双容水箱串级液位控制系统设计开题报告

1、自动化工程学院毕业设计开题报告系 部：07自动化系专 业：自动化姓 名：JLM学 号：200740600162指导教师:DJH2011年 3月19日选题依据人们生活以及工业生产经常涉及到液位和流量的控制问题， 例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处 理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费， 过少则无法满足需求。因此，需要设计合适的控制器白动调整蓄 液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品 的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种 水箱的液位控制问题。因此液位是工业控制过程中

2、一个重要的参 数。特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、 控制，能收到很好的生产效果。水箱液位控制系统的设计应用非 常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位 控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计。由于液位检测应 用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测 量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液 位检测的白动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的白动化处 理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根 据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失 误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用 的普及

3、、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的 PID控制必将 得到更加广泛的应用。二 PID 控制的发展历史与前景在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世 至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、 调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和 参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其 它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现 场调试来确定，这时应用 PID控制技术最为方便。即当我们不完 全了解一个系统和被控对象，或不能通过有效的测量手段来获得 系统参数时，最适合用P

4、ID控制技术。PID控制，实际中也有PI 和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、 微分计算出控制量进行控制的。尽管现代控制理论有了相当完善的发展，但在实际的工业应用中， PID控制仍然是最常用的经典控制方法，有资料表明工业过程控 制中95如上仍然是PID控制，究其原因，这主要得益于它在某 种程度上不依赖于被控对象的精确数学模型的特点。PID控制及其控制器或智能PID控制器(仪表)在当今控 制理论中首屈一指，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有 各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有 PID参数白 整定功能的智能调节器(intelligent regulator

5、) ，其中PID控 制器参数的白动调整是通过智能化调整或白校正、白适应算法来 实现。有利用PID控制实现的压力、温度、流量、液位控制器,能实现PID控制功能的可编程控制器(PLC)，还有可实现PID控制 的PC系统等等。三设计所需硬、软件AE2000网过程控制实验装置，上位机软件组态王，工控用计 算机，RS232/485转换器一只，串口线一根。四 设计的主要原理和内容串级PID控制的应用原理：串级调节系统是一个双回路系统，实质上是把两个调节器串接起 来，通过它们的协调工作，使一个被调量准确保持为给定值。串级调 节主要是用来克服落在副环内的扰动。 这些扰动能在中间变量反应出 来，很快就被副调节器

6、抵消了。与单回路系统相比，干扰对被调量的 影响可以减小许多倍。对于中间变量并无特殊要求，它的选择应该是, 既能迅速反应扰动作用，又能使副环包括更多的、特别是幅度大而频 繁的扰动。PID控制的控制规律和传递函数比例积分微分控制规律（PID）:其传递关系为：其传递函数可写为:Gc(s) = Kp(l + + Tds) Tis比例积分微分控制器（PID）的结构图设计内容:双容水箱液位控制系统的控制对象图如上图，二阶双容水箱液位串级控制是通过控制上水箱进水量来控制下水箱的液位。所以把上水箱的液位作为中间值，下水箱液位 控制作为最终的控制对象。智能调节器的串级控制通过两个 PID控制 回路来实现。把主回路的输出作为副回路外给定的设定值即可。二阶双容水箱液位串级控制方框图具体实现过程水位测量器测量到下水箱液位信号并经变送器变送，该液位信号 经智能调节器与主回路的设定值进行 PID运算，主回路进行运算后的 输出作为副回路外给定的设定值，并将其与上水箱的水位测量、变送 器，测量到的上水箱液位信号再次进行运算，获得 4mA-20mA勺电流控 制输出信号，电动调节阀接受到该信号后相应的改变阀门开度，从而调节上水箱的流入量最终达到控制下水箱液位的目的。REX-D900F过程控制器与上位机之间通过 RS485专换器实现串口通信