第十四章控制系统设计与工程实现课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,返回总目录,第十四章 控制系统设计与工程实现,本章要点,:,1,学习计算机控制系统的设计原则。,2,初步掌握计算机控制系统的设计步骤。,3,学习实例，加深认识与初步掌握单片机、仪表、,IPC,和,PLC,控制系统的设计思路。,返回总目录第十四章 控制系统设计与工程实现 本章要点:,本章主要内容,14.1,控制系统的设计原则,14.2,控制工程的实现步骤,14.3,控制工程的应用实例,本章主要内容14.1 控制系统的设计原则,14.1,控制系统的设计原则,满足工艺要求,满足生产过程提出的要求和性能指标,可靠性要高,用系统平均无故障和平均维修时间衡量,操作性能要好,使用方便和维护容易,实时性要强,对内、外部时间及时做出响应,通用性要好,硬软件可移植,经济效益要高,系统性价比要高，投入产出比要低,14.1 控制系统的设计原则满足工艺要求满足生产过程提出,14.2,控制工程的实现步骤,主要知识点,14.2.1,准备阶段,14.2.2,设计阶段,14.2.3,仿真及调试阶段,14.2.4,现场调试运行阶段,14.2控制工程的实现步骤主要知识点,14.2.1,准备阶段,14.2.1 准备阶段,14.2.2,设计阶段,1.,总体设计,根据控制对象要求，,确定系统的构成方式及控制 装置与现场设备的选择，以及控制规律算法和其它特殊功能要求。主要包括以下内容：,确定系统的任务和控制方案,确定系统的构成方式,选择现场设备,确定控制算法,硬软件功能的划分,其它方面的考虑,14.2.2 设计阶段1.总体设计,（,1,）根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择主机板（包括总线类型、主机机型等）；,（,2,）根据,AI,、,AO,点数、分辨率和精度，以及采集速度等选,A,D,、,D,A,板（包括通道数量、信号类别、量程范围等）；,（,3,）根据,DI,、,DO,点数和其它要求，选择开关量输入输出板（包括通道数量、信号类别、交直流和功率大小等）；,（,4,）根据人机联系方式选择相应的接口板或显示操作面板（包括参数设定、状态显示、手动自动切换和异常报警等）；,（,5,）根据需要选择各种外设接口、通信板块等；,（,6,）根据工艺流程选择测量装置（包括被测参数种类、量程大小、信号类别、型号规格等）；,（,7,）根据工艺流程选择执行装置（包括能源类型、信号类别、型号规格等）。,2.,硬件设计,（1）根据控制任务的复杂程度、控制精度以及实时性要求等选择,编程语言的选择,数据类型和数据结构规划,资源分配控制软件的设计,1),数据采集和数据处理程序,2),控制算法程序,3,）控制量输出程序,4,）人机界面程序,5,）实时时钟和中断处理程序,6,）数据管理和数据通信程序,程序设计方法,采用模块化和自顶向下程序设计方法,3,软件设计,编程语言的选择3软件设计,具体步骤,:,1,硬件调试,2,软件调试,3,系统仿真,4,考机,14.2.3,仿真及调试阶段,14.2.3仿真及调试阶段,硬件的调试主要包括各种标准功能模板、输入输出信号、,现场仪表和执行器及通信网络系统的调试。,2,软件调试,软件调试的顺序是子程序、功能模块和主程序。,控制模块,全局主程,序调试,开环,闭环,检查,PID,控制模块的开环阶跃响应特性,即调节并确定较佳,P,、,I,、,D,参数,检查,PID,控制模块的反馈控制功能,整体调试的方法是自底向上逐步扩大，,采用子集、局部和全局三步调试方法进行整体调试,1,硬件调试,硬件的调试主要包括各种标准功能模板、输入输出信号,系统仿真应用相似原理和类比关系来研究事物，也就是 用模型来代替实际被控对象进行实验和研究，也 称为模拟调试。,系统仿真类型：,全物理仿真（即在模拟环境条件下的全实物仿真）；,半物理仿真（即硬件闭路动态试验）；,数字仿真（即计算机仿真）。