智能型解碼板是與硬盤錄像機或矩陣主機配套使用的一種(完整版)實用資料

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一、概述智能型解碼板是與硬盤錄像機或矩陣主機配套使用的一種（完整版）實用資料(可以直接使用，可編輯完整版實用資料，歡迎下載）智能型解碼板是與硬盤錄像機或矩陣主機配套使用的一種前端控制設(shè)備。硬盤錄像機通過智能型解碼板可實現(xiàn)對云臺、鏡頭的控制。智能型解碼板一般都裝在球型云臺上，解碼板一般都是沒有電源的，要提供給它AC24V/1AAC12V1A的電源。二、技術(shù)參數(shù)輸入電壓：AC24V/1AAC12V/1A云臺電壓：24VAC/1.0A鏡頭電壓：DC11V/250Ma控制線連接方式：屏蔽雙絞線三、解碼器與云臺攝像機連接使用于AC24V云臺、DC12V攝像機。四、地址碼的設(shè)置在一個硬盤錄像機控制系統(tǒng)中，智能型解碼器應有不同的識別地址，智能型解碼器的地址碼通過CAMERAID中的8位撥鍵設(shè)置。0表示撥碼端子OFF位置，1表示撥碼端子ON位置。1－1，2－2，3－4，4－8，5－16，6－32五、通訊協(xié)議、波特率的設(shè)置改變4位拔碼的1、2號撥鍵，選擇不同硬盤主機的通訊協(xié)議；改變3、4號撥鍵，選擇不同波特率。具體設(shè)置見下表。設(shè)置波特率撥碼波特率9600480024001200設(shè)置通訊協(xié)議撥碼協(xié)議多協(xié)議PANASONIC矩陣PELCO-D矩陣序號通訊協(xié)議推薦波特率備注序號通訊協(xié)議推薦波特率備注1CCR-20G4800PICASO10KTE-301RX9600KODICOM2PELCO-SP9600PICO200011KALATELCYB9600GV-8003KTD-3129600品科12YAAN48004PELCO-D9600多種卡13HY9600自動匹配5PELCO-D24002400佳鋒14ADT矩陣9600ADT6HT6004800多種卡15MV矩陣9600MV7PELCO-P9600多種卡16三立矩陣9600自動匹配8PANASONIC960017PELCO矩陣4800PELCO9RM1109600威視18卡拉特鍵盤4800卡拉特六、云臺、鏡頭自檢功能智能型解碼器具有完善的自檢功能，對云臺和鏡頭可以通過拔碼控制。斷電后，將4位開關(guān)3.4拔為ON，其余所有開關(guān)拔為OFF，通電進入鏡頭自檢狀態(tài)，燈閃。拔碼對應功能地址開關(guān)拔碼123456781234IRIS+100000000011IRIS-010000000011FOCUS+001000000011FOCUS-000100000011ZOOM+000010000011ZOOM_000001000011斷電后，將所有開關(guān)拔為OFF，通電進入云臺自檢狀態(tài)，燈閃。拔碼對應功能地址開關(guān)拔碼123456781234自動100000000000上010000000000下001000000000左000100000000右000010000000一種智能液位檢測儀的設(shè)計TheDesignofAnIntelligentLiquidLevelInstrumentr摘要：設(shè)計一種多功能智能化液位檢測裝置，采用ATmega8作為硬件電路核心，以圓柱形電容探頭為液位檢測傳感器，利用電容頻率轉(zhuǎn)換原理將電容變化為頻率變化，利用單片機檢測頻率，軟件計算液位高度。本裝置具有機械去液面波動，用軟件進行溫度修正、線性校正、用戶自校正，通信和多液體選擇等功能。關(guān)鍵詞：智能液位儀；柱形電容；電容頻率轉(zhuǎn)換；單片機Abstract:Amultiplefunctionsintelligentliquidlevelinstrumentisdesigned.ItemploystheATmega8asacoreofhardwarecircuit.,usescolumncapacitanceasliquidlevelsensor,utilizescapacitance-frequencyconversionprinciple,andmakesuseofsinglechipmicrocontrollerdetectingfrequencyandsoftwarecalculatingliquidlevelheight.Thisinstrumenthasgettingridoffluctuationofliquidsurface,usingsoftwaretemperaturecompensastion,linearcorrection,consumerselfcorrection,communicationandselectingmultipleliquids,Etc..Keywords:Intelligentliquidlevelinstrument,Columncapacitance，Capacitancefrequencyconversion,Singlechipmicrocontroller1引言圖1電容傳感器液位檢測在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種類型的液位檢測裝置也不少，按原理分有浮子式、壓力式、超聲波式、吹氣式、電容式等[1,2,3,4,5]，這各種方法都根據(jù)其需要設(shè)計完成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度各有特色,適用于各自的場合,但都是基于固定液箱液位檢測而設(shè)計。市面上也有現(xiàn)成的液位計，有投入式、浮球式、彈簧式等，絕大多數(shù)價格驚人。以上液位計普遍存在以下缺陷:1)輸出為模擬量電流或電壓，有些為機械指針顯示，不能用于遠程監(jiān)視；2)系統(tǒng)普遍適用于靜止液面測量，對于行走式的波動液面測量不準；3)一般液位儀在使用一定時間后，由于傳感器和電子元件性能變化都會引起精度下降，多數(shù)沒有自校正功能。為此，設(shè)計一種具有遠距離監(jiān)視、用戶自校正、能消除液面波動等功能的、智能化程度較高的液位儀。利用圓柱形電容器原理，結(jié)合單片機設(shè)計出一種能檢測多種液體的、適合于運動和靜止液箱的智能液位檢測儀。圖1電容傳感器2硬件設(shè)計本裝置硬件電路由AVR單片機Atmega8芯片、RS232接口、數(shù)字溫度傳感器DS18B20、555振蕩器、報警、按鍵和顯示等電路組成，如圖2所示。單片機采用Atmega8,其內(nèi)部有8K的flash和512字節(jié)的E2PROM，可以直接寫入程序和在線保存用戶數(shù)據(jù)。圓柱形電容傳感器采用如圖1所示結(jié)構(gòu)，主要由兩個金屬構(gòu)成同心圓柱構(gòu)成，其中1為內(nèi)筒；2為外筒；3為上下固定端子，在內(nèi)外筒之間開有小孔，能讓水和空氣自由流通，但孔較小，對外部波動液面有緩沖作用；4為電容引出屏蔽線，中心接內(nèi)筒，邊線接外筒再接電路板的地，可防止干擾；5為待測液體。圖2的555振蕩電路的A、B兩點按電容傳感器，線中心接A，邊線接B。其它電路這里不再詳述。根據(jù)圓柱形電容的理論（下面以水為例進行水位與電容的關(guān)系推算）其容量為:C=C1+C2=+C0+（1）其中，。振蕩頻率為：圖2硬件電路原理圖2硬件電路原理Hz（2）由于水的相對介電常數(shù)隨溫度變化比較明顯，以20℃為基準，在0-50（3）取電容傳感器總長度為L=100cm,將式（3）代入式（2）可得：cm(4)其中，=，即液位高度為0時的頻率，為液位高度不同時的實時頻率，T為實時水溫，為了簡便第二項取。在式（4）中，將相對介電常數(shù)換成油或其它液介質(zhì)介電常數(shù)及各自與溫度的關(guān)系即可得出不同液位的高度公式，這里不再詳述。3軟件設(shè)計根據(jù)硬件電路原理，利用單片機測出頻率和水溫T即可由式（4）利用軟件計算得到液位的高度。單片軟件如圖3至圖5所示，圖3為系統(tǒng)主程序流程圖，圖4為液位測量流程圖，圖5為液位校正流程圖。其它測頻、測溫、通信、顯示、按鍵子模塊程序流程圖在此不再詳述。開始開始初始化用戶校正嗎？按鍵YN按鍵校正液位水位測量油位測量酒精測量圖3主程序測量頻率測量頻率測量液溫讀取校正頻率液位高度換算溫度修正線性校正液位顯示圖4液位測量模塊測量頻率測量頻率顯示頻率保存參考頻率嗎？寫I2CEPROM返回YN圖5液位校正由上面的式（4）可知，當傳感器和電子元件性能參數(shù)變化時，會引起的變化，從而影響高度誤差。由此通過用戶校正液位，即重新測量液空時的補始頻率即可獲得液位校正功能。4數(shù)據(jù)測試與誤差修正在實際設(shè)計中,取L為100cm，對水位進行實測，當無液時的頻率=279.0KHz,100cm高液位時=3.312KHz,頻率最大時小于單片機的最高頻率測量范圍,頻率最小時也不至于降低測頻精度。