压力自动控制系统设计研究
实验 6：气体压力 PID 单回路控制系统的设计与整定
实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的1）掌握压力PID单回路控制系统的常用方法。
2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。
3）掌握压力PID控制器参数整定方法。
2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。
压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。
绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。
表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。
大气压力：一个标准大气压是在纬度45度，温度为0℃，重力加速度为9.80665m/s2海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。
压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。
负压：绝对压力小于大气压时，大气压力与绝对压力之差为负压。
负压的绝对值称为真空。
真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。
压力测量常用的单位有：①帕斯卡（Pa），其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。
工程中常用MPa表示压力，1 MPa=106 Pa，②工程大气压（kgf/cm2），垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。
工程上常用kg/cm2表示。
1 kgf/cm2=9.80665×105 Pa=0.980665 MPa。
③物理大气压（atm），即上面所述的标准大气压。
④毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH2O），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。
1 atm=760 mmHg。
许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、合成氨生产过程等，有些需要很高的真空度。
压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。
生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。
2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激光等）。
恒压供水自动控制系统设计方案
恒压供水自动控制系统设计方案控制策略：1.PID控制策略：根据水压的反馈信号与设定值之间的误差，计算出控制阀门的开度，以调节出水流量，使水压保持在设定值范围内。
2.水泵组合运行策略：根据需求的水流量大小，自动选择合适的水泵数量和运行状态（单泵或多泵并联），以满足供水系统对水压的要求。
3.系统监测与故障诊断策略：通过监测系统中的传感器，实时监测供水系统的压力、流量、温度等参数，并能够自动诊断故障，提供警报和故障排除建议。
硬件选择：1.压力传感器：选用高精度、稳定性好的压力传感器，能够实时准确地测量供水系统中的水压，并将信号传送给控制器。
2.控制阀门：选择高灵敏度、响应速度快的电动或气动控制阀门，能够根据控制信号快速调节水量，实现恒压供水。
