液位控制系统课程设计Word格式.docx
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3.6电动调节阀·
3.7液位传感器·
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第4章软件设计与说明·
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4.1用户窗口·
4.2实时数据库·
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第5章系统调试·
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5.1设备连接·
5.2系统调试·
5.3调试结果·
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5.3注意事项·
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第6章总结·
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附录程序清单·
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第1章系统总体方案选择
随着工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂。
对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方法是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统，有复杂控制系统，也有满足特定要求控制系统。
在工业生产过程中，液体贮槽设备如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等应用十分普遍，为保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡，因此工艺要求贮槽内的液位需维持在某个给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出，要求设计一个液位控制系统。
对分析设计的要求，生产工艺比较简单要求并不高，所以采用管道流量控制系统进行设计。
管道流量控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
管道流量控制系统是最简单、最基本、最成熟的一种控制方式。
管道流量控制系统根据被控量的系统、液位管道流量控制系统等。
管道流量控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，操作维护也比较方便，因此在化工自动化中使用很普遍，这类系统占控制回路的绝大多数。
管道流量控制系统虽然简单，但它的分析、设计方法是其它各种复杂过程控制系统分析、设计的基础。
对管道流量控制系统进行分析，设计，调试处理的方法，理解管道流量控制系统对各个环节的影响，就可以分析处理好更复杂的设计问题。
这里选择的是液位管道流量控制系统。
图1-1是一个单回路反馈控制系统
管道流量控制系统方框图的一般形式如下：
图1-1单回路反馈控制系统
第2章系统结构框图与工作原理
2.1系统结构框图
将模拟过程控制系统中的控制器的功能用计算机来实现，就组成了一个典型的基于计算机的控制系统，如图2-1所示。
图2-1储槽液位控制系统框图
实验运行主界面:
过程控制系统，简单的说，就是采用计算机来实现的过程工业控制（含管理）系统。
从控制系统引入计算机，可以充分利用计算机的运算、逻辑判断和记忆等功能完成多种控制任务实现复杂东芝规律。
由于计算机只能处理数字信号，因此给定值和反馈要先经过A/D转换器将其转换为数字量，才能输入计算机。
但计算机接受了给定量和反馈量后，依照偏差值，按某种控制规律进行运算（如PID运算），计算结果（数字信号）在经过D/A转换器，将数字信号转换成模拟信号输出到执行机构，从而完成对系统的控制作用。
单回路系统结构简单，投资少，易于调整和投运，又能满足不少工业生产过程的控制要求，因此应用十分广泛。
2.2工作原理
管道流量控制系统亦称单回路调节系统，一般是指正对一个被控过程（调节对象），采用一个检测变松器检测被测过程，采用一个控制（调节器）来保持参数恒定（或在很小范围变化），其输出也只控制一个执行机构（调节阀）。
从系统的款图看，只有一个闭环回路。
管道流量控制系统
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。
因此，学习和掌握单回路系统的工程设计方法是非常重要的。
第3章各单元软硬件
3.1模拟控制对象系统
模拟控制对象系统由上、中、下三个水箱、热交换器及相应管路（含手动阀、转换阀）组成，上、中水箱由水泵供水。
上、中两个水箱装有液位传感器；
