液位-流量串级控制系统的设计(毕业设计44页、15792字)
摘 要： 随着计算机技术的发展，计算机被越来越广泛的运用于过程控制系统中，形成计算机过程控制系统，使生产过程的自动化程度大大提高。本文从实际工业生产过程出发，以AE2000B过程控制实验装置为媒体，以其单容水箱的液位为被主被控量，进水流量为副被控量，设计液位—流量串级控制系统。远端数据采集控制模块使用了过程工业生产系统中常用的ADAM5000系列分布式I/O模块，模块挂接在RS485总线上，并通过RS485/RS232协议转换与上位机通讯。使用北京昆仑通态的MCGS组态软件开发控制界面来实现对现场设备的实时组态、监控。
关键字： 液位控制； 串级控制； 组态软件； ADAM模块
Design of Liquor Level-flow Cascade Control System
Abstract：With the development of computer technology, computer is widely applied to process control system, which is a computerized process control system, the degree of automation of production processes is significantly enhanced. The paper sets out from the actually industrial production process, using the AE2000B process control experiment equipment as a media. The liquid level of the single water tank is charged as the main object as well as the flow was charged as the auxiliary volume, based on which can design a cascade control system. Use ADAM5000 series distributed I/O modules as further data collect modules. Modules connected with RS485 bus, and communicate with upper computer from RS485/RS232 converter. Use Beijing Kun Lon Company’s MCGS configuration software as human machine interface design tool. It was used to implement the real—time supervision and configuration.
Key words: Liquid-level control, Cascade control, Configuration software, ADAM module
目 录
第1章 前言 1
1.1 课题背景介绍 1
1.2 课题的目的及意义 1
1.3 本文完成的主要工作 2
第2章 系统总体方案设计 3
2.1 系统设计要求 3
2.2 被控对象的数学模型 3
2.3 控制方案的选取 5
2.3.1 控制方法的选择 5
2.3.2 调节规律的选择 7
2.4 通信方式与通信协议 8
2.5 上位机系统开发工具选取 9
2.6 系统总体结构 9
第3章 仪器仪表选型 11
3.1 液位变送器的选择 11
3.2 流量计的选择 12
3.3 调节阀的选择 15
3.4 智能模块的的选择 17
3.4.1 智能模块的的应用背景 17
3.4.2 设计中所用的智能模块 18
3.5 组态软件的选择 23
第4章 控制界面的开发 24
4.1 组态软件用于过程控制的意义 24
4.2 组态控制界面的开发 24
4.2.1 系统需求分析 24
4.2.2 实时数据库的建立 26
4.2.3 控制程序的实现 28
4.2.4 设备通讯 30
第5章 系统调试 33
5.1 在MCGS中使用ADAM模块 33
5.2 控制器的整定 33
5.3 系统运行结果及曲线分析 34
结 论 38
致 谢 39
参考文献 40
附 录: ADAM模块与实验台面板连接图 41
第1章 前言
1.1 课题背景介绍
过程控制是指用自动化装置，对生产过程实现自动检测和控制。过程控制是工业自动化的重要分支。几十年来，工业过程控制获得了惊人的发展，无论是在大规模的结构复杂的工业生产过程中，还是在传统工业过程改造中，过程控制技术对于提高产品质量以及节省能源等都起着重大的作用。自动化技术的发展与其密切相关。过程控制是保证生产过程或产品达到优质、高产、低耗、安全、减轻劳动强度．改善劳动条件、提高劳动生产率的重要手段，世界上工业发达的国家，在强调工艺、机械方面改造的同时，都在把最先进的控制工具引入生产过程的控制和管理中去，使先进的工艺过程向更高级、更大容量发展，使生产过程进一步强化和优化。反过来，这又促进了控制理论，控制工具及过程控制系统的进一步发展。
近20年来，计算机控制被广泛应用于过程控制的各个方面。各种成功应用的案都向我们证明了计算机监控系统CSCS(Computer Supervisory Control System)将成为生产过程和管理自动化最为有效的计算机软硬件系统之一。这一系统从总体上可分为两大部分：一是现场分布式的数据I/O系统，也就是通常所说的下位机：另一个是数据处理显示和管理系统，即上位机—人机界面系统HMI(Human Machine Interface)。 下位机与生产过程和管理的设备或仪表相结合，感知设备各种参数的状态，并将这些状态转化成数字信号，通过特定的数字通信网络传递到上位机HMI系统中。必要的时候，下位机也可以向设备发送控制信号。上位机HMI系统在接受这些信息后，以适当的形式如文字、声音、图形、图像等方式显示给用户，以达到监视监测的目的，同时数据经过处理加工后，告知用户设备中的各种参数的状态(报警、正常或报警恢复等)，这些处理后的数据可能会保存到数据库中，也可能通过网络系统传输到不同的平台上，还可能与别的系统结合形成功能更强大的系统；HMI还可以接受操作人员的指示,将控制信号发送到下位机中以达到控制目的。
1.2 课题的目的及意义
工业生产过程的自动化程度在计算机技术、控制理论和控制技术迅速发展的推动下不断更新和发展。新的控制方法不断涌现，掌握一项较为流行的过程控制方法对今后的工作将有很大的帮助。
本课题是以AE2000B型过程控制实验装置为媒体。通过设计，能加深对过程控制、计算机控制技术、检测技术、自动化仪表等自动化专业的主干专业课程的理解和认识，充分了解控制系统的构成，提高综合运用所学专业知识的能力，学会过程控制系统的设计方法，为今后实际的工程设计打下良好的基础。
另外组态软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能，若能通过设计掌握它也是很有意义的。
1.3 本文完成的主要工作
论文主要介绍以实际单容水箱为控制对象，以ADAM5000为远端数据采集与控制模块，上位机以组态软件为开发工具，开发实时监控系统，进行串级过程控制系统设计。详细阐述系统构成、方案论证、设备选择、动手调试过程，及其遇到的问题。具体内容安排如下：
第2章 系统总体方案设计
第3章 仪器仪表选型
第4章 控制界面的开发
第5章 系统调试及结果分析
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