3.变频器：选择适合的变频器可以根据供水需求调节水泵的运行频率，提高系统的能效，减少能耗。
4.控制器：选用可编程控制器（PLC）或微处理器控制器（MCU），具有强大的计算和控制能力，能够实时处理信号，控制整个供水系统的运行。
系统布局：1.水源与水池：根据供水需求选择水源和水池的容量，保证水能够持续供应。
2.水泵配置：根据供水系统的水压需求，选择合适的水泵类型和数量，自动控制其启停和运行状态，以稳定供水压力。
3.阀门安装：在输送管道上设置自动控制阀门，根据系统控制信号调节阀门的开度，以控制出水量，保持恒定的水压。
4.传感器安装：将压力传感器、流量计等安装在适当的位置，能够准确地测量和传递相关参数，为系统控制提供实时反馈信号。
5.控制器布置：控制器应该安装在恒温恒湿的环境中，与其他元件紧密配合，并与操作界面（如触摸屏）相连，便于操作和监控系统运行。
以上是对恒压供水自动控制系统设计方案的一个基本描述。
具体的实施方案需要根据实际情况进行具体分析和设计，以确保系统运行的稳定性、可靠性和效果。
恒压供水系统自动控制设计
恒压供水系统自动控制设计一、控制策略设计：1.压力传感器：安装在水泵的出水管道上，用于实时监测出水压力，并将监测数据反馈给控制装置。
2.控制装置：根据压力传感器的反馈数据，判断当前的出水压力是否达到设定值，并决定是否调整水泵的运行状态。
3.设定值设定：用户可以通过控制装置进行设定，可以根据实际需要设定出水压力的目标值。
二、控制装置设计：1.控制算法：根据压力传感器的反馈数据，控制算法可以采用PID控制策略，通过对比设定值和实际值来计算出相应的控制信号，控制水泵的开启和关闭。
2.控制信号传输：控制装置通过控制信号传输装置将计算出的控制信号传输给水泵控制装置。
3.水泵控制装置：根据接收到的控制信号，控制水泵的启停和运行速度。
可以采用变频控制方式，通过调整水泵的转速来实现出水压力的调节。
三、系统优化设计：1.启停设置：当出水压力低于设定值时，自动启动水泵；当出水压力达到设定值后，自动停止水泵。
避免压力超过设定值或低于设定值过多的情况，保持出水压力稳定。
2.变频控制：根据压力传感器的反馈数据，控制装置可以实时调整水泵的转速。
当出水压力低于设定值时，增加水泵的转速；当出水压力高于设定值时，降低水泵的转速。
通过改变水泵的转速，可以实现稳定的出水压力。
3.故障保护：当水泵运行异常或发生故障时，控制装置应能够及时报警，并关闭水泵以避免进一步损害设备。
同时，还可以设计自动切换备用水泵的功能，保证供水的连续性和可靠性。
综上所述，恒压供水系统的自动控制设计包括压力传感器的安装和数据反馈、控制装置的设计、设定值的设定、控制算法的选择、控制信号传输装置的设计、水泵控制装置的设计等多个方面。
通过合理的设计和控制策略，可以实现恒压供水系统的稳定运行，提高供水的效率和质量，同时还能够减少能源的消耗和设备的损耗。
自动控制系统综合实验综 合 实 验 报 告
综合实验报告实验名称自动控制系统综合实验题目指导教师设计起止日期2013年1月7日～1月18日系别自动化学院控制工程系专业自动化学生姓名班级 学号成绩前言自动控制系统综合实验是在完成了自控理论，检测技术和仪表，过程控制系统等课程后的一次综合训练。
要求同学在给定的时间内利用前期学过的知识和技术在过程控制实验室的现有设备上，基于mcgs组态软件或step7、wincc组态软件设计一个监控系统，完成相应参数的控制。
在设计工作中，学会查阅资料、设计、调试、分析、撰写报告等，达到综合能力培养的目的。
目录前言 (1)第一章、设计题目 (2)第二章、系统概述 (2)第一节、实验装置的组成 (2)第二节、MCGS组态软件 (7)第三章、系统软件设计 (10)实时数据库 (10)设备窗口 (12)运行策略 (15)用户窗口 (17)主控窗口 (26)第四章、系统在线仿真调试 (27)第五章、课程设计总结 (34)第六章、附录 (34)附录一、宇光智能仪表通讯规则 (34)第一章、设计题目题目1 单容水箱液位定值控制系统选择上小水箱、上大水箱或下水箱作为被测对象，实现对其液位的定值控制。