經(jīng)過測試，實際高度與測試結(jié)果如表1。表1液位實際高度與測試結(jié)果比較(測試水溫20℃實際值0151015202530354245測量值010.715.621.927.533.541.946.1實際值50556065707580859095100測量值52.759.065.873.378.383.888.994.098.1101.3104.7由上表中可知,測量結(jié)果是一條波動曲線,在0cm、20cm處誤差較小，為兩線的交點，低誤差為負，高端誤差為正，90cm以后誤差逐漸減小，預計在110cm處達到交點。經(jīng)分段修正后，測量結(jié)果如表2。表2修正后液位實際高度與測量結(jié)果比較(測試水溫20℃實際值0151015202530354545測量值015.210.414.819.524.730.135.039.644.6實際值50556065707580859095100測量值50.154.859.864.570.375.480.485.289.395.099.8由表2可知，經(jīng)過修正后，誤差小于0.5cm，分辨率為0.1cm。抽樣檢測不同水溫的不同高度，誤差都在1.0cm以內(nèi)，符合設(shè)計要求。5結(jié)論本文作者主要創(chuàng)新之處是提出一種適合于波動液面液位檢測的智能液位儀，具有溫度補償、用戶自校正和通信等功能。本文設(shè)計了高度為100cm的柱形電容液位檢測傳感器，電容器具有結(jié)構(gòu)簡單，電路實現(xiàn)容易，利用555振蕩電路實現(xiàn)了電容到頻率的轉(zhuǎn)換，利用程序?qū)崿F(xiàn)頻率到高度轉(zhuǎn)換，理論正確可靠，推算過程合理，利用軟件分段修正減小了線性誤差。在電容的兩端裝有液位緩沖器，采用機械的方式減小液面波動。由實驗測試可知，本液位檢測裝置性能穩(wěn)定，檢測可靠，測量精度達到1cm,分辨率可0.1cm，達到車載式噴霧機液位檢測的要求。利用此方案可根據(jù)需要設(shè)計各種量程的液位檢測裝置，適用性較廣。6參考文獻[1]蔡幼忠.浮選槽的液位檢測控制探討[J].有色礦山，2002，31(6):35-36.[2]劉開鋒,孔力,程晶晶等.超聲波液位測量系統(tǒng)中高速數(shù)據(jù)采集卡的設(shè)計[J].微計算機信息(測控自動化),2004,20(12):42-43.[3]孫漢旭，胡旭輝.超聲波液體位檢測裝置的研究[J].電子產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新，2004，17(2):1-2.[4]王美華，趙文達，官本誠.吹氣法液位檢測裝置及其應用[J].自動化儀表，2004，25(3):31-34.[5]阮亞婕.智能電容式液位計系統(tǒng)設(shè)計.儀表技術(shù)[J]，2002，6:15-16.液位檢測與控制試驗系統(tǒng)設(shè)計發(fā)展現(xiàn)狀：液位檢測在許多控制領(lǐng)域已較為普遍，各種類型的液位檢測裝置也不少，按原理分有浮力式、壓力式、超聲波式、差壓式、電容式等，這各種方法都根據(jù)其需要設(shè)計完成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度各有特色,適用于各自的場合,但都是基于固定液箱液位檢測而設(shè)計。市面上也有現(xiàn)成的液位計，有投入式、浮球式、彈簧式等，絕大多數(shù)價格驚人?！八巧础保粌H人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到各種液位和流量的控制問題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應，溶液過濾，污水處理，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度，太滿容易溢出造成浪費，過少則無法滿足需求。因此，需要設(shè)計合適的控制器自動調(diào)整蓄液池的進出流量，使得蓄液池內(nèi)液位保持正常水平，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些不同背景的實際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。因此液位是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)。特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的生產(chǎn)效果。高老師也進行了多次的實驗得出了一些相關(guān)的數(shù)據(jù)，水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計應用非常長廣泛，可以把一個復雜的液位控制系統(tǒng)簡化成一個水箱液位控制系統(tǒng)來實現(xiàn)。所以就選擇了該題目的設(shè)計。由于液位檢測應用領(lǐng)域的不同，性能指標和技術(shù)要求也有差異，但適用有效的測量成為共同的發(fā)展趨勢，隨著電子技術(shù)及計算機技術(shù)的發(fā)展，液位檢測的自動控制成為其今后的發(fā)展趨勢，控制過程的自動化處理以及監(jiān)控軟件良好的人機界面，操作人員在監(jiān)控計算機上能根據(jù)控制效果及時修運行參數(shù)，這樣能有效地減少工人的疲勞和失誤，提高生產(chǎn)過程的實時性、安全性。隨著計算機控制技術(shù)應用的普及、可靠性的提高及價格的下降，液位檢測的微機控制必將得到更加廣泛的應用。所以，我們在此設(shè)計了這個簡易的監(jiān)測系統(tǒng)，一方面，節(jié)省了大量的經(jīng)濟開支；另一方面，讓我們對監(jiān)測系統(tǒng)有了更加深刻、透徹的了解，不僅增加了我們的感性認識，還促進了我們對于系統(tǒng)各個部分的深刻剖析，從傳感器選型到整個系統(tǒng)的建立，我們都投入其中，并為之努力著。設(shè)計目的：此次設(shè)計的思想來源于高中生活的一段經(jīng)歷：高中時期，由于供水設(shè)施的技術(shù)水平有限，下課后，當?shù)蜆菍拥乃奚峒w用水時，高樓層的宿舍一般都接不到水。為了防止我們?nèi)粘Ｓ盟亩倘?，我們一般選擇在用水不是很緊張的中午午睡時，或是晚上熄燈以后往儲水的水桶里接滿水，以備隨時使用。所以，為了解決這個問題，我們可以設(shè)計一個自動監(jiān)測液位的裝置，并由單片機來控制舵機的開斷。液位傳感器隨時監(jiān)測水箱的液位情況，并根據(jù)液位的不同，控制舵機的開斷。當液位低于一定值時，單片機控制變頻器，進而驅(qū)動舵機，使供水閥打開至最大；當液位達到水箱總高度的80%時，單片機控制變頻器，進而驅(qū)動舵機使流速減??；當液位高于一定值時，單片機控制舵機，關(guān)緊舵機，停止儲水。設(shè)計意義：此系統(tǒng)的成功設(shè)計，不僅解決了同學們?nèi)粘Ｉ钪械膯栴}，還使得我們的思維得到了鍛煉，提高了我們遇到問題、解決問題的能力，充分發(fā)揮了我們的想象力和創(chuàng)造力。摘要：本系統(tǒng)設(shè)計了一種基于8051單片機的水箱液位控制系統(tǒng)。由液位設(shè)定值進行相應計算得變頻器的頻率，控制水泵的輸入電壓，從而控制進入水箱的液體量。液位傳感器采集液位數(shù)據(jù)進行AD轉(zhuǎn)換后，送入單片機與設(shè)定的液位進行比較得到誤差后再進行DA轉(zhuǎn)換。并由此誤差進行相應的調(diào)節(jié)后作用于調(diào)節(jié)閥控制液體進入水箱的速度，進而控制液體流出水箱的速度。由以上進行水箱的液位控制。關(guān)鍵詞：AT89S52、液位傳感器、調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵實驗目的：通過設(shè)計液位檢測系統(tǒng)，進一步了解各種過程器件的各種性能特征以及使用的場合與條件，更加清楚地知道各種儀表在自動化過程控制中的應用。通過本次獨立的完成系統(tǒng)設(shè)計培養(yǎng)一種嚴密、整體的思維能力，以及獨立完成各種工作的能力。實驗要求：（1）上位水箱通過水泵供水，通過變頻器控制舵機的轉(zhuǎn)速；（2）通過查閱相關(guān)設(shè)備手冊或上網(wǎng)查詢，選擇液位傳感器、調(diào)節(jié)器、調(diào)節(jié)閥、變頻器、水泵等設(shè)備（包括設(shè)備名稱、型號、性能指標等）；（3）設(shè)備選型要有一定的理論計算；（4）用所選設(shè)備構(gòu)成實驗系統(tǒng)，畫出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；（5）列出所能開設(shè)的實驗，并寫出實驗目的、步驟、要求。