液位控制系统设计_单片机_其他

<html xmlns="http://www.w3.org/1999/xhtml"> <head> <meta charset="utf-8"> <meta name="generator" content="pdf2htmlEX"> <meta http-equiv="X-UA-Compatible" content="IE=edge,chrome=1"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/base/css/base.min.css"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/base/css/fancy.min.css"> <link rel="stylesheet" href="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/62646e374c65f41259d4241d/raw.css"> <script src="https://static.pudn.com/base/js/compatibility.min.js"></script> <script src="https://static.pudn.com/base/js/pdf2htmlEX.min.js"></script> <script> try{ pdf2htmlEX.defaultViewer = new pdf2htmlEX.Viewer({}); }catch(e){} </script> <title></title> </head> <body> <div id="sidebar" style="display: none"> <div id="outline"> </div> </div> <div id="pf1" class="pf w0 h0" data-page-no="1"><div class="pc pc1 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/62646e374c65f41259d4241d/bg1.jpg"><div class="c x0 y1 w2 h2"><div class="t m0 x1 h3 y2 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> 第一章 过程控制仪表设计的目的意义</div><div class="t m0 x1 h4 y3 ff4 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0">1.1 设计目的</div><div class="t m0 x2 h5 y4 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对</div><div class="t m0 x1 h5 y5 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技</div><div class="t m0 x1 h5 y6 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">术》等前期课堂学习内容的综合应用。其目的在于培养学生综合运用理论知识</div><div class="t m0 x1 h5 y7 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象</div><div class="t m0 x1 h5 y8 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。其主要</div><div class="t m0 x1 h5 y9 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将</div><div class="t m0 x1 h5 ya ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。</div><div class="t m0 x1 h4 yb ff4 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0">1.2 课程在教学计划中的地位和作用</div><div class="t m0 x3 h5 yc ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">课程设计对过程控制课程有重要的实践意义，可以加深学生对所学知识的</div><div class="t m0 x1 h5 yd ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">理解与运用。主要的内容是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的</div><div class="t m0 x1 h5 ye ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变</div><div class="t m0 x1 h5 yf ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的 PID 控</div><div class="t m0 x1 h5 y10 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提</div><div class="t m0 x4 h6 y11 ff1 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">1</div></div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611850,0.000000,0.000000,1.611850,0.000000,0.000000]}'></div></div> </body> </html>

<div id="pf2" class="pf w0 h0" data-page-no="2"><div class="pc pc2 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/62646e374c65f41259d4241d/bg2.jpg"><div class="c x0 y1 w2 h2"><div class="t m0 x1 h5 y12 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下: </div><div class="t m0 x5 h5 y13 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；</div><div class="t m0 x5 h5 y14 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；</div><div class="t m0 x5 h5 y15 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">3. 掌握 PID 调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制</div><div class="t m0 x1 h5 y16 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。</div><div class="t m0 x5 h5 y17 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">4． 通过对一个典型工业生产过程进行分析，并对其中的一个参数（如温度、</div><div class="t m0 x1 h5 y18 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">压力、流量、液位）设计其控制系统。</div><div class="t m0 x3 h5 y19 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">以上的课程设计要求充分地结合了教材理论知识，将理论上的常用工程设</div><div class="t m0 x1 h5 y1a ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">计过程运用到了课程设计之中。从整个系统的角度讲，课程将过程控制硬件系</div><div class="t m0 x1 h5 y1b ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">统，软件系统同书本中的理论知识有机地结合起来了，使学生要选定一个具体</div><div class="t m0 x1 h5 y1c ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">的工艺过程控制，从底层基本的器件选型到顶层高级的目标控制一步步实现，</div><div class="t m0 x1 h5 y1d ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">使我们体会到一个系统的具体构建过程，体验了过程控制系统的基本设计思路，</div><div class="t m0 x1 h5 y1e ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">提高了系统设计能力。可见，课程设计对我们学习这门课有着启发性与重大的</div><div class="t m0 x1 h4 y1f ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">指导性意义。 </div><div class="t m0 x6 h3 y20 ff3 fs1 fc0 sc1 ls0 ws0">第二章 液位控制系统实验调试</div><div class="t m0 x1 h4 y21 ff4 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0">2.1 液位控制系统的工艺及控制要求</div><div class="t m0 x4 h6 y11 ff1 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">2</div></div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611850,0.000000,0.000000,1.611850,0.000000,0.000000]}'></div></div>

