A3000试验台管道压力和流量接偶控制系统设计

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1、兰州理工大学毕业设计摘 要工业生产过程中的被控对象往往是多输入多输出系统，而且通常情况下被控变量又彼此关联。多变量系统控制就是调整被控过程的多个输入作用而使系统输出达到某些指定的目标。由于多变量控制系统中存在耦合，因此为了获得满意的控制效果，通常要对多变量控制系统实施解耦控制。本设计针对A3000实验台中管道压力和流量的相互作用进行了解耦控制系统的设计。西门子S7-200PLC为控制器，用变频器和电动调节阀分别控制流量和压力，从而实现了解耦控制，并使用了组态开发了监控画面，实现了过程控制。关键词：解耦控制；压力；流量 ；监控AbstractIn industial production pro

2、cesses, controlled objects are often multi-input and multi-output system in which controlled variables are associated with each other under normal circumstances. Multivariable control system is a system that adjusts multiple inputs in the controlled process and makes the system outputs to reach some

3、 specified targets. Because of the coupling multivariable control systems, in order to obtain satisfactory control effect, decoupling control is usually implemented in multivariable control system . The paper designed a decoupling control system for the interaction between the pressure and flow in p

4、ipeline on A3000. Siemens S7-200 PLC as the controller, frequency converter and electric control valve control the flow and pressure separately in order to achieve a decoupling control, and the configuration development of the monitor screen is used to achieve the process control.Key Words: decoupli

5、ng control; pressure; flow; monitor目录 第一章 绪论11.1 选题背景及A3000实验台介绍11.1.1 A3000总体架构11.1.2 测试平台现场系统21.2 解耦的概念31.3 管道压力和流量的解耦控制51.4 设计内容61.4.1 设计要求61.4.2 设计思想6第二章 系统方案选择72.1 常见控制规律的类型72.2 控制方案的比较选择82.3 解耦控制系统数学模型的建立82.3.1 机理建模和实验建模的运用82.3.2 PID参数的整定方法102.4 控制器的选择122.4.1 PLC的基本结构122.4.2 PLC的特点及应用142.4.3 P

6、LC的工作阶段142.4.4 PLC对输入/输出的处理规则162.4.5 软PLC的介绍162.4.6 单片机简介162.4.7 控制器的选择17第三章 供配电设计及器件选型173.1 主回路部分173.2 控制回路设计183.3 PLC选型203.3.1 PLC选型203.3.2 I/O扩展模块特点及选型233.3.3 EM235工作原理及应用243.4 元器件选型293.4.1 增压泵特点及选型293.4.2 变频器特点及选型303.4.3 电动调节阀特点及选型363.4.4 手动调节阀选型373.4.5 熔断器选型383.4.6 断路器选型383.4.7 中间继电器选型393.4.8 转

7、换开关403.4.9 按钮403.4.10 涡轮流量变送器特点及选型413.4.11 压力变送器特点及选型41第4章 PLC软件设计434.1 PLC控制系统软件设计步骤434.2 STEP7编程软件简介434.3 程序流程图444.3.1 主程序444.3.2 PID初始化454.3.3 解耦控制454.3.4 数据转换部分464.3.5 中断部分494.4 梯形图494.4.1 地址分配表504.4.2 主程序504.4.3 PID初始化程序514.4.4 解耦控制程序524.4.5 数据转换程序544.4.6 中断程序55第五章 组态软件575.1 组态王简介575.2 工程的建立575

8、.3 创建项目625.3 建立趋势曲线画面635.4 建立数据库635.5 建立组态动画665.6 运行调试中的问题及解决方法67致 谢68参考文献69附录一 外文资料附录二 梯形图 V第一章 绪论1.1选题背景及A3000实验台介绍过程控制是生产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。通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期与程序进行的生产过程自动控制。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。A3000过程控制实验系统是以工业现场工艺设

9、备为背景，以自动化教学要求和自动化工程师认证技能测试要求为依据推出的实验、培训和测试平台。 1.1.1 A3000总体架构A3000测试平台总体物理系统如图1-1所示。（控制系统有30多种，现场系统可能具有现场总线。）图1-1 A3000测试平台总体物理系统图逻辑结构如图1-2所示。图1-2 逻辑结构图A3000现场系统特性：1. 尺寸：1450（毫米宽度）X700（毫米深度）X1950（毫米高度）。全不锈钢框架。2. 电力：三相接地四线制380V±10%，单相三线制，220V±10%，3. 能耗：最大额定用电6kw/h。自来水120L，可重复使用。A3000控制系统特性：

10、1. 尺寸：800(宽度)X60（深度）X1950（高度）。标准工业机柜。2. 电力：单相三线制，220V±10%，3. 能耗：最大额定用电1kw/h1.1.2 测试平台现场系统物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器），从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。为了防止动力设备静电积累而触电或者损坏设备，所以系统必须可靠接地现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一台锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统。现场系统工艺流程图

11、如图1-3所示。图1-3 现场系统工艺流程图1.2 解耦的概念耦合是指两个或两个以上的体系或两种运动形式间通过相互作用而彼此影响以至联合起来的现象。 解耦就是用数学方法将两种运动分离开来处理问题，常用解耦方法就是忽略或简化对所研究问题影响较小的一种运动，只分析主要的运动。数学中解耦是指使含有多个变量的数学方程变成能够用单个变量表示的方程组，即变量不再同时共同直接影响一个方程的结果，从而简化分析计算。通过适当的控制量的选取，坐标变换等手段将一个多变量系统化为多个独立的单变量系统的数学模型，即解除各个变量之间的耦合。最常见的有发电机控制，锅炉调节等系统。软件开发中的耦合偏向于两者或多者的彼此影响，