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1、过程控制课程设计设计题目：贮槽液位控制系统设计学 院： 电 气 工 程 学 院专业班级： 自动化2012级3班小组成员： 叶荣荣1202100509戴忻蓓1202100504刘 悦1202100535陈婷婷1202100511指导老师： 徐 辰 华 老 师日 期： 2015 年 7月 4日摘要日新月异的自动化技术为传统产业的改造、生产水平的提高和产品更新换代注入了强大活力。微电子技术和计算机、通信、网络技术的崛起，给自动化技术假期了腾飞的双翼，成为当代发展最快、影响最大、最引人注目的高技术之一，在百花争艳的信息化舞台上都灵风少。现在，自动化技术不仅渗透于国民经济各行各业，对社会、经济、文化、军
2、事、科技等各个领域都有着深刻的影响，而且正悄然地改变着人们的生产、工作、生活乃至思维方式。在现代工业生产过程中，随着生产规模的不断扩大、生产过程的强化、对产品质量的严格要求以及各公司之间的激烈竞争，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求。过程控制系统以及成为工业生产过程必不可少的装备，为保证现代企业安全、优质、低消耗和高效益生产提供了有效的技术手段。在本次课程设计中，给出液体贮槽的结构图，要求液位贮槽内的液位需维持在某给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出。根据过程控制设计原则用最简单的系统实现过程控制。基于此，我们选用了单回路反馈控制系统。关键字：自动化技术 过程控制系
3、统 液位控制 单回路Rapid automation technology for traditional industry reformation, the improvement of production and product upgrading injected strong vitality.Microelectronics technology and the rise of computer, communication and network technology to the automation technology vacation fly wings, become
4、the fastest growing, most affected, one of the most striking high technology in Turin, flowers bloom information stage of the wind.Now, automation technology not only penetrates into the national economy in all walks of life to society, economy, culture, military, science and technology and other fi
5、elds have a profound effect, and is quietly changing peoples production, work, life and even the way of thinking.In modern industrial production process, with the expansion of the scale of production, the production process, to strengthen the strict requirements of product quality and the fierce com
6、petition between companies, manual operation and the control has far cannot satisfy the requirement of modern production.Process control system, and become the indispensable equipment in industrial production process, to ensure the safety of the modern enterprise, high quality, low consumption and h
7、igh benefit production provides effective technical means. In the curriculum design of liquid storage tank structure, demand level in the storage tank to maintain in a given value of liquid level fluctuation, or change in a small scope, and to ensure that the material does not produce overflow.Accor
8、ding to the process control design principle with the simplest system implementation, process control.Based on this, we choose the single loop feedback control system.目录第一章 设计任务书31.1设计目的31.2设计任务及要求31.3工艺工程及要求4第二章 前言5第三章 系统总体方案的选择及说明6第四章 系统结构框图与工作原理84.1 系统结构框图84.2 工作原理84.3 单容过程建模9第五章 各单元软硬件的选择125.1 控
