計算機液位過程控制綜合實驗系統研制與開發

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摘要：設計了一個液位過程控制的實驗系統，論文可以通過連接閥門的不同的組合來模擬工業過程中典型的過程環節。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系統上實施，從而驗證和比較控制算法的優劣。實驗實例結果表明，該系統是驗證多種控制算法的良好實驗平臺。

關鍵詞：計算機應用；實驗系統；設計；液位系統；控制算法；過程控制；實驗平臺

1研制液位過程控制綜合實驗系統的背景

最近幾年，科教儀器受到了高等院校的重視，碩士論文許多教學實驗設備都是由許多公司、企業和高等學校共同來完成的，由學校提供教學實驗設備的想法和技術，由企業來實現。作為學校方既得到實驗設備，更重要的是在生產過程中，教師通過這個途徑來實現自己的設計并能在生產實踐中不斷總結改進，及時反饋給企業；而企業則獲得了高校的技術支持并獲取了經濟效益，這顯然是一個很好的思路，可達到雙贏的目的。

液位不僅是工業過程中的常見參數，且便于直接觀察、容易測量，過程時間常數小。許多科教公司生產了不少液位過程控制系統，這些液位過程控制系統生產的目的是基于本科學生的實驗教學，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的需要，而且售價高昂。因此，筆者考慮設計了如下的水箱系統，組建計算機液位過程控制系統。

2液位過程控制系統的基本組成

液位系統的工作介質是水，其基本組成如圖1所示。圖1中箭頭表示水流方向。運行前，操作手動閥構成一定特性的被控過程，再接入調節器即可構成閉環系統。系統測量容器液位和管道壓力的變送器，送給計算機的數據采集卡，并通過相應的控制算法輸出控制信號給電動調節閥和變頻器，來改變輸入流量的大小，以實現對液位、壓力等參數的控制。

3硬件電路設計

硬件部分主要有水泵、數據采集部分、變頻器和調節閥組成。

3.1PCI-1710數據采集控制卡

數據采集部分采用研華的PCI—1710數據采集控制卡。PCI—1710是一款PCI總線的多功能數據采集卡。先進的電路設計使其具有更高的質量和功能。這其中包含最常用的測量和控制功能：12位A/D轉換、D/A轉換、數字量輸入、數字量輸出及計數器/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。

3.2DLL技術

由于本系統采用組態王的工控軟件和VisualBasic6.0編程軟件，醫學論文但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下的驅動程序，并可在VB和VC++、BorlandC++、Delphi等多種開發軟件環境下使用，其中包含有一系列能對硬件設備進行底層I/O操作的函數。從VB調用DLL函數時，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；然后，像使用VB自己的函數一樣調用這些函數。進行動態鏈接庫調用前，必須安裝研華AdvantechDriverforWIN95/NT/XP程序，程序安裝結束后才會添加其相關的DLL庫到系統的Windows安裝目錄下的System子目錄中（如Advapi32.d11庫等）。為方便用戶，研華開發商制作了“Driver.bas”文件，其中聲明了有關DLL函數及相應的結構，只需把“Driver.bas”導入VB工程的模塊中，用戶就可省去聲明DLL函數的麻煩。

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、發電機和具有電磁干擾的場所，也要遠離視頻監視系統，因為它會對數據采集系統產生很大的影響。在現場試驗中，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的安全距離，同時最好采用屏蔽電纜，以確保信號能夠安全準確地傳輸。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定的量程范圍內。

4軟件設計

軟件總體結構，如圖2所示。

利用工控組態軟件來實現控制系統示意圖和動態顯示，形成實驗數據報表；利用VB編寫數據采集程序獲取系統的液位和壓力等參數；利用matlab軟件實現參數辨識、控制算法的編寫。

5控制算法設計

本系統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，響應曲線如圖3所示。

6結束語

從目前實驗效果上看，基本實現了設計的目標，對于單容對象的控制取得了較好的控制效果，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、多輸出系統可以研制更好的控制算法，能夠滿足更高層次教學科研的要求。

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