雙容水箱串級液位控制系統(tǒng)設(shè)計 開題報告
在人們素養(yǎng)不斷提高的今天，報告十分的重要，報告中提到的所有信息應(yīng)該是準(zhǔn)確無誤的。那么一般報告是怎么寫的呢？下面是小編為大家整理的雙容水箱串級液位控制系統(tǒng)設(shè)計 開題報告，歡迎閱讀與收藏。
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題，
例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應(yīng)，溶液過濾，污水處理，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程，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)，過少則無法滿足需求。因此，需要設(shè)計合適的控制器自動調(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)際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。因此液位是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)。特別是在動態(tài)的'狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、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)計應(yīng)用非常長廣泛，可以把一個復(fù)雜的液位控制系統(tǒng)簡化成一個水箱液位控制系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。所以就選擇了該題目的設(shè)計。由于液位檢測應(yīng)用領(lǐng)域的不同，性能指標(biāo)和技術(shù)要求也有差異，但適用有效的測量成為共同的發(fā)展趨勢，隨著電子技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，液位檢測的自動控制成為其今后的發(fā)展趨勢，控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機(jī)界面，操作人員在監(jiān)控計算機(jī)上能根據(jù)控制效果及時修運(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)過程的實(shí)時性、安全性。隨著計算機(jī)控制技術(shù)應(yīng)用的普及、可靠性的提高及價格的下降，液位檢測的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，簡稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問世至今已有近70年歷史，它以其結(jié)構(gòu)簡單、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，控制理論的其它技術(shù)難以采用時，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)場調(diào)試來確定，這時應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個系統(tǒng)和被控對象﹐或不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時，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象的精確數(shù)學(xué)模型的特點(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(intelligent regulator)，其中PID控制器參數(shù)的自動調(diào)整是通過智能化調(diào)整或自校正、自適應(yīng)算法來實(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)計所需硬、軟件
AE20xxB型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，上位機(jī)軟件組態(tài)王，工控用計
算機(jī)，RS232/485轉(zhuǎn)換器一只，串口線一根。
四、設(shè)計的主要原理和內(nèi)容
串級PID控制的應(yīng)用原理：
串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)是一個雙回路系統(tǒng)，實(shí)質(zhì)上是把兩個調(diào)節(jié)器串接起來，通過它們的協(xié)調(diào)工作，使一個被調(diào)量準(zhǔn)確保持為給定值。串級調(diào)節(jié)主要是用來克服落在副環(huán)內(nèi)的擾動。這些擾動能在中間變量反應(yīng)出來，很快就被副調(diào)節(jié)器抵消了。與單回路系統(tǒng)相比，干擾對被調(diào)量的影響可以減小許多倍。對于中間變量并無特殊要求，它的選擇應(yīng)該是，既能迅速反應(yīng)擾動作用，又能使副環(huán)包括更多的、特別是幅度大而頻繁的擾動。
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(PID)：
比例積分微分控制器（PID）的結(jié)構(gòu)圖:
設(shè)計內(nèi)容：雙容水箱液位控制系統(tǒng)的控制對象圖
如上圖，二階雙容水箱液位串級控制是通過控制上水箱進(jìn)水量來控制下水箱的液位。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象。智能調(diào)節(jié)器的串級控制通過兩個PID控制回路來實(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控制方框圖
具體實(shí)現(xiàn)過程
水位測量器測量到下水箱液位信號并經(jīng)變送器變送，該液位信號經(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，并將其與上水箱的水位測量、變送器,測量到的上水箱液位信號再次進(jìn)行運(yùn)算，獲得4mA--20mA的電流控制輸出信號，電動調(diào)節(jié)閥接受到該信號后相應(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過程控制器與上位機(jī)之間通過RS485轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)串口通信，通過組態(tài)王軟件實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控。
五、參考資料及文獻(xiàn)
《自動控制原理》第五版胡壽松
《過程控制系統(tǒng)與儀表》王再英劉淮霞
《過程控制系統(tǒng)與儀表實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書》吳賀榮
《傳感器及其應(yīng)用》郁有文常建
《組態(tài)軟件Wincc及其應(yīng)用》劉華波何文雪等
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