过程控制课程设计---单容水箱液位PID控制系统设计

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1、课程设计课程名称课程名称过程控制过程控制课题名称课题名称单容单容水箱水箱液位液位 PID 控制系统设计控制系统设计 2012 年年 12 月月 26 日日课程设计任务书课程名称过程控制过程控制课题单容水箱液位单容水箱液位 PID 控制系统设计控制系统设计任务书下达日期 2012 年 12 月 10 日任务完成日期 2012 年 12 月 26 日设计内容与设计要求设计内容与设计要求设计内容：设计内容：利用 DDC 作为控制器核心设计一个单容水箱液位控制系统系统，使水箱液位维持在某个给定值上，或在某一小范围内变

2、化。实现水箱液位的自动调节和控制，并采用 MCGS 组态软件在上位机实现显示和控制。设设计要求：计要求： 1）确定系统设计方案； 2）选择相应的仪器设备； 3）MCGS 软件组态相应的监控画面； 4）完成控制算法程序设计； 5）在 DDC 控制装置中进行调试；主主要要设设计计条条件件过程控制实验系统， AE2000B2 型仪表及其模拟量模块，计算机，组态软件，通信线等。说明书格式 1. 课程设计任务书 2. 目录 3. 系统总体方案选择与说明 4. 系统结构框图与工作原理 5. 各单元硬件设计说明及计算方法 6. 软件设计与说明（包括流程图） 7. 调试结果与必要

3、的调试说明 8. 使用说明 9. 程序清单 10、总结 11、参考文献附录附录 A 系统原理图附录 B 程序清单进度安排设计时间为两周第一周星期一、上午：布置课题任务，讲课及课题介绍下午：借阅有关资料，总体方案讨论星期二、确定总体设计方案星期三、选择相应的仪器设备，进行控制算法设计星期四、控制算法编程星期五、控制算法编程第二周星期一、MCGS 组态监控画面星期二、MCGS 组态监控画面，在 DDC 装置上进行调试星期三、在 DDC 装置上进行调试星期四、写说明书星期五、上午：写说明书，整理资料下午：交设计资料，答辩参考文献 1 过程控制，金以

4、慧.北京：清华大学出版社，1993.4: 103-118 2 何衍庆.工业生产过程控制.北京：化学工业出版社， 2004.3：77-88 3 AE2000B2 型系统实验平台实验指导书目目录录第 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 1

5、3 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 1 第第 1 章章系统总体方案选择与说明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

6、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，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：积分比例微分被控对象 + + + u(t) e(t) r(t) - c(t) 图 1-1 PID 控制系统原理图单容水箱液位控制系统 2 液