温度与液位选择控制系统的设计.docVIP

目录 1. 引言 1 2. 设计任务和方案分析 1 2.1任务分析 1 2.2 控制系统分析 2 2.2.1 什么是选择控制系统 2 2.2.2选择控制系统的设计 2 3. 系统设计与实施 5 3.1 系统的数学模型 5 3.2系统的硬件设计 7 3.2.1温度检测器 7 3.2.2 液位变送器 8 3.2.3 A/D 转换 8 3.2.4 D/A转换 10 4. 系统的仿真 11 4.1参数整定 11 4.2 控制器的正反作用 13 4.3 仿真 13 5. 心得体会 15 参考文献 17 温度与液位选择控制系统的设计 引言 为了适应在不同工况下能实现自动控制，在控制回路中需要引入选择器，设计两个或两个以上控制系统，当工况改变时，自动选择一个适当的控制系统投入运行，这种控制方案叫做选择控制方法。 在现实工业中，这种控制方案应用的比较多，例如在对液氨蒸发器的控制中，通常需要被冷却物料出口温度稳定.此时液氨液位在一定允许范围内。而在非正常工况下，液位高度是不超过给定的上限的，所以需要使用选择控制方法，通过对液位的检测，来判断液位高度是否工作在正常情况，在正常情况下，使用被冷物料出口温度回路控制系统，非正常情况下，使用液位单回路控制系统，二者的切换通过选择器自动根据工况实现。 设计任务和方案分析 2.1任务分析 本文要设计温度液位选择控制系统，要求通过单片机对热水流量的控制来实现对混合水槽的温度和液位的控制，可以通过对热水流量控制来使混合槽中的水温稳定，同时使液位高度在一定允许范围，并可实时显示当前温度值和越限报警。随着计算机技术的发展，推动了自动化生产。把计算机控制应用在温度液位控制上，使控制精度提高，得到了良好的控制品质。本文不但要实现一单片机为核心的电炉温度采集，实现对其温度的设定、调节、显示和越限报警。 2.2 控制系统分析 什么是选择控制系统 在现代工业生产过程中，要求设计的过程控制系统不但能够在正常工况下克服外来的扰动，实现平稳操作，而且也必须考虑事故状态下也能安全生产。选择性控制是把生产过程中对某些工业参数的限制条件所构成的逻辑关系迭加到正常的自动控制系统上去的组合控制方案。系统由正常控制部分和取代控制部分组成，正常情况下正常控制部分工作，取代控制部分不工作；当生产过程某个参数趋于危险极限时但还未进入危险区域时，取代控制部分工作，而正常控制部分不工作，直到生产重新恢复正常，然后正常控制部分又重新工作。这种能自动切换使控制系统在正常和异常情况下均能工作的控制系统叫选择性控制系统。 在本文中是通过检测液位的高度来对液位和温度进行选择性控制，它通过选择器实现其功能。选择器可以接在两个或多个调节器的输出端，对控制信号进行选择，也可以接在几个变送器的输出端，对测量信号进行选择，以适应生产条件的功能需要。 2.2.2选择控制系统的设计 这里针对如下图一所示温度液位的选择性控制系统方案，设计可分为以下步骤。 图1：温度液位选择性控制系统结构框图 2.2.2.1 正常调节器回路的设计 选择性控制系统正常情况下是正常调节器回路工作而取代调节器回路不工作；事故时取代调节器回路工作，正常调节器回路不工作，所以2个回路系统可单独按单回路控制系统设计。正常调节器回路可按一般单回路系统设计；先确定被控量(即图1)，控制量，据工艺要求确定执行器气开、气关型式，被控过程(被控对象)特性来确定正常调节器的正、反作用。正常调节器的规律一般采用PI调节器或PID调节器，而调节器的参数整定可按一般工程整定方法整定，如临界比例度法、4：1衰减曲线等。 2.2.2.2 取代调节器回路的设计 取代调节器回路测量值Y：是生产过程中的某一个工业参数，它与正常调节器回路中的被控参数Y，并非一个参数，当其达到某一个极限值(或大或小)时，生产就会出现事故状态，这时整个系统应该由取代调节器回路工作，这时要求取代回路的等效增益大一些，以便有较强的控制作用，产生及时的保护作用，使系统迅速脱离危险状态而回到正常状态，然后又切回到正常调节器回路工作。所以取代调节器也是一个单回路控制系统，可按单回路控制系统设计，一般取代调节器回路为了满足快速性都只用比例规律，且该回路的比例增益K，要大一些，这是和正常调节器的主要区别。 2.2.2.4选择器高低值型式的选择 选择器在选择性控制系统中是重要的部件，它的功能相当于一个二选一的开关，它接受正常调节器的输出信号a和取代调节器的输出信号b，其输出信号c去驱动执行器。高值选择器是接收a信号和b信号数值高者作为选择器输出；低值选择器是选a信号和b信号低值作为输出。看上去问题较简单，但针对一个实际系统如何确定选择器高低值型式呢?我们首先统计工业生产过程可能出现的情况，做出选择器高低值选择的表格，如表1所示。 表1选择器型号选择统计表 取代调