测控专业毕业实习报告基于计算机的单容水箱液位控制系统.doc

内蒙古科技大学信息工程学院 测控专业毕业实习报告 题 目：基于计算机的单容水箱液位控制系统 学生姓名：郭巍 学 号：0967112111 专 业：测控技术与仪器 班 级：测控09-1班 指导教师：李文涛 教授 目 录 前 言 1 第一章 单容水箱液位控制系统概述 2 1.1 水箱液位控制系统构成 2 1.2 水箱液位控制系统工作原理 2 1.3 仪表选型 3 1.3.1 变送器的选择 3 1.3.2 执行器的选择 3 第二章 软件介绍和设计 4 2.1组态软件简介 4 2.2 水箱液位控制系统的监控界面 4 2.3 PCI板卡定义及组态王的数据采集 5 2.3.1项目的建立 5 2.3.2 图形画面的制作 5 2.3.3板卡设备的定义 6 2.3.4定义变量及动态连接 7 第三章 PID算法及程序调试 13 3.1 PID控制器介绍 13 3.2 PID算法程序设计 13 3.3 程序调试及运行 16 第四章 对象特性分析及仿真 18 4.1被控对象动态特性概述 18 4.2被控对象数学模型的建立 18 4.2.1阶跃响应曲线法建立单容水箱的数学模型 18 4.2.2 PID控制器校正单容水箱系统 19 总结 22 参考文献 23 前 言 本次设计是基于组态王的单容水箱液位控制系统，该系统以实现水箱液位的自动控制。通过电脑控制水箱，从电脑上给定PID参数从而进行水箱液位控制，本次设计主要以单容水箱作为研究对象，运用研华PCI1710及1720板卡进行单容水箱对象特性的测试，并利用MATLAB软件进行了控制系统的仿真及分析，并确定出一组合适的PID参数对其进行控制。其次，采用组态王进行系统监控，通过对调节器PID参数的整定，实现了水箱液位的闭环控制，使水箱液位稳定在设定值，满足设计要求。该设计以基于计算机控制的单回路液位控制系统，通过安装在水箱底部的JYB-G型压力变送器测量液位，PCI板卡接收来自压力变送器的测量信号，以电动调节阀为执行器，接收来自计算机的控制信号改变阀门的开度。最后，采用组态王进行系统监控，通过对调节器PID参数的整定，实现了水箱液位的闭环控制，使水箱液位稳定在设定值。 第一章 单容水箱液位控制系统概述 1.1 水箱液位控制系统构成 计算机单容水箱液位控制系统有五个基本组成部分，即被控对象、测量变送装置、计算机和执行器，单容水箱液位控制系统结构图如图1.1所示: 图1.1 单容水箱液位控制系统流程图 1.2 水箱液位控制系统工作原理 在虚拟的水箱控制系统中当水箱液位实际值PV小于给定值SV时，通过组态王界面打开电动执行器-阀门1使水箱液位上升；当水箱液位实际值PV大于给定值SV时，此时打开阀门3关闭电动执行器-阀门1使水箱液位回到给定值上。 数据采集原理框图如图1.2，数据采集是一个典型的简单负反馈控制回路, 通过传感器将实际的物理量(即水箱液位)转换为电压信号传给PCI1710输入板卡, 经采集卡A /D 转换后送入PC中，与给定值进行比较得出偏差值 ，从而改变进水流量, 以实现对水箱液位的控制。其与工作原理框图如1.3所示： 图1.3 工作原理框图 1.3 仪表选型 1.3.1 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，标准信号是指数字信号。因在水箱液位控制系统中测量的是水箱液位，所以实验室选用的是压力液位变送器。其特点是小巧精致，安装简便，采用先进的传感器 ，适用于工业现场过程控制。 1.3.2 执行器的选择 执行器接受来自控制器输出的控制信号，进而实现对操纵变量的改变，从而使被控变量向设定值靠拢。控制阀接收来自控制器输出的控制信号，通过改变阀的开度达到控制流量的目的。控制阀包括执行机构和调节机构两部分。执行机构是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改变能量或物料输送量的装置。本设计的执行器选用电动调节阀。 第二章 软件介绍和设计 2.1组态软件简介 组态软件功能强大,操作简单,易学易用。使用组态软件能够避开复杂的计算机软、硬件问题,该设计结合仪表过程控制实验系统设备的实际情况,制作了多个控制界面。主要完成通用工作站的数据采集、实时和历史数据的显示、报警、流程控制、动画显示、趋势曲线、报表输出等事件，系统稳定可靠，能够自动的完成监控和报警，并且，随时能够打印各种报表，反映了控制现场的状况，节省了人力，提高了效益。因此，被广泛的应用于工业生产中。 2.2 水箱液位控制系统的监控界面 分析工程中设备的采集及输出通道与实时数据库中定义