【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(diào)試 ............................................................................................... 32 操作步驟 ............................................................................................ 33 參數(shù)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(shè)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(yīng)用 ............................................................................ 38 本章小結(jié) ....................................................................................................... 38 總結(jié) .............................................................................................................................. 39 參考 文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 40 附錄 .............................................................................................................................. 41 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） V 致謝 .............................................................................................................................. 43 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(chǎn)過程控制中很重要的被控變量。工業(yè)生產(chǎn)中的潤滑油、冷卻水、調(diào)速油、油質(zhì)加工、液態(tài)燃料供應(yīng)、廢油凈化、溶液加工 與傳輸?shù)葓龊?，常需對容器中液位進(jìn)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(jī)組正常運行。另外，在這些生產(chǎn)領(lǐng)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(chǎn)中，液位控制的準(zhǔn)確程度和控制效果直接影響工廠的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益甚至設(shè)備的安全系數(shù)。所以，為了保證安全、方便操作，就必須研究開發(fā)先進(jìn)的液位控制方法和策略。 工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)與傳輸質(zhì)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(shù)，好像被不同的阻力和容積相互分 隔著一樣。生產(chǎn)實際中的被控對象往往是由多個容積和阻力構(gòu)成的多容對象。兩個串連的單容對象構(gòu)成的雙容對象就比較典型。 人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)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(shù)。液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)過程中，需要對液位的相關(guān)變量進(jìn)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(chǎn)的質(zhì)量和安全。液位的變化不但受到過程控制過程中內(nèi)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(jìn)行控制的復(fù)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(chǎn)大多是在龐大的生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，對象的儲存能力大，慣性也較大，設(shè)備內(nèi)介質(zhì)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(zhuǎn)向平衡的趨勢。因此，當(dāng)流入 (流出 )對象的質(zhì)量或能量發(fā)生變化時，由于存在容量、慣性、阻力，被控參數(shù)不可能立即產(chǎn)生響應(yīng)，這種現(xiàn)象叫做滯后。 2)對象特性的非線性 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文） 2 對象特性大多是隨負(fù)荷變化而變化，當(dāng)負(fù)荷改變時，動態(tài)特性有明顯的不同。大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性，弄清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實質(zhì)是極為重 要的。 3)控制系統(tǒng)較復(fù)雜 從生產(chǎn)安全方面考慮，生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計都力求使生產(chǎn)過程平穩(wěn)，參數(shù)變化超出極限范圍，也不會產(chǎn)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(chǎn)過程被控制的參數(shù)都不是一個，這些參數(shù)又各具有不同的特性，因此要針對這些不同的特性設(shè)計相應(yīng)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(jié)實的基礎(chǔ)。 液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀 目前在實際生產(chǎn)中應(yīng)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(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)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(fù)雜的大型系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型往往難以獲得，通過簡化、近似等手段獲得的數(shù)學(xué)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(yīng)用極其普遍，種類繁多，其中不乏一些大型的復(fù)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(yán)重影響PID 控制的效果，目前，已經(jīng)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(jī)仿真或?qū)嶒炑b置的驗證上，真正能有效地應(yīng)用在工業(yè)過程中的并有發(fā)展?jié)摿Φ娜詾閿?shù)不多。 隨著生產(chǎn)水平和科學(xué)技術(shù)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(fù)雜化，對設(shè)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(chǎn)過程能夠高效，安全的進(jìn)行，同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對生產(chǎn)過程進(jìn)行在線監(jiān)測，及時準(zhǔn)確地把握生產(chǎn)運行狀況，已成為目前過程控制領(lǐng)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(yīng)用非常普遍，從簡單的浮球液位開關(guān)、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(wù)。而控制的概念更是應(yīng)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(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(shè)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(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但國 內(nèi)生產(chǎn)的液位控制器同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)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(yīng)一般系統(tǒng)控制，難于實現(xiàn)對滯后、復(fù)雜、時變系統(tǒng)的控制。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)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(shù)和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)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(yīng)、參數(shù)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(shù)領(lǐng)先，都生 產(chǎn)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(yīng)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(nèi)外的發(fā)展形勢，并總結(jié)了國內(nèi)外在液位控制方面目前比較先進(jìn)的技術(shù)與儀器以及他們的原理，為接下來液位控制系統(tǒng)的設(shè)計打下良好的基礎(chǔ)。 第二章 根據(jù)設(shè)計要求我們對控制參數(shù)以及控制算法進(jìn)行分析，并對所需硬件進(jìn)行選型，使液位控制達(dá)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(jìn)行介紹，開發(fā)了系統(tǒng)總體監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)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(yīng)，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(shù)據(jù)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(jìn)行了介紹，監(jiān)控界面可以用第二章已經(jīng)設(shè)計好的，本設(shè)計應(yīng)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(shè)置 PID 參數(shù)以及控制目標(biāo)值等參數(shù)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(jīng)典控制進(jìn)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(dá)到一定內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(dá)到更好的控制要求，提高了系統(tǒng)的控制性能。 內(nèi)蒙古科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)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(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)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(dāng)，即便配備再好的自動化 儀表，使用再復(fù)雜、先進(jìn)的控制規(guī)律也不能達(dá)到預(yù)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(guān)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