自动化设计系统：过程控制.docVIP

前 言 过程控制是现代工业自动化的一个重要领域，它在石油、化工、冶金、电力、轻工、建材、国防等连续型的工业生产中，在实现生产过程、提高生产质量与劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境、优化各种技术经济指标等方面起着重要的作用。随着现代科学技术的迅速发展，过程控制在生产过程自动化中得到了越来越广泛的应用，自动化水平已成为衡量各行业现代化水平的一个重要标志。 过程控制一般是对生产过程中的有关参数进行控制，主要对系统的温度、压力、流量、液位、成分和物性六大类参数进行控制，使其保持为一定值或按一定规律变化从而使生产自动的进行下去。过程控制对工业生产的巨大作用使得它得以迅速的发展，由最初的仪表自动化到后来的计算机控制再迅速发展到综合自动化阶段。现在，控制方案已经是多种多样的方式存在着，尤其是集散控制系统（DCS）、现场总线控制系统（FCS）等得到了广泛的应用。 在实际生产过程中，过程控制系统的建立都是通过大量的理论研究、实验以及实际生产经验而起来的。如果能够在实验前就得出实验可能得出的结果，这对实验过程的建立以及实验完成的质量的提高会有着很大的导向作用。虚拟实验系统的出现很好的解决了这一问题。虚拟实验系统指的是通过对实际系统的仿真，在计算机上实现控制过程。本文以一阶单回路液位控制系统为研究对象，建立起一个以水箱水位为被控对象的虚拟实验系统。首先对系统进行建模，然后通过对控制元件特性的研究以函数形式代替，进而运用软件（本文采用组态软件KingView及MATLAB）实现仿真，通过对仿真结果的分析与讨论，可以看出实验过程的控制效果，对其不足之处进行强化，改进，直到能够得到较好的控制效果。然后将仿真实验中所用的控制规律、控制参数应用于实际的过程控制实验或者生产过程中，这样就大大的节省了实验及实际生产的开支，并且能够很容易就达到比较理想的控制效果。 由于本文对水位控制系统进行虚拟设计，系统采用的是以函数形式表达控制元件的特性来达到控制元件的效果，运用组态软件KingView实现对该虚拟实验系统的设计，实时控制，用Matlab实施数据的输入、输出，并运用DDE通讯技术实现两个软件的对接，从而达到整个系统的虚拟仿真效果。以单容水箱为控制对象，构建的一阶对象模型，而且不考虑干扰信号，即多方面采用理想状态分析，因此，并不适合于实际工业生产过程，但设计旨在了解、认识、掌握过程控制的基本性能，能够正确理解过程控制的真正用途、方法以及PID控制算法，从这个方面看，设计基本能够达到目的。 目 录 项目概况 1 1 绪论 1 1.1 课题的任务与背景 1 1.2 过程控制系统概述 2 1.3 过程控制系统的特点 2 1.4 过程控制系统的发展 3 1.5 本课题研究出发点及内容安排 4 2 水位控制系统的设计 4 2.1 单容水位控制系统 5 2.2 系统模型的建立 5 2.3 对象数学模型的求取 6 3 控制元件的虚拟化及控制算法 8 3.1 控制元件的虚拟化 8 3.2 控制器的选择 10 3.3 控制算法的选择 11 4 虚拟实验系统的软件实现方法 11 4.1 软件的介绍 11 4.2 通讯软件的设计 13 4.3 控制算法的软件实现 13 5 虚拟仿真及结果分析 13 5.1 一阶对象特性实验 13 5.2水位过程控制的虚拟实验仿真结果 15 致　 谢 17 参考文献 18 附录 19 附录一 接收数据S函数 19 附录二 接收数据S函数 20 项目概况 现代工业生产过程中，过程控制系统占据着重要的地位，控制系统的好坏往往决定着其产品质量的好坏。如果能在控制系统建立前就得知控制结果，这将大大提高控制系统的效果并减少大量的开支。 过程控制虚拟系统的出现很好的解决了这一问题。本课题对储水罐水位进行研究，建立一个以水位为被控对象的过程控制虚拟实验系统，该系统以单容水箱为研究对象，以水箱水位为被控量，建立以液位为被控对象的数学模型，控制规律采用传统的位置式PID控制算法。相对于实际控制系统实验，本课题通过数学建模的方法模拟出控制系统各元件特性，并运用软件实现仿真，最终达到控制水位的目的。对虚拟实验系统得出的控制规律的分析、总结，并对其改正、完善以达到更佳控制效果。这对于工业生产中过程控制系统的建立起着很好的指导作用，即从一开始就建立起比较完整的系统。 本文首先简要的介绍过程控制系统的基本情况，然后建立一个水位控制系统并对其进行系统建模，再运用软件对整个系统虚拟化，最后实现虚拟实验系统的仿真并对仿真结果进行分析。 本课题中过程控制的虚拟系统设计不仅仅使用于水位控制系统，对于任何一个过程控制系统，都可以运用虚拟系统来达到仿真的效果。这样就大大的提升实际生产过程中控制系统的效果，而且能够节省大量因为事没有设计好而直接建设系统的花费。在过程控制的教学研究过程中，