实验所需设备：THPCA T-2型现场总线控制系统实验装置（常规仪表侧），水箱装置，AT-1挂件，智能仪表，485通信线缆一根（或者如果用数据采集卡做，AT-4 挂件，AT-1挂件、PCL通讯线一根）。
实验所需软件：MCGS组态软件要求：1.用MCGS软件设计开发，包括用户界面组态、设备组态、数据库组态、策略组态等，连接电路，实现单容水箱的液位定值控制；2.施加扰动后，经过一段调节时间，液位应仍稳定在原设定值；3.改变设定值，经过一段调节时间，液位应稳定在新的设定值。
第二章、系统概述第一节、实验装置的组成一、被控对象1．水箱：包括上水箱、下水箱和储水箱。
上、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。
压力模糊PID控制系统设计DOC
第一章工程设计概述1.1 论文设计的背景1.1.1 国内外工厂主蒸汽压力控制的简介及现状随着工厂锅炉机组越来越向着高参数、大容量的方向发展，对热工自动控制系统的控制品质的要求也越来越高。
从30年代起，锅炉控制中就采用了PID控制器。
目前，国内的锅炉燃烧控制仍然大多采用常规PID控制器，或者为了改善控制效果，加一些前馈控制。
控制方法远远落后于国外的控制技术，尤其是北欧国家和德国。
锅炉是经济发展时代不可缺少的商品，未来将如何发展，是非常值得研究的。
而这一切都离不开对压力控制系统的研究。
而国外一些发达国家在控制系统这方面的研究更是非常的重视，而且在高科技技术的背景下，更是取得了相当大的成果。
在国内无论是燃烧过程自动控制系统、汽包水位自动控制系统，还是主蒸汽压力自动控制系统等，主要都是采用各种类型的常规PID控制策略，也就是说PID控制在化工厂的大大小小的控制系统中仍占着主导地位。
多年来，虽然PID控制在化工厂热工过程控制中发挥了很大作用，在一些机组的某些控制系统上也有令人满意的控制效果，但是，由于PID算法本身的限制，在某些复杂对象上应用时，控制效果很不理想，甚至无法实现自动控制。
究其原因，主要是因为PID控制实施有效的前提是要有准确的被控对象模型。
当实际被控对象模型发生变化时，按照原被控对象模型进行参数整定的PID控制器的控制效果就很难保证了。
而且在实际的工程应用中，被控对象的模型往往是不精确的、时变的，有时甚至根本无法获得，这时采用常规的 PID控制就很难达到理想的控制效果。
也就是说面对越来越复杂的被控对象，常规PID控制己束手无策，要想获得好的控制效果，必须采用其它的控制策略。
英国科学家马丹尼E.H Mamdani首先应用模糊控制方法来控制用于试验的锅炉和汽轮机；美国德克萨斯州的某化工厂工业锅炉及所有蒸汽回路都采用了EXACT，蒸汽消费量减少了15%；在燃油锅炉上应用最优控制，自适应控制等现代控制技术的例子也有多次报道[1]。
基于LabVIEW的比例压力控制阀自动测试系统
基于LabVIEW的比例压力控制阀自动测试系统1. 系统简介基于LabVIEW的比例压力控制阀自动测试系统是一种用于实时监测和控制压力的自动化设备。
该系统采用先进的LabVIEW编程语言，通过各种传感器、执行器和控制器的组合，实现对压力的精确测量、控制和调节。
本文档将详细介绍系统的组成、工作原理、功能特点以及应用领域，以便用户更好地了解和使用该系统。
1.1 系统目标自动化测试流程：构建一套自动化测试流程，涵盖比例压力控制阀的初始化、功能测试、性能测试等各环节，降低人工操作带来的误差和不确定性。
精准的压力控制：利用LabVIEW的实时控制和数据处理能力，实现对比例压力控制阀精确的压力控制，确保测试结果的一致性和可靠性。
综合性能评估：系统不仅能够进行单一测试项目的评估，还能够综合分析比例压力控制阀的整体性能，包括响应速度、精度、稳定性等指标。
