基于组态软件的液位单回路控制系统研究

基于组态软件的液位单回路控制系统研究
基于组态软件的液位单回路控制系统研究

基于组态软件的液位单回路控制系统研究

摘要: 通过组态软件,结合实验设备,按照定值系统的控制要求,依据较快较稳的性能要求,采用单闭环控制结构和PID控制规律,可以设计一个包含组态画面、并且应用组态控制程序的液位单回路模拟过程控制系统。该文就是以工控组态软件MCGS为载体,为用户构建工业自动控制、系统监控功能的平台。应用组态软件来检测、控制液位,设计简单,控制灵活,应用性很高。

关键词:液位单回路控制组态PID 调试

工业控制深入各个领域,比如电力、冶金、石化、环保、交通、建筑等行业。在各种控制领域中最基本的控制就是过程控制系统,即便是复杂、高水平的过程控制系统,基本的过程控制系统也要占70%以上。基于组态软件的过程控制系统直观、简单、特别适用于教学。

1 液位控制系统硬件设计

(图1)这是一个单回路反馈控制系统,它的控制任务是使水箱液

单容下水箱液位变频器PID单回路控制

电气与电子信息工程学院 自动化技术综合实训 设计题目:单容下水箱液位变频器PID单回路控制专业班级:2009级自动化 学号:0131 姓名:甘治鹏 指导教师:汤立刚皮大能 设计时间:2012/4/28~2012/5/11 设计地点:自动化综合实验室

自动化技术综合实训任务书 2011 ~2012 学年第2学期 学生姓名:甘治鹏专业班级:自动化2009 同组人: 王聪唐奇敏陈飞霞王勇军尹梦婷张艳明孔帆 指导教师:汤立刚皮大能工作部门:电气学院电气自动化教研室 一、自动化技术综合实训题目:自动化技术综合实训 1、单容下水箱液位变频器PID单回路控制 2、双容下水箱液位变频器PID单回路控制 3、流量变频器PID单回路控制 4、液位和进口流量串级控制 5、流量-液位前馈反馈控制 二、自动化技术综合实训内容 1.通过查阅资料掌握所选课题的原理、结构、并根据任务书用CAD设计1套过程控制系统图纸,包括:自控设备清单、控制流程图、控制原理图、PLC系统硬件配置图、I/O地址分配表、I/O接线图等。 2.自学西门子S7-300系统的硬件知识和STEP7软件的编程组态方法,并根据设计图完成机架配置、硬件组态、从站挂接和I/O口地址分配、用户程序编写等工作。 3.自学和利时MACS V系统的硬件知识和软件的编程组态方法,并根据设计图完成机架配置、硬件组态、从站挂接和I/O口地址分配、用户程序编写等工作。 4.自学WINCC6.0或组态王组态软件并设计监控界面,包括定义数据词典、通讯设置、生产流程控制画面、参数显示、PID手动/自动调节界面、趋势曲线等的设计。 5.掌握在A3000高级过程控制装置上调试用户程序和参数整定的方法。 6.掌握西门子MM420变频器的使用方法。 7.掌握Profibus-DP现场总线的配置方法。 8.掌握判断故障及处理故障的方法。 9.每个学生必须独立完成设计,写出综合自动化技术综合实训报告并参加答辩。通过答辩考察学生对整个项目设计和实施过程的掌握程度,并根据其在整个设计阶段的理论知识应用能力、设计能力、实践操作能力、编程调试、故障分析及解决能力给出一个综合评价。

单回路控制系统整定实验报告

单回路控制系统整定实验报告 一、实验目的 (1)掌握动态模型的创建方法.。 (2)掌握单回路控制系统的理论整定方法和工程整定方法。 (3)了解调节器参数对控制品质的影响。 二、实验仪器 计算机一台 三、实验步骤 (1)启动计算机,运行MATLAB应用程序。 (2)在MATLAB命令窗口输入Smulink,启动Simulink。 (3)在Simulink库浏览窗口中,单击工具栏中的新建窗口快捷按钮或在Simulink库窗口中选择菜单命令File→New→Modeel,打开一个标题为“Untitled”的空白模型编辑窗口。 (4)用鼠标双击信号源模块库(Source)图标,打开信号源模块库,将光标移动到阶跃信号模块(Step)的图标上,按住鼠标左键,将其拖放到空白模型编辑窗口中。用鼠标双击附加模块库(Simulink Extra)图标,打开A到底提哦哪里Liner模块库,将光标移到PID Controller 图标上,按住鼠标左键,将其拖放到空白模块编辑窗口中。 (5)用同样的方法从连续系统模块库(Continuous)、接受模块库(Sinks)和数学运算模块库(Math Operations)中把传递函数模块(Transfer Fcn)、示波器模块(Scope)和加法器模块(Sum)拖放到空白模型编辑

