水箱液位控制系统整体设计毕业论文

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1、水箱液位控制系统整体设计3.1三水箱液位控制设计为了能清晰地进行比较，对三容水箱闭环控制系统作了两个方案：三闭环液位控制和单闭环液位控制，以其控制效果说明其优缺点。本实验是控制下水箱的液位达到给定值。3.1.1三闭环控制系统原理三闭环控制系统属于串级控制系统，是改善调节过程极其有效的方法。该系统由一个主控制回路和两个副控制回路组成。其中副环在控制过程中起着粗调的作用，主环用来完成细调任务，最终使被调量满足工艺要求，无论主环还是副环都有各自的调节对象，测量变送元件和调节器。系统中尽管有三个调节器，但他们作用各不相同。主调节器具有自己独立的设

2、定值，它的输出作为副调节器1的设定值，副调节器1的输出作为副调节器2的设定值，而副调节器2的输出信号则是送到调节阀去控制生产过程。副环具有快速作用，它能有效的克服二次扰动的影响；改善了对象的动态特性，提高系统的工作频率；对负荷和操作条件的变化有一定的自适应能力[1,5]，框图如图3.1所示。图3.1三闭环系统方框图3.1.2单闭环控制系统原理单闭环控制系统属于简单控制系统，只有一个控制器和一个变送器。控制器有一个自己独立的设定值，它的输出给调节阀去控制生产过程，当上中水箱有扰动时控制器不能马上动作，只有当扰动影响到下水箱时，变送器才能够检

3、测到，液位控制的本身就有很大的滞后，加上多个容器就很难控制了。最后用具体的调试曲线比较说明这一点。方框图如图3.2所示。图3.2单闭环的系统方框图3.1.3硬件组成部分1、水箱包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用深蓝色优质有机玻璃，坚实耐用，透明度高。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便

4、于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高为68cm×52cm×43cm完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。2、管道及阀门整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打

5、开将水直接排出。3、压力传感器、变送器三个压力传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测，其量程为0～5KPa，精度为0.5级。采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。（本装置已将电流信号转换为电压信号）。4、电动调节阀采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀型号为：QSTP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高

6、、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。5、水泵本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为30升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。6、电磁阀在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀工作压力：最小压力为0Kg/cm2，最大压力为1MP/cm2；工作温度：－5～80℃；工作电压：220VAC。3.1.4三水箱液位系统结构图图3.3三水箱液位系统结构图系统是由上中下三个水箱串联构

7、成，主要是控制下水箱的液位达到给定值。由于延迟的存在，调节阀动作的效果往往需要经过一段延迟时间后才会在被调量上表现出来，所以每个水箱都有一个闭环进行控制。目的是减少上中水箱的时间常数，加快系统的响应速度。本系统控制的目的，不仅要使下水箱的液位等于给定值，而且当扰动出现在上中水箱时能够很快就被副调节器所克服，不至于对下水箱液位造成很大的影响，这比单闭环控制系统响应快的多。下水箱液位是主控制量，上中水箱的液位是副控制量。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的主调节器应为PI或PID控制。由于副控回路的输出要求能快速、准确地

8、复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P或PI调节器[1]。3.2PLC控制系统的硬件配置在PLC控制系统设计的初期，首先应根据系统的输入，输