【正文】 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計 ( 論文 ) 課題名稱： 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 院 系 ： 自動化學(xué)院 專 業(yè)： 自動化 班 級： 自動 0703 班 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 職稱 ： 講師 起止時間： 2021 年 1 月 10 日 至 2021 年 06 月 17 日 畢業(yè)設(shè)計（論文）誠信聲明書 本人聲明：本人所提交的畢業(yè)論文《 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 》是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立研究、寫作的成果，論文中所引用他人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注；對本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個人和集體，均已在文中以明確方式注明并表示感謝。 本人完全清楚本聲明的法律后果，申請學(xué)位論文和資料若有不實之處，本人愿承擔(dān)相應(yīng)的法律責(zé)任。 論文作者簽名 ： 時間： 年 月 日 指導(dǎo)教師簽名： 時間： 年 月 日 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )任務(wù)書 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 職稱 助教 院系 自動化學(xué)院 專業(yè) 自動化 題目 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 任務(wù)與要求 了解 PID 的基本原理。 熟練掌握組態(tài)王 軟件。 掌握 PID 調(diào)節(jié)水箱液位的原理及作用。 了解用 PLC 編程的思想，并能夠畫組態(tài)界面。 會用 S7300 編程，具有 一定的編程能力。 開始日期 1 月 10 日 完成日期 6 月 17 日 院長 (簽字 ) 2021 年 1 月 10 日 西 安 郵 電 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 (論文 ) 工 作 計 劃 學(xué)生姓名 _郭珂 __指導(dǎo)教師 ___沈建冬 ______職稱 ____ 講師 ___ _ 院 (系 )___ _自動化學(xué)院 ________專業(yè) ________自動化 ________ 題 目 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 _______________________________________________________ 工作進(jìn)程 1 月 10 日 ~4 月 05 日 了解 PID 的基本原理 4 月 06 日 ~4 月 20 日 熟悉 S7300 軟件編程環(huán)境及組態(tài)王軟件 4 月 21 日 ~5 月 09 日 畫出組態(tài)王監(jiān)控畫面 5 月 10 日 ~5 月 23 日 編寫并調(diào)試水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制程序 5 月 24 日 ~6 月 17 日 撰寫畢業(yè)論文起 止 時 間 工 作 內(nèi) 容 主要參考書目 (資料 ) 主要參考書目 (資料 ) [1]胡壽松 .自動控制原理 .科學(xué)出版社 ,2021。 [2]邵裕森 . 過程控制工程 . 機(jī)械工業(yè)出版社， 2021。 [3]A3000 過程控制實驗系統(tǒng)指導(dǎo)書 .清華大學(xué)深圳研究院工程教育中心， 2021。 [4]張運剛 宋小春 郭武強(qiáng) 西門子 S7300/400PLC 技術(shù)與應(yīng)用 人民郵電出版社， 2021. 主要儀器設(shè)備及材料 A3000 高級過程控制實驗系統(tǒng) 及 S7300 軟件 、組態(tài)王軟件 論文 (設(shè)計 )過程中教師的指導(dǎo)安排 每周三下午、周五下午 對計劃的說明 西安郵電學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計 (論文 )開題報告 自動化 系 自動化 專業(yè) 07 級 03 班 課題名稱： 雙容水箱液位調(diào) 節(jié)閥 遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 學(xué)生姓名： 郭珂 學(xué)號： 06071090 指導(dǎo)教師： 沈建冬 報告日期： 2021328 1． 