上水箱是一个复合式水箱，其中水箱内装有电加热器，电动搅拌器和PT100温度传感器。
下水箱内置潜水泵。
热交换器冷热流体管路上均装有涡轮流量计、温度传感器、阀门和水泵。
水箱中的水位、水温以及供水的流量和热交换器冷热流体管路上的温度、流量、压力都可以用于构成控制系统的被控参数。
管路任一个手动阀都可以作为干扰源，用以产生干扰信号，整个被控对象组成了一个复杂控制系统。
管道流量控制系统主要包括实验台上的上水箱、中水箱、回水泵、循环泵、电子比例阀以及相应的管路和阀门。
3.2控制台
控制台有手动控制按钮、智能仪表组成。
3.3上位机及控制软件系统
RTJK-2系统综合实验台上位机可以根据用户的要求配置不同的组件。
模拟对象系统的控制软件系统是基于力控6.0工控软件的实验控制软件系统。
力控6.0是一套基于windows平台的、用于快速结构和生成上位机监控系统的姿态软件，可以运行于windows95/98/NT/2000及以上系统。
力控为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势显示和报表输出以及企业监控网络等功能。
3.4模拟量输入模块ICP-7017
面板如图3-1所示，ICP-7017模块24V供电，面板上提供了4通道的输入端口，每一通道根据功能表壳输入允许范围的电压或电流。
图3-1ICP7017面板
图中，A:
电源开关B:
RS485接口C:
ICP-7017模块D:
4通道的输入接口
ICP7017模块的功能介绍：
ICP7017模块：
8通道模拟量输入模块。
工作电源：
直流24V
输入类型：
电压、电流。
输入范围：
150~150mv,-500~500mv,-1~1v,-5~5v,-10~10v,-2~20mA
通讯方式：
485通讯
3.5模拟量输出模块ICP-7024
面板如图3-2所示，24V供电，提供了4通道的输出端口，每一通道根据功能表壳输入允许范围的电压或电流。
图3-2ICP-7024面板
ICP-7024模块D:
4通道的输出接口
4路电压型模拟量输出，4路电流型模拟量输出。
电流输出范围：
0~20mA,4~20mA
电压输出范围：
-10v~10v,0~10v,-5~5v,0~5v
3.6电动调节阀
这里用的是QSTP-16K智能电动单座调节阀，其主要技术参数如下:
型式：
智能型直行程执行机构
输入信号：
0～10mA/4～20mADC/0～5mVDC/1～5VDC
输入阻抗：
250Ω/500Ω
输出信号：
4～20mADC
输出最大负载：
＜500Ω
信号断电时的阀位：
可任意设置为保持/全开/全关/0～100%间的任意值
电源：
220V10%/50Hz
3.7液位传感器
被控参数以及其他一些参数、变量的检测和将测量信号传送至控制器（调节器或计算机）是设计过程控制系统的重要一环。
选择变送器要注意以下几个问题：
尽可能选择测量误差小的测量元件；
尽可能选择快速响应的测量元件与变松设备；
对测量信号做必要的处理。
本实验对象的检测装置为扩散硅压力液位传感器。
分别用于检测上水箱、中水箱和下水箱液位。
接线说明：
传感器为二线制接法，他的端子位于中继管内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接红线，白线/蓝线接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接24V-。
传感器输出4～20mA电流信号，通过负载电阻250/50
Ω转换成电压信号。
当负载电阻接250Ω是信号电压为1～5V，当负载电阻切换成50Ω时信号为0.2～1V。
第4章软件设计与说明
主控窗口就是在开始运行时出现的窗口，可以选择需要运本课程设计中，用到的软件就是力控组态软件。
主要就是设计出单容水箱液位控制系统的组态监控画面，对各个模块的属性设置要准确。
同时，要写出PID算法的程序。
具体内容如下：
4.1用户窗口
这就是整个单容水箱液位控制系统的组态画面图，左半部分主要就是一个实验现场模拟图，可以清楚地看到在运行过程中，水的流向及过程。
右半部分，主要是各个参数的调节设置，并且在参数设置好后，可以看过水箱的设定值，以及输出值的变化。
还可以将整个变化过程通过曲线表示出来，清晰明了。
水箱液位曲线：
D历史曲线：
以下这个界面，可以记录下在运行过程中所出现的曲线，这样便于记录，以免丢失。
并且也可以把多次测量结果拿来作对比，可以清晰地看出，当比例，积分，微分各项参数发生变化时，输出值的变化情况。
主菜单：
4.2实时数据库
对整个设计中所需要的变量进行定义。
第5章系统调试
5.1设备连接
本设计调试时，要用到组态软件力控6.0。
运行力控6.0,打开设备窗口，添加通用串口父设备驱动程序7017和7024。
7017用于采集现场数据到计算机，7024为输出设备，把计算机的控制信息输出到阀门。
按照通讯状态设置，连线控制回路个模块（7017、7024、传感器
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