《过程控制系统》课程设计任务书要点Word格式文档下载.docx

1、2.2.3本课程设计提示 1.02.2.4课程设计报告的要求 1.4第 1 章过程控制系统课程设计的目的与基本要求1.1前言过程控制通常是指石油、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程序进行的生产过程自动控制， 它是自动化技术的重要组 成部分。在现代化工业生产过程中， 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。1.2过程控制系统课程设计的目的在本课程设计中， 通过一个完整的生产过程控制系统的设计， 使学生在进一 步加深理解和掌握 过程控制系统 课程中所学内容的基础之上， 着重

2、训练学生 将自动控制原理、自动化仪表与过程控制系统 、微机控制技术和电气 设备与 PLC控制技术 等课程中所学到知识进行综合应用。 锻炼学生的综合知识 应用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。1.3过程控制系统课程设计的基本要求按课程设计任务书提供的课题以及给出的设计任务， 确定设计系统结构， 分 析系统的特点和系统特性， 按给定的被控对象设计相应的控制系统， 并在实验室 连接系统部件、构造硬件系统，硬件系统主要包括控制器（即西门子 S7-200 系 列 PLC）、执行器（即电动调节阀） 、检测装置（即传感器） 、水泵、以及监控计 算机。跟硬件系统配套的软件包括 M

3、CGS组态软件和 PLC 的编程软件 STEP7-Micro/WIN。本课题主要任务就是完成 PLC程序的编写。根据所给课题的 任务要求连好被控对象、控制器、执行器、检测装置、计算机等硬件部分。通过 用控制器、监控计算机和实验对象的联机调试、执行、观察结果，达到预期应用 功能和控制目的，完成设计任务书。1、能够查阅工艺过程相关资料2、依据工艺要求分析、比较、设计方案（对其合理性、工作原理及工作过程做出说明）。3、被控对象以及仪器仪表的描述。4、控制方案的选择及其论述，控制系统方框图及其说明。5、建立被控对象的数学模型。6、画出控制系统连线示意图及并加以说明。7、PLC控制系统（主要指的是作为控

4、制器的 PLC部分）的设计包括 I/O 分 析、PLC选型、存储容量核算、外部电路及接线设计、梯形图与程序设计等。用 PLC的编程软件 STEP7-Micro/WIN 编写控制器应用程序，并调试。8、整个控制系统联合调试并记录测试曲线。9、设计体会。10、撰写规范化的课程设计报告一份。第 2 章过程控制系统课程设计选题2.1 课题一 基于 PLC的单容水箱水位控制系统设计2.1.1本课程设计的任务描述在了解、掌握和熟悉单容水箱水位控制系统的工艺流程和生产过程的静态和 动态特性的基础之上， 根据生产过程对控制系统所提出的安全性、 经济性和稳定 性要求，应用控制理论对控制系统进行分析和综合， 最后

5、采用计算机控制技术予 以实现。2.1.2本课程设计的要求1、从系统组成、工作原理上对工业用控制器、传感器以及执行机构有一深 刻的了解和认识。2、分析控制系统各个环节的动态特性， 从实验中获得各环节的特性曲线 （ PLC 应用程序编写完成，整个系统联调之后才能有测试曲线） ，建立被控对象的数学 模型。3、根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。本课题采用 PID 控制算法实现，在 PLC中应编写相应的程序来实现。4、了解和掌握自动控制系统设计与实现方法，并在所使用的过程控制系统 平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。5、分析调试结果，主要说明所使用控制算法中各参数的作用

6、，若所选控制 参数得到的测试结果与理想不同，请说明其原因。2.1.3本课程设计提示一、控制方案设计的提示 对于过程控制系统的工程设计与应用而言， 控制方案的设计是核心。 在自 动化仪表与过程控制系统 课程的学习中， 同学们学了简单控制系统和复杂控制 系统。在大多数情况下， 具有单回路的简单控制系统完全可以满足工艺生产的要 求，但是也有另外一些情况， 譬如调节对象的动态特性决定了它很难控制， 而工 艺对调节质量的要求又很高； 或者调节对象的动态特性虽然并不复杂， 但控制任 务却比较特殊， 则单回路控制系统就无能为力， 此时需要一种合适的复杂控制系 统来满足运行的需要。控制方案的选择要根据设计任务

7、和技术指标要求， 综合考虑安全性、稳定性、 经济性和技术实施的可行性进行反复比较得来的。 本部分的设计内容包括以下五 点：1、根据实际生产过程，选择合适的控制系统结构；2、根据生产工艺要求，合理选择系统性能指标；3、合理选择被控参数和控制参数；4、合理设计控制器的控制规律；5、过程参数的测量与变送、控制执行器的选择。二、建立对象的数学模型的提示过程的数学模型是设计过程控制系统， 确定控制方案， 分析质量指标、 整定 调节器参数等的重要依据。 建立过程数学模型的基本方法， 一般来说有机理分析 法和试验法两种。机理分析法虽然具有很大的普遍性， 但是，许多工业过程其内部机理较复杂， 所以对这些过程进

