【正文】 ........................................... 26 三菱通用變頻器 FRD700 簡要介紹 ........................................................... 27 FRD700 簡介 ..................................................................................... 27 三菱變頻器 常規(guī)介紹 ...................................... 28 控制電路接線端極端子功能介紹 ..................................................... 29 操作面板及其功能介紹 .................................................................... 31 變頻器的作用 ............................................................................................... 31 控制系統(tǒng)調試 ............................................................................................... 32 操作步驟 ............................................................................................ 33 參數整定 ............................................................................................ 33 第五章 雙容水箱液位控制系統(tǒng) ................................................................................ 35 串級控制 ........................................................................................................ 35 串級控制概念 .................................................................................... 35 水箱液位控制方法 ............................................................................ 36 串級控制的特點 ................................................................................ 36 串級控制系統(tǒng)的設計 ................................................................................... 36 變量的選擇 ........................................................................................ 36 主副控制器的控制規(guī)律 ..................................................................... 37 主副控制器正反作用的選擇 ............................................................ 37 串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用 ............................................................................ 38 本章小結 ....................................................................................................... 38 總結 .............................................................................................................................. 39 參考 文獻 ...................................................................................................................... 40 附錄 .............................................................................................................................. 41 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） V 致謝 .............................................................................................................................. 43 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 緒論 選題背景及意義 液位是工業(yè)生產過程控制中很重要的被控變量。工業(yè)生產中的潤滑油、冷卻水、調速油、油質加工、液態(tài)燃料供應、廢油凈化、溶液加工 與傳輸等場合，常需對容器中液位進行有效可靠的控制，否則將不能使液體循環(huán)系統(tǒng)乃至整個機組正常運行。另外，在這些生產領域里，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的損失?？梢?，在實際生產中，液位控制的準確程度和控制效果直接影響工廠的生產成本、經濟效益甚至設備的安全系數。所以，為了保證安全、方便操作，就必須研究開發(fā)先進的液位控制方法和策略。 工業(yè)生產過程中的液位系統(tǒng)通常是時變的，具有明顯的滯后特性。在熱工生產與傳輸質量或能量的過程中，存在著各種形式的容積和阻力，加上對象多具有分布參數，好像被不同的阻力和容積相互分 隔著一樣。生產實際中的被控對象往往是由多個容積和阻力構成的多容對象。兩個串連的單容對象構成的雙容對象就比較典型。 人們生活以及工業(yè)生產經常涉及到液位的控制問題，因此液位是工業(yè)控制過程中一個重要的參數。液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產過程中，需要對液位的相關變量進行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，以保證生產的質量和安全。液位的變化不但受到過程控制過程中內部干擾的影響，也受到外部的各種干擾的影響，而且影響液位變化的干擾一般不止一個，在過程控制中的作用也不同，這就 增加了對變量進行控制的復雜性，因此形成了過程控制的下列特點 [3]： 1)對象存在滯后 熱工生產大多是在龐大的生產設備內進行，對象的儲存能力大，慣性也較大，設備內介質的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，并且往往具有自動轉向平衡的趨勢。