實驗步驟：（一）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計一個完整的檢測控制系統(tǒng)框圖如下：1、控制方案本設(shè)計是采用8051單片機為核心芯片,及其相關(guān)硬件來實現(xiàn)的水箱液位控制系統(tǒng),使用液位傳感器測液位，CPU循環(huán)檢測傳感器輸出狀態(tài),并LCD顯示示液位高度,檢測液位等數(shù)據(jù),實施報警安全提示,當水箱液位低于用戶設(shè)定的值時,系統(tǒng)自動打開泵上水,當水位到達設(shè)定值時,系統(tǒng)自動關(guān)閉舵機。水位檢測是通過四對高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器分別安裝在四個不同的位置，由上至下四個輸出端口分別接單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實時對水箱里的水位進行檢測。當水位到達某一光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出高電平；當水位低于此光敏三極管的位置時，其輸出端口就向單片機輸出低電平。由上至下的第一個位置為水位上限報警線，即當水位高于此位置時，開水閥控制系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水舵機有可能出故障；第二個位置是自動停止加水線，即當水位高于此位置時，控制系統(tǒng)會自動關(guān)閉加水舵機，停止加水；第三個位置是自動減速加水線，即當水位高于此位置時，控制系統(tǒng)會自動調(diào)節(jié)舵機角度，加水速度減慢；第四個位置是水位下限報警線，即當水位低于此位置時，系統(tǒng)就會自動報警，提醒工作人員注意，加水舵機可能出故障，舵機角度達到最大，自動加大流速控制。2、系統(tǒng)總體框圖（二）硬件設(shè)計2.1硬件設(shè)計概要系統(tǒng)的原理是采用高亮二極管和光敏三級管所組成的液位傳感器對液面進行控制,通過四對傳感器分別安裝在水箱內(nèi)四個不同的位置，由上至下測量水箱液位值,。并把這四個液位狀態(tài)通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809傳到單片機中,在通過1602顯示器顯示出液位的四種狀態(tài)及報警安全提示。用LCD顯示是因為它具有顯示清晰、亮度高、可顯示漢字、界面人性化等特點，根據(jù)當前的液位值和用戶設(shè)定的水位決定是否進行開、關(guān)舵機及舵機開的角度的大小,需要是否開啟和關(guān)閉驅(qū)動閥門的電動機。系統(tǒng)按功能可以劃分為以下幾個模塊：（1）電源模塊：將變壓器輸出的+24V電源轉(zhuǎn)換為系統(tǒng)正常工作使用的+5V電源，采用雙電源工作。一路給光電式傳感器供電，成為傳感器電源；另一路給光電式傳感器之外的所有電路供電，如：單片機、LCD顯示裝置、工作指示、按鍵等，稱為主電源。（2）數(shù)據(jù)采集與處理模塊：該模塊以51單片機為核心，通過液位傳感器收集檢測信號，通過計算得到液位值。同時控制整個系統(tǒng)的運行，包括：系統(tǒng)初始化、傳感器初始化、采集并處理傳感器測量得到的液位值、工作指示及測量結(jié)果顯示、參數(shù)設(shè)定等。（3）人機交互模塊：包括工作指示、LCD顯示。工作指示為5個LED燈管，包括主電源指示，傳感器電源指示、運行指示、數(shù)據(jù)傳輸指示、系統(tǒng)運行異常指示。LCD顯示實現(xiàn)當前液面位置顯示、不同功能狀態(tài)下內(nèi)容顯示。這些都保證了用戶能夠簡單快捷的設(shè)定、使用和維護傳感器，提高用戶的操作體驗。下圖是水箱液位控制系統(tǒng)。由上圖可觀察到傳感器通過對液面進行測量，輸出模擬信號，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器把輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，通過8051單片機的運算控制，在通過LCD進行顯示,通過報警裝置進行報警,報警顯示之后再通過對閥門的開啟實現(xiàn)對水箱的液位進行調(diào)節(jié)控制,閥門的驅(qū)動設(shè)備是舵機。圖2-1水箱液位控制系統(tǒng)2.2硬件選型2.2.1核心芯片8051單片機圖5-1單片機管腳圖整個系統(tǒng)控制部分以ATMEL公司的8051為核心芯片，控制信號采集、處理、輸出三個過程。這種芯片內(nèi)置4KEPROM，因為系統(tǒng)要求控制線較多，如果采用8031外置EPROM程序控制結(jié)構(gòu)，則造成控制線不夠；而8051卻可以利用P0、P2口作控制總線，大大簡化了硬件結(jié)構(gòu)，并可以直接控制鍵盤參數(shù)輸入、LCD數(shù)據(jù)顯示，方便現(xiàn)場調(diào)試和維護，使整個系統(tǒng)的通用性和智能化得到了很大的提高。內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個全雙工UART（通用異步接收發(fā)送器）的串行I/O口，用于實現(xiàn)單片機之間或單片機與微機之間的串行通信；片內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高振蕩頻率為12Mhz。我們可以將相應的PID調(diào)節(jié)程序?qū)懭?051單片機的程序存儲器，將設(shè)定值由鍵盤輸入到單片機后，與傳感器采集的值進行比較后執(zhí)行相應的調(diào)節(jié)程序。8051實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)框圖如下：2.2.2液位傳感器在水箱液位控制系統(tǒng)中,傳感器的選擇是非常重要的,傳感器是能感受規(guī)定的被測量,并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置,它通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成,它的性能直接影響到整個檢測系統(tǒng),對檢測精確度起著重要的作用。傳感器的種類很多,有溫度傳感器,加速度傳感器,光學傳感器,壓力傳感器的。方案一：電容式傳感器：其計算復雜，轉(zhuǎn)換電路復雜，需使用555振蕩電路來完成頻率的轉(zhuǎn)換、液位的測量。對于接地電容傳感器，普通的被動屏蔽（防護罩連接地面）是不合適的，因為電纜的附加電容與電容器的電容同時存在，而且電纜的附加電容能夠遠大于由于環(huán)境條件引起的傳感器的電容。為了減少這種附加電容的影響，接地電容式傳感器一般采用有緣屏蔽技術(shù)連接到接口電路，價格昂貴，技術(shù)要求較高。方案二：使用發(fā)光二極管和光敏三極管傳感器，不但檢測電路及原理都相對簡單，更為重要的是，其為數(shù)字式傳感器，可將檢測液位信號轉(zhuǎn)換為高低電平，易于與主控制器單片機相連，進行相應控制。尤其是報警控制，使用蜂鳴器即可，硬件電路設(shè)計簡單易懂，故障排除方便，易于實現(xiàn)系統(tǒng)報警控制。因此，本設(shè)計主要采用的是由高亮二級管和光敏三級管所組成的液位傳感器來對液位進行控制,在把檢測的電信號輸入到單片機進行分析,這個設(shè)計的重點是液位的控制,所以下面我要對液位傳感器進行設(shè)計。采用的是四對高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器，這種液位傳感器如下圖將傳感器輸出的模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成單片機能處理的數(shù)字量。該控制器采用CMOS工藝制造的逐步逼近式8位AD轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809。在使用時可選擇中斷、查詢和延時等待3種方式編制AD轉(zhuǎn)換程序。圖6是AD轉(zhuǎn)換部分原理圖，在接線時先經(jīng)過運算放大器和分壓電把傳感器輸出的電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，然后輸入到AD轉(zhuǎn)換器。DA轉(zhuǎn)換器則采用DAC08調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，它是過程控制系統(tǒng)中用動力操作去改變流體流量的裝置。調(diào)節(jié)閥由執(zhí)行機構(gòu)和閥（調(diào)節(jié)機構(gòu)）組成。