8、行建模， 单独采用其中一种方法， 想要比较精确的建立其模型， 是比较困难的。 所以，在实际应用时， 往往采用两种方法相结合来求得对象的数 学模型。通常对被控对象的组成部分进行机理分析， 分析对象是由哪些部分串联或并 联组成最终可以得出对象模型的结构， 然后根据试验建模法再求得模型结构中的 参数。试验法在实际的应用中的关键的一个环节是过程响应曲线的获得， 其中获得 的方法有阶跃响应曲线法和矩形脉冲响应曲线法两种。三、PLC 控制系统设计原则及步骤提示1、PLC控制系统设计的基本原则1）最大限度地满足工艺流程和控制要求。 工艺流程的特点及要求是开发 PLC 控制系统的主要依据。设计前，应深人现场进

9、行调查研究，收集资料，明确控制 任务。2）监控参数、精度要求的指标以满足实际需要为准，不宜过多、过高，力 求使控制系统简单、经济，使用及维修方便，并可降低系统的复杂性和开发成本。3）保证控制系统的运行安全、稳定、可靠。正确进行程序调试、充分考虑 环境条件。选用可靠性较高的 PLC、定期对 PLC进行维护和检查等都是很重要和 必不可少的。4）考虑到生产的发展和工艺的改进， 在选择 PLC容量时，应适当留有余量。2、PLC控制系统设计的基本步骤1）首先要分析控制任务，了解被控对象的工艺流程，画出工艺流程图。2）确定 PLC的输入、输出信号的类型、点数，正确选择输入、输出模块的 规格、型号；根据主电

10、路如电机、电磁阀的容量及操作要求，合理选择配电、保 护和控制电器。3）进行必要的计算，合理选择低压电器及 PLC的类型和容量等。4）编制 I/O 分配表及所用到的 PLC内部有关如时间继电器、计数器、中间 继电器等元件的地址编号表。5）画出梯形图或顺序控制流程图 （SFC 状态流程图 ） 、步进梯形图和外部接 线图等。6）按照梯形图用助记符语言编程或按顺序控制流程图用步进顺控指令方法 编制 PLC应用程序。编程可手动编程也可按制造厂提供的编程软件平台， 输入梯 形图在 PC机上自动编程。7）用手持式编程器或 PC机通过 RS-232 串形通信口，将编制好的程序写入 到 PLC的存储器中。先接上

11、专用 RS-232 通信电缆，一端连接 PLC，一端连接 PC 机。 9 芯插头，设置好异步串型通信参数（如传送位数、通信速率等 ），即可下载程序至 PLC。8）进行实验室模拟调试，输入可用按钮、开关或模拟信号等代替现场采集 到的信号， 输出负载用信号灯等代替， 其目的是验证用户程序的控制逻辑是否符 合工艺要求。9）进行 PLC主电路及外部配套电路设计，如 PLC和各类负载供电电源、外 部主电路及控制继电器连锁电路设计等，以及控制柜、外部接线等设计。10）现场运行调试。先不带载，只带接触器线圈与信号灯进行分段、分级调 试。正常后，再带实际负载运行，最后固化程序存在 PLC的 EPROM中。然后

12、考机 运行，时间约 72 小时。主要考核系统稳定性、抗干扰性等。3、PLC选型要点1）PLC 容量估算a、估算 I/O 点数（开关量与模拟量分别统计 ） 。在实际点数基础上再加上 15-20 的备用量，以备工艺改进和扩充需要。b、估算存储量。小型 PLC内存约 2KB，中型约 2KB-8kB，大型则 8KB以上。 内存容量经验估算方法如下：开关量输入：存储器字节数 =输入点数 10；开关 量输出： 8；定时器 /计数器：存储器字节数 =定时器 / 计数器数量输入点数 2；模拟量：存储器字节数 =模拟量通道数 100；通信接 口：存储器字节数 =通信接口数目 300。由于用户程序的编制与系统控制

13、的复杂 程度以及算法、程序结构等因素，使得 PLC 容量的估算很难精确，一般要加大 15-20 的余量。（2） PLC功能选择。各公司生产的 PLC功能配置不尽相同，应以“够用”为 原则去选择，一般工业顺序控制只需要具有逻辑运算、定时器 / 计数器等基本功能就可完成任务。如果是工业过程控制或数控机床、机器人等控制，则需要选 A/D、D/A转换模块、 PID 控制模块或运动控制定位模块。这些模块位数愈多，其 分辨率与精度愈高，价格也就愈高。至于扫描速度、指令功能、抗干扰功能等随 着计算机技术的发展， 对一般中小型工业控制都能满足要求， 根据需要进行选择， 一般 8 位就够用了。（3） 选择 I/

