計算機液位過程控制綜合實驗系統(tǒng)研制與開發(fā)

摘要：設(shè)計了一個液位過程控制的實驗系統(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)。其中控制算法為獨立的模塊，可以編寫不同的控制算法在目標(biāo)系統(tǒng)上實施，從而驗證和比較控制算法的優(yōu)劣。實驗實例結(jié)果表明，該系統(tǒng)是驗證多種控制算法的良好實驗平臺。

1 研制液位過程控制綜合實驗系統(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)實驗設(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)實驗設(shè)備的想法和技術(shù)，由企業(yè)來實現(xiàn)。作為學(xué)校方既得到實驗設(shè)備，更重要的是在生產(chǎn)過程中，教師通過這個途徑來實現(xiàn)自己的設(shè)計并能在生產(chǎn)實踐中不斷總結(jié)改進，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)濟效益，這顯然是一個很好的思路，可達到雙贏的目的。

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)生的實驗教學(xué)，大都采用的一階和二階對象，提供了許多種控制手段，但是可擴展性不強，不利于更高層次科研開發(fā)的需要，而且售價高昂。因此，筆者考慮設(shè)計了如下的水箱系統(tǒng)，組建計算機液位過程控制系統(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，送給計算機的數(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，以實現(xiàn)對液位、壓力等參數(shù)的控制。

3 硬件電路設(shè)計

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。先進的電路設(shè)計使其具有更高的質(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

使用中，PCI— 1710 采集卡的信號線要盡可能遠離電源線、發(fā)電機和具有電磁干擾的場所，也要遠離視頻監(jiān)視系統(tǒng)，因為它會對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)產(chǎn)生很大的影響。在現(xiàn)場試驗中，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

軟件總體結(jié)構(gòu)，如圖2 所示。

利用工控組態(tài)軟件來實現(xiàn)控制系統(tǒng)示意圖和動態(tài)顯示，形成實驗數(shù)據(jù)報表；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軟件實現(xiàn)參數(shù)辨識、控制算法的編寫。

5 控制算法設(shè)計

本系統(tǒng)提供一個驗證和比較各種控制算法的實驗平臺，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 控制算法對其進行控制達到了很好的效果，響應(yīng)曲線如圖3 所示。

6 結(jié)束語

從目前實驗效果上看，基本實現(xiàn)了設(shè)計的目標(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展性的控制算法的實驗驗證平臺基本建成。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。

參考文獻：

[1] 邵惠鶴.工業(yè)過程高級控制[M].上海:上海交通大學(xué)出版社,1997.

[2] 謝劍英,賈青.微型計算機控制技術(shù)（第3 版）[M].北京:國防工業(yè)出版社,2001.

[3] 付家才.工業(yè)控制實踐技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003.

[4] 馬明建,周長城.數(shù)據(jù)采集與處理技術(shù)[M].西安:西安交通大學(xué)出版社,2003.

[5] 侯媛彬,汪梅,王立琦.系統(tǒng)辨識及其Matlab 仿真[M].北京:科學(xué)出版社,2004.

[6] 劉金琨.先進PID 控制及其Matlab 仿真[M].北京:電子工業(yè)出版社,2003

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