过大,以利于抗高频干扰。
PD调节器的传递函数为:
Gc(S)=Kp(1+TDS)
PID是常规调节器中性能最好的一处调节器。
它将比例、积分、微分三种调节规律结合在一起,既可达到快速敏捷,又可达到平稳准确,只要三项作用的强度配合适当,便可得到满意的调节效果。
它的传递函数为
Gc(S)=Kp(1+1/T1S+TDS)
3.2PID控制系统
PID控制器是一种线性控制器,它根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差e(t),即
e(t)=r(t)-c(t)
将偏差的比例(P)、积分(I)、微分(D)通过线性组合构成控制量,对过程对象进行控制,故称为PID控制器。
控制规律为:
或以传递函数形式表示:
其中
-比例系数,
-积分时间常数
-微分时间常数
PID控制系统结构图如图3-1所示:
图3-1PID控制系统结构图
3.3PID控制参数的整定及方法
3.3.1PID控制参数的整定简介
过程控制器采用的控制器通常都有一个或多个需要调整的参数和调整这些参数的相应机构(如旋钮、开关)或相应设备。
通过调整这些参数使控制器特性与被控过程特性配合好,获得满意的系统静态与动态特性称为控制器参数整定。
由于人们在参数调整中,总是力图达到最佳的控制效果,所以常称“最佳整定”,相应的控制器参数称为“最佳参数整定”。
衡量控制器参数是否最佳,需要规定一个明确的反应控制系统质量的性能指标,一般分为稳态指标和动态指标。
需要指出的是,不同生产过程对于控制过程的品质要求不完全一样,因而对系统整定性能指标的选择有较大的灵活性。
作为系统整定的性能指标,它应能综合反映系统控制质量,同时又便于分析与计算。
3.3.2PID控制参数整定方法
控制器参数的整定方法很多,归纳起来可分为两大类,理论计算整定法与工程整定法。
顾名思义,理论计算整定法是在已知过程的数学模型基础上,依据控制理论,通过理论计算来求取“最佳整定参数”;
而工程整定法是根据工程经验,直接在过程控制系统中进行的控制器参数整定方法。
由于无论是用解析法或实验法求取的过程数学模型都只能近似反映过程的动态特性,因而理论计算所得到的整定参数值可靠性不够高,在现场使用中还需进行反复调整。
相反工程整定法虽未必得到“最佳整定参数”,但由于其不需知道过程的完整数学模型,使用者不需要具备理论计算所必须的控制理论知识,因而简便、实用,易于被工程技术人员所接受并优先使用。
下面将介绍本次设计中在现场调试调节器参数时所采用的一种整定方法,现场经验整定法。
这种方法是人们在长期的工程实践中,从各种控制规律对系统控制质量的影响的定性分析中总结出来的一种行之有效,并且得到广泛运用的工程整定方法。
(1)经验法
若将控制系统液位、流量、温度和压力等参数来分类,则属于同一类别的系统,其对象往往比较接近,无论是控制器形式还是所整定的参数均可相互参考。
表2.1为经验法整定参数的参考数据,在此基础上,对调节器的参数作进一步修正。
若需加微分作用,微分时间常数按TD=(1/3~1/4)TD计算。
(2)临界比例度法
这种整定方法是在闭环情况下进行的。
设T1=∞,TD=0,使调节器工作在纯比例情况下,将比例度由大逐渐变小,使系统的输出响应呈现等幅振荡,如图2.2所示。
根据临界比例度δs和振荡周期Ts,按表二所列的经验版式,求取调节器的参考参数数值,这种整定方法是以得到4:
1衰减为目标。
(3)阻尼振荡法(衰减曲线法)
在闭环系统中,先把调节器设置为纯比例作用,然后把比例度由大逐渐减小,加阶路扰动观察输出响应的衰减过程,直至出现图2.3所示的4:
1衰减过程为止。
这时的比例度称为4:
1衰减比例度,用δs表示之。
相邻两波峰间的距离称4:
1衰减周期Ts。
和Ts,运用表三所示的经验公式,就可计算出调节器预整定的参数值。
第4章控制方案的仿真
4.1组态软件
组态软件指一些数据采集与过程控制的专用软件,它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境,能以灵活多样的组态方式(而不是编程方式)提供良好的用户开发界面和简捷的使用方法,它解决了控制系统通用性问题。
其预设置的各种软件模块可以非常容易地实现和完成监控层的各项功能,并能同时支持各种硬件厂家的计算机产品,与高可靠的工控计算机和网络系统结合,可向控制层和管理层提供软硬件的全部接口,进行系统集成。
组态软件通常有以下几方面的功能:
1.强大的界面显示组态功能:
目前,工控组态软件大都运行于Windows环境下,充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点,可视化的IE风格界面、丰富的工具栏,操作人员可以直接进人开发状态,节省时间。
丰富的图形控件和工况图库,既提供所需的组件,又是界面制作向导。
提供给用户丰富的作图工具,可随心所欲地绘制出各种工业界面,并可任意编辑,从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来,丰富的动画连接方式,如隐含、闪烁、移动等等,使界面生动、直观。
2.良好的开放性:
社会化的大生产,使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品,“异构”是当今控制系统的主要特点之一。
开放性是指组态软件能与多种通信协议互联,支持多种硬件设备。
开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
3.丰富的功能模块:
供丰富的控制功能库,满足用户的测控要求和现场要求。
利用各种功能模块,完成实时监控、产生功能报表、显示历史曲线、实时曲线、提供报普等功能,使系统具有良好的人机界面,易于操作。