测试报告生成与数据管理：系统自动生成详细的测试报告，并存储所有测试数据，以便后续分析和管理。
通过构建数据库或数据管理系统，实现数据的长期跟踪和趋势分析。
友好的用户界面：采用直观的用户界面设计，使操作人员能够便捷地执行测试任务，降低操作难度。
可扩展性与可维护性：系统设计考虑模块化思路，确保系统的可扩展性和可维护性，以适应未来比例压力控制阀测试的新需求和技术更新。
安全性保障：确保测试过程中的电气安全、压力安全以及软件系统的稳定运行，避免意外事故的发生。
1.2 系统功能1比例压力控制：系统能够实现压力按照预设比例进行精确控制，确保测试过程中的精确性和可重复性。
实时监测与反馈：系统采用实时数据采集技术，对压力、流量等关键参数进行连续监测，并提供反馈信息，以便用户及时了解测试状态并作出相应调整。
数据记录与处理：系统自动记录测试过程中的各项数据，并提供方便的数据查看、分析和处理功能，以便用户更好地了解测试结果和优化系统性能。
自动化测试流程：系统支持自动化测试流程，可按照预设条件自动进行多次测试，减少人工操作，提高测试效率。
自动化控制系统设计方案
自动化控制系统设计方案引言概述：自动化控制系统是现代工业生产中的重要组成部份，通过对生产过程的自动化控制，可以提高生产效率、降低成本、提升产品质量。
本文将详细介绍自动化控制系统设计方案的五个部份，包括需求分析、系统架构设计、传感器与执行器选择、控制算法设计以及系统测试与调试。
一、需求分析：1.1 确定系统的功能需求：根据生产过程的特点和目标，明确自动化控制系统需要实现的功能，如温度控制、压力控制、速度控制等。
1.2 确定系统的性能需求：确定系统的性能指标，如响应时间、控制精度、稳定性等，以保证系统能够满足生产过程的要求。
1.3 确定系统的安全需求：考虑到自动化控制系统对生产过程的影响，需要确保系统的安全性，如防止过载、过热等情况的发生。
二、系统架构设计：2.1 确定系统的层次结构：根据需求分析的结果，将自动化控制系统划分为不同的层次，如传感器层、执行器层、控制层等，以便于系统的设计和管理。
2.2 设计系统的通信结构：确定不同层次之间的通信方式和协议，如使用以太网、CAN总线等，以实现各个层次之间的数据传输和控制指令的传递。
2.3 选择适当的硬件平台：根据系统的需求和性能要求，选择适合的硬件平台，如PLC、单片机等，以支持系统的实时控制和数据处理。
三、传感器与执行器选择：3.1 选择合适的传感器：根据系统的功能需求，选择能够准确感知生产过程参数的传感器，如温度传感器、压力传感器、光电传感器等。
3.2 选择合适的执行器：根据系统的功能需求，选择能够实现精确控制的执行器，如电动阀门、机电驱动器等，以实现对生产过程的精确控制。
3.3 确保传感器与执行器的兼容性：在选择传感器和执行器时，需要考虑其与系统的硬件平台的兼容性，以确保它们能够正常工作并与控制系统进行有效的通信。
四、控制算法设计：4.1 确定控制策略：根据系统的功能需求和性能要求，确定合适的控制策略，如PID控制、含糊控制、自适应控制等，以实现对生产过程的精确控制。
基于PLC的液压控制系统设计与实现
基于PLC的液压控制系统设计与实现摘要：随着现代科技技术的不断进步，促使中国工业领域也逐渐转向自动化控制的方向发展。
PLC作为新兴的工业控制器，其不仅具备较高的可靠性，同时还拥有目前工业领域中较先进的技术，PLC控制系统在工业领域中得到了广泛的推广与应用。
PLC控制系统作为目前较为先进技术，其可以充分取代传统的电力控制系统，以便可以充分确保达到准确度、控制、可靠性较高的标准，同时在确保工业生产效率与自动化生产质量的同时，可以充分增加系统的实用性，从根本上降低系统出现故障的概率。
关键词：PLC；液压系统；PLC控制系统引言液压系统是一个非常典型的非线性系统，且带有惯性过程。