窗口中。 (6)用鼠标单击一个模块的输出端口并用鼠标拖放到另一模块的输入端口,完成模块间的连接,如图1,图二。 图1 图二 (7)构造图1所示的单回路反馈系统的仿真模型。其中控制对象由子系统创建,如图2。 (8)设调节器为比例调节器,对象传递函数为: 0(1) n K T s (其中:0K =1,0T =10,n=4) ,用广义频率特性法按衰减率0.75计算调节器的参数;

液位自动控制系统

控制类系统设计 ——液位自动控制系统 摘要 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展,工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数,其测量和控制效果直接影响到产品的质量,因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。 液位控制是工业中常见的过程控制,它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片,设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单,调试方便,性价比高,抗干扰性好等优点,能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。 液位控制有很多方法,如,非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁,就可以侦测到容器里面液位高度变化,从而及时准确地发出报警信号,有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便,避免了水垢的腐蚀,可取代传统的浮球传感和金属探针传感,延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计,低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节,以达到所要求的液位进行调节,以达到所要求的控制精度。

1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此,本系统就设计了一种电路简单,调试方便且性价比高的系统,来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成:显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块,系统简单易行。 系统框图如下: 2 硬结构与功能 2.1 该设计的总体结构 该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板,实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括:电源部分的7808,定时部分的555定时器,数字分段的LM3914等。 电路原理图如下图所示:

1.1.1单回路控制系统

1.1.1单回路控制系统设计 第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统,是指由一个被控过程、一个 检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的.对一个被控变量进行控 制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图: ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运,能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛,尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓,或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容:控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求: ●过程控制系统是稳定的,且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程,但过渡过程时间要短,余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法: 设计方法很多,主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤: ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案 ●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容: ●控制方案的设计:核心,包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取 和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计:包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、 信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定:保证系统运行在最佳状态。

第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为: ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作 用的,可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时,应该选择一个与直接参数有单值函数 关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时,可根据被控过程扰动通道和控制通道特性,对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响,力图使被控参数偏 离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响,抵消扰动影响, 以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时,一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强,动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析(扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o)、过程扰动通道动态特性的分析(时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置)、过程控制通道动态特性的分析(时间常数T o、时延τ(包括纯时延τ0、容量时延τc)、时间常数匹配)确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则: ●控制通道参数选择:选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些,时间 常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好,在有纯时延τ0的情况下,τ0 与T o之比应小—些(小于1),若其比值过大,则不利于控制。 ●扰动通道参数选择:选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常 数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)。容量 时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配:广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成, 在选择控制参数时,应尽量设法把几个时间常数错开,使其中一个时间常 数比其他时间常数大得多,同时注意减小第二、第三个时间常数。 ●注意工艺操作的合理性、经济性。 3.系统设计中的测量变送问题 ?被控参数的测量和变送必须迅速正确地反映其实际变化情况,为系统设计提供准确的控制依据。 ?测量和变送环节的描述:

PLC液位控制系统开题报告

本科生毕业设计(论文)开题报告题目:基于S7-300PLC的连铸结晶器液位控制系统 学院:环化系过程装备与测控工程 专业:测控技术与仪器 班级:测仪093班 学号: 5801209094 姓名:邱发生 指导教师:张宇 填表日期: 2013 年 3 月 12 日

目录 一、选题的依据和意义 (3) 二、国内外研究现状及发展趋 (3) 2.1 软PLC研究现状 (3) 2.1.1国外现状 (3) 2.1.2国内现状 (3) 2.2 软P LC技术的发展趋势 (4) 2.3 连铸结晶器的研究现状 (5) 2.4 连铸结晶器的发展趋势 (5) 三、本课题研究内容 (6) 4.1 液位检测系统设计 (7) 4.2 塞棒控制过程对象建模与控制策略算法研究 (7) 4.3 PLC程序、Wincc组态软件和监控界面设计 (7) 五、研究目标、主要特色和工作进度 (8) 5.1 研究目标 (8) 5.2 主要特色 (8) 5.3 工作进度 (8) 六、主要参考文献 (8)

