計算機液位過(guò)程控制綜合實(shí)驗系統研制與開(kāi)發(fā)

摘要：設計了一個(gè)液位過(guò)程控制的實(shí)驗系統，代寫(xiě)論文 可以通過(guò)連接閥門(mén)的不同的組合來(lái)模擬工業(yè)過(guò)程中典型的過(guò)程環(huán)節。其中控制算法為獨立的模塊，可以編寫(xiě)不同的控制算法在目標系統上實(shí)施，從而驗證和比較控制算法的優(yōu)劣。實(shí)驗實(shí)例結果表明，該系統是驗證多種控制算法的良好實(shí)驗平臺。

1 研制液位過(guò)程控制綜合實(shí)驗系統的背景

最近幾年，科教儀器受到了高等院校的重視，代寫(xiě)碩士論文 許多教學(xué)實(shí)驗設備都是由許多公司、企業(yè)和高等學(xué)校共同來(lái)完成的，由學(xué)校提供教學(xué)實(shí)驗設備的想法和技術(shù)，由企業(yè)來(lái)實(shí)現。作為學(xué)校方既得到實(shí)驗設備，更重要的是在生產(chǎn)過(guò)程中，教師通過(guò)這個(gè)途徑來(lái)實(shí)現自己的設計并能在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷總結改進(jìn)，及時(shí)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(gè)很好的思路，可達到雙贏(yíng)的目的。

液位不僅是工業(yè)過(guò)程中的常見(jiàn)參數，且便于直接觀(guān)察、容易測量，過(guò)程時(shí)間常數小。許多科教公司生產(chǎn)了不少液位過(guò)程控制系統，這些液位過(guò)程控制系統生產(chǎn)的目的是基于本科學(xué)生的實(shí)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(kāi)發(fā)的需要，而且售價(jià)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(guò)程控制系統。

2 液位過(guò)程控制系統的基本組成

液位系統的工作介質(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(dòng)閥構成一定特性的被控過(guò)程，再接入調節器即可構成閉環(huán)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(guò)相應的控制算法輸出控制信號給電動(dòng)調節閥和變頻器，來(lái)改變輸入流量的大小，以實(shí)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。

3.1 PCI-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(xiàn)的多功能數據采集卡。先進(jìn)的電路設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轉換、D/A 轉換、數字量輸入、數字量輸出及計數器/定時(shí)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)

由于本系統采用組態(tài)王的工控軟件和Visual Basic 6.0 編程軟件，代寫(xiě)醫學(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下的驅動(dòng)程序，并可在VB 和VC++、BorlandC++、Delphi 等多種開(kāi)發(fā)軟件環(huán)境下使用，其中包含有一系列能對硬件設備進(jìn)行底層I/O 操作的函數。從VB 調用DLL 函數時(shí)，先在全局模塊或窗體的說(shuō)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(jìn)行動(dòng)態(tài)鏈接庫調用前，必須安裝研華AdvantechDriver for WIN95/NT/XP 程序，程序安裝結束后才會(huì )添加其相關(guān)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(hù)，研華開(kāi)發(fā)商制作了“ Driver.bas”文件，其中聲明了有關(guān)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(hù)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(xiàn)要盡可能遠離電源線(xiàn)、發(fā)電機和具有電磁干擾的場(chǎng)所，也要遠離視頻監視系統，因為它會(huì )對數據采集系統產(chǎn)生很大的影響。在現場(chǎng)試驗中，如果信號線(xiàn)和電源線(xiàn)必須并行(比如在同一個(gè)電纜溝里)，則兩者之間必須保持適當的安全距離，同時(shí)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(gè)通道的模擬量采集都有一個(gè)輸入電壓范圍，超過(guò)了這一范圍會(huì )造成采集卡A/D 轉換部分的燒毀。所以在采集模擬信號時(shí)，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(tài)軟件來(lái)實(shí)現控制系統示意圖和動(dòng)態(tài)顯示，形成實(shí)驗數據報表；利用VB 編寫(xiě)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(shí)現參數辨識、控制算法的編寫(xiě)。

5 控制算法設計

本系統提供一個(gè)驗證和比較各種控制算法的實(shí)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(gè)通用的平臺。選控制對象為單回路，出水閥門(mén)開(kāi)度保持不變，采用PID 控制算法對其進(jìn)行控制達到了很好的效果，響應曲線(xiàn)如圖3 所示。

6 結束語(yǔ)

從目前實(shí)驗效果上看，基本實(shí)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，代寫(xiě)職稱(chēng)論文 控制算法也只是PID 控制算法。但是，一個(gè)具有一定的通用性和擴展性的控制算法的實(shí)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(mǎn)足更高層次教學(xué)科研的要求。

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