執(zhí)行機構(gòu)是將控制信號轉(zhuǎn)換成相應的動作來控制閥內(nèi)截流件的位置或其他調(diào)節(jié)機構(gòu)的裝置。信號或驅(qū)動力可以為氣動、電動、液動或這三者的任意組合。閥是調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)部分，它與介質(zhì)直接接觸，在執(zhí)行機構(gòu)的推動下，改變閥芯與閥座之間的流通面積，從而達到調(diào)節(jié)流量的目的。分類：以壓縮空氣為動力源的調(diào)節(jié)閥稱為氣動調(diào)節(jié)閥；以電為動力源的調(diào)節(jié)閥則為電動調(diào)節(jié)閥。這兩種是用得最多的調(diào)節(jié)閥。此外，還有液動調(diào)節(jié)閥、智能閥、調(diào)節(jié)閥等。電動調(diào)節(jié)閥與氣動調(diào)節(jié)閥的對比電動調(diào)節(jié)閥優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，應用范圍廣，調(diào)節(jié)過程可控性好，行程準確。缺點是可能產(chǎn)生電火花，或者靜電火花。氣動調(diào)節(jié)閥的優(yōu)點是動作迅速，能夠快速的完成調(diào)節(jié)命令，且安全，不會產(chǎn)生電火花。但缺點是控制復雜，造價高，結(jié)構(gòu)復雜。所以調(diào)節(jié)上大多都使用的是電動閥，但是在某些要求快速關(guān)啟的關(guān)路上和油管，易燃易爆氣體，化工危險品管路上還是使用氣動閥。且因為單片機直接輸出電氣信號，根據(jù)整個系統(tǒng)設(shè)計的需要電動調(diào)節(jié)閥更為合適。2.3.6水泵定義：通常把提升液體、輸送液體或使液體增加壓力,即把原動機的機械能變?yōu)橐后w能量從而達到抽送液體目的的機器統(tǒng)稱為泵。分類：根據(jù)不同的工作原理可分為容積水泵、葉片泵等類型。容積泵是利用其工作室容積的變化來傳遞能量；葉片泵是利用回轉(zhuǎn)葉片與水的相互作用來傳遞能量，有離心泵、軸流泵和混流泵等類型。工作原理：1、容積式泵:利用工作腔容積周期變化來輸送液體。2、葉片泵:利用葉片和液體相互作用來輸送液體選擇：實驗設(shè)計中要求水箱高度為600mm，離地200mm，設(shè)備離地30mm，所以最大吸程應大于600+200-30=770mm，根據(jù)這一要求及其它電器、安全等要求，選擇ASP系列的水泵，如下圖所示：2.3硬件電路設(shè)計系統(tǒng)原理圖及其說明2.3.1報警電路下列四種情況發(fā)生系統(tǒng)報警：1當水箱達到上限極限水位時報警，箱內(nèi)的水位到達上限極限水位時系統(tǒng)發(fā)出報警；2當水箱達到下限極限水位時報警，箱內(nèi)的水位到達下限極限水位時系統(tǒng)發(fā)出報警；2.3.2復位電路8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見圖2-3。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，Vcc掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)不丟失,此設(shè)計采用自動復位電路。2.3.3鍵盤顯示電路鍵盤顯示電路主要是實現(xiàn)液位設(shè)定值的輸入和顯示實時液位的功能。鍵盤接口及其軟件的設(shè)計任務主要包括：是否有鍵按下的檢測并判斷鍵值，有操作則進行延時去消抖，并根據(jù)鍵值計算出調(diào)整量送執(zhí)行機構(gòu)開啟進水或排水閥，進行一系列的動作處理和執(zhí)行。本系統(tǒng)采用4行×4列的16鍵行列式鍵盤，占用單片機P1口的8個端口。顯示采用12864液晶顯示當前液位測量值。圖2-3復位電路原理圖（三）軟件設(shè)計3.1軟件設(shè)計思想水位檢測是通過四對高亮二極管和光敏三極管所組成的液位傳感器分別安裝在四個不同的位置，由上至下四個輸出端口分別接單片機的P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，實時對水箱里的水位進行檢測。本系統(tǒng)所使用的傳感器性能穩(wěn)定,測量準確,大大簡化現(xiàn)場安裝,具有較高的性價比,有較大的工程應用價值,而且利用計算機與組態(tài)軟件技術(shù)對水箱進行自動控制有著重要的意義。其優(yōu)越性主要在于：通過對水箱的液位進行有效控制，實現(xiàn)了在無人條件下，水箱自動儲水的功能。3.2軟件流程圖：（四）系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)整體裝置如下系所示：4.1分模塊調(diào)試首先調(diào)試各個模塊：蜂鳴器、液位傳感器、液晶和舵機，其中蜂鳴器的功能是能夠清晰、良好的將需放的聲音釋放出來；液位傳感器和液晶是連在一起調(diào)試的，主要實現(xiàn)液晶正確顯示監(jiān)測液位信息；舵機模塊的調(diào)試主要是運行程序觀看舵機轉(zhuǎn)動的角度。每一個模塊調(diào)試無誤后將所有模塊聯(lián)合在一起。4.2整體調(diào)試將系統(tǒng)的各個模塊聯(lián)合在一起，系統(tǒng)調(diào)試，并在容器內(nèi)加上水，使系統(tǒng)運行，觀看液晶及水的流速及蜂鳴器的發(fā)音現(xiàn)象，液晶顯示正確的液位信息。（五）設(shè)計總結(jié)雖然這是一個簡易的系統(tǒng)，但是具體著手去做這個實驗發(fā)現(xiàn)整個系統(tǒng)非常復雜，特別是在元器件的選型、具體細節(jié)的實施及其參數(shù)的設(shè)定方面，不知道如何下手，經(jīng)過幾天的分析討論，才有了一些認知。所以在這次在報告中水箱液位控制系統(tǒng)的理論分析有可能存在不合理的地方，以后會多多注重這方面的訓練，好好努力的。本系統(tǒng)主要介紹了水箱的液位檢測控制，紹了8051單片機和其它一些單片機在水箱控制系統(tǒng)中的應用，介紹了它們的引腳和在系統(tǒng)中的電路圖，本設(shè)計還采用了傳感器來對液位的信號采集，利用LCD來進行信號的輸出顯示,我設(shè)計的硬件系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)簡化,系統(tǒng)精度高，具有良好的人機交互功能,并設(shè)有液位報警和閥門失靈等故障報警，有問題立即就能發(fā)現(xiàn)。液位控制在設(shè)定值上正常運行不需要人工干預，操作人員勞動強度小。該系統(tǒng)硬件系統(tǒng)完全，但系統(tǒng)的運算與控制必須靠軟件支持，本控制系統(tǒng)采用的是控制，采用單片機設(shè)計出的工業(yè)水箱控制器,能夠針對汽包水位的不同狀態(tài)和不同外界條件進行控制,汽包水位運行穩(wěn)定、控制品質(zhì)良好、控制效果明顯改善;同時大大提高了控制系統(tǒng)的抗干擾能力,保證了工業(yè)水箱的穩(wěn)定運行?？刂蒲b置具有成本低、抗干擾能力強、控制性能好等優(yōu)點,且系統(tǒng)硬、軟件維護簡單方便,尤其適用于工業(yè)控制現(xiàn)場,具有良好的應用前景。（六）心得體會在液位控制系統(tǒng)設(shè)計過程中，老師給了我們細致的指導，特別是有關(guān)于原理的敘述，設(shè)計的可行性，以及設(shè)計的難度的準確的分析和把握，使我們能在有限的時間中完成設(shè)計，使我們受益匪淺。首先，自學能力大大提高。由一開始的一無所知到最終設(shè)計成功，我們所需要的知識除了來自課堂，更多的是課外通過上網(wǎng)查詢、向老師和學長請教等多種渠道獲得。大家在一起討論各種方案實施的可行性，各抒己見提出自己的觀點，從學長和老師那里也學到了很多設(shè)計方面的經(jīng)驗。其次，在設(shè)計過程中遇到各方面的問題，多次修改無果失去耐心時，團隊的力量使我們重新振作，并最終將困難一一解決，由此我們體會到合作的重要性。團隊分工明確、成員互相鼓勵以及個人的責任感都起了至關(guān)重要的作用。團結(jié)就是力量，無論在現(xiàn)在的學習中還是在以后的工作中，團結(jié)都是至關(guān)重要的，有了團結(jié)會有更多的理念、更多的思維、更多的情感。第三，我們切身感受到了理論與實踐的巨大差距，課本上的知識是不能照搬的，需要結(jié)合自己的創(chuàng)造力才能實現(xiàn)其作用。課本上的知識是死的，現(xiàn)實應用當中靈活多變，只有多實踐、多應用才能收獲更多的實用技能，武裝自己的頭腦并應用到今后的設(shè)計或者工作當中去。現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表是很重要的一門課程，老師和一些工作的學長都曾說過。