双容水箱液位控制系统设计.doc

温州职业技术学院 毕业综合实践 课题名称： 双容水箱液位控制系统设计 作 者： 章丽 学 号： 系 别： 电气电子工程系 专 业： 电气自动化 指导老师： 吴雄杰 专业技术职务 2015 年 3 月 浙江温州 课 题 摘 要 在工业生产中，液位控制通常具有滞后性、大惯性和时变性等特点，所以实现液位控制的快速性和稳定性，对于提高产品质量和生产效率有很重要的现实意义。 本课题针对液位控制系统的特点及实现快速、稳定的液位控制在现实工业生产中的意义，设计了一个双容水箱液位控制系统。其中运用到传感器、采集卡检测液位，并采用了PLC的AD/DA转换模块将数字量转换成模拟量输出。 本系统PID参数在整定的设置和范围，使最终系统无稳态误差，无超量调节，各项指标均满足设计要求。本系统实现简单，硬件要求不高，且能对液位进行实时显示，具有控制过程的特殊性，本设计提出了一种基于PID算法来实现双容水箱液位控制系统，主要是为了达到生产过程中对液位控制速度快，稳定性高等特点。 关键词 PID控制 传感器 AD/DA转换 目 次 1 绪 论 - 5 - 1.1 课题的提出 - 5 - 1.2 国内外研究现状 - 6 - 1.2.1 国外研究现状 - 6 - 1.2.2 国内研究现状 - 7 - 1.3 过程控制的发展过程 - 8 - 1.3.1 过程控制的发展 - 8 - 1.3.2 过程控制策略与算法的进展? - 9 - 1.3.3 传统过程控制存在的问题 - 10 - 1.4 PID控制的发展现状及意义 - 10 - 2 水箱的数学建模 - 11 - 2.1 数学模型的介绍 - 11 - 2.2 数学模型的建立 - 11 - 2.2.1 机理法 - 12 - 2.2.2 实验法 - 13 - 2.3 本文中水箱液位数学模型的建立 - 13 - 2.3.1 系统介绍 - 14 - 2.3.2 建立步骤 - 14 - 2.3.3 实验数据 - 15 - 3 硬件设计 - 16 - 3.1 变频器 - 16 - 3.1.1 主回路 - 17 - 3.1.2 控制回路 - 18 - 3.1.3 变频器的选择 - 20 - 3.1.4 变频器的作用 - 20 - 3.2 压力传感器 - 21 - 3.2.1 工作原理 - 21 - 3.3 电动调节阀 - 21 - 3.3.1 工作原理 - 21 - 4 PID控制 - 21 - 4.1 比例（P）控制及调节过程 - 22 - 4.2 积分（I）控制及调节过程 - 22 - 4.3 微分（D）控制及调节过程 - 23 - 5 MCGS组态软件 - 23 - 5.1 MCGS简介 - 23 - 5.2 MCGS的构成 - 24 - 5.2.1 MCGS组态软件的系统构成 - 24 - 5.2.2 MCGS组态软件界面简介 - 25 - 5.3 MCGS组态软件的功能和特点 - 25 - 5.4 MCGS组态软件的工作方式 - 26 - 5.5 画面的制作和编辑 - 27 - 5.5.1 主页面 - 27 - 5.5.2 模拟水流动 - 27 - 5.5.3 各个控件的制作 - 29 - 5.5.4 水箱中液位变化的动画效果制作 - 29 - 结论 - 30 - 致谢 - 31 - 参考文献 - 31 - 1 绪 论 1.1 课题的提出 随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时线性、时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义。每一个先进、实用的控制算法的出现都对工业生产具有巨大的推动作用。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，甚至相差几十年。在我国，越是高深的、先进的控制理论，其研究越是局限于少数科研院所的狭小范围内，也越是远离了国民生产这个应用基地。最近几年，国内一些控制领域已接近甚或超越了国际水平，然而，就先进理论应用于工业生产等领域的状况来讲，与发达国家相比却存在较大差距。其原因固然是多方面的。 但是， 一个很明显的原因就是在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，理论的算法一旦应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用前景。在目前尚不具有在实验室中复现真实工业过程条件的今天， 开发