因此，當流入 (流出 )對象的質量或能量發(fā)生變化時，由于存在容量、慣性、阻力，被控參數不可能立即產生響應，這種現(xiàn)象叫做滯后。 2)對象特性的非線性 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 2 對象特性大多是隨負荷變化而變化，當負荷改變時，動態(tài)特性有明顯的不同。大多數生產過程都具有非線性，弄清非線性產生的原因及非線性的實質是極為重 要的。 3)控制系統(tǒng)較復雜 從生產安全方面考慮，生產設備的設計都力求使生產過程平穩(wěn)，參數變化超出極限范圍，也不會產生振蕩，作為被控對象就具有非振蕩環(huán)節(jié)的特性。過程的穩(wěn)定被破壞后，往往具有自動趨向平衡的能力，即被控量發(fā)生變化時，對象本身能使被控量逐漸穩(wěn)定下來，這就具有慣性環(huán)節(jié)的特性。也有不能趨向平衡，被控量一直變化而不能穩(wěn)定下來的，這就是具有積分的對象。任何生產過程被控制的參數都不是一個，這些參數又各具有不同的特性，因此要針對這些不同的特性設計相應不同的控制系統(tǒng)，而對水箱的液位的研究為以后過程控制方面的其他變 量的研究打下了結實的基礎。 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前在實際生產中應用的液位控制系統(tǒng)，主要以傳統(tǒng)的 PID 控制算法為主。 PID 控制是以對象的數學模型為基礎的一種控制方式。對于簡單的線性、時不變系統(tǒng)，采用PID 控制能夠取得滿意的控制效果。但對于復雜的大型系統(tǒng)，其數學模型往往難以獲得，通過簡化、近似等手段獲得的數學模型不能正確地反映實際系統(tǒng)的特性。對于此類問題，傳統(tǒng)的 PID 控制方式顯得無能為力。液位控制由于其應用極其普遍，種類繁多，其中不乏一些大型的復雜系統(tǒng)。但由于其時滯性很大、具有時變性和非線性等因素 ，嚴重影響PID 控制的效果，目前，已經開發(fā)出來的控制策略很多，但其中許多算法仍然只是停留在計算機仿真或實驗裝置的驗證上，真正能有效地應用在工業(yè)過程中的并有發(fā)展?jié)摿Φ娜詾閿挡欢唷? 隨著生產水平和科學技術的發(fā)展，現(xiàn)代控制系統(tǒng)的控制的規(guī)模日趨大型化，復雜化，對設備和被控系統(tǒng)的安全性、可靠性、有效性的要求也越來越高，為了確保工業(yè)生產過程能夠高效，安全的進行，同時提高產品的質量，對生產過程進行在線監(jiān)測，及時準確地把握生產運行狀況，已成為目前過程控制領域的一個研究熱點。近幾十年來，液位控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在其研究和發(fā) 展上也已趨于完備。在輕工行業(yè)中，液位控制的應用非常普遍，從簡單的浮球液位開關、非接觸式的超聲波液位檢測到高精度的同位素液位檢測系統(tǒng)，他們都無時無刻在為液位控制服務。而控制的概念更是應用到周圍的許多的事物上，并且液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少的部分，如蓄水池，污水處理場等都需要液位控制系統(tǒng)的參與。如果能通過一定的系統(tǒng)來自動維持液位的高度，那么內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 3 操作人員便可輕易地在操作時獲知這個設備的儲水狀況，這樣不但降低了工作人員工作的危險性，同時更也提升了工作的效率。 液位控制系統(tǒng)在國內各行各業(yè)的應用已經十分廣泛，但國 內生產的液位控制器同國外的日本、美國、德國等先進國家相比，仍然有差距。目前，我國液位控制主要以常規(guī)的 PID 控制器為主，它只能適應一般系統(tǒng)控制，難于實現(xiàn)對滯后、復雜、時變系統(tǒng)的控制。而適應于較高控制場合的智能化、自適應控制儀表，國內技術還不十分成熟，形成商品化并廣泛應用的控制儀表較少。由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術和計算機技術的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設計方法發(fā)展的推動下，國外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應、參數自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術領先，都生 產出了一批商品化的、性能優(yōu)異的液位控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應用。 本文的主要工作 第一章 緒論，主要介紹選題背景，液位控制的研究現(xiàn)狀，液位控制的主要控制策略，國內外的發(fā)展形勢，并總結了國內外在液位控制方面目前比較先進的技術與儀器以及他們的原理，為接下來液位控制系統(tǒng)的設計打下良好的基礎。 第二章 根據設計要求我們對控制參數以及控制算法進行分析，并對所需硬件進行選型，使液位控制達到最佳的效果。 第三章 針對單容水箱液位控制系統(tǒng)，對其在組態(tài)王中的開發(fā)進行介紹，開發(fā)了系統(tǒng)總體監(jiān)控系統(tǒng)，設計開發(fā)了單容 水箱的系統(tǒng)的總監(jiān)控界面，定義了外部變量，用于和研華板卡 PCI—1710 模塊的輸入輸出部分對應，來實時顯示液位值的大小 ，建立的動畫連接，編寫了自動控制程序，實現(xiàn)了單容水箱控制系統(tǒng)的 自動控制，并且實現(xiàn)了液位值實時曲線歷史曲線和歷史數據的實時報警歷時報警的顯示。 第四 章 針對單容水箱液位控制系統(tǒng)，對其在變頻器中的開發(fā)進行了介紹，監(jiān)控界面可以用第二章已經設計好的，本設計應用的是日本三菱公司的 D700 系列的變頻器，通過在變頻器中設置 PID 參數以及控制目標值等參數最終實現(xiàn)對單容水箱的液位實現(xiàn)穩(wěn)定控制。 第五 章 主要針對 雙容水箱液位控制系統(tǒng)的特點，對各種經典控制進行比較。在本文中，液位控制系統(tǒng)中的水箱為控制對象，液位為控制量。為了使液位的控制達到一定內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 4 的精度，并且具有較好的動態(tài)性能，采用了區(qū)別于傳統(tǒng)控制方式的串級控制。這樣使控制系統(tǒng)能夠達到更好的控制要求，提高了系統(tǒng)的控制性能。 內蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 5 第二章 控制對象及算法簡介 被控制變量的選擇 被控變量的選擇是控制系統(tǒng)的核心問題，被控變量選擇的正確與否會直接關系到生產的穩(wěn)定性、產品產量和質量的提高以及生產安全與勞動條件的改善。對于任何一個控制系統(tǒng)，如果被控變量選擇不當，即便配備再好的自動化 儀表，使用再復雜、先進的控制規(guī)律也不能達到預期的控制效果。 對于水箱液位控制系統(tǒng)，可直接選擇液位作為其被控變量。 執(zhí)行器的選擇 執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中起著控制動作執(zhí)行的作用?？刂葡到y(tǒng)的控制效果與執(zhí)行器的性能有著十分密切的關系。執(zhí)行器接收控制信號并通過改變本身閥門得開度最終實現(xiàn)對操縱變量的改變，從而使被控變