基于labview的液位測控系統設計大學論文 - 下載本文

本科畢業設計論文

摘 要

液位計算機測量與控制實驗系統是為西北工業大學航空學院民航工程系綜合實驗平臺而開發的課程教學實驗系統。液位測量與控制系統集傳感器信號的采集、調理、轉換、檢測和控制為一體,是實時交互式圖形界面應用系統。該系統采集液位信號并用計算機可視化界面實時顯示液位高度的變化過程;通過交互式對話框設置期望的液位高度,在檢測當前液位的基礎上控制進/出水閥門,從而對實際液位高度進行控制。

論文介紹了液位計算機測量與控制系統的結構與功能;分析了硬件系統中測量與控制電路的組成及工作原理;計算了信號調理電路中測量放大器的增益及各元件參數;使用PROTEL軟件繪制了信號調理電路圖;介紹了多功能數據采集卡NI USB-6008的特點、功能及軟件開發平臺LabVIEW;分析了系統的軟件程序;介紹了液位計算機測控系統的用戶使用界面所能實現的功能。針對實驗系統對液位進行開關控制所帶來的問題,提出了用PID控制方法進行改進的措施。

關鍵詞:液位測控,壓力傳感器,信號調理,NI USB-6008 ,LabVIEW

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ABSTRACT

The liquid level measurement and control computer experimental system is a course teaching experimental system which is used to develop the comprehensive experimental platform for Aviation Institute of Civil Engineering of NWPU. The liquid level measurement and control system with real-time interactive graphical interface is of the sensor signal acquisition, conditioning, conversion, testing and control functions. The system acquires the signals of liquid level and computer interface real-time to show the liquid level changing process. Through an interactive dialog box, the desired water level is set. The actual water level is controlled based on the current liquid level detection through the import / outlet valves.

The structure and function of the liquid level measurement and control computer experimental system is introduced at first. The hardware system composition and working principle is analyzed, and the gain and each components parameters of measuring amplifier in signal conditioning circuit are calculated. The signal conditioning circuit is drawn with PROTEL, and the features and functions of the multi-function data acquisition card NI USB-6008 and software development platform LabVIEW are introduced. The system software program is also analyzed. For the control problems of import / outlet valves of the liquid level measurement and control computer experimental system, a PID control method is proposed to improve the system performances.

KEY WORDS:liquid level measurement and control,pressure sensor,signal conditioning , NI USB-6008 ,LabVIEW

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目 錄

摘 要 ................................................................................................................................. I ABSTRACT ..................................................................................................................... II 第一章 緒 論 ..................................................................................................................1 1.1 課題背景 ............................................................................. 錯誤!未定義書簽。 1.2 系統組成 ............................................................................. 錯誤!未定義書簽。 1.3 系統工作原理 ........................................................................................................2 1.4 本文的主要內容 ....................................................................................................2 第二章 傳感器及信號調理 ..............................................................................................3 2.1 數據采集 ................................................................................................................3 2.1.1 數據采集技術 .................................................................................................3 2.1.2 數據的采樣 .....................................................................................................3 2.2 傳感器 ....................................................................................................................4 2.2.1 傳感器的選用 .................................................................................................4 2.2.2 壓阻式壓力傳感器的基本原理 .....................................................................5 2.2.3傳感器存在的問題及其解決方法 ..................................................................5 2.3 信號調理電路 ........................................................................................................7 2.3.1第一級數據放大器 ..........................................................................................7 2.3.2第二級放大器 ..................................................................................................8 2.4 整體電路 ................................................................................................................8 第三章 液位控制回路 ....................................................................................................11

3.1基本組件及原理特性 ...........................................................................................11 3.1.1六反向器(74LS04) ...................................................................................11 3.1.2 電磁閥 ...........................................................................................................12 3.2繼電器 ...................................................................................................................13 3.2.1固態繼電器SSR ...........................................................................................14

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3.2.2交流型SSR的工作原理 ..............................................................................14 3.2.3SSR的注意事項 ............................................................................................16 第四章 計算機液位測控系統 ........................................................................................19

4.1 多功能數據采集卡 ..............................................................................................19 4.1.1數據采集卡的主要性能指標 ........................................................................19 4.1.2數據采集卡(DAQ)的組成 ............................................................................20 4.1.3NI USB-6008數據采集卡 .............................................................................20 4.2 圖形化虛擬儀器開發平臺—LabVIEW .............................................................22 4.3程序模塊化設計概述 ...........................................................................................23 4.4液位測控程序設計 ...............................................................................................24 4.4.1 系統軟件需求 ...............................................................................................24 4.4.2 LabVIEW前面版設計 ...............................................................................25 4.4.2 LabVIEW后面板程序設計 .......................................................................26 4.5軟件調試步驟及其調試 .......................................................................................27 第五章 系統線性改進 ....................................................................................................29

5.1 PID控制原理 .......................................................................................................29 5.2數字PID控制算法 ..............................................................................................31 5.3 PID控制的局限性及新方法的探求 ...................................................................33 第六章 全文總結 ............................................................................................................35 參 考 文 獻 ....................................................................................錯誤!未定義書簽。 致 謝 ..........................................................................................錯誤!未定義書簽。 畢業設計小結 ..................................................................................................................41 附錄...................................................................................................................................43 1. 74LS74推薦工作條件 .............................................................................................43 2. 電路板設計步驟 ......................................................................................................44 3. NI USB-6008/6009的I/O 連接器 ..........................................................................44

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第一章 緒 論

1.1課題背景

檢測和控制是人類認識世界和改造世界的重要任務,而測控系統則是實現這些任務的工具和手段。測控系統在國民經濟各領域的應用越來越廣泛,如輸油輸氣測控系統、城市公共事業測控系統等,同時,它還涉及人類生活的方方面面,因此,測控系統是人類生活、生產、科學研究等必不可少的工具和手段。

虛擬儀器VI(Visual Instrument)正在成為當今世界流行的一種一起構成方案,它把計算機平臺與具有標準接口的硬件模塊及開發測試軟件結合起來構成系統。工業液位控制中, 常常用到液位控制。在這些控制中,最重要的參數是液位,因此有必要對液位控制進行自動的、實時的監控。

液位測控是工程實踐中常見的問題,在民航各領域有著廣泛的應用。液位測控系統作為測控系統中一支,在大量的書籍中都有著較為詳細的介紹,本文正是在前人的探索和指導下,順應計算機技術的迅猛發展,將二者有機的結合起來,設計出簡易的液位計算機測控系統。

1.2 系統組成

液位測控系統結構示意圖如圖1-1所示。由圖1-1可見,液位測控系統主要由機械部分和計算機測控部分組成。

機械部分由水箱、水容器和進/出水閥所組成。出水閥門和入水閥門用的是非線性的電磁閥,只有通和斷兩種工作狀態,用來在實驗過程中自動或手動向容器內加水和放水。

計算機測控部分由壓力傳感器、數據放大器、NI USB-6008數據采集卡、進出水閥控制板、計算機及其運行于其上的軟件系統所組成。數據采集卡用來進行A/D轉換和數字信號的輸入輸出,計算機及運行于其上的軟件系統負責實 時顯示和控制液位高度。

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