水箱液位控制系统设计

东南大学自动化学院

过程控制

实验设计报告

姓名：学号：

专业：实验室：

组员：

评定成绩：审阅教师：

一过程控制系统概论

1. 系统设备组成

1. 系统水路图

系统水路图包括两个部分，一部分液位控制水路，一部分是温度控制水路图。液位控制水路主要包括以下部分：

变频器

水泵

水箱

电动阀两个

电动调节阀

流量变送器

液位变送器

手动阀门若干

管道若干

具体图如下：

温度控制水路，主要包括以下部分：

加热器

加热水箱

储水水箱

加压泵

温度变送器

管道若干

手动阀门若干

具体温度控制水路图如下：

2. 实验平台面板图

实验平台包括了P909智能控制器、接线插头以及计算机等设备。P909面板图如下：

3. 系统电气连接图

2. 系统设备参数

1. 整体参数----加热器控制器

功率：1500W 电源：220V（单相输入）2. 交流变频器

功率：1500W

电源：220V（单相输入）

380V（三相输入）

3. 水泵

STAINLESS STELL CENTRIFUGAL PUMP

Q：40-180 L/min

H：25-7m

H max：25m

Q max：180 L/min

3-Mot：380V 50Hz

rpm：2850

Kw：1.1

HP：1.5，In 2.8A，VL 450V，ICL B，IP 44.

4. 智能电动调节阀

型号：ZDYP-16P，口径：2.5mm

压力：1.6Mpa，电源：220V

输入信号：4-20mA，反馈信号：4-20,mA 阀门控制精度：0.1%-3%可调

日期：2006年4月T:58447575

上海大禹泵阀制造有限公司

5. 电磁阀

220V AC，ED 100%，IP 00/65

6. 流量计

C型涡轮流量计

直径：10mm，满度流量：1.2

压力：16Mpa，输出精度：1.0

编号：06022，防护等级：IP5

天津仪表集团有限公司

7. 全自动微型家用增压泵

型号：15WZ-10

单相电容运转马达

最高扬程：10m，最大流量：20L/min

极数：2，转速：2800rPm

电压：220V，电流：0.36A

频率：50Hz，电容：3.5uF

功率：80W，绝缘等级：F

上海大磊泵业有限公司

二对系统对象的认识

1. 获取对象的数学模型

为了能够对对象很好地控制，我们必须尽大可能获得系统的准确模型。

对于液位控制系统，主要的控制对象是液位，执行机构是电动调节阀，所以，我们需要获取电动调节阀作为输入，与系统的输出液位之间的系统模型。

获取模型的方式有多种多样，主要是：

1. 频率特性法。通过输入输出信号之间的频率响应关系，得到系统的频率特性函数函数。这种方式主要适合时间常数比较小的系统。

2. 飞升曲线。通过阶跃输入观察系统的阶跃输出响应，通过阶跃响应曲线，可以假设系统的模型类别，然后根据系统的飞升曲线，得到模型中的各项参数，获得系统模型。

我们在实际实验中，就是通过飞升曲线方法，来获得系统的模型。

飞升曲线的制作方法

飞升曲线的制作方法比较简单。飞升曲线实际上就是两个稳态以及它们的过渡过程。

首先，我们给定一个电动调节阀的开度，控制系统各个手动阀到合适的位置，等待液位稳定。液位稳定之后，我们给定电动调节阀另外一个开度，液位开始变化。在一段时间之后，液位会达到新的平衡状态。这之间的过渡过程，将液位随着时间的变化曲线，就是飞升曲线。

我们获得到飞升曲线如下：

飞升曲线分析

根据飞升曲线，开度是由10%-20%变化，液位变化为175mm到520mm，从第一个稳态过渡到第二个稳态需要的时间大致为14分钟。

我们假定系统是一个一阶惯性环节，那么，飞升曲线就相当于系统的阶跃响应，通过飞升曲线，我们可以获得系统的稳态增益、时间常数等参数，通过这些参数，我们就可以对系统建立数学模型，通过分析和计算，就能够设计出最佳的PID控制器来控制液位系统。2. 力控教学实验平台的使用

1. 力控教学实验平台的安装6.1版本

1. 硬件要求

CPU:奔腾500 以上

•内存：最少64M

•显示器：VGA、SVGA 以及支持桌面操作系统的图形适配器，显示256 色以上。

•鼠标：PC 兼容鼠标

•通讯：RS-232

•并行口：力控的加密锁

说明：目前市面上流行的机型完全满足力控的运行要求。

2. 软件要求

运行的操作系统：WINDOWS2000/WINNT4.0(补丁6)/WINXP

3. 硬件加密锁

力控组态软件在长时间运行时，需要一个硬件加密锁，加密锁包括：并口硬件加密锁和USB 口硬件加密锁。

并口硬件加密

力控支持Windows 操作系统上的并口硬件加密锁的安装，安装并口硬件加密锁步骤：

在安装加密锁前应关闭计算机电源和外围设备拔掉计算机并口上的所有联接。加密锁安全地插入并口并拧紧螺丝。如果有其它设备与并口连接，请将其接到加密锁的背后。

USB 硬件口加密锁

力控支持Windows 操作系统下USB 口硬件加密锁，注：Windows98 需要首先安装USB 口的驱动。

说明：当没有加密锁时，力控组态软件也可以开发和运行，但有如下限制：

数据库支持32 点

内置编程语言

运行系统在线运行时间是2 小时

支持选择的通讯驱动程序

3. P909的使用方法

1. 手动设置输出值

2. 手动模式和自动模式的切换

按下A/M键，即可实现手自动切换，手自动切换的图标将会变换，如图：

手动情况：

自动情况：