针对传统液压控制系统的不足,为使其拥有更好的性能和人性化操作界面,构建和介绍了基于PLC的液压控制系统，该系统经实践证明具备可使用性。
一、液压系统硬件结构及工作原理常规的液压控制系统只拥有单个液压缸，但因为压力表的里程范围较大，通常情况下单个液压缸的里程范围为0.6～60MPa，促使压力表的回弹性能结构之间的差距也较大。
目前针对压力表的中高里程（20～60MPa）展开检定时，其可以充分满足生产的基本要求。
但对于压力表的而言，例如：20MPa～10MPa以下的量程展开检定的过程中，系统的控制极易出现超调的情况，通过升级软件的方式也无法将这项问题从根本上解决掉，因此在实际研究液压控制系统的硬件时，可选择在原有的液压缸上增加一个小型的压力缸，并将其通过控制压力装置连接至系统中，将其作为具备辅助功能的压力源，当运行液压控制系统的过程中两种液压缸之间可以相互协作，共同完成实际生产控制工作。
在实际试验的过程中，可以将传统液压缸与小型液压缸的截面比例控制在4∶1，同时还需要将其有效里程范围控制在250mm 之内，在运行控制系统的过程中，当小型液压缸的压力值可以达到1~2MPa时，其与实际压力表中里程的范围之间差距较大，不可以满足实际需求。
所以根据实际结果可知，在实际运行控制系统的过程中，需要将大型液压缸作为控制的主要环节，将小型液压缸作为调节压力的环节。
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压力自动控制系统设计研究
摘要:压力控制不仅仅应用于工业生产,也与我们的生活息息相关。
压力控制不好,小则影响生产效率,降低产品质量,或是给生活带来不便;大则造成严重的生产事故,甚至造成人员伤亡。
所以,压力的检测与控制,对保证生产、生活的正常进行是十分重要的。
压力自动控制系统,能够在无人操纵空压机的情况下,利用控制电路操纵空压机,使压力值一直保持在给定的范围内变化。
关键词:压力自动控制控制系统
压力是指由气体或液体均匀垂直地作用于单位面积上的力。
在工业生产过程中,需要对温度、压力、流量、液位、浓度等参数进行控制,压力往往是重要的操作参数之一。
压力控制不仅仅应用于工业生产,也与我们的生活息息相关。
压力控制不好,小则影响生产效率,降低产品质量,或是给生活带来不便;大则造成严重的生产事故,甚至造成人员伤亡。
所以,压力的检测与控制,对保证生产、生活的正常进行是十分重要的。
所谓自动控制,是指在无人直接参与的情况下,利用控制装置操纵受控对象,使被控量等于给定值或按信号的变化规律去变化的过程。
例如:扫地狗能够按指令对地板进行清洁;地对空导弹能够准确命中目标;人造卫星能够运行在预定的轨道并成功返回地面等等,这些都是应用自动控制技术的结果。
压力自动控制系统,能够在无人操纵空压机
的情况下,利用控制电路操纵受控对象,使压力值一直保持在给定的范围内变化。
高职院校学生一学期大部分时间需要进行实验实训,一些实验需要用到压力,这就需要有一套低成本,节能,同时又安全可靠的压力自动控制系统。
对于学校来说,选择这套压力自动控制系统方案是个不错的选择,下面就来简要介绍一下这套自动控制系统的设计思路。
1 系统构成
该控制系统在设计思路上,充分考虑到成本和实用性的问题,采用的都是性价比高的仪表及电子元件。
(1)空气开关。
基本原理:短路电流远大于正常负载电流,短路电流导致脱扣器脱扣,动触头在弹簧的作用下与静触头分开,使得电路断开。
空气开关是用来做电路保护的,一旦出现短路事故就会采用空气作为灭弧介质断开电路。
(2)按钮。
启动按钮:绿色按钮,只使用其常开触点。
停止按钮:红色按钮,只使用其常闭触点。
启动按钮和停止按钮内部结构一样,只是在颜色上有区别。
在线路接法上有区别,一般是把停止按钮串联在接触器或继电器的线圈回路中,把启动按钮并联到接触器的自锁触点两端。
(3)接触器。
这里采用交流接触器,主接点用来开闭电路,辅助接点用来导通控制回路。
主接点一般是常开接点,而辅助接点常有两对常开接点和常闭接点。
