基于mcgs的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) 開題報告

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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)開題報告畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告題目：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：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師：2014年04月23日畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告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)常會涉及到水箱液位控制的問題，例如鍋爐，食品加工，居民生活用水，污水處理等，在這個過程中僅僅靠人工來調(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題。從而現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動化控制。在自動化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個很重要的控制參數(shù)就

2、是液位。一個系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(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題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動化控制已經(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。多容水箱液位控制系統(tǒng)是集計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動化儀表技術(shù)、通信技術(shù)、自動控制技術(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)平臺可以實(shí)施和開發(fā)各種相異的控制方案。國內(nèi)外許多學(xué)者和工程技術(shù)人員基于該

3、類裝置做出了重要的研究報告，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)對水箱液位（下水箱的液位H）的恒定控制。當(dāng)通過一旁通管道往上水箱注水或下水箱注水時，即給系統(tǒng)加入了干擾1或干擾2。此時，下水箱的水位就會增加，從而偏離給定值（設(shè)定為15cm)。液位檢測變送器將信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘枺?-20mA）送入PLC中?？刂破鱌LC通過內(nèi)部A/D模塊將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,再經(jīng)過內(nèi)部PID運(yùn)算,輸出模擬控制信號給電動執(zhí)行器。電動執(zhí)行器在PLC的輸出信號控制下，改變

4、閥門的開度，從而調(diào)節(jié)流進(jìn)上水箱的水流量，實(shí)現(xiàn)對水位的恒定調(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)開題報告設(shè)定值輸出圖2雙容水箱液位控制的方塊原理圖2畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告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)是指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個PID調(diào)節(jié)來保持參數(shù)的衡定，而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機(jī)構(gòu)。1.4.2串級控制系統(tǒng)串級控制系統(tǒng)方框圖，如圖3所示。該控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上形成了兩個閉環(huán)。一個閉環(huán)在里面，被稱為副回路；一個閉環(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

5、個調(diào)節(jié)器串接在一起控制一個調(diào)節(jié)閥的系統(tǒng)就叫做串級控制系統(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)器的輸出信號則是送到調(diào)節(jié)閥去控制生產(chǎn)過程。串級控制系統(tǒng)只比簡單控制系統(tǒng)增加了一個測量變送元件和一個調(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，能夠改善對象的動態(tài)特性，提高系統(tǒng)的工作頻率，對負(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)被控對象的結(jié)構(gòu)

6、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3畢業(yè)設(shè)計(jì)開題報告理論的其它技術(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[3]。(1)增量型PID算法增量型PID算法中調(diào)節(jié)器輸出的是一個變化量，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)對應(yīng)于兩次采樣時間間

7、隔內(nèi)控制閥開度的變化量，可通過步進(jìn)電動機(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，可以從手動時的u(k-1)出發(fā)，直接計(jì)算出投入自動運(yùn)行時控制器應(yīng)有的輸出變化量△u(k)，從而方便了手動自動切換。另外，由于這種算法對偏差不加以累積，從而不會引起積分飽和現(xiàn)象。因此，在實(shí)際中較多使用該算法。(2)位置型PID算法在過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

8、)]式中，KI為積分系數(shù)，KI?時間(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)過數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換后的模擬信號與閥門的位置一一對應(yīng)，故有位置式之稱；每次需計(jì)算閥的絕對位置；控制器輸出需與數(shù)字式控制閥連接，否則