14、O 模块。 I/O 模块的价格占到 PLC总价的一半以上，不同的 I/O 模块的性能及电路均不同，必须根据需要合理选择。a、输入模块的选择。 输入模块分为数字量和模拟量两种， 数字量又分直流、 交流和脉冲三种；模拟量输入则分为电压和电流两种。PLC工作电压一般为 5V，以数字方式 （二进制 ） 工作。所以从外部输入的模拟 信号必须先转换成标准信号（ 010mA、420mA、0l0V），再通过 A/D 转换器 转换成数字信号输入 PLC。如果模拟量点数多，还要通过扫描采样开关电路，再 接入 A/D 转换器，以节约硬件资源、提高可靠性。b、输出模块选择。输出模块分为三种方式： 继电器输出 （R）

15、、晶体管输出 （T） 和双向晶闸管 （S） 输出。要根据驱动的最终负载特性进行选择。例如，一般电动 机或电磁阀启停、 开关控制， 控制频率不太高的可选择继电器输出模块； 若驱动 的是变频调速、 频繁正反转的伺服电机， 因其控制频率较高， 则需选择晶体管输 出模块。4、 PLC 控制系统的外电路及外部接线设计外电路设计，主要指输入、输出设备 （按钮、行程开关、限位开关、接触器、 电磁阀等 ）与 PLC的连接电路；各运行方式、 主电路及联锁电路设计 （自动、半自 动、手动、连读、单步、单周期等 ） ；电源电路 （ 主电路供电、传感器、各负载电 源等） ；控制柜内电路及配线；外部接线、接地等设计。这

16、些电路的设计原则一 般同机床电气设计原则。例如，强弱电分开、高低电压分开和交直流分开，各设 备要单独接地不可串接， 大电流接点和线圈要有吸收和灭弧电路， 以避免干扰波 发射等。2.1.4课程设计报告的要求1、提供完整的设计任务书。2、被控对象以及仪器仪表的描述。3、控制方案的选择及其论述，控制系统方框图及其说明。4、建立被控对象的数学模型。5、画出控制系统连线示意图及并加以说明。6、PLC控制系统（主要指的是作为控制器的 PLC部分）的设计包括 I/O 分 析、PLC选型、存储容量核算、外部电路及接线设计、梯形图与程序设计等。7、整个控制系统联合调试并记录测试曲线。8、设计体会。9、参考文献（

17、至少 3 篇）2.2 课题二 基于 PLC的双容水箱水位串级控制系统设计2.2.1本课程设计的任务描述2.2.2本课程设计的要求2.2.3本课程设计提示一、控制方案设计的提示对于过程控制系统的工程设计与应用而言， 控制方案的设计是核心。 或者调节对象的动态特性虽然并不复杂， 但控制任 务却比较特殊， 则单回路控制系统就无能为力， 此时需要一种合适的复杂控制系统来满足运行的需要1） PLC 容量估算2.2.4课程设计报告的要求注意： 1、以上两个题目同学们任选其一； 2、同学们分组时，务必写清楚自己组的成员，便于给成绩。古今名言敏而好学，不耻下问 孔子 业精于勤，荒于嬉；行成于思，毁于随 韩愈

18、兴于诗，立于礼，成于乐 孔子 己所不欲，勿施于人 孔子 读书破万卷，下笔如有神 杜甫 读书有三到，谓心到，眼到，口到 朱熹 立身以立学为先，立学以读书为本 欧阳修 读万卷书，行万里路 刘彝 黑发不知勤学早，白首方悔读书迟 颜真卿 书卷多情似故人，晨昏忧乐每相亲 于谦 书犹药也，善读之可以医愚 刘向 莫等闲，白了少年头，空悲切 岳飞 发奋识遍天下字，立志读尽人间书 苏轼 鸟欲高飞先振翅，人求上进先读书 李苦禅 立志宜思真品格，读书须尽苦功夫 阮元 非淡泊无以明志，非宁静无以致远 诸葛亮 熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟 孙洙唐诗三百首序 书到用时方恨少，事非经过不知难 陆游 问渠那得清如许，为有源头活水来 朱熹 旧书不厌百回读，熟读精思子自知 苏轼 书痴者文必工，艺痴者技必良 蒲松龄声明 访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏， 以及其他非商业性或非盈利性用途，但同时应遵守著作权法 及其他相关法律的规定，不得侵犯本文档及相关权利人的合 法权利。谢谢合作！