基于mcgs的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開(kāi)題報(bào)告

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1、基于MCGS的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目：基于MCGS的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：專業(yè)：測(cè)控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師：2014年04月23日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告1．文獻(xiàn)綜述1.1液位控制系統(tǒng)的研究與應(yīng)用背景及現(xiàn)狀人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常會(huì)涉及到水箱液位控制的問(wèn)題，例如鍋爐，食品加工，居民生活用水，污水處理等，在這個(gè)過(guò)程中僅僅靠人工來(lái)調(diào)節(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問(wèn)題。從而現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。在自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，一個(gè)很重要的控制參數(shù)就是液位。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工

2、業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問(wèn)題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來(lái)越高，一般的自動(dòng)化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以就又引入了可編程邏輯控制既PLC。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時(shí)。多容水箱液位控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化儀表技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)裝置。它的特點(diǎn)包括：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、觀察直觀、組態(tài)靈活等?；谝陨系奶攸c(diǎn)在該系統(tǒng)平臺(tái)可以實(shí)施和開(kāi)發(fā)各種相異的控制方案。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員基于該類裝置做出了重要的研究報(bào)告，驗(yàn)證了重要的理論成果和指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐[7]。1.3雙容水箱液位控制

3、系統(tǒng)的工作原理控制系統(tǒng)如圖１所示，采用單回路控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水箱液位（下水箱的液位H）的恒定控制。當(dāng)通過(guò)一旁通管道往上水箱注水或下水箱注水時(shí)，即給系統(tǒng)加入了干擾1或干擾2。此時(shí)，下水箱的水位就會(huì)增加，從而偏離給定值（設(shè)定為15cm)。液位檢測(cè)變送器將信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（4-20mA）送入PLC中?？刂破鱌LC通過(guò)內(nèi)部A/D模塊將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),再經(jīng)過(guò)內(nèi)部PID運(yùn)算,輸出模擬控制信號(hào)給電動(dòng)執(zhí)行器。電動(dòng)執(zhí)行器在PLC的輸出信號(hào)控制下，改變閥門的開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)流進(jìn)上水箱的水流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)水位的恒定調(diào)節(jié)，雙容水箱液位控制的方塊原理圖如圖2所示[1]。1畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告設(shè)定值輸出圖

4、2雙容水箱液位控制的方塊原理圖2畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告1.4常用的控制方案1.4.1單回路控制系統(tǒng)單回路系統(tǒng)是指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)PID調(diào)節(jié)來(lái)保持參數(shù)的衡定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.4.2串級(jí)控制系統(tǒng)串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖，如圖3所示。該控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上形成了兩個(gè)閉環(huán)。一個(gè)閉環(huán)在里面，被稱為副回路；一個(gè)閉環(huán)在外面，被稱為主回路，以最終保證被調(diào)量滿足工藝要求。這種由兩個(gè)調(diào)節(jié)器串接在一起控制一個(gè)調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)就叫做串級(jí)控制系統(tǒng)。主調(diào)節(jié)器具有自己獨(dú)立的設(shè)定值，它的輸出作為副調(diào)節(jié)器的設(shè)定值，而副調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)則是送到調(diào)節(jié)閥去控制生產(chǎn)過(guò)程。串級(jí)控制系統(tǒng)只比

5、簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)增加了一個(gè)測(cè)量變送元件和一個(gè)調(diào)節(jié)器，但是控制效果卻有顯著的提高，具有較好的控制性能，能夠改善對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率，對(duì)負(fù)荷或操作條件的變化也有一定的自適應(yīng)能力[2]。如圖3串級(jí)控制系統(tǒng)方框圖1.5常用控制算法1.4.1PID控制PID控制規(guī)律以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便成為工業(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3畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告理論的其它技術(shù)難以采用時(shí)，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[3]。(1)增量型PID算法增量型PID算法中調(diào)節(jié)器

6、輸出的是一個(gè)變化量，是當(dāng)前計(jì)算值和上一次計(jì)算值得差，當(dāng)控制回路穩(wěn)定即偏差為零時(shí)控制器的輸出也為零，它一般被用于控制步進(jìn)電機(jī)。其具體表達(dá)式如下：?u(k)?u(k)?u(k?1)?Kp[e(k)?e(k?1)]?Kie(k)?Kd[e(k)?2e(k?1)?e(k?2)]式中，△u(k)對(duì)應(yīng)于兩次采樣時(shí)間間隔內(nèi)控制閥開(kāi)度的變化量，可通過(guò)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)等累積機(jī)構(gòu)，將其轉(zhuǎn)換成模擬量。采用增量式PID控制算法時(shí)，可以從手動(dòng)時(shí)的u(k-1)出發(fā)，直接計(jì)算出投入自動(dòng)運(yùn)行時(shí)控制器應(yīng)有的輸出變化量△u(k)，從而方便了手動(dòng)自動(dòng)切換。另外，由于這種算法對(duì)偏差不加以累積，從而不會(huì)引起積分飽和現(xiàn)象。因

7、此，在實(shí)際中較多使用該算法。(2)位置型PID算法在過(guò)程控制中通常選用位置型PID算法，其具體算法如下；Ku(k)?Kce(k)?cTiki?0?e(i)?t?KcTdi?0ke(k)?e(k?1)?t?Kce(k)?KI?e(i)?KD[e(k)?e(k?1)]式中，KI為積分系數(shù)，KI?時(shí)間(也常用Ts表示)。注意到，u(k)不是控制器的輸出的變化量，而是其實(shí)際的輸出，經(jīng)過(guò)數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)與閥門的位置一一對(duì)應(yīng)，故有位置式之稱；每次需計(jì)算閥的絕對(duì)位置；控制器輸出需與數(shù)字式控制閥連接，否則