本課題所涉及的問題及應(yīng)用現(xiàn)狀綜述 在過去幾十年里， PID 控制器在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在控制理論和 技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工業(yè)過程控制中 95%以上的控制回路都具有 PID 結(jié)構(gòu)，并 且許多高級控制都是以 PID 控制為基礎(chǔ)。我們今天所熟知的 PID 控制器產(chǎn)生并發(fā) 展于 19151940 年期間。盡管自 1940 年以來，許多先進(jìn)控制方法不斷推出，但 PID 控制器以其結(jié)構(gòu)簡單，對模型誤差具有魯棒性及易于操作等優(yōu)點，仍被廣泛 應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。 PID 控制器作為早實 用化的控制器已有 70 多年歷史，它的算法簡單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也 正是由于這些優(yōu)點， PID 控制器現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。 PID 的發(fā)展過程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應(yīng)方法的研究 過程。最早的 PID 參數(shù)工程整定方法是在 1942 年由 Ziegler 和 Nichols 提出的 簡為 ZN 的整定公式，盡管時間已經(jīng)過去了半個世紀(jì)，但至今還在工業(yè)控制中普 遍應(yīng)用。 1953 年 Cohen 和 Coon 繼承和發(fā)展了 ZN 公式，同時也提出了一種考慮 被控過程時滯大小的 CohenCoon 整定公式。 從目前 PID 參數(shù)整定方法的研究和應(yīng)用現(xiàn)狀來看，以下幾個方面將是今后一 段時間內(nèi)研究和實踐的重點： （ 1）對于單入單出被控對象，需要研究針對不穩(wěn)定對象或被控過程存在較大 干擾情況下的 PID 參數(shù)整定方法，使其在初始化、抗干擾和魯棒性能方面進(jìn)一步 增強(qiáng)，使用最少量 的過程信息及較簡單的操作就能較好地完成整定。 （ 2）對于多入多出被控對象，需要研究針對具有顯著耦合的多變量過程的多 變量 PID 參數(shù)整定方法，進(jìn)一步完善分散繼電反饋方法，盡可能減少所需先驗信 息量，使其易于在線整定。 （ 3）智能 PID 控制技術(shù)有待進(jìn)一步研究，將自適應(yīng)、自整定和增益計劃設(shè)定 有機(jī)結(jié)合，使其具有自診斷功能；結(jié)合專家經(jīng)驗知識、直覺推理邏輯等專家系統(tǒng) 思想和方法對原有 PID 控制器設(shè)計思想及整定方法進(jìn)行改進(jìn)；將預(yù)測控制、模糊 控制和 PID 控制相結(jié)合，進(jìn)一步提高控制系統(tǒng)系能。這些都是只能 PID 控 制發(fā)展 的極有前途的方向。 本課題液位控制在是采用調(diào)節(jié)閥來控制液位的，現(xiàn)在世界上液位控制的方法 基于 A3000 的豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制大體可以分為三種分別是非調(diào)節(jié)的開 /關(guān)液位控制、可調(diào)的開 /關(guān)液位控制、調(diào)節(jié)型液位控制。 液位控制問題是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工，溶液過濾，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中都需要對液位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤? 液位控制，在豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度的影響，為了很好的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào)節(jié) 閥開度之間的關(guān)系，應(yīng)用 PID 算法來達(dá)到調(diào)節(jié)要求。由于液體本身的屬性及控制機(jī)構(gòu) (電機(jī)、閥門等 )摩擦等因素的影響，控制對象具有一定純滯后和容量滯后的特點，水位上升的過程緩慢，呈現(xiàn)非線性。雙容水槽液位控制系統(tǒng)是一類典型的控制實驗設(shè)備，它具有非線性、強(qiáng)耦合和滯后性的特點，可用于檢驗各種控制理論在非線性、滯后系統(tǒng)的應(yīng)用效果。時滯系統(tǒng)作為復(fù)雜控制系統(tǒng)中的一個重要部分廣泛存在于現(xiàn)代的工業(yè)過程中。同時，它也是控制理論應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，因此對于時滯系統(tǒng)的研究有其很重要的意義。