水箱液位控制系统设计本科论文

水箱液位控制系统设计本科论文内容摘要：

控制系统，其被控变量是显而易见的，液位就是其被控变量，是直接参数控制。 执行器的选择 执行器在控制系统中起着极其重要的作用。 控制系统的控制性能指标与执行器的性能和正确选用有着十分密切的关系。 执行器接受控制其输出的控制信号，实现对操纵变量的改变，从而使被控变量向设定值靠拢。 执行器位于控制回路的最总端，因此又称为最终元件。 本设计所使用的执行器为控制阀，也称调节阀。 控制阀发装现场，通常在高温、高压、高粘度、强腐蚀、易渗透、易结晶、易燃易爆、剧毒等场合下工作。 如果选择不当或维修不妥，就会使整个系统无法正常运作。 经验表明，控制系统不能正常运行的原因，多数发生在控制阀上。 对于系统控制阀的选择很重要。 控制阀接受控制器输出的控制信号，通过改变阀的开度来达到控制流量的目的。 控制阀有执行机构和调节机构两部分组成。 执行机构是根据可能稚气的控制信号产生推力或位移的装置，调节机构是根据执行机构的输出信号去改变能量或物料输送量的装置。 6 控制阀按其 能源形式可分为气动、电动、液动三大类。 液动控制阀推力最大，但比较笨重，目前已经极少使用。 电动控制阀的能源取用方便，信号传递迅速，但结构复杂、防爆性能差。 气动控制阀采用压缩空气作为能源，其特点是简单、动作可靠、平稳、输出推力较大、维修方便、防火防爆而且价格较低，因此得到广泛应用。 气动控制阀可以方便的与电动仪表配套使用，即使是采用电动仪表或计算机控制时，只要经过电 —气转换阀门定位器将电信号转换为 20—100kPa 的标准气压信号仍可采用气动控制阀。 PID控制器的选择 控制器是控制系统的核心部件，它将安装在生产现场的测量变送装置送来的测量信号与设定值进行比较产生偏差，并按预先设置好的控制规律对该偏差进行预算，产生输出型号去操纵执行器，从而实现对被控制变量的控制。 常见的 PID 控制器形式主要有三中：（ 1）硬件型，通用 PID 温控气；（ 2）软件型，使用离散形式的 PID 控制算法在可编程序控制器上做 PID 控制器；（ 3）使用变频器内置 PID 控制功能，相对两种来说，这种叫内置型。 这三种控制器形式各具特点。 （ 1） PID 温控器 现在 PID 温控器多为数字型控制器，具有位空方式、数字 PID 控 制方式以及模糊控制方式，有的还具有自整定功能，如富士 PWX 系列温控器、欧陆 800系列温控器就属此类型。 此类温控器的输入输出类型都可通过设置参数来改变，考虑到抗干扰性，一般将输入输出类型都设定位 4—20mA 电流类型。 这种 PID形式的主要优点有：操作简单、功能强大、动态调节性能号，适用于选用能过的变频器性能不是很高的应用场合，同时控制器还具有传感器断线和故障自动检测功能。 缺点是： PID 调节过于频繁，稳态性能稍差，布线工作量多。 调试注意要点： P 参数值不应太大，一般为 —1；参数和 D 参数的比值大约位 4： 1 参数的 值一般位 6s—16s；由于 PID 温控器的响应快，为了防止调整过程中压力波动过大，变频器的上升和下降时间应调大些，推荐 30s—80s；设定 PID 温控器的显示标尺斜率，校正压力显示值；设定适当的数字滤波时间，抑制干扰的输入。 7 （ 2）软件型 PID 这种类型可以使用 PLC 指令编程编写 PID 算法程序，可以充分利用 PLC 的功能。 优点是控制性能号，柔性好，在调节结束后，压力十分稳定，信号干扰小，调试简单，接线工作量少，可靠性高。 缺点是编程工作量增加，需增加硬件成本。 调试时要尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间。 在编程设 计中必须防止计算结果值溢出，造成控制失控，而且还要编写校正传感器零点和判断是否正常的功能程序。 （ 3）变频器内置 PID 现在的大多数变频器，无论是专用型，还是通用型都内置了 PID 控制功能，这对节省系统的成本很有利使用变频器的内置 PID 功能，首先必须设定 PID 功能有效，然后确定 PID 控制器的信号输入类型，如采用有反馈信号输入，则要求有设定值信号，设定值可以是外部信号，也可以是面板设定值；如采用偏差输入信号，则无须输入设定值信号。 内置型 PID 优点是成本低，控制性能号，设置的参数少，接线工作量较少，抗干扰性最好。 缺点是这种 PID 也属软件型 PID，响应较慢，易出现超调现象；压力的设置和显示不直观。 调试应尽量设置短的变频器的上升时间和下降时间，使用面板设定设置值是，设定的是设置值与传感器量程的相对值，设置正确的 PID 动作方向。 当然。 PID 控制器在实际应用中有很多类型，就水箱液位控制系统可选用的也有很多，具体选用何种型号，要看具体情况而定。 液位变送器的选择 测量变送环节的作用是将工业生产过程中的参数经过检测、变送单元转换成标准信号。 在模拟仪表中，标准信号通常采用 4—20mADC、 1—5VDC、0—10mADC 的电流（电压）信号，或 20—100kPa 的气压信号；在现场总线仪表中，标准信号是数字信号。 下面是生产过程中常用的液位变送器： （ 1） 浮球式液位变送器 浮球式液位变送器由磁性浮球、测量导管、信号单元、电子单元、接线盒及安装件组成。 一般磁性浮球的比重小于 ，可漂于液面之上并沿测量导管上下移动。 导管内装有测量元件，它可以在外磁作用下将被测液位信号转换成正比 8 于液位变化的电阻信号，并将电子单元转换成 4～ 20mA 或其它标准信号输出。 该变送器为模块电路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蚀等优点，电路内部含有恒流反馈电路和 内保护电路，可使输出最大电流不超过 28mA，因而能够可靠地保护电源并使二次仪表不被损坏。 （ 2） 浮简式液位变送器 浮筒式液位变送器是将磁性浮球改为浮筒，它是根据阿基米德浮力原理设计的。 浮筒式液位变送器是利用微小的金属膜应变传感技术来测量液体的液位、界位或密度的。 它在工作时可以通过现场按键来进行常规的设定操作。 （ 3） 静压或液位变送器。