系统既可适用于单机集中式控制、DCS分布式控制,也可以是带远程通信能力的远程侧控系统。
4.强大的教据库,配有实时数据库,实现与外部设备的数据交换。
可存储各种数据,如模拟量、离散讨、字符型等。
5.可编程的命令语言。
强图形界面。
有可编程的命令语育,使用户可根据自己的需要编写程序,增强图形界面。
6.周密的系统安全防范:
全可靠运行。
对不同的操作者,赋予不同的操作权限,保证整个系统的安全可靠运行。
7.仿真功能。
提供强大的仿真功能使系统并行设计,从而缩短开发周期。
4.2RS232与RS485通信
在工业控制、电力通讯、智能仪表等领域,通常情况下是采用串口通信的方式进行数据交换。
最初采用的方式是RS232接口,由于工业现场比较复杂,各种电气设备会在环境中产生比较多的电磁干扰,会导致信号传输错误。
除此之外,RS232接口只能实现点对点通信,不具备联网功能,最大传输距离也只能达到几十米,不能满足远距离通信要求。
而RS485则解决了这些问题,数据信号采用差分传输方式,可以有效的解决共模干扰问题,最大距离可以到1200米,并且允许多个收发设备接到同一条总线上。
随着工业应用通信越来越多,1979年施耐德电气制定了一个用于工业现场的总线协议Modbus协议,现在工业中使用RS485通信场合很多都采用Modbus协议。
实际上在RS485之前RS232就已经诞生,但是RS232有几处不足的地方:
1.接口的信号电平值较高,达到十几V,容易损坏接口电路的芯片,而且和TTL电平不兼容,因此和PLC电路接起来的话必须加转换电路。
2.传输速率有局限,不可以过高,一般到几十Kb/s就到极限了。
3.接口使用信号线和GND与其他设备形成共地模式的通信,这种共地模式传输容易产生干扰,并且抗干扰性能也比较弱。
4.传输距离有限,最多只能通信几十米。
5.通信的时候只能两点之间进行通信,不能够实现多机联网通信。
针对RS232接口的不足,就不断出现了一些新的接口标准,RS485就是其中之一,他具备以下的特点:
1.可以抑制共模干扰。
尤其工业现场的环境比较复杂,干扰比较多,所以通信如果采用的是差分方式,就可以有效的抑制共模干扰。
而RS485就是一种差分通信方式,它的通信线路是两根,通常用A和B或者D+和D-来表示。
逻辑“1”以两线之间的电压差为+(0.2-6)V表示,逻辑“0”以两线间的电压差为-(0.2-6)V来表示,是一种典型的差分通信。
2.RS485通信速度快,最大传输速度可以达到10Mb/s以上。
3.RS485内部的物理结构,采用的是平衡驱动器和差分接收器的组合,抗干扰能力也大大增加。
4.传输距离最远可以达到1200米左右,但是他的传输速率和传输距离是成反比的,只有在100Kb/s以下的传输速度,才能达到最大的通信距离,如果需要传输更远距离可以使用中继。
5.可以在总线上进行联网实现多机通信,总线上允许挂多个收发器,从现有的RS485芯片来看,有可以挂32、64、128、256等不同个设备的驱动器。
RS485的接口非常简单,和RS232所使用的MAX232是类似的,只需要一个RS485转换器,就可以直接和电脑串行口连接起来,并且完全使用的是和UART一致的异步串行通信协议。
但是由于RS485是差分通信,因此接收数据和发送数据是不能同时进行的,也就是说它是一种半双工通信。
在这里我们需要一个RS232/RS485转换器,对数据进行转换。
从而达到PLC与PC机之间传送信息的目的。
总结
本次课程设计是对基于PLC的流量控制系统的设计,在这次设计中我了解到了PLC控制的作用,还有PID控制的作用,也知道了组态软件使得工程应用变得更加快捷和方便。
同时了解综合应用过程控制理论以及近年来兴起的仿真技术、计算机远程控制、组态软件。
在此过程当中,我学到了很多有用的东西。
经过这次的课程设计,它给我们带来了很多收获。
它使我意识到自己的操作能力的不足,在理论上还存在很多缺陷。
所以在以后的学习生活中,我会更加努力地加强理论联系实践的学习,在努力学好专业知识的同时努力加强自己的专业技能方面的能力,使自己的知识在实践中不断增长,在实践中锻炼自己,培养自己各方面的能力。
致谢
首先,我要衷心感谢我的指导老师尚小晶老师,没有她的悉心指导,我也不会这么顺利的完成我的课程设计。
其次,我要感谢我的同学,在同学们的帮助下,使我顺利的完成了此次设计。
此次课程设计一开始指导老师的帮助和我自己阅资料下,我了解到了PLC控制的作用,还有PID控制的作用,也知道了组态软件使得工程应用变得更加快捷和方便。
在此过程当中,我学到了很多有用的东西,让我把整个本科知识又回顾了一遍,为以后进入社会打下了良好的基础,同时在查阅资料的过程当中也学到许多,新的或者以前未掌握的知识,让我从中受益匪浅。
参考文献
[1]邵裕森,戴先中《过程控制工程》北京机械工业出版社2000
[2]胡寿松主编.自动控制原理(第五版).科学出版社.2007
[3]张晓华主编.控制系统数字仿真与CAD.机械工业出版社.1999
[4]于海生主编.计算机控制技术.机械工业出版社.2007
[5]刘文定,王东林主编.过程控制系统的MATLAB仿真.机械工业出版社.2009
[6]薛定宇主编.控制系统计算机辅助设计——MATLAB语言与应用.清华大学出版社.2006
[7]TheMathWorks.Icn《MATLABHELP》2004
[8]ICPDAS《UserManual》2000
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- 过程 检测 PLC 流量 控制
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