,4,考机,在系统仿真的基础上，还要进行考机运行，即进行长时间的运行考验，有时还要根据实际的运行环境，进行特殊运行条件的考验，如高温和低温剧变运行试验、振动和抗电磁干扰试验、电源电压剧变和掉电试验等。,3,系统仿真,系统仿真应用相似原理和类比关系来研究事物，也就是,在线调试前还要进行下列检查：,1,检测元件、变送器、显示仪表、调节阀等必须通过校验，保证精确度要求。作为检查，可进行一些现场校验。,2,各种电气接线和测量导管必须经过检查，保证连接正确。,3.,检查系统干扰情况和接地情况，如果不符合要求，应采取措施。,4,对安全防护措施也要检查。,14.2.4,现场调试运行阶段,在线调试前还要进行下列检查：14.2.4 现场调试运行阶段,主要内容,14.3.1,水槽水位单片机控制系统,14.3.2,循环水装置,IPC,系统,14.3.3,中水回用,PLC,控制系统,14.3.4,聚合釜温压仪表控制系统,14.3.5,基于,PLC,与,IPC,的锅炉综合控制系统,14.3,控制工程的应用实例,主要内容14.3 控制工程的应用实例,1,系统概述,2,硬件电路,3,程序设计,14.3.1,水槽水位单片机控制系统,1系统概述 14.3.1 水槽水位单片机控制系统,动画链接,图,14-2,水槽水位控制电路,1,系统概述,动画链接图14-2 水槽水位控制电路1系统概述,2,硬件电路,2硬件电路,3,程序设计,C(P1.1),b(P1.0),水位,操作,0,0,B,点以下,水泵启动,0,1,B,、,C,之间,维持原状,1,0,系统故障,故障报警,1,1,C,点以上,水泵停止,3程序设计C(P1.1)b(P1.0)水位 操作 0,1,系统概述,2,硬件电路,3,软件设计,14.3.2,循环水装置,IPC,系统,1系统概述 14.3.2 循环水装置IPC系统,（,1,）工艺流程,1,系统概述,（1）工艺流程1系统概述,10,点参数检测功能,22,个参数设定功能,10,个参数标定功能,PID,控制功能,工艺计算、列表绘图功能,其他功能指标,（,2,）控制要求,10点参数检测功能（2）控制要求,2,硬件设计,2硬件设计,（,1,）采用中断方式完成,3,软件设计,（1）采用中断方式完成3 软件设计,（,2,）在主程序中完成,（2）在主程序中完成,1,系统概述,2,硬件设计,3,程序设计,14.3.3,中水回用,PLC,控制系统,1系统概述 14.3.3 中水回用PLC控制系统,格栅机,调节池,生化池,压滤罐,清水池,集水池,加药,加氯,排掉,回用,风机,反冲洗,污水,动画链接,（,1,）工艺流程,1,系统概述,格栅机调节池生化池 压滤罐清水池集水池加药 加氯,（,2,）控制要求,构成,14,台泵和电机，,4,个池的水位检测。,水位计的作用,使用时声光报警；在全自动、分组自动、半自,动控制方式下，水位计的上限、下限分别作为该池排水泵自动开、停的,PLC,输入信号。,手动控制方式,手动操作按钮开停,14,个负荷，不受水位影响。,生化半自动控制方式,由生化池水位的上限与下限自动控制生化泵的开、停，而加药计量泵、,CLO2,发生器的开、停由手动操作。,分组自动控制方式,整个系统分调节池水位、生化池水位、清水池水位、集水池水位、溢流泵、罗茨风机自动机组。,控制要求：当按下分组自动按钮时，被按下按钮的灯闪亮，当选定 主、备电机按钮后，分组自动按钮指示灯长亮；当水位达到上限时，电机停止而按钮指示灯转为闪亮。