水箱温度监测系统设计于实施方案.docx

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1、南阳理工学院本科毕业设计（论文）水箱温度测控系统的设计与实现学院（系）：机电工程系专业：测控技术与仪器学生姓名：刘工厂学号：29106029指导教师（职称）：赵华（副专家）起止F1期：2009年2月16H-2009年6月5H南阳理工学院NanyangInstituteofTechno1ogy水箱温度测控系统的设计与实现测控技术与仪器专业刘工厂摘要论文采用对被控对象单容水箱建立了仿真模型，用对IabVieW的拟控制系统其设计了水箱对象模型和常规P1D控制系统。在该系统设计中，论文就常规P1D控制器的设计作了详细论述，并对其进行参数整定得到了最佳P1D参数，在100时仿真试验获得阶跃响应曲线。然后

2、对单容温度对象设计了P1D控制系统。然后提出了系统的整体构造，对系统控制原理进行了分析，详细论述了怎样设计时水箱温度的控制。本文探讨对水箱温度控制系统的PID控制在虚拟仪器开发软件1abVIEW中的实现措施，并将其应用于水箱温度的控制，并对其实现性做了分析，仿真成果表明控制系统具有良好的动、静态控制效果，系统是可以实现的。关键词：1abVIEW水箱对象模型PID温度控制系统TankTneratureContro1SystemDesignandImp1ementationMeasurementandContro1Techno1ogyandInstrumentIiugongchangAbstrac

3、t:A1ongwiththescienceandtechno1ogyandthedeve1opmentofcomputertechno1ogyandvirtua1instrumentisdeve1oped,basedonthecontro1systemof1abviewcontro1systemprovidesap1atform.Thispaperdiscusstheprob1em,temperaturecontro1systembackground,researchstatusandthesubjectofthecontentandmeaning.Papersofthecontro11edo

4、bjectsing1e1etwatertankwithestab1ishedsimu1ationmode1,thecontro1systemof1abviewitsdesignthetankobjectmode1andconventiona1PIDcontro1system.Inthissystem,thethesisisdesignofconventiona1PIDcontro11erdesignforadetai1eddescriptionandtogettheoptimumparametersin100PIDparametersobtainedsimu1ationexperimentst

5、epresponsecurve.Then1etthetemperatureoftheobjectsPIDcontro1systemdesign.Andthenputsforwardtheovera11structureofthesystem,thecontro1princip1eofsystemareana1yzedindetai1,andhowtodesignthecontro1ofwatertemperature.Basedonthetemperaturecontro1systemofPIDcontro1in1abVIEWvirtua1instrumentsoftwaredeve1opme

6、nt,andtherea1izationmethodsapp1iedtothewatertemperaturecontro1,anditsimp1ementationareana1yzed,thesimu1ationresu1tsshowthatthecontro1systemhasgooddynamicandstaticcontro1effect,thesystemcanberea1ized.Keywords:1abVIEW,Tankobjectmode1,PID,contro1system.目录1.1课题背景错误!未定义书签。1.2水箱温度控制研究的现实状况错误!未定义书签。1.3 本设计

7、的技术规定错误！未定义书签。1.4 课题的意义和本论文的重要内容错误!未定义书签。1. 4.2本论文的重要内容错误味定义书签。1.5 课题的总体方案错误！未定义书签。1.6 温度控制系统硬件设计错误!未定义书签。2系统硬件设计错误!未定义书签。2.1 温度检测电路错误!未定义书签。2.2 传感器的选择类型错误！未定义书签。加热器的选择错误!未定义书签。3水箱温度软件系统设计错误!未定义书签。3. 1虚拟仪器的概念错误！未定义书签。3.2 1ABVIEW的操作模板错误!未定义书签。3. 2.1工具模板(TOO1SPaIette)错误味定义书签。4. 2.2控制模板(Contro1sPa1ette

8、)错误味定义书签。5. 2.3功能模板(FunctionsPa1ette)错误!未定义书签。3.3 水箱对象模拟错误!未定义书签。3. 4水箱的对象装置错误!未定义书签。4. 5水箱对象的数据采集错误！未定义书签。4.1 控制系统的工作原理错误！未定义书签。4.2 P1D控制器的设计错误！未定义书签。数字PID算法错误!未定义书签。增量式P1D控制算式错误!未定义书签。5. 3水箱温度的PID控制系统的1V实现错误!未定义书签。4.4水箱温度控制系统的参数设定和成果分析错误！未定义书签。5.结束语错误!未定义书签。参照文献错误!未定义书签。道谢错误!未定义书签。结束语25参照文献26道谢27第

9、一章绪论1.1 课题背景温度是工业生产中常见的工艺参数之一，任何物理变化和化学反应过程都温度亲密有关，因此温度控制是生产自动化口勺重要任务。对于不一样生产状况和工艺规定下的温度控制，所采用的升温加热方式，控制方案也有所不一样。像电力、化工、石油、冶金、航空航天、机械制造、粮食储存、酒类生产等领域内，温度常常是表征对象和过程状态的J最重要的参数之一。可以说几乎所有的工业生产部门都不得不考虑着温度这个原因。国外温度控制系统和仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面迅速发展。温度控制系统在国内各行各业的应用虽然已经十分广泛，但从国内生产的温度控制器来讲，总体发展水平仍然不高，同国外的日本、美国、德国等先