<div id="pf3" class="pf w0 h0" data-page-no="3"><div class="pc pc3 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/62646e374c65f41259d4241d/bg3.jpg"><div class="c x0 y1 w2 h2"><div class="t m0 x1 h5 y12 ff4 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">2.1.1 液位控制系统的工艺</div><div class="t m0 x1 h5 y22 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0"> 该装置由三个大小相同的容器、液位检测变送仪表以及执行机构组成，仪表</div><div class="t m0 x1 h5 y4 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">屏上配有带连接信号插座孔的整个工艺过程模拟流程图，调节控制仪等、其具</div><div class="t m0 x1 h5 y23 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">体的工艺模拟流程图如图 2..1 所示.</div><div class="t m0 x1 h7 y24 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x7 h5 y25 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">图 2.1 带连接信号插座孔的液位装置工艺模拟流程图</div><div class="t m0 x1 h5 y26 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">图 2.1 中具体符号含义如下:</div><div class="t m0 x8 h5 y27 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">C: 控制器(t 调节器)。该装置配有三个单回路调节器 C1，C2，C3，控制</div><div class="t m0 x1 h5 y28 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">输出信号为 4~20mA。</div><div class="t m0 x8 h5 y29 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">PV: 测量值输入，SV 为外给定输入或者阀位反馈信号输入，O 孔为调节器</div><div class="t m0 x1 h5 y2a ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">输出.。</div><div class="t m0 x4 h6 y11 ff1 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">3</div></div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611850,0.000000,0.000000,1.611850,0.000000,0.000000]}'></div></div>

<div id="pf4" class="pf w0 h0" data-page-no="4"><div class="pc pc4 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/62646e374c65f41259d4241d/bg4.jpg"><div class="c x0 y1 w2 h2"><div class="t m0 x8 h5 y12 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">R: 记录仪为无纸记录仪，输入 4~20mA，其中 R1 为 1 号孔通道，R2 孔</div><div class="t m0 x1 h5 y22 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">为 2 号通道，R3 为 3 号通道。</div><div class="t m0 x9 h5 y2b ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">HT: 液位变送器。液位变送器为 LSRY 或 LSRT，1#~3#输入量程均为</div><div class="t m0 x1 h5 y5 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">0~100mH0，变送器输出为 4~20mA。</div><div class="t m0 x8 h5 y6 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">VL: 电子调节阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入为 4~20mA 电流信</div><div class="t m0 x1 h5 y2c ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">号，对应调节阀输出开度为 0~100%。</div><div class="t m0 x8 h8 y2d ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">V1~2 与 I1~2:两路电压/电流转换器: V1 为电压输入，I1 为电流输出，</div><div class="t m0 x1 h5 y8 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">V2 为第二路电压输入，I2 为第二路电流输出。</div><div class="t m0 x1 h8 y2e ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0"> 三级串联水箱由三个水箱组成，稳压水由两路经过电动调节阀 VL1 和 VL2</div><div class="t m0 x1 h8 y2f ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">以及手动阀 V1~V6， 分别流入三个水箱,调节阀 VL1 和 VL2 可以作为控制回</div><div class="t m0 x1 h8 ya ff5 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">炉的执行机构，另一个用于产生干扰信号。通过使用不同的控制执行机构与手</div><div class="t m0 x1 h5 y30 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">动阀，</div><div class="t m0 x1 h8 y31 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">结合具体的控制水箱的液位，就可以构成一阶，二阶和三阶系统。</div><div class="t m0 x1 h5 y32 ff4 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">2.1.2 液位控制系统控制要求</div><div class="t m0 x5 h8 y33 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">在具体确定控制参数时，可以使用以下方法。</div><div class="t m0 x5 h5 y34 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">(1) 掌握 PID 控制算法及 P、I、D 参数的含义及功能；</div><div class="t m0 x5 h8 y35 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">(2) 用工程的方法（看曲线，调参数）整定调节器控制规律及 PID 参数，并</div><div class="t m0 x1 h8 y36 ff5 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">观</div><div class="t m0 xa h8 y29 ff5 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">察 PID 参数对系统动态、静态性能的影响。</div><div class="t m0 x5 h8 y2a ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">(3) 测取液位串级过程控制系统的动态、静态特性；</div><div class="t m0 x2 h8 y37 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">体现在不同的控制系统中有如下具体要求：</div><div class="t m0 x4 h6 y11 ff1 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">4</div></div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611850,0.000000,0.000000,1.611850,0.000000,0.000000]}'></div></div>