原理:接触器由固定铁芯、动铁芯、弹簧、动触点、静触点、线圈、接线端子和外壳组成。
线圈通电,动铁芯在电磁力的作用下动作吸合,带动动触点动作,使常闭触点分开,常开触点闭合。
线圈断电后,动铁芯在弹簧的作用下带动动触点复位。
交流接触器的接点,由银钨合金制成,具有良好的导电性和耐高温烧蚀性。
使用寿命高,机械寿命通常为数百万次。
(4)中间继电器。
中间继电器就是个继电器,它的原理和交流接触器相同。
在继电保护装置中,用来增加触点数量和触点的容量,也可以使触点闭合或断开时带有不大的延时。
(5)电接点压力表。
电接点压力表由测量系统、指示系统、磁助电接点装置、外壳、调整装置和接线盒(插头座)等组成。
一般电接点压力表是用于测量对铜和铜合金不起腐蚀作用的气体、液体介质的正负压力,并在压力达到预定值时发出信号,接通控制电路,达到自动控制的报警得目的。
电接点压力表工作原理:压力表指针上有动触点,表盘上另外有两个静触点。
当压力超过上限给定数值时,动触点和上限静触点接通;当压力低于下限给定数值时,动触点和下限静触点接通。
静触点的位置可以根据需要灵活调节。
(6)空压机。
空气压缩机是气源装置中的主体,将电动机的机械能转换成气体压力能。
它广泛用于机械、电子、化纤、生物医学、食品、炼钢、石化等行业,简单来说,需要带压气体的地方,就需要空压机。
2 控制方案说明
(1)该方案的实施需要:空压机一台;启动按钮一个;停止按钮一个;红色和绿色指示灯各一个;手动/自动转换开关一个;交流接触器一个;中间继电器三个;空气开关三个;电接点压力表一只。
电路图1中a、c分别表示电接点压力表的下限和上限静触点,b 表示指针(动触点)。
(2)手动状态:关闭空气开关QK1、2、3,接通控制电路电源,将手动/自动转换开关拨到手动,按下启动按钮SB1,中间继电器KA3线圈得电,KA3-1(常开触点)闭合,实现KA3的自锁;同时KA3-4(常闭触点)断开,KA3-2(常开触点)闭合,绿色指示灯亮;KA3-3(常开触点)闭合,交流接触器KM线圈得电,常开触点KM1、KM2、KM3闭合,空压机开始运转。
直到按下停止按钮SB2,中间继电器KA3失电,KA3-1、KA3-2、KA3-3同时断开,红色指示灯亮,交流接触器KM失电,常开触点KM1、KM2、KM3断开,空压机停止运行。
(3)自动状态:关闭空气开关QK1、2、3,接通控制电路电源,将手动/自动转换开关拨到自动,由于这个时候还没有压力,电接点压力表的指针低于下限,于是a、b两点接通,中间继电器KA2线圈得电,常开触点KA2-2闭合,实现中间继电器KA2的自锁;常开触点KA2-1闭合,中间继电器KA3线圈得电,KA3-2闭合,绿灯亮;KA3-3闭合,交流接触器KM线圈得电,常开触点KM1、KM2、KM3闭合,空压机启动。
当压力值高于电接点压力表上限,b、c两点接通,中间继电器KA1得电,常闭触点KA1-1断开,中间继电器KA2失电,常开触点KA2-1断开,中间继电器KA3失电,常开触点KA3-3断开,交流接触器KM线圈失电,常开触点KM1、KM2、KM3断开,空压机停止运行;同时常开触点KA3-2断开,绿灯熄灭,常闭触点KA3-4闭合,红灯亮起。
在这个系统中,值得说明的是,由于压力一直在消耗中,所以在自动状态下,空气压缩机将根据压力的实际使用情况,反复启动、停止。
当压力处于电接点压力表上下限静触点之间时,空压机处于停止状态,节约资源。
当压力值低于下限时,空压机能够自行启动,不需人为操作。
该系统实现了压力的自动控制,且具有相当高的实用价值。
参考文献
[1]厉玉鸣.化工仪表及自动化[M].出版社,2013,7(1):14-17.
[2]张虎,王银锁.过程控制系统应用技术[M].化学工业出版社,2012,10(2):1-4.
[3]黄坚.自动控制原理及其应用技术[M].北京:高等教育出版社,2001,7(1):1-7.。