雙容水箱串級(jí)液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)_開題報(bào)告

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1、自動(dòng)化工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報(bào)告系部:07自動(dòng)化系專業(yè):自動(dòng)化姓名:JLM學(xué)號(hào):200740600162指導(dǎo)教師:DJH2011年3月19日一選題依據(jù)人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問(wèn)題,例如飲料、食品加工,居民生活用水的供應(yīng),溶液過(guò)濾,污水處理,化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過(guò)程,通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度,太滿容易溢出造成浪費(fèi),過(guò)少則無(wú)法滿足需求。因此,需要設(shè)計(jì)合適的控制器自動(dòng)調(diào)整蓄液池的進(jìn)出流量,使得蓄液池內(nèi)液位保持正常水平,以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些不同背景的實(shí)際問(wèn)題

2、都可以簡(jiǎn)化為某種水箱的液位控制問(wèn)題。因此液位是工業(yè)控制過(guò)程中一個(gè)重要的參數(shù)。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下,采用適合的方法對(duì)液位進(jìn)行檢測(cè)、控制,能收到很好的生產(chǎn)效果。水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)用非常長(zhǎng)廣泛,可以把一個(gè)復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)簡(jiǎn)化成一個(gè)水箱液位控制系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。所以就選擇了該題目的設(shè)計(jì)。由于液位檢測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域的不同,性能指標(biāo)和技術(shù)要求也有差異,但適用有效的測(cè)量成為共同的發(fā)展趨勢(shì),隨著電子技術(shù)及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,液位檢測(cè)的自動(dòng)控制成為其今后的發(fā)展趨勢(shì),控制過(guò)程的自動(dòng)化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面,操作人員在監(jiān)控計(jì)算機(jī)上能根

3、據(jù)控制效果及時(shí)修運(yùn)行參數(shù),這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤,提高生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)性、安全性。隨著計(jì)算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價(jià)格的下降,液位檢測(cè)的PID控制必將得到更加廣泛的應(yīng)用。二PID控制的發(fā)展歷史與前景在工程實(shí)際中,應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制,簡(jiǎn)稱PID控制,又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近70年歷史,它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握,或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí),控制理論的其它技術(shù)難以采用時(shí),

4、系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定,這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí),最適合用PID控制技術(shù)。PID控制,實(shí)際中也有PI和PD控制。PID控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差,利用比例、積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。盡管現(xiàn)代控制理論有了相當(dāng)完善的發(fā)展,但在實(shí)際的工業(yè)應(yīng)用中,PID控制仍然是最常用的經(jīng)典控制方法,有資料表明工業(yè)過(guò)程控制中95%以上仍然是PID控制,究其原因,這主要得益于它在某種程度上不依賴于被控對(duì)象的精確數(shù)學(xué)模型的特

5、點(diǎn)。PID控制及其控制器或智能PID控制器(儀表)在當(dāng)今控制理論中首屈一指,產(chǎn)品已在工程實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用,有各種各樣的PID控制器產(chǎn)品,各大公司均開發(fā)了具有PID參數(shù)自整定功能的智能調(diào)節(jié)器(intelligentregulator),其中PID控制器參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整是通過(guò)智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來(lái)實(shí)現(xiàn)。有利用PID控制實(shí)現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器,能實(shí)現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC),還有可實(shí)現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。三設(shè)計(jì)所需硬、軟件AE2000B型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置,上位機(jī)軟件組態(tài)王,工

6、控用計(jì)算機(jī),RS232/485轉(zhuǎn)換器一只,串口線一根。四設(shè)計(jì)的主要原理和內(nèi)容串級(jí)PID控制的應(yīng)用原理:串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個(gè)雙回路系統(tǒng),實(shí)質(zhì)上是把兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接起來(lái),通過(guò)它們的協(xié)調(diào)工作,使一個(gè)被調(diào)量準(zhǔn)確保持為給定值。串級(jí)調(diào)節(jié)主要是用來(lái)克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動(dòng)。這些擾動(dòng)能在中間變量反應(yīng)出來(lái),很快就被副調(diào)節(jié)器抵消了。與單回路系統(tǒng)相比,干擾對(duì)被調(diào)量的影響可以減小許多倍。對(duì)于中間變量并無(wú)特殊要求,它的選擇應(yīng)該是,既能迅速反應(yīng)擾動(dòng)作用,又能使副環(huán)包括更多的、特別是幅度大而頻繁的擾動(dòng)。PID控制的控制規(guī)律和傳遞函數(shù)比例積分微分控制規(guī)律

7、(PID):比例積分微分控制器(PID)的結(jié)構(gòu)圖:設(shè)計(jì)內(nèi)容:雙容水箱液位控制系統(tǒng)的控制對(duì)象圖如上圖,二階雙容水箱液位串級(jí)控制是通過(guò)控制上水箱進(jìn)水量來(lái)控制下水箱的液位。所以把上水箱的液位作為中間值,下水箱液位控制作為最終的控制對(duì)象。智能調(diào)節(jié)器的串級(jí)控制通過(guò)兩個(gè)PID控制回路來(lái)實(shí)現(xiàn)。把主回路的輸出作為副回路外給定的設(shè)定值即可。二階雙容水箱液位串級(jí)控制方框圖具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程水位測(cè)量器測(cè)量到下水箱液位信號(hào)并經(jīng)變送器變送,該液位信號(hào)經(jīng)智能調(diào)節(jié)器與主回路的設(shè)定值進(jìn)行PID運(yùn)算,主回路進(jìn)行運(yùn)算后的輸出作為副回路外給定的設(shè)定值,并將其

8、與上水箱的水位測(cè)量、變送器,測(cè)量到的上水箱液位信號(hào)再次進(jìn)行運(yùn)算,獲得4mA--20mA的電流控制輸出信號(hào),電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接受到該信號(hào)后相應(yīng)的改變閥門開度,從而調(diào)節(jié)上水箱的流入量最終達(dá)到控制下水箱液位的目的。REX--D900F過(guò)程控制器與上位機(jī)之間通過(guò)RS485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)串口通信,通過(guò)組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)過(guò)程監(jiān)控。五參考資料及文獻(xiàn)《自動(dòng)控制原理》第五版胡壽松《過(guò)程控制

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