盡管我們在課堂學到的內(nèi)容很有限，但在以后的學習中還需要好好的深入研究和學習，學好了檢測和儀表技術(shù)也就多了一項生存的本錢。最后感謝老師對我們的精心指導和幫助，感謝同學們對我的幫助。（七）參考文獻[1]孫傳友、翁惠輝《現(xiàn)代檢測技術(shù)及儀表》高等教育出版社，2002年；[2]胡漢才年；[3]胡壽松《自動控制原理（第五版）科學出版社》[4]熊新民工業(yè)過程控制課程設(shè)計指導書2021年[5]熊新民[6]王俊杰有專家系統(tǒng)的PID自適應調(diào)節(jié)【J】自動化與儀表控制1992年檢測技術(shù)與儀器單片機原理及應用重慶大學出版社2003年；2006年；《單片機原理及其接口技術(shù)（第3版）清華大學出版社》2004[7]蔣庭彪等編著[8]過程控制儀表實驗指導書.中南大學教材科，2021年雙水泵液位控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)工藝流程圖如下：雙水汞液位控制系統(tǒng)I\O點數(shù)分配：輸入輸出傳感器Y1X1 當傳感器檢測到水位時，為‘‘1電動機M1繼電器Y1傳感器Y2X2當傳感器檢測到水位時，為‘‘1電動機M2繼電器Y2傳感器Y3X3當傳感器檢測到水位時，為‘‘1電磁閥F2Y3傳感器Y0X0當傳感器檢測到水位時，為‘‘0蜂鳴器Y4啟動開關(guān)X4運行熱繼電器Y5停止開關(guān)X5停止外部接線圖：電動機電動機M2繼電器電動機M1繼電器傳感器Y3傳感器Y2傳感器Y1傳感器Y0電磁閥F2熱繼電器蜂鳴器啟動開關(guān)停止開關(guān)X0X1X2X3COMY4Y3Y2Y1Y5220VPLCX4X5 梯形圖：說明：（1）當上水箱液位低于Y3時，即X1~X2~X3=ON，[Y1、Ｙ2、Y3]=ON[Y4、Y5]=OFF（2）當上水箱液位升至Y2時，即X2、X3=OFF，X1=ON，Y2、Y3=OFF，Y1=ON，[Y4、Y5]=OFF（3）當上水箱液位升至Y1時，即Y1、Y2、Y3=OFF，Y4、Y5=OFF（4）當下水箱液位降至Y0時，即X0=OFF，Y4、Y5=ON指令表：雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計1.設(shè)計題目雙容水箱液位串級控制系統(tǒng)設(shè)計2.設(shè)計任務圖1所示雙容水箱液位系統(tǒng)，由水泵1、2分別通過支路1、2向上水箱注水，在支路一中設(shè)置調(diào)節(jié)閥，為保持下水箱液位恒定，支路二則通過變頻器對下水箱液位施加干擾。試設(shè)計串級控制系統(tǒng)以維持下水箱液位的恒定。1圖1雙容水箱液位控制系統(tǒng)示意圖3.設(shè)計要求1）已知上下水箱的傳遞函數(shù)分別為：Gp1(s=?H1(s?H2(s?H2(s21，Gp2(s=。===?U1(s5s+1?Q2(s?H1(s20s+1要求畫出雙容水箱液位系統(tǒng)方框圖，并分別對系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動態(tài)過程進行仿真（假設(shè)干擾為在系統(tǒng)單位階躍給定下投運10s后施加的均值為0、方差為0.01的白噪聲）；2）針對雙容水箱液位系統(tǒng)設(shè)計單回路控制，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖，并分別對控制系統(tǒng)在有、無干擾作用下的動態(tài)過程進行仿真，其中PID參數(shù)的整定要求寫出整定的依據(jù)（選擇何種整定方法，P、I、D各參數(shù)整定的依據(jù)如何），對仿真結(jié)果進行評述；3）針對該受擾的液位系統(tǒng)設(shè)計串級控制方案，要求畫出控制系統(tǒng)方框圖及實施方案圖，對控制系統(tǒng)的動態(tài)過程進行仿真，并對仿真結(jié)果進行評述。4.設(shè)計任務分析系統(tǒng)建?；痉椒ㄓ袡C理法建模和測試法建模兩種，機理法建模主要用于生產(chǎn)過程的機理已經(jīng)被人們充分掌握，并且可以比較確切的加以數(shù)學描述的情況；測試法建模是根據(jù)工業(yè)過程的實際情況對其輸入輸出進行某些數(shù)學處理得到，測試法建模一般較機理法建模簡單，特別是在一些高階的工業(yè)生產(chǎn)對象。對于本設(shè)計而言，由于雙容水箱的數(shù)學模型已知，故采用機理建模法。在該液位控制系統(tǒng)中，建模參數(shù)如下：控制量：水流量Q；被控量：下水箱液位；控制對象特性：Gp1(s=?H1(s2（上水箱傳遞函數(shù)）；=?U1(s5s+1?H2(s?H2(s1（下水箱傳遞函數(shù)）。==?Q2(s?H1(s20s+1Gp2(s=控制器：PID；執(zhí)行器：控制閥；干擾信號：在系統(tǒng)單位階躍給定下運行10s后，施加均值為0、方差為0.01的白噪聲為保持下水箱液位的穩(wěn)定，設(shè)計中采用閉環(huán)系統(tǒng)，將下水箱液位信號經(jīng)水位檢測器送至控制器（PID），控制器將實際水位與設(shè)定值相比較，產(chǎn)生輸出信號作用于執(zhí)行器（控制閥），從而改變流量調(diào)節(jié)水位。當對象是單水箱時，通過不斷調(diào)整PID參數(shù)，單閉環(huán)控制系統(tǒng)理論上可以達到比較好的效果，系統(tǒng)也將有較好的抗干擾能力。該設(shè)計對象屬于雙水箱系統(tǒng)，整個對象控制通道相對較長，如果采用單閉環(huán)控制系統(tǒng)，當上水箱有干擾時，此干擾經(jīng)過控制通路傳遞到下水箱，會有很大的延遲，進而使控制器響應滯后，影響控制效果，在實際生產(chǎn)中，如果干擾頻繁出現(xiàn)，無論如何調(diào)整PID參數(shù)，都將無法得到滿意的效果。考慮到串級控制可以使某些主要干擾提前被發(fā)現(xiàn)，及早控制，在內(nèi)環(huán)引入負反饋，檢測上水箱液位，將液位信號送至副控制器，然后直接作用于控制閥，以此得到較好的控制效果。設(shè)計中，首先進行單回路閉環(huán)系統(tǒng)的建模，系統(tǒng)框圖如下：在無干擾情況下，整定主控制器的PID參數(shù)，整定好參數(shù)后，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察各參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能的影響；然后加入干擾（白噪聲），比較有無干擾兩種情況下系統(tǒng)穩(wěn)定性的變化。然后，加入前饋控制，在有干擾的情況下，比較單回路控制、前饋-反饋控制系統(tǒng)性能的變化，前饋-反饋控制系統(tǒng)框圖如下：系統(tǒng)實施方案圖如下：5.設(shè)計內(nèi)容1）單回路PID控制的設(shè)計MATLAB仿真框圖如下（無干擾）：01先對控制對象進行PID參數(shù)整定，這里采用衰減曲線法，衰減比為10：1。A.將積分時間Ti調(diào)為最大值，即MATLAB中I參數(shù)為0，微分時間常數(shù)TD調(diào)為零，比例帶δ為較大值，即MATLAB中K為較小值。B.待系統(tǒng)穩(wěn)定后，做階躍響應，系統(tǒng)衰減比為10：1時，階躍響應如下圖：參數(shù)：K1=9.8，Ti=無窮大，TD=0經(jīng)觀測，此時衰減比近似10：1，周期Ts=14s，K=9.8C．根據(jù)衰減曲線法整定計算公式，得到PID參數(shù)：K1=9.8*5/4=12.25，取12；Ti=1.2Ts=16.8s（注：MATLAB中I=1/Ti=0.06）；TD=0.4Ts=5.6s.使用以上PID整定參數(shù)得到階躍響應曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線可以初步看出，經(jīng)參數(shù)整定后，系統(tǒng)的性能有了很大的改善?，F(xiàn)用控制變量法，分別改變P、I、D參數(shù)，觀察系統(tǒng)性能的變化，研究各調(diào)節(jié)器的作用。A．保持I、D參數(shù)為定值，改變P參數(shù)，階躍響應曲線如下：參數(shù)：K1=16，Ti=16.8，TD=5.6參數(shù)：K1=20，Ti=16.8，TD=5.6比較不同P參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應曲線可知，隨著K的增大，最大動態(tài)偏差增大，余差減小，衰減率減小，振蕩頻率增大。B．