一、选题的依据和意义 钢铁是国民经济的中流砥柱,是国家的命脉,是国家生存和发展的物质保障。钢铁工业是国民经济的重要基础产业,是国家经济水平和综合国力的重要标志。随着国际产业的转移和我国国民经济的快速发展,我国钢铁工业取得了巨大成就。我国钢铁工业不仅为我国国民经济的快速发展做出了重大贡献,也为世界经济的繁荣和世界钢铁工业的发展起到积极的促进作用。在现代连铸生产中,随着自动化技术的快速发展,对连铸技术的可靠性和钢坯的质量要求越来越严格,而结晶器液位控制是连铸系统中非常重要的环节之一,所以对结晶器液位控制精度的要求也越来越高。因此,不断深入研究结晶器液位控制方式提高液位控制精度,对提高铸坯的产量和质量有重要的经济意义和社会效益。连续铸钢(连铸)是把液态钢用连铸机浇注、冷凝而直接得到铸坯的工艺。结晶器液位控制是冶金连铸系统中非常重要的环节之一[1],液位波动会造成结晶器保护渣和杂质大量卷入钢水,严重影响铸坯的质量,甚至可能导致浇铸过程中溢钢和漏钢事故的发生,因此必须将结晶器液位控制在一个合适的范围内。为此需要设计一种特殊的控制系统,可以精确的控制液位,来提高钢的质量,同时保证生产的安全性。 随着计算机技术的发展,PLC技术在国内的日益成熟,通过PLC及Wincc来精确控制液位也成为可能了。从控制系统的总体设计、硬软件配置以及程序设计和监控画面设计等方面进行阐述,实际运行表明该控制系统性能稳定、可靠性高,在安全生产、提高经济效益等方面发挥了重要作用,并为节能降耗提供了技术保证,具有一定的先进性和推广性。 二、国内外研究现状及发展趋 2.1 软PLC研究现状 2.1.1国外现状 在欧美等国家,软PLC已开始投入工业使用,而且市场份额每年都在增加,根据ARC的调查和估计,1997年全球的软PLC市场有3千6百万美元,到2000年软PLC的市场达到了1亿4千5百万美元,2001年差不多又增长了一倍。目前,欧美等西方国家都把软PLC作为一个重点投资对象进行研究开发。典型的软PLC 应用产品有:SOFTPLC公司的SoftPLC、SIEMENS公司的SIMATIC WinAC、CJ International公司的ISaGRAF。 2.1.2国内现状 软PLC大约在1996年以后才被介绍到国内来。目前国内的一些工控方面的

DCS单回路控制系统设计

第五章单回路控制系统设计 ?本章提要 1.过程控制系统设计概述 2.单回路控制系统方案设计 3.单回路控制系统整定 4.单回路控制系统投运 5.单回路控制系统设计原则应用举例 ?授课内容 第一节过程控制系统设计概述 ?单回路反馈控制系统---又称简单控制系统,是指由一个被控过程、一个 检测变送器、一个控制器和一个执行器所组成的.对一个被控变量进行控 制的单回路反馈闭环控制系统。 ?单回路反馈控制系统组成方框图: ?简单控制系统是实现生产过程自动化的基本单元、其结构简单、投资少、易于调整和投运,能满足一般工业生产过程的控制要求、因此在工业生产小应用十分广泛,尤其适用于被控过程的纯滞后和惯性小、负荷和扰动变化比较平缓,或者控制质量要求不太高的场合。 ?过程控制系统设计和应用的两个重要内容:控制方案的设计、调节器整定参数值的确定。 ?过程控制系统设计的一般要求: ●过程控制系统是稳定的,且具有适当的稳定裕度。 ●系统应是一个衰减振荡过程,但过渡过程时间要短,余差要小。 ?过程控制系统设计的基本方法: 设计方法很多,主要有对数频率特性设计法、根轨迹设计法、系统参数优化的计算机辅助设计等。 ?过程控制系统统设计步骤: ●建立被控过程的数学模型 ●选择控制方案

●建立系统方框图 ●进行系统静态、动态特性分析计算 ●实验和仿真 ?过程控制系统设计的主要内容: ●控制方案的设计:核心,包括合理选择被控参数和控制参数、信息的获取 和变送、调节阀的选择、调节器控制规律及正、反作用方式的确定等。 ●工程设计:包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电供气系统设计、 信号及联锁保护系统设计等。 ●工程安装和仪表调校 ●调节器参数工程整定:保证系统运行在最佳状态。 第二节单回路控制系统方案设计 1.被控参数的选择 ?选取被控参数的一般原则为: ●选择对产品的产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作 用的,可直接测量的工艺参数为被控参数。 ●当不能用直接参数作为被控参数时,应该选择一个与直接参数有单值函数 关系的间接参数作为被控参数。 ●被控参数必须具有足够大的灵敏度。 ●被控参数的选择必须考虑工艺过程的合理性和所用仪表的性能。 2.控制参数的选择 ?需要正确选择控制参数、调节器调节规律和调节阀的特性。 ?当工艺上允许有几种控制参数可供选择时,可根据被控过程扰动通道和控制通道特性,对控制质量的影响作出合理的选择。所队正确选择控制参数就是正确选择控制通道的问题。 ?扰动作用-----由扰动通道对过程的被控参数产生影响,力图使被控参数偏 离给定性 ?控制作用-----由控制通道对过程的被控参数起主导影响,抵消扰动影响, 以使被控参数尽力维持在给定值。 ?在生产过程有几个控制参数可供选择时,一般希望控制通道克服扰动的校正能力要强,动态响应要比扰动通道快。 ?可由过程静态特性的分析(扰动通道静态放大倍数K f、控制通道静态放大倍数K o)、过程扰动通道动态特性的分析(时间常数T f、时延τf、扰动作用点位置)、过程控制通道动态特性的分析(时间常数T o、时延τ(包括纯时延τ0、容量时延τc)、时间常数匹配)确定各参数选择原则。 ?根据过程特性选择控制参数的一般原则: ●控制通道参数选择:选择过程控制通道的放大系数K o要适当大一些,时间 常数T o要适当小一些。纯时延τ0愈小愈好,在有纯时延τ0的情况下,τ0 与T o之比应小—些(小于1),若其比值过大,则不利于控制。 ●扰动通道参数选择:选择过程扰动通道的放大系数K f应尽可能小。时间常 数T f要大。扰动引入系统的位置要远离控制过程(即靠近调节阀)。容量 时延τc愈大则有利于控制。 ●时间常数匹配:广义过程(包括调节阀和测量变送器)由几个一阶环节组成,

