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电阻的一端,负载电阻的另一端接24V-。传感器输出4~20mA电流信号,通过负载电阻R=250Ω转换成1~5V电压信号。L(2)流量传感器、变送器:两支涡轮流量计用来对由变频器控制的动力支路和由盘管出口流量的动力支路的流量进行检测。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~;精度:%;输出:4~20mADC。调节阀支路的流量检测采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯接口的检测和变送一体的电磁式流量计。2、执行机构(1)气动调节阀:采用SIEMENS带PROFIBUS-PA通讯协议的气动调节阀,用来进行控制回路流量的调节。它具有精度高、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。由CPU直接发送的数字信号控制阀门的开度,本气动调节阀自动进行零点校正,使用和校正都非常方便。(2)变频器:本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯接口模块的变频器,其输入电压为单相AC220V,输出为三相AC220V。(3)水泵:本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为32升/分,扬程为8米,功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料,以防止生锈,使用寿命长。其中一只为三相380V恒压驱动,另一只为三相变频220V输出驱动。(4)电磁阀:在本装置电磁阀作为气动调节阀的旁路,可以实现阶跃和脉冲干扰,通过手动阀开度可调节阶跃和脉冲干扰的大。电磁阀为常闭式电磁阀;工作压力:最小压力为0Kg/㎝2,最大压力为10Kg/㎝2;工作温度:-5~80℃;工作电压:AC220V。3、控制器控制器采用SIEMENS公司的S7400CPU,型号为412-3H,本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口,又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接:..4、静音式空气压缩机用于给气动调节阀提供气源,电动机的动力通过三角胶带传带动空压机曲轴旋转,经连杆带动活塞做往复运动,使汽缸、活塞、阀组所组成的密闭空间容积产生周期变化,完成吸气、压缩、排气的空气压缩过程,压缩空气经绕有冷却翅片的排气铜管、单向阀进入储气罐。空压机设有气量自动调节系统,当储气罐内的气压超过额定排气压力时,压力开关会自动切断电源使空压机自动停止工作,-,气压开关自动复位,空压机又重新工作,使储气罐内压缩空气压力保持在一定范围内。STEP7编程软件允许结构化你的用户程序,也就是说可以将程序分解为单个的、自成体系的程序部分。这样做有以下优势:?大规模的程序更容易理解?可以对单个的程序部分进行标准化?程序组织简化?程序修改更容易?由于可以分别测试各个部分,查错更为简单?系统的调试更容易工业搅拌过程的示例说明了将一个自动化过程分解为单个的任务的优越性。结构化的用户程序的各个部分相应于这些单个的任务,就是大家所知的程序块。,如表6所示。表2块类型块功能的简要描述参考组织块(OB)OB决定用户程序的结构组织块和程序结构系统功能块(SFB)SFB和SFC集成在S7CPU中可系统功能块(SFB)和系统功能(SFC)以让你访问一些重要的系统功能系统功能(SFC)功能块(FB)FB是带有“存储区域”的块,你功能块(FB)可以自己编程这个存储区域功能(FC)FC中包含经常使用的功能的例功能(FC)行程序背景数据块当一个FB/SFB被调用时,背景背景数据块(背景DB)DB与该块相关联,它们可在编译过程中自动生成数据块(DB)DB是用于存储用户数据的数据共享数据块(DB)区域,除了指定给一个功能块的数据,还可以定义可以被任何块使用的共享数据:..FB、SFB、FC和SFC都包含部分程序,因此也称作逻辑块。每种块类型所允许的块的数量以及块的长度视CPU而定。,组成用户程序的块必须被调用。使用专门的STEP7指令可以实现块调用,块调用的指令只能在逻辑块中编写和启动。(1)块调用如图13所示是在一个用户程序中块调用的顺序。程序调用第二个块,这个块的指令则完全被执行。一旦第二个块或者说这个被调用的块执行结束,由于执行调用指令而被中断的块的执行,将从块调用指令后面继续。13一个用户程序中块调用图8(2)顺序和嵌套深度块调用的顺序和嵌套深度即是所谓的调用分层结构。可以嵌套调用的块的数量(嵌套深度)依据特定的CPU而定。如图14所示为一个循环周期内块调用的顺序和嵌套深度。图14块调用的分层结构:..图9创建块的一套顺序:创建块应从上到下,所以应从最上行的块开始。每个被调用的块应已经存在,即在块的一行中应按从右向左的顺序创建它们。最后创建的块是。将这些规则用于上图示例的练****就产生以下块创建的顺序:FC1>FB1+背景DB1>DB1>SFC1>FB2+背景DB2>,点击展开项目“水箱水位串级控制系统”的“S7Program”至“Blocks”,双击要编写的块的图标如OB1,打开编辑器窗口,如图15所示。