双容水箱液位控制系统的研究.docVIP

长春工业大学学士学位毕业论文 PAGE PAGE 3 第1章 绪论 1.1 双容水箱液位控制系统的研究背景及意义 双容水箱装置是由安装有手动或者电动的阀门、测量与变送器的经由两个单容水箱一上一下串联而组成的装置，是常用的控制设备，是比较有代表性的非线性、具有一定延迟特性的被控对象。在实际的工程中，一些现场的需要被控的目标都可以能够抽象模拟成水箱模型。双容水箱既具有普遍工业背景又具有代表性的生产模型，所以说，对水箱进行建模是很有必要的，在建模的研究过程中也涉猎到控制原理、智能控制多个学科的知识。值得一提的是，双容水箱的液位控制也算是过程控制中的典型。双容水箱上下水槽串联于一起，并且下水槽的液体液位需要控制在特定范围数值上，这个系统中，大惯性、大时滞性成为双容水箱控制基本特性，液面的实时高度表明控制过程是否正常进行，显然这个控制过程是一种参量控制。双容水箱液面高度控制是期望维持一定数值控制，控制的结果是在误差允许范围内的设定值适当变化，尽可能减小或消除外界的干扰对被控参数的影响、使整个生产过程稳定，是主要目的。 1.2双容水箱液位控制现状 1.2.1国外研究现状 在自动控制理论与设计方法发展的推动下，因为在自动化生产的工业过程控制需要，特别是在国外，双容甚至更多容水箱的的液位控制系统水平与完善程度发展迅速，并在满足各种实际要求取得显著的提高，并且国外技术相对领先，生产出了一批商品化的、性能优异的液位控制器及仪器仪表，并在各行业广泛应用。 加拿大研发的双容水箱液位控制系统，优劣比较突出。一方面，它配有自行研发的控制软件，应用在控制器上，可以实现和的流畅衔接，另一方面，编程还容易，给操作人员降低操作难度，但是它的控制器必须嵌到电脑主板上才能运行，一套设备就要占用一台电脑使成本提高，另外没有结合时下流行的多媒体技术，并且界面的优化程度低。 德国研发的双容水箱液位控制系统，在很多发达国家的大学与比较顶级的实验室中得到青睐，在但是整个系统价格太高，给双容水箱系统的算法研究和相关仿真带来因经济问题产生的困难，对于普遍研究水平提高带来了不便。 英国的双容水箱液面高度控制系统，相对来说，比较精巧，做工优良的同时将体积大小控制的很好，但是整体上软件不够面向大众不够开源，不支持主流的、用途极广的的无缝接口，所以导致了只能进行一些简易的手动和模糊控制。 值得一提的是，比较先进网络化控制，在上面涉及设备中，均不能得到实现，这无疑成为上述设备的局设。 而新加坡的网络化双容水箱液面高度控制系统做到了网络化控制的实现的同时创造性的增加了视频和音频的同步监控，是一种技术整合的创举。然而，对于流量的控制实验还有像温度的控制实验，这个设备操作起来就显得捉襟见肘，降低了软件的开放性。 1.2.2国内研究现状 在国内各行各业的需求下以及工业市场发展的要求下，液位控制系统普及也算是可观，但国内生产的双容水箱液位控制设备无论从硬件搭建还是软件技术上，同国外的某些发达国家相比，虽然差距在不断缩小，但是仍然可见的存在。对于要求较高场合的控制仪表的智能化研发与设备采用率而言，国内技术不够成熟，总体上的商品化利用率相对较低。 国内也有一些厂家自主地，或者参与校企合作，校际合作的方式，也研发了具有代表性了水箱液位控制设备。 水箱液位装置，就是校企合作研制装置的代表，它为我国许多高校教学实验方面提供了非常多的帮助。在教学课堂或者实验使用过程中，它不仅可以轻松实现经典的控制器设计，还可以适用于简单的智能控制研究。液面水位高低的水位的变化在这个装置中可以直观地反映出来，在液位传感器帮助下，对水位的检测也算精确。除此之外，控制器平台比较开源，用户就可以对控制器进行自行设计，可以说能够满足有些需要创新类型的研究需求。 还有的双容水箱液位控制设备采用了采用模拟放大电路帮助实现，这种设备需要额外自己进行搭线操作的同时，信号和各种参数的测量需要借助万用表和示波器的辅助。这样一来，整个实验操作起来就显得捉襟见肘，比较麻烦，没有比较好的用户体验。 天津和浙江两所科技实业公司通过合作共同研发的高级水箱控制系统实验平台，比较合理的西门子的PLC控制系统进行控制，上位机中采用各种工控组态来配套，图形化编程非常形象并易于操作。为高校学生与教师提供可以自主操作的控制对象。 总体而言，国内自主与合作研制的双容水箱设备特点、优缺点分明，这些都是设备做工精细度不够导致的精密度不能很好的保证，同时体积还比较大，另外关键部分即控制系统还不是自主研发的，受限于开放性，所以高级控制算法不能实现，只能在一些高校中进行一些简单的教学实验演示。 1.3全文研究内容及章节安排 按照本次设计双容水箱液位控制的要求，本次设计两个相串水箱为被控对象，将下水箱的液面高度为被控参数。传感器测量水箱液面高度，将测量结果送至单片机，根