课程设计(论文)-单回路控制器的设计

单回路控制器的设计 学院:电子工程学院 年级:2012级 专业:自动化 姓名:、 学号:20125229 指导教师:

摘要 介绍了以89C51单片机实现的单回路智能控制器的设计思想,由于软件功能丰富,因此这可完成模拟仪表难以或无法完成的复杂调节功能,运算功能的显示功能,它可适用于工业过程中控制诸多领域。并且分析了51单片机与8255的连接方法,可以用它制成多路扩展的IO口控制器。该系统将单片机应用到单回路控制系统,实现一个比较简单的单回路PID控制。 。 关键词 单片机单回路智能控制器软件设计 IO扩展 PID控制

目录 摘要 (2) 第1章前言 (1) 1.1当前单片机系统的介绍及在单回路控制过程中的应用与前景错误!未定义书签 第2章单片机外部设备扩展 (2) 2.1单片机最小系统设计 (2) 2.1.1 单片机外部存储器的扩展 (2) 2.12 看门狗电路、复位电路的设计 (2) 2.2I/O接口的扩展 (3) 2.2.1.1 I/O扩展概述 (3) 2.2.2 89c51与可编程RAM/IO芯片8255的接口 (4) 2.3键盘的设计 (4) 2.4 LED显示器设计 (5) 2.5 数字量模拟量转换 (5) 2.5.1 信号采样及转换电路设计 (7) 2.6开关量的输入输设计 (8) 2.7 单片机串行口扩展设计。(MAX232与单片机接口设计) (10) 结论 (11) 参考文献 (12) 致谢 (12)

第1章前言 1.1单回路控制系统的介绍及单片机在单回路控制系统中的应用及前景 89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器(FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory)的低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL 高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL的89C51是一种高效微控制器, VCC:供电电压。GND:接地。P0口:P0口为一个8位漏级开路双向I/O 口,每脚可吸收8TTL门电流。当P1口的管脚第一次写1时,被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据地址的低八位。在FIASH编程时,P0 口作为原码输入口,当FIASH进行校验时,P0输出原码,此时P0外部必须被拉高。P1口:P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口,P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。P1口管脚写入1后,被内部上拉为高,可用作输入,P1口被外部下拉为低电平时,将输出电流,这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时,P1口作为第八位地址接收。 P2口:P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口,P2口缓冲器可接收,输出4个TTL门电流,当P2口被写“1”时,其管脚被内部上拉电阻拉高,且作为输入。并因此作为输入时,P2口的管脚被外部拉低,将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时,P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时,它利用内部上拉优势,当对外部八位地址数据存储器进行读写时,P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。 P3口:P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口,可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后,它们被内部上拉为高电平,并用作输入。作为输入,由于外部下拉为低电平,P3口将输出电流(ILL)这是由于上拉的缘故。 RST:复位输入。当振荡器复位器件时,要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

单回路控制系统整定

单回路控制系统整定 一、实验目的 (1) 掌握动态建模的创建方法。 (2) 掌握单回路控制系统的理论整定方法和工程整定方法。 (3) 了解调节器参数对控制品质的影响。 (4) .熟悉控制线性系统仿真常用基本模块的用法 二、实验仪器 计算机一台、MATLAB 软件 三、实验内容: 用SIMULINK 建立被控对象的传递函数为() 4 1 ()101G x s = +,系统输 入为单位阶跃,采用PID 控制器进行闭环调节。 ①练习模块、连线的操作,并将仿真时间定为300 秒,其余用缺省值; ②试用稳定边界法和衰减曲线法设置出合适的PID 参数,得出满意的响应曲线。 ③设计M 文件在一个窗口中绘制出系统输入和输出的曲线,并加图解。 四、实验原理 . PID (比例-积分-微分)控制器是目前在实际工程中应用最为广泛的一种控制策略。PID 算法简单实用,不要求受控对象的精确数学模

