计算机液位过程控制综合实验系统研制与开发

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摘要：设计了一个液位过程控制的实验系统，论文可以通过连接阀门的不同的组合来模拟工业过程中典型的过程环节。其中控制算法为独立的模块，可以编写不同的控制算法在目标系统上实施，从而验证和比较控制算法的优劣。实验实例结果表明，该系统是验证多种控制算法的良好实验平台。

关键词：计算机应用；实验系统；设计；液位系统；控制算法；过程控制；实验平台

1研制液位过程控制综合实验系统的背景

最近几年，科教仪器受到了高等院校的重视，硕士论文许多教学实验设备都是由许多公司、企业和高等学校共同来完成的，由学校提供教学实验设备的想法和技术，由企业来实现。作为学校方既得到实验设备，更重要的是在生产过程中，教师通过这个途径来实现自己的设计并能在生产实践中不断总结改进，及时反馈给企业；而企业则获得了高校的技术支持并获取了经济效益，这显然是一个很好的思路，可达到双赢的目的。

液位不仅是工业过程中的常见参数，且便于直接观察、容易测量，过程时间常数小。许多科教公司生产了不少液位过程控制系统，这些液位过程控制系统生产的目的是基于本科学生的实验教学，大都采用的一阶和二阶对象，提供了许多种控制手段，但是可扩展性不强，不利于更高层次科研开发的需要，而且售价高昂。因此，笔者考虑设计了如下的水箱系统，组建计算机液位过程控制系统。

2液位过程控制系统的基本组成

液位系统的工作介质是水，其基本组成如图1所示。图1中箭头表示水流方向。运行前，操作手动阀构成一定特性的被控过程，再接入调节器即可构成闭环系统。系统测量容器液位和管道压力的变送器，送给计算机的数据采集卡，并通过相应的控制算法输出控制信号给电动调节阀和变频器，来改变输入流量的大小，以实现对液位、压力等参数的控制。

3硬件电路设计

硬件部分主要有水泵、数据采集部分、变频器和调节阀组成。

3.1PCI-1710数据采集控制卡

数据采集部分采用研华的PCI—1710数据采集控制卡。PCI—1710是一款PCI总线的多功能数据采集卡。先进的电路设计使其具有更高的质量和功能。这其中包含最常用的测量和控制功能：12位A/D转换、D/A转换、数字量输入、数字量输出及计数器/定时器功能，具有16路单端或8路差分或组合模拟量输入和2路模拟量输出通道。

3.2DLL技术

由于本系统采用组态王的工控软件和VisualBasic6.0编程软件，医学论文但VB本身并不支持对硬件端口的操作。PCI—1710的附带软件中包含了多种操作系统下的驱动程序，并可在VB和VC++、BorlandC++、Delphi等多种开发软件环境下使用，其中包含有一系列能对硬件设备进行底层I/O操作的函数。从VB调用DLL函数时，先在全局模块或窗体的说明部分，用Declare声明所要使用的DLL函数；然后，像使用VB自己的函数一样调用这些函数。进行动态链接库调用前，必须安装研华AdvantechDriverforWIN95/NT/XP程序，程序安装结束后才会添加其相关的DLL库到系统的Windows安装目录下的System子目录中（如Advapi32.d11库等）。为方便用户，研华开发商制作了“Driver.bas”文件，其中声明了有关DLL函数及相应的结构，只需把“Driver.bas”导入VB工程的模块中，用户就可省去声明DLL函数的麻烦。

3.3注意事项

使用中，PCI—1710采集卡的信号线要尽可能远离电源线、发电机和具有电磁干扰的场所，也要远离视频监视系统，因为它会对数据采集系统产生很大的影响。在现场试验中，如果信号线和电源线必须并行(比如在同一个电缆沟里)，则两者之间必须保持适当的安全距离，同时最好采用屏蔽电缆，以确保信号能够安全准确地传输。采集卡的每个通道的模拟量采集都有一个输入电压范围，超过了这一范围会造成采集卡A/D转换部分的烧毁。所以在采集模拟信号时，要保证被采集的信号在设定的量程范围内。

4软件设计

软件总体结构，如图2所示。

利用工控组态软件来实现控制系统示意图和动态显示，形成实验数据报表；利用VB编写数据采集程序获取系统的液位和压力等参数；利用matlab软件实现参数辨识、控制算法的编写。

5控制算法设计

本系统提供一个验证和比较各种控制算法的实验平台，控制算法的修改和参数摄制的变化均不影响其他的模块，这样可以为控制算法的验证提供一个通用的平台。选控制对象为单回路，出水阀门开度保持不变，采用PID控制算法对其进行控制达到了很好的效果，响应曲线如图3所示。

6结束语

从目前实验效果上看，基本实现了设计的目标，对于单容对象的控制取得了较好的控制效果，职称论文控制算法也只是PID控制算法。但是，一个具有一定的通用性和扩展性的控制算法的实验验证平台基本建成。今后，对于具有耦合的多输入、多输出系统可以研制更好的控制算法，能够满足更高层次教学科研的要求。

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