<div id="pf5" class="pf w0 h0" data-page-no="5"><div class="pc pc5 w0 h0"><img class="bi x0 y0 w1 h1" alt="" src="https://static.pudn.com/prod/directory_preview_static/62646e374c65f41259d4241d/bg5.jpg"><div class="c x0 y1 w2 h2"><div class="t m0 xb h9 y38 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">调节器</div><div class="t m0 xc h7 y39 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">D/A</div><div class="t m0 xd h9 y38 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">电子阀</div><div class="t m0 xe h9 y3a ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">液位变送器</div><div class="t m0 xf h7 y3b ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">A/D</div><div class="t m0 x10 ha y38 ff5 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">水箱</div><div class="t m0 x3 h8 y3c ff5 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">超调量 σ＜20%，调节时间 Ts≤100s，稳态误差</div></div><div class="c x11 y3d w3 hb"><div class="t m1 x12 hc y3e ff1 fs5 fc0 sc0 ls0 ws0">1 %</div></div><div class="c x0 y1 w2 h2"><div class="t m0 x13 h8 y3c ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">，在实际确定控制系</div><div class="t m0 x1 h8 y22 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">统的性能时，可以根据具体情况确定控制性能。</div><div class="t m0 x1 hd y3f ff4 fs2 fc0 sc0 ls0 ws0">2.2 液位系统控制实验方案设计</div><div class="t m0 x1 h8 y23 ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0"> 根据具体的控制对象的要求，我们把液位控制系统分为了单回路控制系统与</div><div class="t m0 x1 h8 y40 ff5 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">双回路控制系统。</div><div class="t m0 x1 h5 y6 ff4 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">2.2.1 单回路控制系统</div><div class="t m0 x1 h8 y2c ff2 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0"> 单回路控制系统由以下四个部分组成： （1）被控对象-水箱 (2)电子阀</div><div class="t m0 x1 h8 y2d ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">（3）液位变送器 （4）PID 智能调节器。其控制系统的方块图如图 2.2 所示</div><div class="t m0 x14 h7 y41 ff1 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0"> </div><div class="t m0 x15 ha y42 ff5 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">扰动 </div><div class="t m0 x1 h9 y43 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">图 2.2 单回路液位控制系统方框图</div><div class="t m0 x3 h8 y25 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">系统被控制量是水箱的液位 Hs，调节参数是流入水箱的水流量 Q，水箱液</div><div class="t m0 x1 h8 y26 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">位由液位变送器检测得到液位反馈信号 Hf，它和液位设定信号进行比较，得到</div><div class="t m0 x1 h8 y27 ff5 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">偏差信号 Hi，调节器对输入偏差 Hi 进行 PID 运算， 输出变化量 u 控制信号，</div><div class="t m0 x1 h8 y28 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">控制电子调节阀的液位，改变调节参数 Q，使被调参数 H 保持在设定值，系统</div><div class="t m0 x1 h8 y44 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">中 f 为给定信号。根据实验装置，结合具体的控制对象的液位可以构成一阶与</div><div class="t m0 x1 h8 y45 ff3 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">二阶系统。</div><div class="t m0 x1 h8 y46 ff6 fs3 fc0 sc0 ls0 ws0">2. 2. 2 双回路控制系统</div><div class="t m0 x4 h6 y11 ff1 fs4 fc0 sc0 ls0 ws0">5</div></div><div class="t m0 x16 h9 y47 ff3 fs0 fc0 sc0 ls0 ws0">给定量 Hs</div></div><div class="pi" data-data='{"ctm":[1.611850,0.000000,0.000000,1.611850,0.000000,0.000000]}'></div></div>