图19编辑器窗口图10整个块编写完成后,点击“Save”图标保存程序。需要注意的是,中,程序是由块组成,在STEP7的主程序结构中,操作系统只自动循环扫描OB1,OB1安排其他程序块的调用条件和调用顺序。即:程序中的功能块FB,功能FC,系统功能块SFB以及系统功能SFC等,都是由OB1安排它们的调用条件和调用顺序。其中FC和FB可以相互调用。程序清单可见附录,编辑完成的程序图如图16所示。:..图11编辑完成的程序图程序下载程序编辑保存完成及设置好通信的接口以后,点击STEP7管理器界面窗口中的“Download”图标,实现将整个程序块下载到CPU中,这样就可以SIM仿真了。开始初始化N自动?Y设定中、下水箱液位取流量测量值送PID参数接口PID控制N停止控制?Y结束图13:..第四章实验内容与步骤(也可选择中水箱和下水箱)。实验之前先将储水箱贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-6全开,将上水箱出水阀门F1-9、中水箱出水阀门F1-10开至适当开度(要求阀F1-9稍大于阀F1-10),其余阀门均关闭。,打开用作上位监控的的PC机,进入的实验主界面如下图所示。图14实验主界面2、在实验主界面中选择本实验项即“水箱水位控制实验”,系统进入正常的测试状态,呈现的实验界面如下图所示。:..图153、在上位机监控界面中将输出值设置为一个合适的值。4、合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少主调节器的输出量,使中水箱的液位平衡于设定值,且上水箱液位也稳定于某一值(此值一般为3~5cm,以免超调过大,水箱断流或溢流)。5、按本章第一节中任一种整定方法整定调节器参数,并按整定得到的参数进行调节器设定。6、待液位稳定于给定值时,将调节器切换到“自动”状态,待液位平衡后,通过以下几种方式加干扰:(1)突增(或突减)设定值的大小,使其有一个正(或负)阶跃增量的变化;(2)将阀F1-5、F1-12开至适当开度(改变负载);(3)将电动调节阀的旁路阀F1-3开至适当开度;以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后,水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段调节时间后,水箱液位稳定至新的设定值(后面两种干扰方法仍稳定在原设定:..。记录此时的设定值、输出值和参数,中水箱液位的响应过程曲线将如图5-4所示。图16水箱液位的响应过程曲线7、适量改变主、副控的PID参数,重复步骤6,通过实验界面下边的切换按钮,观察计算机记录不同参数时系统的响应曲线。第五章系统的参数整定方法在工程实践中,串级控制系统常用的整定方法有以下三种:,就是在主回路断开的情况下,按照单回路的整定方法求取副调节器的整定参数,然后将副调节器的参数设置在所求的数值上,使主回路闭合,按单回路整定方法求取主调节器的整定参数。而后,将主调节器参数设在所求得的数值上,再进行整定,求取第二次副调节器的整定参数值,然后再整定主调节器。依此类推,逐步逼近,直至满足质量指标要求为止。,第二步整定主调节器参数。整定的具体步骤为:,主回路闭合,主、副调节器都在纯比例作用条件下,主调节器的比例度置于100%,然后用单回路控制系统的衰减(如4:1)曲线法来整定副回路。记下相应的比例度δ和振荡周期T。,且把副回路作为主回路中2S的一个环节,用同样方法整定主回路,求取主回路的比例度δ和振荡周期T。、T和δ、T值,按单回路系统衰减曲线法整定公式计1S1S2S2S算主、副调节器的比例度δ、积分时间T和微分时间T的数值。“先副后主”,“先比例后积分最后微分”的整定程序,设置主、副调:..再观察过渡过程曲线,必要时进行适当调整,直到过程的动态品质达到满意为止。:1的衰减过程,这是一件很花时间的事。因而对两步整定法做了简化,提出了一步整定法。所谓一步整定法,就是根据经验先确定副调节器的参数,然后将副回路作为主回路的一个环节,按单回路反馈控制系统的整定方法整定主调节器的参数。具体的整定步骤为:,系统为纯比例作用的情况下,根据K/δ=,通过副过程放大系数K,求取副调节器的比例放大系数δ或按经验选取,022并将其设置在副调节器上。。,观察被控制量的响应曲线。根据主调节器放大系数K和副1调节器放大系数K的匹配原理,适当调整调节器的参数,使主参数品质指标最2佳。,只要加大主调节器的比例度δ或增大积分时间常数T,即可得到改善。I的水箱水位系统课程设计过程中,我得到指导老师和同学的无私帮助,顺利完成这次控制系统课程设计。在将近一周的控制系统课程设计,我收获颇丰,组态软件的使用方法,还了解到水箱水位控制系统的工作过程,同时了解到了其内部硬件电路的构成、每部分电路的设计等,还学会了串级控制系统的参数整定方法、界面设计等。通过此次课程设计的锻炼,的认识和理解,也应用于工业监控的优点,更重要的是我们看到了自己知识的匮乏,也坚定了以后要不断的学****不断的向身边的人虚心请教,同时要借助于图书馆和网络来扩充自己的知识面的决心。也只有这样,在以后的社会竞争中,自己才能有立足之地,才能有所作为。八、参考文献[1]:武汉理工大学出版社,:..蒋慰孙,:中国石化出版社,[3]何衍庆,蒋慰孙,:化学工业出版社,[4]邵裕森,:***出版社,[5]:化学工业出版社,1998