目 录
第1章 系统总体方案选择与说明 ................................. 1 第2章 系统结构框图与工作原理 ................................. 3 第3章 各单元硬件设计说明及计算方法 ........................... 5
3.1 各单元硬件设计 ......................................... 5
3.1.1 控制器 ........................................... 5 3.1.2 执行器 ........................................... 6 3.1.3检测变送 .......................................... 7 3.2 系统计算方法 ........................................... 7 第4章 软件设计与说明 ......................................... 9
4.1 数据库的设计 ........................................... 9 4.2 用户窗口的设计 ........................................ 10 4.3 设备窗口设计 .......................................... 13 第5章 调试结果与必要的调试说明 .............................. 14 第6章 使用说明 .............................................. 17 第7章 程序清单 .............................................. 18 第8章 总结 .................................................. 21 参考文献 ..................................................... 22
单容水箱液位控制系统 第1章 系统总体方案选择与说明
在此次设计中主要是以单容水箱的液位控制系统为研究对象，设计的任务就是使水箱液位保持在给定值所要求的高度或在某一小范围内变化。实现水箱液位的自动调节和控制。整个系统可由测量元件及变送器、控制器、调节阀和被控对象组成一个简单控制系统，并且只对一个被控参数进行控制。由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便并且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛地应用，所以单容水箱液位控制系统采用的就是单回路反馈控制。
一般而言，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。因此本设计选择PID控制规律。 系统采用的PID控制规律：
比例 r(t) e(t) - + + + u(t) 被控对象 c(t) 积分 微分 图1-1 PID控制系统原理图
1
单容水箱液位控制系统 液位控制中除了有模拟PID调节器外还可以采用计算机PID控制。计算机控制系统中除去检测、变送装置、执行机构等常用的模拟部件之外，其完成控制功能的核心是数字计算机，所以过程计算机控制系统是模拟和数字部件的混合系统。
液位传感器检测出水箱水位，水位的实际值是通过7017模块进行A/D转换，变成数字信号后输入计算机中；在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值传到7024模块中，由7024将数字信号转换成模拟信号；最后，实现水位的计算机自动控制。 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：
给定值控制器执行器水箱水箱液位高度检测变送
图1-2 控制系统框图
被控对象：水箱 被控变量：水箱液位高度 控制变量：水流量 控制器：计算机
执行器：水泵，调节阀，电机 检测变送：液位传感器
2
单容水箱液位控制系统 第2章 系统结构框图与工作原理
单容水箱液位PID控制系统中液位过程如下图所示：
进水阀Q1水箱出水阀Q2
图2-1 单容液位过程
给定值DDC控制器水泵水箱水箱液位高度液位检测变送
图2-2 单容液位控制系统结构图
单容水箱液位PID控制系统工作原理：
单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，本系统属于是一个闭环反馈单回路液位控制，采用DDC控制。当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系统设计好以后，系统的投运
3
单容水箱液位控制系统 和参数整定是十分重要的工作。
水箱阀11电动调节阀液位传感器阀01计算机阀18水泵阀10储水池
图2-3 单容液位控制系统工艺流程图
4