过控课设

中南大学

《过程控制系统》课程设计报告

设计题目液位控制系统设计

指导老师吴同茂

设计者肖斯凡

专业班级自动化12级班0909120813号

设计日期 2015年9月

目录

第一章过程控制系统设计的目的意义 (1)

1.1 设计目的 (1)

1.2课程在教学计划中的地位和作用 (1)

第二章液位控制系统实验控制设计与调试 (2)

2.1 液位控制系统的工艺及控制要求 (2)

2.2液位系统控制实验方案设计 (3)

2.3系统调试与控制效果 (4)

第三章单容水箱液位恒值控制系统设计 (5)

3.1 单容水箱液位控制要求 (5)

3.2 系统总体方案设计 (5)

3.3 系统硬件设计 (5)

3.4 系统软件设计 (5)

第四章收获、体会和建议 (10)

参考文献 (11)

第一章过程控制仪表设计的目的意义

1.1 设计目的

本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。

其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。

其主要是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。

1.2课程在教学计划中的地位和作用

课程设计对过程控制课程有重要的实践意义，可以加深学生对所学知识的理解与运用。主要的内容是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。

基本要求如下:

1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；

2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；

3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系

统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。

4．通过对一个典型工业生产过程进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。

以上的课程设计要求充分地结合了教材理论知识，将理论上的常用工程设计过程运用到了课程设计之中。从整个系统的角度讲，课程将过程控制硬件系统，软件系统同书本中的理论知识有机地结合起来了，使学生要选定一个具体的工艺过程控制，从底层基本的器件选型到顶层高级的目标控制一步步实现，使我们体会到一个系统的具体构建过程，体验了过程控制系统的基本设计思路，提高了系统设计能力。可见，课程设计对我们学习这门课有着启发性与重大的指导性意义。

第二章液位控制系统实验控制设计与调试

2.1 液位控制系统的工艺及控制要求

1.液位控制系统的工艺

该装置由三个大小相同的容器、液位检测变送仪表以及执行机构组成，仪表屏上配有带连接信号插座孔的整个工艺过程模拟流程图，调节控制仪等、其具体的工艺模

拟流程图如图所示

图2.1中具体符号含义如下

C：控制器(t调节器)。该装置配有三个单回路调节器C1，C2，C3，控制输出信号为4~20mA

PV为测量值输入，SV为外给定输入或者阀位反馈信号输入，O孔为调节器输出。

R：记录仪为无纸记录仪，输入4~20mA，分为R1~R3三个通道

HT:液位变送器。液位变送器为LSRY或LSRT，1#~3#输入量程均为0~100mH0，变送器输出为4~20mA。

VL：电子调节阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入为4~20mA电流信号，对应调节阀输出开度为0~100%。

V1~2与I1~2:两路电压/电流转换器。V1为电压输入，I1为电流输出，V2为第二路电压输入，I2为第二路电流输出。

三级串联水箱由三个水箱组成，稳压水由两路经过电动调节阀VL1和VL2以及手动阀V1~V6，分别流入三个水箱,调节阀VL1和VL2可以作为控制回炉的执行机构，另一个用于产生干扰信号。通过使用不同的控制执行机构与手动阀，结合具体的控制水箱的液位，就可以构成一阶，二阶和三阶系统。

在具体确定控制参数时，可以使用以下方法

(1) 掌握PID控制算法及P、I、D参数的含义及功能；

(2) 用工程的方法（看曲线，调参数）整定调节器控制规律及PID参数，并观

察PID参数对系统动态、静态性能的影响。

(3) 测取液位串级过程控制系统的动态、静态特性；

体现在不同的控制系统中有如下具体要求：

超调量σ＜20%，调节时间Ts≤100s，稳态误差%1，在实际确定控制系统的性能时，可以根据具体情况确定控制性能。

2.2液位系统控制实验方案设计

根据具体的控制对象的要求，我们把液位控制系统设计为单回路控制系统

单回路控制系统由以下四个部分组成：（1）被控对象-水箱(2)电子阀（3）

液位变送器（4）PID智能调节器。

其控制系统的方块图如图

系统被控制量是水箱的液位sv，调节参数是流入水箱的水流量Q，水箱液位由液位变送器检测得到液位反馈信号pv，它和液位设定信号进行比较，得到偏差信号ek，调节器对输入偏差ek进行PID运算，输出变化量uk控制信号，控制电子调节阀的液位，改变调节参数Q，使被调参数pv保持在设定值，系统中sv为给定信号。根据实验装置，结合具体的控制对象的液位可以构成一阶系统。