型。 .模拟PID 控制器 典型的PID 控制结构如图所示。 . PID 控制规律写成传递函数的形式为 s K s Ki K s T s T K s U s E s G d p d i p ++=++== )11()()()( 式中,P K 为比例系数;i K 为积分系数;d K 为微分系数;i p i K K T =为积 分时间常数;p d d K K T =为微分时间常数;简单来说,PID 控制各校正环节的作用如下: (1)比例环节:成比例地反映控制系统的偏差信号,偏差一旦产生, 控制器立即产生控制作用,以减少偏差。 (2)积分环节:主要用于消除静差,提高系统的无差度。积分作用 的强弱取决于积分时间常数i T ,i T 越大,积分作用越弱,反之则越强。 (3)微分环节:反映偏差信号的变化趋势(变化速率),并能在偏差 信号变得太大之前,在系统中引入一个有效的早期修正信号,从而加快系统的动作速度,减少调节时间。 五、实验步骤

单回路控制系统原理样本

单回路控制系统原理 一、过程控制的特点 与其它自动控制系统相比, 过程控制的主要特点是: 1、系统由工业上系列生产的过程检测控制仪表组成。一个简单的过程控制系统是由控制对象和过程检测控制仪表( 包括测量元件, 变送器、调节器和调节阀) 两部分组成。 如图1: 液位控制系统 Q2 K C: 调节器的静态放大系数 K V: 调节阀的静态放大系数 K0: 被控对象的静态放大系数

K m: 变送器的静态放大系数 2、被控对象的设备是已知的, 对象的型式很多, 它们的动态特性是未知的或者是不十分清楚的, 但一般具有惯性大, 滞后大, 而且多数具有非线性特性。 3、控制方案的多样性。有单变量控制系统、多变量控制系统; 有线性系统、有非线性系统、; 有模拟量控制系统、有数字量控制系统, 等等。这是其它自动控制系统所不能比拟的。 4、控制过程属慢过程, 多半属参量控制。即需对表征生产过程的温度、流量、压力、液位、成分、PH等进行控制。 5、在过程控制系统中, 其给定值是恒定的( 定值控制) , 或是已知时间的函数( 程序控制) 。控制的主要目的是在于如何减少或消除外界扰动对被控量的影响。 工业生产要实现生产过程自动化, 首先必须熟悉生产过程, 掌握对象特点; 同时要熟悉过程参数的主要测量方法, 了解仪表性能、特点, 根据生产工艺要求和反馈控制理论的分析方法, 合理正确地构建过程控制系统; 而且经过改变调节仪表的PID特性参数, 使系统运行在最佳状态。 过程控制系统的品质是由组成系统的对象和过程检测仪表各环节的特性和系统的结构所决定的。 二、单回路控制系统原理 如图1所示单回路控制系统由对象、测量变送器、调节器、调节阀等环节组成。由于系统结构简单, 投资少, 易于调整、投运, 又

基于AT89C51单片机的水位控制系统的课程设计

- 基于单片机的水位控制系统设计

目录 1概述 (3) 2设计的基本任务和要求 (4) 2.1 基本功能 (4) 2.2塔水位控制原理 (4) 2.3 系统硬件总体方案 (5) 3控制系统方案设计 (5) 3.1系统硬件方案 (5) 3.2 核心芯片AT89C51单片机 (6) 3.3系统软件总体方案 (7) 4.Proteus设计与仿真 (9) 4.1元器件清单 (9) 4.2基于单片机水位控制原理图5 (9) 4.3基于单片机的水位控制PCB图6 (10) 4.4水位检测的主程序 (10) 4.5 实验仿真结果 (13) 4.6 结语 (14) 5 设计体会 (14) 参考文献 (15)

1概述 液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统,它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中,有很多地方需要对容器的介质进行液位控制,使之高精度地保持在给定的数值,如在建材行业中,玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。液位控制一般指对某一液位进行控制调节,使其达到所要求的控制精度。液体的液位的自动控制,是近年来新开发的一项新技术,它是微型计算机软件、硬件、自动控制等几项技术紧密结合的产物,工程作业采用的是微机控制和原有的仪表控制,微机控制有以下明显优势: 1)直观而集中的显示各运行参数,能显示液位状态。 2)在运行中可以随时方便的修改各种各样的运行参数的控制值,并修改系统的控制参数,可以方便的改变液位的上限、下限。 3) 具有水体控制过程的自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 综合以上的种种优点可以预见采用计算机控制系统是行业的大势所趋。单片机是在一块芯片上集成了一片微型计算机所需的CPU、存储器、输入、输出等部件。单片机自问世以来,性能不断提高和完善,体积小、速度快、功耗低的特点使它的应用领域日益广泛。一般,工业控制系统的工作环境差,干扰强,利用单片机控制就能克服这些缺点,因此单片机在控制领域得到广泛的应用,使用单片机控制液体液位是很好的选择。 目前我国在单片机测控装置研究、生产、应用中,取得了很大的成绩,总结了很多经验,但是各行业仍处于发展期,经调查,更多科研究所在这方面开展的工作