9、制对象125.2 控制器125.3 调节阀125.4 差压变送器12第六章 控制器的参数整定136.1 经验法136.2 控制器各校正环节的作用13第七章 控制系统仿真与调试147.1 labVIEW实验台仿真147.2 A3000过程控制系统仿真18第八章 分析总结22参考文献23第一章 设计任务书1.1设计目的过程控制课程设计是一项重要的实践性教学环节。在设计过程中，通过一个工程实际课题的设计练习，学生可以初步实践过程控制系统的设计过程、明确应完成的工作内容和采用的具体设计方法，达到巩固、充实和综合所学知识并解决实际问题的目的。通过课程设计，可以培养学生以下能力：1) 独立工作能力和创造力
10、；2) 查阅图书资料、产品手册和各种工具书的能力；3) 综合运用专业及基础知识，解决实际工程技术问题的能力；4) 编写技术资料的能力。1.2设计任务及要求课程设计应充分运用过程控制技术及相关专业课的知识，针对某生产工艺过程实施自动过程控制方案。因此，既要充分掌握生产工艺过程及控制工程的基本知识，又要熟悉控制及检测仪表的使用方法及型号、规格、价格等信息。设计任务主要包括以下方面：1.了解生产工况：研究过程控制单元的生产工艺及工作环境，在这一阶段还需要收集工艺中有关的物性参数和重要数据。2.明确控制要求：找出被控对象，针对可能出现的干扰因素分析控制目的及其应达到的控制效果。3.拟定控制方案：按照现
11、场的特点、控制室与现场的相对位置及系统的控制要求，确定合理的控制系统类型，定出各检测点、控制点的实际位置，初步分析控制系统的性能。4.制定控制流程图：根据工艺特点以及控制方案画出系统的控制工艺流程图及控制方框图。5.选取被控变量和操纵变量：根据控制要求及工艺合理性进行选取，尽量选取容易检测、无容量滞后或滞后小的变量。6.过程装置及仪表的选型：根据工艺提供的数据及仪表选型的原则（根据工艺数据和有关计算方法对调节阀进行相应的计算），调研产品的性能、质量和价格，选定检测、变送、显示、控制等各类仪表的规格、型号。另外，对于仪表设备的辅助设备材料（仪表设备在安装过程中，还需要选用一些有关的其它设备材料）
12、也需根据施工要求，进行数量统计，编制仪表安装材料表等。7.设计总结：对整个设计过程做客观的评价，并阐述控制系统的优、缺点等。1.3工艺工程及要求n 在工业生产过程中，液体贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。n 工艺要求液位贮槽内的液位需维持在某给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出。 第二章 系统总体方案的选择及说明单回路反馈控制系统简称单回路控制系统，它在所有反馈控制系统中，单回路反馈控制系统是最基本、结构最简单的一种，因此又称为简单控制系统。单回路控制系统虽然结构简单，却能解决生产过程中的大
13、量控制问题，它是生产过程控制中应用最广泛的一种控制系统，生产过程中70%以上的控制系统就是单回路控制系统。图2.1 液位贮槽控制系统图2.1是一个液位贮槽，一种物料从阀门1中不断流入贮槽中，而贮槽中的物料又通过阀门2流出，送至下一个工序进行加工或者包装。当流入量Q1（或流出量Q2）波动时会引起贮槽内液位的波动，若波动严重会造成物料溢出或抽空。要解决这一问题最简单的方法就是以贮槽内液位为操作指标，改变出口阀门Q2的开度以控制液位的波动，具体方法是：当液位上升时，将出口阀门Q2开大，液位上升越大，阀门开度越大；反之，当液位下降时，关小出口阀门Q2，液位下降越多，阀门开度越小。在传统的人工控制中，必
14、须时刻关注贮槽内液位的波动变化，手动开大或关小出口阀门Q2，需要工作人员高度集中，不允许丝毫分心，否则将造成生产过程中的不必要的损失。这种传统的人工控制收到了人的主观影响的限制，因此控制速度和精度都无法满足大型现代化生产的需要。随着自动化技术的发展，为了提高控制精度并减轻劳动强度，采用一系列自动化装置可代替以上人工控制，形成自动控制。图2.2 单回路液位控制系统 第三章 系统结构框图与工作原理4.1 系统结构框图贮槽液位单回路控制系统如图3.1控制器电磁阀水槽（液位）液位测量装置扰动+-图3.1 单回路控制系统框图4.2 工作原理液位贮槽和自动化装置在一起构成了一个自动控制系统。如图3.1，用
15、液位变送器LT检测液位的高低并将其转换为标准的电信号，如420mA直流信号。同时，采用液位控制器LC通过接受液位测量信号，并与其设定值进行对比。控制器根据偏差的正负、大小及变化情况发出标准的控制信号，如420mA直流信号。此外，采用控制阀门实施对出库流量的控制。控制阀根据控制信号的变化，来控制出口阀门的开度以调节出水流量，最终使液位测量值接近或等于给定值。由此，构成一个典型的液位自动控制系统。图3.2 液位自动控制系统4.3 单容过程建模单容水箱模型如图3.2系统的控制质量与组成系统的每个环节的特性都有密切关系，因此，在对过程控制系统进行分析、设计之前，必须先掌握构成系统的各个环节的特性，特别是被控过程的特性，即建立被控过程的数学模型。被控过程的数学模型是描述被控过程在输入（控制输入与扰动输入）作用下，其状态和输出（被控参数）变化的数学表达式。建立被控过程数学模型的目的是用于过程控制系统的分析和设计，以及用于新型控制系统的开发和研究。建立控制系统中各组成环节和整个系统的数学模型，不仅是分析和设计控制系统方案的需要，也是过程控制系统投入运行、控制器参数整定的需要，它在操作优化、
