《专业课程设计》设计报告-模板.doc

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1、专业课程设计设计报告 双容水箱液位定值控制实验班级： 2008级1 班 专业： 工业自动化 设计人（学号）： 王 洋（） 唐志华（） 杨 喜（） 张 宇（） 完成日期： 2011.12.10 成都信息工程学院控制工程系一、设计目的：使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度二、设计任务：1、了解双容水箱液位定值控制系统的结构和组成。2、应用经验法和动态特性参数法进行二阶系统PID调节器参数的整定。3、分析PI、PID两种控制方式对本控制系统的作用。三、设计要求：1、使用比例控制进行双容液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。2、使用比例积分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不

2、同的积分参数，进行比较。3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。设定不同的积分参数，进行比较。 四、方案设计：1、总体设计：。1.1：实验原理图如下：LT103图5-11 双容水箱液位定值控制实验QohQiLIC101FV101给定值干扰调 节 器电动阀下水箱液位变送器+给定液位中水箱扰动扰动图5-12 双容水箱液位定值控制实验逻辑图这也是一个单回路控制系统，它与单容水箱实验不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度；具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc(S)的结构和参数的合理选择。

3、由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。2、硬件设计与分析：硬件设计部分：1、水箱包括中水箱、下水箱和储水箱。中、下水箱采用深蓝色优质有机玻璃，坚实耐用，透明度高。水箱结构独特，由两个槽组成，分别为工作槽和出水槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。储水箱由不锈钢板制成，储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。2、管道及阀门整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系

4、统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打开将水直接排出。3、压力传感器、变送器两个压力传感器分别用来对中、下二个水箱的液位进行检测。4、电动调节阀采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。5、水泵本装置采用磁力驱动泵，泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。6、电磁阀在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。2.2、整个电路的工作原理和实现的功能2.2.1、整个系统电路的接线：把下水箱液位信号接到调节器输入端，把调节器输出信号接到执行器输入端，如下图所示：2.2.2、单闭环控制系统原理单闭环控制系统属

5、于简单控制系统，只有一个控制器和一个变送器。控制器有一个自己独立的设定值，它的输出给调节阀去控制生产过程，当上中水箱有扰动时控制器不能马上动作，只有当扰动影响到下水箱时，变送器才能够检测到，液位控制的本身就有很大的滞后，加上多个容器就很难控制了。本实验要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。2.2.3、实验过程本实验选择中、下二只水箱串联组成双容对象（二阶系统）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-2、F1-6全开，中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开

6、至适当开度（要求阀门 F1-10 F1-11）。1、 接通控制柜和控制台电源电源。2、 打开作上位控制的PC机， 打开组态王的上位监视系统，进入实验项目。呈现实验界面如图1所示：3、按照系统测量和控制接线表连线。把下水箱液位信号接到调节器输入端，把调节器输出信号接到执行器输入端。如图2所示：图24、在A3000-FS上，打开手动调节阀JV204、JV201，调节上、中、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。5、打开A3000电源。打开电动调节阀开关。6、在A3000-FS上，启动右边水泵，给上水箱注水，同时中水箱、下水箱分别由上、中水箱注水。如图3所示：7、按所学理论操作调节器，进行PID设定

7、。首先还是使用P比例调节，单容实验的P值可以参考。然后再加I值。最后D值。如图4所示：8、待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，加干扰：突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；干扰要求扰动量为控制量的515，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值。如图5所示：五、设计过程评估与改进：个人心得体会、改进的意见和建议。 在这次课程设计中我们小组和其他组一样也遇到了不少的问题，特别是实验中的电路连接和液位设定上存在着相当大的问题，于是我们就和其他组一起商议，然后咨询了老师，于是我们获得了一次较好的更正，但还存在一个问题，开始时我们没在水箱中蓄水，同时又把水箱的液位设的过高，使得实验结果一直无法到达预期所设定的参数，经过思考、检查、修正后，我们决定降低液位的设定值，实验结果豁然明朗了。 实验过程中虽然出现过较多的问题，但是我们从这次实验中学到的不仅仅是实验本身带个我们的理论和实践相结合过程中遇到的知识，还有就是理解到学习态度，以及团队合作精神在整个实验过程中的强大作用，当然对我们以后的学习和生活也产生了积极的影响！