液位控制系统设计

液位控制系统设计 学院: 专业班级: 学生姓名: 指导老师:

液位控制系统设计 本文主要讲了压力传感器实现的液位控制器的设计方法,以单片机为核心。通过外围硬件电路来达到实现控制的目的,根据需要设定液位控制高度,同时具备报警、高度显示等功能,具有与液面不接触的特点,可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制,具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究,还可用于生产实际,是目前比较缺少的一种产品。随着微电子工业的迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中,为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。 。关键词:单片机;水位检测;控制系统;仿真 0 引言 随着微电子工业的迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中,为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目,通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外,液位控制在高层小区水塔水位控制,污水处理设备和有毒,腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。中国使用单片机的历史只有短短的30年,在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会,很多地区还成立了单片微型计算机应用协会,那是全国形成的第一次高潮。单片机应用技术飞速发展,我们上因特网输入一个“单片机”的搜索,将会看到上万个介绍单片机的网站,这还不包括国外的。电子界,在2003年7月,https://www.360docs.net/doc/073820445.html, (91 猎头网)在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中,单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子,为何有这样的魔力?我们首先从它的构成说起:单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么?纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。以前没有单片机时,这些东西也能做,但是只能使用复杂的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本高,并且由于长期使用,元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了。所以,它的魔力不仅是在现在,在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计,我国的单片机年容量已达3 亿片,且每年以大约20%的速度增长,但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机,并不断地

单回路控制系统详解

一、单回路控制系统 1. 画出图示系统的方框图: 2. 一个简单控制系统总的开环增益(放大系数)应是正值还是负值?仪表行业定义的控制器增益与控制系统中定义的控制器的增益在符号上有什么关系?为什么? 3. 试确定习题1中控制器的正反作用。若加热变成冷却,且控制阀由气开变为气关,控制器的正反作用是否需要 4. 什么是对象的控制通道和扰动通道?若它们可用一阶加时滞环节来近似,试述K P 、K f 、τp 、τf 对控制系统质量的影响。 5. 已知广义对象的传递函数为1) S (T e K P S τP P +-,若P P T τ的比值一定时,T P 大小对控制质量有什么影响?为什么? 6. 一个简单控制系统的变送器量程变化后,对控制质量有什么影响?举例说明。 7. 试述控制阀流量特性的选择原则,并举例加以说明。 8. 对图示控制系统采用线性控制阀。当负荷G 增加后,系统的响应趋于 非周期函数,而G 减少时,系统响应震 9. 一个简单控制系统中,控制阀口 径变化后,对系统质量有何影响? 10. 已知蒸汽加热器如图所示,该系 统热量平衡式为:G 1C 1(θ0-θi )=G 2λ(λ 为蒸汽的冷凝潜热)。 (1)主要扰动为θi 时,选择控制阀的流量特性。 (2)主要扰动为G 1时,量特性。 (3特性。 11.

作用后,对系统质量有什么影响?为了保持同样的衰减比,比例度δ要增加,为什么? 12. 试写出正微分和反微分单元的传递函数和微分方程;画出它们的阶跃响应,并简述它们的应用场合。 13. 什么叫积分饱和?产生积分饱和的条件是什么? 14. 采用响应曲线法整定控制器参数,选用单比例控制时,δ=K P τP /T P ×100%,即δ∝K P ,δ∝τP /T P ,为什么?而选择比例积分控制时,δ=1.44K P τP /T P ×100%,即比例度增加,为什么? 15. 采用临界比例度法整定控制器参数,在单比例控制时,δ=2δK (临界比例度),为什么? 16. 在一个简单控制系统中,若对象的传递函数为 ) 1T )(1S 1)(T S (T K W P V P +-+S ,进行控制器参数整定时,应注意什么? 17. 已知广义对象的传递函数为1) S (T e K P S τP P +-,采用比例控制,当系统达到稳定边缘时,K C =K CK ,临界周期为T K 。问: (1)T K /τP 在什么数值范围内(即上、下界),τP /T P 增加时,这一比值是上升还是下降? (2)K CK 在什么数值范围内(即上、下界),τP /T P 增加时,K CK 是上升还是下降? 18. 一个过程控制系统的对象有较大的容量滞后,而另一系统由于测量点位置造成纯滞后。若对两个系统均采用微分控制,试问效果如何? 19. 某一温度控制系统,采用4:1衰减曲线法进行整定,测得系统的衰减比例度 δs=25%,衰减振荡周期Ts=10min ,当控制器采用P 和PI 控制作用时,试求其整定参数值。 20. 有一个过程控制系统(采用DDZ-Ⅲ型仪表),当广义对象的输入电流(即控制器的输出电流)为14mA 时,其被控温度的测量值为70℃。当输入电流突然从14mA 增至15mA ,并待被控温度达到稳定时,其测量值为74℃。设测温仪表的量程为50-100℃。同时由实验测得广义对象的时间常数T P =3min ,滞后时间τP =1.2min ,试求衰减比为4:1时PI 控制器的整定参数值。 21. 某一个过程控制系统,利用临界比例度法进行控制器的参数整定。当比例度为12%时,系统出现等幅振荡,其临界振荡周期为180s ,试求采用PID 控制器时的整定参数值。 22. 已知控制系统方块图如下: 求:(1)X 作单位跃阶变化时,随动控制系统的余差。