保持P、D參數(shù)為定值，改變I參數(shù)，階躍響應曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=10，TD=5.6參數(shù)：K1=12，Ti=1，TD=5.6比較不同I參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應曲線可知，有I調(diào)節(jié)則無余差，而且隨著Ti的減小，最大動態(tài)偏差增大，衰減率減小，振蕩頻率增大。C．保持P、I參數(shù)為定值，改變D參數(shù)，階躍響應曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=8.6參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=11.6比較不同D參數(shù)值下系統(tǒng)階躍響應曲線可知，而且隨著D參數(shù)的增大，最大動態(tài)偏差減小，衰減率增大，振蕩頻率增大。現(xiàn)向控制系統(tǒng)中加入干擾，以檢測系統(tǒng)的抗干擾能力，系統(tǒng)的仿真框圖如下：階躍響應曲線如下：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6觀察以上曲線，并與無干擾時的系統(tǒng)框圖比較可知，系統(tǒng)穩(wěn)定性下降較大，在干擾作用時，很難穩(wěn)定下來，出現(xiàn)了長時間的小幅震蕩，由此可見，單回路控制系統(tǒng)，在有干擾的情況下，很難保持系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，考慮串級控制。2）串級控制系統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)的MATLAB仿真框圖如下（有噪聲）：當無噪聲時，系統(tǒng)的階躍響應如下圖所示：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.3比較單回路控制系統(tǒng)無干擾階躍響應可知，串級控制降低了最大偏差，減小了振蕩頻率，大大縮短了調(diào)節(jié)時間?，F(xiàn)向系統(tǒng)中加入噪聲，觀察不同P條件下的系統(tǒng)階躍響應曲線：參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=0.5參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.0參數(shù)：K1=12，Ti=16.8，TD=5.6，K2=1.5觀察以上曲線可知，當副回路控制器，調(diào)節(jié)時間都有所縮短，系統(tǒng)快速性增強了，在干擾作用下，當增益相同時，系統(tǒng)穩(wěn)定性更高，提高了系統(tǒng)的抗干擾能力，最大偏差更小?？梢匀〉昧钊藵M意的控制效果。6.設(shè)計總結(jié)設(shè)計總結(jié)1）通過本次設(shè)計，學會了系統(tǒng)建模的一般步驟，掌握了分析簡單系統(tǒng)特性的一般方法，并對系統(tǒng)中的控制器、執(zhí)行器、控制對象等各個部分有了更加直觀的認識。2）基本掌握了簡單系統(tǒng)模型的PID參數(shù)整定方法，對PID調(diào)節(jié)器中的P、I、D各個參數(shù)的功能、特性有了更加深刻的認識，通過實驗驗證的方式，很多內(nèi)容印象非常深刻。3通過仿真驗證了串級控制對干擾的強烈抑制能力，仿真過程中也熟悉了控制系統(tǒng)中MATLAB仿真的基本方法，相信對以后的學習會有所幫助。4）從設(shè)計內(nèi)容來講，或許學習的是僅僅過程控制，學習的僅僅是MATLAB的操作，但設(shè)計過程中，從設(shè)計思想，到研究方法，再到結(jié)論總結(jié)都培養(yǎng)了自己的學習研究能力，這也許更重要。內(nèi)蒙古科技大學本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（畢業(yè)論文）題目：水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計學生姓名：吳云鵬學號：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：測控指導教師：李20216711223108-2班剛助教水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計摘要液位是工業(yè)工程中的常見變量，在各種過程控制中的應用越來越廣泛。例如在食品加工、溶液過濾、化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，通常需要使用蓄液池，而蓄液池中的液位需要維持一定的高度，既不能太滿溢出造成危險，也不能過少而無法滿足生產(chǎn)需求。因此液位高度是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)，特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用合適的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的效果。本文以實驗室自制的雙容水箱作為液位控制研究對象，通過上位機、研華的PCI-1710L板卡、電動調(diào)節(jié)閥、壓力液位變送器組成的控制系統(tǒng)和壓力液位變送器、變頻器、水泵組成的控制系統(tǒng)分別實現(xiàn)了單容水箱的遠程控制和就地控制，并在文章最后理論性的闡述了雙容水箱的控制方法。設(shè)計中以組態(tài)軟件--組態(tài)王為開發(fā)工具，開發(fā)了系統(tǒng)的監(jiān)視與控制界面，并且自己編程實現(xiàn)PID控制程序，使系統(tǒng)具備了對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)視功能、歷史數(shù)據(jù)的歸檔功能、異常信號的報警功能以及現(xiàn)場操作的指導功能。關(guān)鍵詞：水箱液位；PID控制；組態(tài)王；變頻器；ThedesignofthetanklevelcontrolsystemAbstractTheliquidlevelisoneofthecommonvariablesinIndustrialEngineering,theprocesscontrolismoreandmorewidelyused.Forexample,intheproductionprocessoffoodprocessing,filteringsolution,chemicalproductionandotherindustries,liquidstoragetankisusuallyused,andmakingtheliquidlevelofliquidstoragetankatacertainheightisveryimportant,neithertoooverflowtorisknortooshortnottomeettheproductiondemand.Therefore,theheightofliquidlevelintheindustrialcontrolprocessisoneoftheimportantparameters,especiallyinthedynamiccondition.Ifadopttheappropriatemethodforthecontroloftheliquidleveldetection,wecangetgoodeffect.Theresearchobjectisbasedontheself-madedoubletanklevelcontrolsystem,throughthehostcomputer,theAdvantechPCI-1710Lcard,theelectriccontrolvalve,thepressureliquidleveltransmitter,thefrequencyconverterandthewaterpumpwegettwodifferentkindsofthecascadecontrolsystemforthesinglewatertankoftheliquidlevelcontrol,respectivelyrealizedtheeffectoftheremotecontrolandlocalcontrol.Andatlast,thisarticleexpoundsthetheoryofdoublewatertankcontrolmethod.Choosethedesignofconfigurationsoftware–Kingviewfordevelopmenttools,wehavehadthedevelopmentofthesystemtomonitorandcontrolinterface,andalsohaveprogrammedPIDcontrolproceduresthatmadethesystemhasafieldprocessdata,dynamicmonitoringhistoricaldataarchivingfunction,abnormalsignalofthealarmfunctionandtheguidancefunctionoftheon-siteoperation.Keywords:Tanklevel;PIDcontrol;Kingview;Frequencyconverter;目錄摘要.................................................................................................................................IAbstract..........................................................................................................................II第一章緒論..................................................................................................................11.1選題背景及意義..............................................................................................11.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀.............................................................................21.3本文的主要工作.............................................................................................3第二章控制對象及算法簡介......................................................................................52.1被控制變量的選擇..........................................................................................52.2執(zhí)行器的選擇.................................................................................................52.3壓力液位變送器的選擇.................................................................................52.4研華板卡PCI-1710L簡介...............................................................................62.4.1模擬量輸入連接....................................................................................82.5PID控制算法概述............................................................................................92.5.1PID控制器的應用與發(fā)展......................................................................92.5.2PID算法類型[1].....................................................................................102.5.3PID兩種控制方式................................................................................11第三章基于組態(tài)王的單容水箱液位控制系統(tǒng)........................................................133.1組態(tài)王簡介[8].................................................................................................133.1.1組態(tài)王軟件的組成..............................................................................133.1.2制作工程的一般步驟.........................................................................143.1.3組態(tài)王與外部設(shè)備通信.....................................................................143.2控制方案選取................................................................................................153.3上位機組態(tài)軟件的開發(fā)...............................................................................163.3.1監(jiān)控畫面..............................................................................................163.3.2構(gòu)造數(shù)據(jù)庫..........................................................................................173.3.3數(shù)據(jù)通信..............................................................................................193.3.4命令語言的編寫.................................................................................203.3.5實時曲線.............................................................................................213.3.6歷史報警查詢[11].................................................................................213.3.7歷史曲線.............................................................................................233.4參數(shù)整定.......................................................................................................25第四章基于變頻器的單容液位控制系統(tǒng)................................................................264.1變頻調(diào)速基礎(chǔ)...............................................................................................264.2三菱通用變頻器FR-D700簡要介紹...........................................................274.2.1FR-D700簡介.....................................................................................274.2.2三菱變頻器FR-D740-1.5K-CHT常規(guī)介紹......................