单回路控制系统课程设计2 - 图文(2)

2 设计目的与要求

2.1 设计目的

通过组态王软件，结合实验设备，按照定制系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和 PID 控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制结构程序的液位单回路过控制系统。

2.2 控制要求

1. 根据流量比值单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。

2. 根据流量比值单回路过程控制系统 A/D、D/A 和开关 I/O 的需要，正确选用过程模块。

3. 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用 RS485/RS232 转换与通讯模块。

4. 运用组态软件，正确设计流量比值单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。

3.系统结构设计

3.1 控制方案

3.1.1 方案比较

比值控制系统在实际生产中，可以根据实际情况选择不同的控制方案，比值系统的类型主要有开环比值控制系统，单闭环比值控制系统，双闭环比值控制系统几种。方案一： 开环比值控制系统是最简单的比值控制系统其系统组成如图 3-1 所示，整个系统是一个开环控制系统。

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图 3-1（1）工艺流程图 （2）开环比值控制系统原理图

方案二： 根据比值系统的类型来设计生产氢氧化钠的控制系统，由单闭环比值控制系统原理设计的系统框图如图 3-2 所示。

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图 3-2 单闭环流量比值控制系统原理框图

3.1.2 方案论证

就所设计的两种方案的方框图来看，明显可以看出方案二较之于方案一复

杂，选用的设备也更多，但对于实际生产，生产效率和质量十分重要，因此对系统的稳定性和精确度要求较高，下面就这些因素对两个方案进行论证。 方案一的开环比值控制方案对副物料氧化铜溶液本身无抗干扰能力，只能适用于副物料较平稳且要求不高的场合。实际生产过程中，副物料的干扰常常是不可避免的，因此生产上很少采用开环比值控制方案。 方案二的单闭环流量比值控制系统，与串级控制系统很相似，但功能很是不同。可以见得，系统中没有主对象和主调节器，这是单闭环比值控制系统在结构上与串级不同的地方，串级中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量，而比值中，副流量不会影响主流量，这是两者之间本质上的区别。 经过分析，当系统处于稳态时，比值关系是比较精确的；在动态过程中，比值关系相对而言不够精确。另外，如果主流量处于不变的状态，副流量控制系统又相当于一个定值控制系统。 3.1.3 方案选择

通过前面方案的论证可知，开环比值控制系统适用于稳定性要求不高，扰动小的工业场合。而单比值闭环控制系统它不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且可以克服副流量本身的干扰对比值的影响，因此主副流量的比值较为精确。 设计针对控制对象，主流量选择为硫化钠溶液，而副流量则选择是氧化

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铜溶液，实际生产中，由于这两种化学成分并不十分稳定，因而可能造成扰动频繁，并且属于负荷变化较大。 经过分析，选择方案二的单闭环流量比值控制系统来设计该生产控制系统。如下图所示的原理方框图 3-3。

硫化钠溶液 氧化铜溶液 阀门B 阀门A 计量上料 给料管道 管道 反应容器 比值计算 氧化铜调整后供料量 图 3-3 氧化钠溶液单闭环比值控制自动配料系统框图。

4 过程仪表选择 255

4.1 流量检测传感器

本设计当中采用工业用的 LDS-10S 型电磁流量传感器， 公称直径 10mm， 流量 0～ 0.3m3/h，压力 1.6Mpmax,4-20mA 标准信号输出。可与显示，记录仪表，积算器 或调节器配套。它的优点： 1.采用整体焊接结构，密封性能好； 2.结构简单可靠，内部无活动部件，几乎无压力损失； 3.采用低频矩形波励磁，抗干扰性能好，零点稳定； 4.仪表反应灵敏，输出信号与流量成线性关系，量程比宽； 流量转换器采用 LDZ-4 型电磁流量转换器，与 LDS-10S 型电磁流量传感器 配套使用，输入信号：0～0.4 输出信号：4～20mA DC，允许负载电阻为 0~750 Ω，基本误差：输出信号量程的±0.5%。

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4.2 电动调节阀

采用电动调节阀对控制回路的液体的流量进行调节。采用德国 PS 公司进口 的 PSL202 型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，驱动电路采用高性能稀土磁 性材料制造的同步电机运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。控制 单元与执行机构一体化，可靠性高、操作方便，并可与计算机配套使用，组成最 佳调节回路。 由输入控制信号 4~20mA 及单相电源即可控制运转实现对压力流量 温度液位等参数的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄漏量少的优点。采 用 PS 电子式直行程执行机构，4~20mA 阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀 芯，流量具有等百分比特性，直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可 预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断防止泄漏。性能稳定可靠，控制精度高， 使用寿命长等优点。

4.3 过程模块

采用牛顿 7000 系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。牛顿 7000 系列模块体积小，安装方便，可靠性高。 D/A 模块采用牛顿 7024，四通道模拟输出模块，电流输出 4~20mADC，电 压输出 1~5VDC，精度 14 位。使用 7024 模块的 1 通道 I01 作为可控硅的电压控 制通道。 A/D 模块采用牛顿 7017，八通道模拟输入模块，电压输入 1~5VDC。使用 7024 模块的 1 通道 IN1 作为 A 流量信号检测输入通道，7024 模块的 2 通道 IN2 作为 B 流量信号检测信号输入通道。 通信模块采用牛顿 7520。RS232 转换 485 通讯模块。使用 RS-232/RS485 双 向协议转换，转速为 300~115200bps，可长距离传输。控制回路中电磁阀的开关 量输出模块采用牛顿 7043，16 通道非隔离集电极开路输出模块。最大集电极开 路电压 30V，每通道输出电流 100mA，可直接驱动电磁阀设备。

4.4变频器

采用西门子 MICROMASTER 440 是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列。该系列有多种型号，额定功率范围从 120W 到 200kW 恒定（转矩 CT 控制

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