10、进国家相比，仍然有着较大的差距。目前，我国在这方面的总体技术水平处在20世纪80年代中后期水平。1. 2水箱温度控制研究的现实状况伴随单片机技术的飞速发展，基于单片机的温度测控系统在检测和控制系统中的应用也越来越广泛。本文设计了种基于P1D算法的温度测控系统，并在水箱上加以应用，从而实现对水箱的温度进行实时精确测量、自动检测和控制，有效的提高了控制系统小J实时性和控制精度，大大改善了水箱温度控制的自动化程度，具有较高的实用价值。目前的测温控制系统大都使用老式温度测量仪器，其功能大多都是由硬件或固化的软件来实现，并且只能通过厂家定义、设置，其功能和规格一般都是固定的，顾客无法随意变化其构造和功能

11、，因此已不能适应现代化监测系统的规定。伴随计算机技术的飞速发展，美国国家仪器企业率先提出了虚拟仪器的概念，彻底打破了老式仪器由厂家定义、顾客无法变化的模式，使测控仪器发生了巨大变革。虚拟仪器技术充足运用计算机的强大运算处理功能，突破老式仪器在数据处理、显示、传播、存储等方面的限制.通过交互式图形界面实现系统控制和显示测量数据，并使用框图模块指定多种功能。采用集成电路温度传感器和虚拟仪器以便地构建一种测温系统，且外围电路简朴，易于实现，便于系统硬件维护、功能扩展和软件升级口。1.3 本设计的技术规定(1)测控系统应能对水箱温度进行采集、计算、控制、存储、显示检测和打印输出。(2)可对温度测试值进

12、行实时显示监测，使用者可清晰懂得所有瞬时参数和合计参数，应可随时进行查询和报表打印。(3)当受到干扰时能进行PID调整。(4)人机交互界面友好、快捷，具有报警功能。(5)在硬件和软件上具有一定的抗干扰措施。1.4 课题的意义和本论文的重要内容1.4.1 课题的意义在钢铁、机械、石油化工、电力、工业炉窑等工业生产中，温度是极为普遍又极为重要的热工参数之一。伴随自动化水平的不停提高和对产品质量规定的不停提高，对温度的测控精度、响应速度、系统稳定性以和适应能力等方面规定越来越高，测温范围越来越广，因此，温度测控技术的研究是种重要的研究课题,研究高性能的温度控制仪表具有重要意义。温度控制的关键在于测温

13、和控温两方面。在温度测量方面，热电阻和热电偶以其精度高、稳定性好、价格低等特点，在工业领域得到了广泛应用虽然热电阻和热电偶测量中，传感器的非线性校正已经有多种措施，但有些措施存在着变换电路复杂、软硬件开销大、稳定性差等问题。因此，寻求一种简朴、稳定的检测电路和非线性校准电路，对于工业生产和科学研究非常重要。在温度控制方面，由于控制对象越来越复杂，还存在着许多问题，人们还在寻找着更好的控制措施以提高控制性能，满足不一样的控制规定。伴随科学技术I内发展PID控制技术在虚拟仪器中的应用更能处理这些问题。1. 4.2本论文的重要内容本文在充足研究温度控制的特点与控制措施的基础上，设计了基于1abV1E

14、N的PID控制器，用于单容水箱温度对象的控制，采用仿真法显示试验成果，采用比较法证明应用该法进行控制小J优势。2. 5课题的总体方案本课题设计的水箱流量的系统重要有单容水箱，NI-6009数据采集卡，流量计，液体流动阀门以和采用1ABVIEw编写的P1D控制软件构成。该课题是基于8.5版本小JIabview环境下实现pid控制的设计即J。如下是对本课题的设计总体环节：第一步：对水箱流送的控制系统的总体规划和选择合适的传感器以和其详细内参数和采集卡的选择和水箱的形状确实立以和水箱材料和阀门的选定。第二步：设计单容水箱并传感器和阀门组装在一起。第三步：进行Pid的控制算法确实立和选择简便的算法并在

15、IabViCW中编程第四步：把PID控制和水箱的流量的模型连接在一起并整顿Iabview前面板的整顿和最终的程序调试第五步：进行成果分析第二章水箱温度控制系统硬件设计2.1 总体方案设计本系统由水箱装置（仿真模型）、温度传感器（K型热电偶）、数据采集卡、信号的处理部分、信号的采集、温度的监控构成，由温度传感器实现温度的测量，将测得口勺温度信号送给数据采集卡对温度进行采集，以便实现温度的监测和控制，提高了系统的安全性、以便性。系统原理框图如图2T所示。系统工作时，温度传感器将水箱的温度变化转换成电流变化，然后通过信号处理电路将电流信号转变为采集卡处理的电压信号。然后将数据送给计算机，并通过计算机运行的1abVIEW的程序来分析处理输入数据，同步，根据采样输入信号，运用1abVIEW中的P1D控制算法,求出系统输出信号的大小，再将输出信号传播至外部，此时输出的是数字信号，还需要对数字信号进行一次转换，转换成模拟信号，本系统通过D/A转换电路实现模/数转换。通过模/数转换后的信号送给后续统执行装置，执行装置根据信号发生动作以实现温度控制，这样便形成了闭环控制系统。该系统集计算机、强大的图形化编程软件和模块化的硬件于一体，可以很以便的建立灵活且以计算机为基础的测量和控制方案，构建出满足需要的系统，具有很好的实用性和可操作性，有很好的应用前景。图2-1