................284.2.3控制電路接線端極端子功能介紹.....................................................294.2.4操作面板及其功能介紹....................................................................314.3變頻器的作用...............................................................................................314.4控制系統(tǒng)調(diào)試...............................................................................................324.4.1操作步驟............................................................................................334.4.2參數(shù)整定............................................................................................33第五章雙容水箱液位控制系統(tǒng)................................................................................355.1串級控制........................................................................................................355.1.1串級控制概念....................................................................................355.1.2水箱液位控制方法............................................................................365.1.4串級控制的特點................................................................................365.2串級控制系統(tǒng)的設(shè)計...................................................................................365.2.1變量的選擇........................................................................................365.2.2主副控制器的控制規(guī)律.....................................................................375.2.3主副控制器正反作用的選擇............................................................375.3串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應用............................................................................385.4本章小結(jié).......................................................................................................38總結(jié)..............................................................................................................................39參考文獻......................................................................................................................40附錄..............................................................................................................................41致謝..............................................................................................................................43第一章緒論1.1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、廢油凈化、溶液加工與傳輸?shù)葓龊?，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(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。可見，在實際生產(chǎn)中，液位控制的準確程度和控制效果直接影響工廠的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟效益甚至設(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(chǎn)大多是在龐大的生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)進行，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，這種現(xiàn)象叫做滯后。2對象特性的非線性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(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)。1.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前在實際生產(chǎn)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(shù)學模型為基礎(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。但對于復雜的大型系統(tǒng)，其數(shù)學模型往往難以獲得，通過簡化、近似等手段獲得的數(shù)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(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仿真或?qū)嶒炑b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?shù)不多。隨著生產(chǎn)水平和科學技術(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，安全的進行，同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對生產(chǎn)過程進行在線監(jiān)測，及時準確地把握生產(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。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(nèi)技術(shù)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(shù)和計算機技術(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、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)廣泛應用。1.3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(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，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