基于mcgs的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設計 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)設計開題報告畢業(yè)設計開題報告題目：基于MCGS的雙容水箱液位監(jiān)控系統(tǒng)設計學生姓名：學號：專業(yè)：測控技術與儀器指導教師：2014年04月23日畢業(yè)設計開題報告1．文獻綜述1.1液位控制系統(tǒng)的研究與應用背景及現(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節(jié)是遠遠不夠的。為了解決人工控制的控制準度低、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)就是液位。一個系統(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)是集計算機技術、自動化儀表技術、通信技術、自動控制技術為一體的多功能實驗裝置。它的特點包括：結構簡單、觀察直觀、組態(tài)靈活等?；谝陨系奶攸c在該系統(tǒng)平臺可以實施和開發(fā)各種相異的控制方案。國內外許多學者和工程技術人員基于該類裝置做出了重要的研究報告，驗證了重要的理論成果和指導生產(chǎn)實踐[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)，實現(xiàn)對水箱液位（下水箱的液位H）的恒定控制。當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（設定為15cm)。液位檢測變送器將信號轉變?yōu)殡娦盘枺?-20mA）送入PLC中?？刂破鱌LC通過內部A/D模塊將模擬信號轉換為數(shù)字信號,再經(jīng)過內部PID運算,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，改變閥門的開度，從而調節(jié)流進上水箱的水流量，實現(xiàn)對水位的恒定調節(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)設計開題報告設定值輸出圖

4、2雙容水箱液位控制的方塊原理圖2畢業(yè)設計開題報告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)是指在一個調節(jié)對象上用一個PID調節(jié)來保持參數(shù)的衡定，而調節(jié)器只接受一個測量信號，其輸出也只控制一個執(zhí)行機構。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)在結構上形成了兩個閉環(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，以最終保證被調量滿足工藝要求。這種由兩個調節(jié)器串接在一起控制一個調節(jié)閥的系統(tǒng)就叫做串級控制系統(tǒng)。主調節(jié)器具有自己獨立的設定值，它的輸出作為副調節(jié)器的設定值，而副調節(jié)器的輸出信號則是送到調節(jié)閥去控制生產(chǎn)過程。串級控制系統(tǒng)只比

5、簡單控制系統(tǒng)增加了一個測量變送元件和一個調節(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，對負荷或操作條件的變化也有一定的自適應能力[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)律以其結構簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調整方便成為工業(yè)控制的主要技術之一。當被控對象的結構和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學模型時，控制3畢業(yè)設計開題報告理論的其它技術難以采用時，系統(tǒng)控制器的結構和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗和現(xiàn)場調試來確定，這時應用PID控制技術最為方便[3]。(1)增量型PID算法增量型PID算法中調節(jié)器

6、輸出的是一個變化量，是當前計算值和上一次計算值得差，當控制回路穩(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電機。其具體表達式如下：?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)對應于兩次采樣時間間隔內控制閥開度的變化量，可通過步進電動機等累積機構，將其轉換成模擬量。采用增量式PID控制算法時，可以從手動時的u(k-1)出發(fā)，直接計算出投入自動運行時控制器應有的輸出變化量△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

7、此，在實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)]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，而是其實際的輸出，經(jīng)過數(shù)模(D/A)轉換后的模擬信號與閥門的位置一一對應，故有位置式之稱；每次需計算閥的絕對位置；控制器輸出需與數(shù)字式控制閥連接，否則