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，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)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性。隨著計算機控制技術(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行控制的。
盡管現(xiàn)代控制理論有了相當完善的發(fā)展，但在實際的工業(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)學模型的特點。
PID控制及其控制器或智能PID控制器（儀表）在當今控制理論中首屈一指，產(chǎn)品已在工程實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)算法來實現(xiàn)。有利用PID控制實現(xiàn)的壓力、溫度、流量、液位控制器，能實現(xiàn)PID控制功能的可編程控制器(PLC)，還有可實現(xiàn)PID控制的PC系統(tǒng)等等。
三、設(shè)計所需硬、軟件
AE20xxB型過程控制實驗裝置，上位機軟件組態(tài)王，工控用計
算機，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)定值進行PID運算，主回路進行運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行運算，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到控制下水箱液位的目的。REX--D900F過程控制器與上位機之間通過RS485轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)串口通信，通過組態(tài)王軟件實現(xiàn)過程監(jiān)控。
五、參考資料及文獻
《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)與儀表實驗指導書》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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