液位单回路过程控制系统课程设计

工业过程控制课程设计任务

1 设计目的与要求 1.1 设计目的 通过某种组态软件,结合实验已有设备,按照定值系统的控制要求,根据较快较稳的性能要求,采用但闭环控制结构和PID控制规律,设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的液位单回路过程控制系统。 1.2 设计要求 (1) 根据液位单回路过程控制系统的具体对象和控制要求,独立设计控制方案,正确选用过程仪表。 (2) 根据液位单回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要,正确选用过程模块。 (3) 根据与计算机串行通讯的需要,正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。 (4) 运用组态软件,正确设计液位但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 (5) 提交包括上述内容的课程设计报告。

2 系统结构设计 2.1 控制方案 整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象组成。在本次控制系统中控制器为计算机,采用算法为PID控制规律(见附录A和附录B),调节器为电磁阀,测量变送为HB、FT两个组成,被控对象为流量PV。结构组成如下图2.2所示。 当系统启动后,水泵开始抽水,通过管道分别将水送到上水箱和下水箱,由HB返回信号,是否还需要放水到下水箱。若还需要(即水位过低),则通过电磁阀控制流量的大小,加大流量,从而使下水箱水位达到合适位置;若不需要(即水位过高或刚好合适),则通过电磁阀使流量保持或减小。其整个流程图如图2.1所示。 图2.1 液位单回路控制系统图 2.2 系统结构 过程控制系统由四大部分组成,分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计为流量回路控制,即为闭环控制系统,如下图2.2.

水箱液位单回路控制系统

水箱液位单回路控制系统 一、控制目的 根据设定的控制对象和管道配置,运用计算机和INTOUCH组态软件,设计一套监控系统,并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持在一定的误差范围内。 二、性能要求 1、要求水箱液位恒定,液位设定值SP自行给定。 2、无扰动时,水压基本恒定,由变频器控制水泵实现。 3、扰动因数:水箱出水流量允许波动。 4、预期性能:响应曲线为衰减震荡;允许存在一定误差。调整时间尽可能短。 三、方案设计、控制规律选择 简单控制系统一般是单回路控制系统。由于其结构简单并且能够满足大多数控制质量的要求,因此在生产过程控制中得到了广泛的应用,是生产过程控制中最基本的一种控制系统。一个单回路反馈系统是由测量变送器装置、控制器、和被控对象所组成,按其被控变量类型的不同可以分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统等。 控制系统设计时针对某一特定生产对象进行的,当系统安装完成之后,控制效果主要取决于控制器的参数设定整定。选择合适的比例度、积分时间、微分时间是保证和提高系统控制质量的主要途径。 单回路水箱的原理,系统地输入变量为进水阀门、出水阀门的开度,输出变量为水箱液位。单回路PID控制的被控制量是水位,控制量是进水门、出水门开度。通过调节PID控制器的比例增益、积分时间、微分时间三个参数得到比较好的控制效果。 PID 调节器构成的闭环控制回路一般原理如图1 所示

图1 控制系统方框图 控制系统草稿图如图2 图2 控制规律选择:目前工业上常用的控制规律主要有:比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。本方案采用比例积分微分控制。 比例控制——克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。是最基本的控制规律。但在终了时会存在余差,负荷变化越大余差越大。使用于滞后较小、负荷变化不大、允许被控变量存在余差的场合。 比例积分控制——在比例作用下引用积分作用,虽然会使系统的稳定性降低,但没有余差。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、不允许被控变量存在余差的场合。 比例微分控制——引入了微分作用,具有超前控制作用,在被控对象具有较大滞后时,会有效的改善控制质量。但对于滞后小干扰作用频繁,含有高频噪声的系统,将可能使系统产生振荡,甚至失控。 比例积分微分控制——综合了比例、积分、微分控制规律的优点。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。 该方案的控制目标是使水位达到平衡状态,通过控制电动调节阀改变阀门开度,来控制流量的大小,从而来控制水位。选择阀门开度为控制量,水位为被控量。控制规律选择PID控制规律。 四、测要求试:

单回路控制系统参数整定

课程设计报告 ( 2015-- 2016年度第2学期) 名称:过程控制系统 题目:单回路控制系统参数整定院系: 班级: 学号: 学生姓名: 指导教师: 设计周数:第十七周 成绩: 日期:2016年6月23日

《过程控制系统》课程设计 任务书 一、目的与要求 1.掌握单回路控制系统整定方法; 2.掌握PID参数对控制品质影响规律; 3.运用相应软件开发单回路控制系统整定程序。 二、主要内容 1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法; 2.开发单回路控制系统PID参数整定程序; 3.寻找不同PID参数对控制品质影响规律。 三、进度计划 四、设计成果要求 1.阐明基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法的基本原理; 2.完整的、可运行的单回路控制系统PID参数整定程序; 3.验证整定的PID参数下的控制效果,给出控制曲线图,同时给出其它PID参数下的控制曲线图,总结不同PID参数对控制品质影响规律。 五、考核方式 1.设计报告; 2.设计答辩。

二、设计(实验)正文 1.学习基于被控对象模型的单回路控制系统参数整定方法; 1)经验法 内容: 经验法实际是一种试凑法,是在生产实践中总结出来的参数整定法,该法在现场中得到了广泛的应用。利用经验法对系统的参数进行整定时,首先根据经验设置一组调节器参数,然后将系统投入闭环运行,待系统稳定后作阶跃扰动试验,观察调节过程;若调节过程不满足要求,则修改调节器参数,再作阶跃扰动试验,观察调节过程;反复上述试验,直到调节过程满意为止。 实验步骤: (1) 首先将调节器的积分时间Ti置最大,微分时间Td置最小,根据经验设置比例带δ的数值,完成后将系统投入闭环运行,待系统稳定后作阶跃扰动试验,观察调节过程,若过渡过程有希望的衰减率则可,否则改变比例带δ的值,重复上述试验,直到满意为止; (2) 将调节器的积分时间Ti由最大调整到某一值,由于积分作用的引入导致系统的稳定性下降,因而应将比例带适当增大,一般为纯比例作用的1.2倍。系统投入闭环运行,待系统稳定后,作阶跃扰动试验,观察调节过程,若过渡过程有希望的衰减率则可,否则改变积分时间Ti的值,重复上述试验,直到满意为止; (3) 将调节器的微分时间由小到大调整到某一数值,系统投入闭环运行,待系统稳定后,作阶跃扰动试验,观察调节过程,修改微分时间重复试验,直到满意为止; 2)临界比例带法 内容: 临界比例带法又称边界稳定法,首先将调节器设置成纯比例调节器,然后系统闭环投入运行,将比例带由大到小改变,观察系统输出,直到系统产生等幅振荡为止。记下此状态下的比例带数值(即为临界比例带δk)和振荡周期Tk,然后根据经验公式计算调节器的其它参数。 实验步骤: (1) 将调节器的积分时间Ti置于最大,微分时间Td置最小,即Ti→∞,Td=0;置比例带δ为一个较大的值; (2) 系统闭环投入运行,待系统稳定后调整比例带δ的数值直到出现等幅振荡。记录并计算临界状态下临界比例带δcr和振荡周期Tcr,根据表2-1计算调节器的参数; (3)根据δcr和Tcr,由计算公式求得控制器的各个参数。 (4) 将调节器按计算出的参数设置好,系统闭环投入运行,待系统稳定后作阶跃扰动试验,观察系统的调节过程,适当修改参数,直到满意为止。

基于MATLAB液位控制系统研究与设计(张荣)

铜陵学院 毕业论文(初稿) 论文题目:基于MATLAB液位控制系统研究与设计学科专业:自动化 作者姓名:张荣___________________ 指导教师: 完成时间:_

一、论文题目 基于MTLAB液位控制系统研究与设计 二、论题观点来源: 在工业实际生产中,液位是过程控制系统的重要被控量,在石油﹑化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为重要。在工业生产过程自动化中,常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测与控制,了解容器中的原料﹑半成品或成品的数量,以便调节容器内的输入输出物料的平衡,保证生产过程中各环节的物料搭配得当。 三、基本观点: 液位串级控制系统的设计控制系统及工程实现的工作。虽然是采用传统的串级PID 控制的方法,但是将利用数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建,努力使系统具有良好的静态性能,改善系统的动态性能。 四、论文结构: 一.概述 1.1液位串级控制系统介绍 1.2 MATLAB软件介绍 二.被控对象建模 2.1水箱模型分析 2.2阶跃响应曲线法建立模型 三.系统控制方案设计与仿真 3.1 PID控制原理 3.2系统控制方案设计 3.3控制系统仿真 四.结论 五.参考文献

毕业论文(设计)工作中期检查表系别:班级:

基于MTLAB液位控制系统研究与设计 摘要:本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。在设计中充分利用自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术和自动控制技术,以实现对水箱液位 的串级控制。首先对被控对象的模型进行分析,并采用实验建模法求取模 型的传递函数。其次,根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系 统,采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。然后,设计并组建仪 表过程控制系统,通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。最后, 借助数据采集模块﹑设计并组建远程计算机过程控制系统,完成控制系统 实验和结果分析。 关键词:液位模型 PID控制计算机过程控制系统 一.概述 1.1.液位串级控制系统介绍

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