計(jì)算機(jī)液位過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研制與開發(fā)

摘要：設(shè)計(jì)了一個液位過程控制的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，代寫論文 可以通過連接閥門的不同的組合來模擬工業(yè)過程中典型的過程環(huán)節(jié)。其中控制算法為獨(dú)立的模塊，可以編寫不同的控制算法在目標(biāo)系統(tǒng)上實(shí)施，從而驗(yàn)證和比較控制算法的優(yōu)劣。實(shí)驗(yàn)實(shí)例結(jié)果表明，該系統(tǒng)是驗(yàn)證多種控制算法的良好實(shí)驗(yàn)平臺。

1 研制液位過程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的背景

最近幾年，科教儀器受到了高等院校的重視，代寫碩士論文 許多教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備都是由許多公司、企業(yè)和高等學(xué)校共同來完成的，由學(xué)校提供教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的想法和技術(shù)，由企業(yè)來實(shí)現(xiàn)。作為學(xué)校方既得到實(shí)驗(yàn)設(shè)備，更重要的是在生產(chǎn)過程中，教師通過這個途徑來實(shí)現(xiàn)自己的設(shè)計(jì)并能在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結(jié)改進(jìn)，及時反饋給企業(yè)；而企業(yè)則獲得了高校的技術(shù)支持并獲取了經(jīng)濟(jì)效益，這顯然是一個很好的思路，可達(dá)到雙贏的目的。

液位不僅是工業(yè)過程中的常見參數(shù)，且便于直接觀察、容易測量，過程時間常數(shù)小。許多科教公司生產(chǎn)了不少液位過程控制系統(tǒng)，這些液位過程控制系統(tǒng)生產(chǎn)的目的是基于本科學(xué)生的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，大都采用的一階和二階對象，提供了許多種控制手段，但是可擴(kuò)展性不強(qiáng)，不利于更高層次科研開發(fā)的需要，而且售價(jià)高昂。因此，筆者考慮設(shè)計(jì)了如下的水箱系統(tǒng)，組建計(jì)算機(jī)液位過程控制系統(tǒng)。

2 液位過程控制系統(tǒng)的基本組成

液位系統(tǒng)的工作介質(zhì)是水，其基本組成如圖1所示。圖1 中箭頭表示水流方向。運(yùn)行前，操作手動閥構(gòu)成一定特性的被控過程，再接入調(diào)節(jié)器即可構(gòu)成閉環(huán)系統(tǒng)。系統(tǒng)測量容器液位和管道壓力的變送器，送給計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)采集卡，并通過相應(yīng)的控制算法輸出控制信號給電動調(diào)節(jié)閥和變頻器，來改變輸入流量的大小，以實(shí)現(xiàn)對液位、壓力等參數(shù)的控制。

3 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件部分主要有水泵、數(shù)據(jù)采集部分、變頻器和調(diào)節(jié)閥組成。

3.1 PCI-1710 數(shù)據(jù)采集控制卡

數(shù)據(jù)采集部分采用研華的PCI— 1710 數(shù)據(jù)采集控制卡。PCI— 1710 是一款PCI 總線的多功能數(shù)據(jù)采集卡。先進(jìn)的電路設(shè)計(jì)使其具有更高的質(zhì)量和功能。這其中包含最常用的測量和控制功能：12 位A/D轉(zhuǎn)換、D/A 轉(zhuǎn)換、數(shù)字量輸入、數(shù)字量輸出及計(jì)數(shù)器/定時器功能，具有16 路單端或8 路差分或組合模擬量輸入和2 路模擬量輸出通道。

3.2 DLL 技術(shù)

由于本系統(tǒng)采用組態(tài)王的工控軟件和Visual Basic 6.0 編程軟件，代寫醫(yī)學(xué)論文 但VB 本身并不支持對硬件端口的操作。PCI—1710 的附帶軟件中包含了多種操作系統(tǒng)下的驅(qū)動程序，并可在VB 和VC++、BorlandC++、Delphi 等多種開發(fā)軟件環(huán)境下使用，其中包含有一系列能對硬件設(shè)備進(jìn)行底層I/O 操作的函數(shù)。從VB 調(diào)用DLL 函數(shù)時，先在全局模塊或窗體的說明部分，用Declare 聲明所要使用的DLL 函數(shù)；然后，像使用VB 自己的函數(shù)一樣調(diào)用這些函數(shù)。進(jìn)行動態(tài)鏈接庫調(diào)用前，必須安裝研華AdvantechDriver for WIN95/NT/XP 程序，程序安裝結(jié)束后才會添加其相關(guān)的DLL 庫到系統(tǒng)的Windows 安裝目錄下的System 子目錄中（如Advapi32.d11 庫等）。為方便用戶，研華開發(fā)商制作了“ Driver.bas”文件，其中聲明了有關(guān)DLL 函數(shù)及相應(yīng)的結(jié)構(gòu)，只需把“ Driver.bas”導(dǎo)入VB 工程的模塊中，用戶就可省去聲明DLL 函數(shù)的麻煩。

3.3 注意事項(xiàng)

使用中，PCI— 1710 采集卡的信號線要盡可能遠(yuǎn)離電源線、發(fā)電機(jī)和具有電磁干擾的場所，也要遠(yuǎn)離視頻監(jiān)視系統(tǒng)，因?yàn)樗鼤?shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。在現(xiàn)場試驗(yàn)中，如果信號線和電源線必須并行(比如在同一個電纜溝里)，則兩者之間必須保持適當(dāng)?shù)陌踩嚯x，同時最好采用屏蔽電纜，以確保信號能夠安全準(zhǔn)確地傳輸。采集卡的每個通道的模擬量采集都有一個輸入電壓范圍，超過了這一范圍會造成采集卡A/D 轉(zhuǎn)換部分的燒毀。所以在采集模擬信號時，要保證被采集的信號在設(shè)定的量程范圍內(nèi)。

4 軟件設(shè)計(jì)

軟件總體結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

利用工控組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)示意圖和動態(tài)顯示，形成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)報(bào)表；利用VB 編寫數(shù)據(jù)采集程序獲取系統(tǒng)的液位和壓力等參數(shù)；利用matlab軟件實(shí)現(xiàn)參數(shù)辨識、控制算法的編寫。

5 控制算法設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)提供一個驗(yàn)證和比較各種控制算法的實(shí)驗(yàn)平臺，控制算法的修改和參數(shù)攝制的變化均不影響其他的模塊，這樣可以為控制算法的驗(yàn)證提供一個通用的平臺。選控制對象為單回路，出水閥門開度保持不變，采用PID 控制算法對其進(jìn)行控制達(dá)到了很好的效果，響應(yīng)曲線如圖3 所示。

6 結(jié)束語

從目前實(shí)驗(yàn)效果上看，基本實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的目標(biāo)，對于單容對象的控制取得了較好的控制效果，代寫職稱論文 控制算法也只是PID 控制算法。但是，一個具有一定的通用性和擴(kuò)展性的控制算法的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證平臺基本建成。今后，對于具有耦合的多輸入、多輸出系統(tǒng)可以研制更好的控制算法，能夠滿足更高層次教學(xué)科研的要求。

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