,全自动方式控制要求,即全自动准备按钮启动后系统进入全自,动运行状态,（2）控制要求,硬件设计包括：,PLC,系统配置、,PLC,接线图、中文显示器,（,1,）,PLC,系统配置,工艺要求：,14,台被控设备开、启、,4,种控制方式,运行、停止、故障状态的灯指示,PLC,配置：采用软件编程方法,1,个带灯按钮表示,1,台设备的全部控制与状态指 示功能，加上,4,种控制方式及其切换,需配置,24,个带灯按钮,整个系统需要开关量输入,40,点与开关量输出,32,点,选用德国,SIEMENS,的,S7-200,主机,CPU226,，,有开关量,24,输入,16,输出点，,数字量扩展模块,EM223,，,提供开关量,16,输入,/16,输出点,2,硬件设计,硬件设计包括：PLC 系统配置、PLC 接线图、中文显示器,（,2,）,PLC,输,入,输,出,接,线,图,（2）PLC,（,3,）中文显示器,操作界面选用,TD200,中文文本显示器。,特点：简洁、价格低、操作界面连接简单不需要独立电,源，用电缆连接到,S7-200CPU,的,PPI,接口上,第十四章控制系统设计与工程实现课件,3,程序设,计,3程序设,14.3.4,聚合釜温压仪表控制系统,1,系统概述,2,总体方案,3,硬件设计,4,软件设计,14.3.4 聚合釜温压仪表控制系统1 系统概述,1,系统概述,1,）工艺流程,当反应物流入聚合釜中，开始发生化学反应并产生气体，排出口引到气相色谱仪进行在线检测气体的成分和含量。釜内的反应物介质为酸性腐蚀性气体，且产生很高的压力。,2,）测控要求,温度常态,200,o,C,5,o,C,，压力最高,10Mpa,。,要求计算机显示屏上能实时显示、记录,4,个釜中的,4,点温度与压力的数据变化，而且显示记录参数的时间周期可以在秒、分、时之间任意调整。电加热器的功率为,1000W,、,220VAC,。,1 系统概述1）工艺流程当反应物流入聚合釜中，开始发生化,2,总体方案,该例采用底层测控、上层监视的上、下两层控制方案。因为整个系统只有,4,个温度控制回路和,4,个压力检测参数，且温度、压力传感器的输出信号均是模拟量信号，所以底层测控装置采用智能型数字仪表，同时通过,RS485,现场总线连接到上位机，以实现计算机的数据采集、信号处理、数据列表、操作显示，以及人机对话等多个任务。,2 总体方案 该例采用底层测控、上层监视的上、,3,硬件设计,1,）工艺控制流程图设计,3 硬件设计1）工艺控制流程图设计,（,1,）温度传感器,WREK-191E,型铠装热电偶，规格,1.51003000mm,。,（,2,）压力传感器,离子束薄膜压力传感器，型号,TQ-551,，量程,016MPa,，工作电压,24V,，输出电流,420mA,，精度为,0.1,，适应于,-40+400,的温度环境，而且具有高稳定性、抗震动冲击、耐腐蚀的全不锈钢结构。,2,）测量传感器选型,（1）温度传感器 WREK-191E型铠装热电偶，规格,3,）温度显示控制仪选型,选用,4,台厦门宇光电子公司的,AI,人工智能工业调节器,/,温度控制器，型号为,AI708/A/G/S,。,4,）压力巡回检测仪表选型,选用厦门宇光电子公司的,AI,系列仪表，型号为,AI704M/A/J5/J5/S4,。,3）温度显示控制仪选型,5,）测控系统及仪表盘设计,5）测控系统及仪表盘设计,4,软件设计,采用亚控公司的组态王软件进行编程。,4 软件设计采用亚控公司的组态王软件进行编程。,14.3.5,基于,PLC,与,IPC,的锅炉 综合控制系统,1,系统概述,2,总体方案,3,硬件构成,4,控制策略,5 PLC,软件设计,6,操作站软件设计,14.3.5 基于PLC与IPC的锅炉 综合控,1,系统概述,锅炉房配备,2,台,10t/h,热水锅炉、,1,台,20t/h,热水锅炉和,1,台,6t/h,蒸汽锅炉，均为链条炉。其中蒸汽锅炉用于为浴池、食堂、中央空调等提供蒸汽，必要时增加汽水换热装置用于补充供热。,3,台热水锅炉用于全院教学区、宿舍区和家属区的供暖。在设计中将全部供暖面积按地势及所处地理位置划分成,5,个独立的供热区域，分别为高区教学区、低区教学区、高区生活区、低区生活区和综合实验区，每个区域设置一个换热站，配两台板式水,-,水换热器实现各个区域的独立供热。这样，,3,台热水锅炉作为供热系统的一次网循环，,5,个换热站作为二次循环