由于雙容水箱所固有的特性決定了其控制的復(fù)雜性， 因此對雙容水箱的模型設(shè)計和控制方法研究是有必要的。 2． 本課題需要重點研究的關(guān)鍵問題、解決的思路及實現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)的可行性分析 液位控制問題是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一類常見問題，例如在飲料、食品加工，溶液過濾，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中都需要對液位進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂啤? 液位控制，在豎直雙容下水箱液位調(diào)節(jié)過程中，下水箱液位受到管道壓力、流量和調(diào)節(jié)閥開度的影響，為了很好的調(diào)節(jié)下水箱液位和管道壓力、流量和調(diào) 節(jié)閥開度之間的關(guān)系，應(yīng)用 PID 算法來達(dá)到調(diào)節(jié)要求。 由于液體本身的屬性及控制機(jī)構(gòu) (電機(jī)、閥門等 )摩擦等因素的影響，控制對象具有一定純滯后和容量滯后的特點，水位上升的過程緩慢，呈現(xiàn)非線性。雙容水槽液位控制系統(tǒng)是一類典型的控制實驗設(shè)備，它具有非線性、強(qiáng)耦合和滯后性的特點，可用于檢驗各種控制理論在非線性、滯后系統(tǒng)中的應(yīng)用效果。時滯系統(tǒng)作為復(fù)雜控制系統(tǒng)中的一個重要部分廣泛存在于現(xiàn)代的工業(yè)過程中。同時，它也是控制理論應(yīng)用的一個重要領(lǐng)域，因此對于時滯系統(tǒng)的研究有其很重要的意義。由于雙容水箱所固有的特性決定 了其控制的復(fù)雜性，因此對雙容水箱的模型設(shè)計和控制方法研究是有必要的。 重點研究的關(guān)鍵問題： PID 原理、壓力變頻器 PID 原理及軟件的編寫解決思路：見原理圖 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 可行性分析： 水介質(zhì)由泵 P102 從水箱 V104 中加壓獲得壓頭，經(jīng)由調(diào)節(jié)閥 FV101進(jìn)入水箱V102，通過手閥 QV11水箱 V10手閥 QV116 回流至水箱 V104 大儲水箱而形成水循環(huán)：其中，水箱 V103 的液位有 LT103 測得，用調(diào)節(jié)閥 QV116 或 QV117 的開啟程度來模擬負(fù)載的大小， QV118全開。本例為定值自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)， FV101 為操縱變量，LT103 為被控變量，采用 PID 調(diào)節(jié)來完成。 3． 完成本課題的工作方案 1月 10日 —— 4月 05日了解 PID 的基本原理 4月 06日 —— 4月 20日 熟悉 S7300 軟件編程環(huán)境及組態(tài)王軟件 4月 21日 —— 5月 09日畫出組態(tài)王監(jiān)控畫面 5月 10日 —— 5月 23日編寫并調(diào)試水箱液位調(diào)節(jié)閥 PID 控制程序 5月 24日 —— 6月 17日撰寫畢業(yè)論文。 4． 指導(dǎo)教師審閱意見 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 說明： 本報告必須由承擔(dān)畢業(yè)論文 (設(shè)計 )課題任務(wù)的學(xué)生在畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 正式開始的第 1周周五之前獨立撰寫完成，并交指導(dǎo)教師審閱。 西安郵電學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 (論文 )成績評定表 學(xué)生姓名 郭珂 性別 男 學(xué)號 06071090 專業(yè)班級 自動 0703 班 課題名稱 雙容水箱液位調(diào)節(jié)閥遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的設(shè)計 課題 類型 實際 應(yīng)用 難度 一 般 畢業(yè)設(shè)計（論文）時間 2021 年 1 月 10 日 ～ 6 月 17 日 指導(dǎo)教師 沈建冬 (職稱 講師 ) 課題任務(wù) 完成情況 論 文 (千字 )； 設(shè)計、計算說 明書 (千字 )； 圖紙 (張 )； 其它 (含附 件 )： 指導(dǎo)教師意見 分項得分：開題調(diào)研論證 分； 課題質(zhì)量（論文內(nèi)容） 分； 創(chuàng)新 分； 論文撰寫（規(guī)范） 分； 學(xué)習(xí) 態(tài)度 分； 外文翻譯 分 指導(dǎo)教師審閱成績： 指導(dǎo)教師 (簽字 )： 年 月 日 評 閱 教 師 意見 分項得