三级液位仿真

1.控制系统元器件参数选择
1）控制系统的组成：
在控制系统中在这些控制系统中都有一个需要控制的过程变量，如图中的温度、压力、液位、流量等，这些需要控制的变量被称为被控变量。为了使被控变量与希望的设定值保持一致，需要有一种控制手段，如蒸汽流量、回流流量和出料流量等，这些用于调节的变量称为操纵变量或操作变量。被控变量偏离设定值的原因是由于过程中存在扰动，如蒸汽压力、泵的转速、进料量的变化等。
①检测变送单元：用于测量被控变量，并将检测到的信号转换为标准信号输出。
②控制器：用于将检测变送单元的输出信号与设定值信号进行比较，按一定的控制规律对其偏差信号进行运算，运算结果输出到执行器。
③执行器：是控制系统环路中的最终元件，直接用于控制操纵变量变化。
④被控对象：是需要控制的设备，如换热器、泵液位储罐和管道等。
2）检测变送环节的选择
由于实验平台中的检测变送环节是集成模块，可以直接设置量程等参数，因此可以看作理想的检测变送环节，而在检测变送环节量程设置上，需要满足系统在考虑扰动的情况下检测变送环节的最大输出为量程的2/3左右。

3）执行器的选择
根据使用的能源种类，控制阀可分为气动、电动和液动三种。其中气动控制阀具有结构简单，工作可靠，价格便宜，防火防爆等优点，在自动控制中用得最多，故以下的讨论仅涉及气动控制阀。控制阀选择的内容包括：结构形式及材质的选择，口径大小及开闭形式的选择，流量特性的选择，以及阀门定位器的选择等。由于实验平台上的阀门为理想控制阀，可以不用考虑控制阀结构形式与材质的选择。
4）控制阀流通能力的选择
由于实验平台中的控制阀是集成模块，可以直接设置量程等参数，因此可以看作理想的控制阀，而在控制阀流通能力设置上，需要满足系统在考虑扰动的情况下控制阀的最大输出为最大流通能力的2/3左右。

5）控制阀气开、气关形式的选择
对于一个具体的控制系统来说，究竟选气开阀还是气关阀，即在阀的气源信号发生故障或控
制系统某环节失灵时，阀是处于全开的位置安全，还是处于全关的位置安全, 要由具体的生
产工艺来决定 。
① 首先要从生产安全出发,即当气源供气中断，或控制器出故障而无输出，或控制阀膜片破裂而漏气等而使控制阀无法正常工作以致阀芯回复到无能源的初始状态（气开阀回复到全关，气关阀回复到全开），应能确保生产工艺设备的安全，不致发生事故。如生产蒸汽的锅炉水位控制系统中的给水控制阀，为了保证发生上述情况时不致把锅炉烧坏, 控制阀应选气关式。
② 从保证产品质量出发，当发生控制阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量，如精馏塔回流量控制阀常采用气关式，一旦发生事故，控制阀全开，使生产处于全回流状态,防止不合格产品的蒸出，从而保证塔顶产品的质量。
③ 从降低原料、成品、动力损耗来考虑。如控制精馏塔进料的控制阀就常采用气开式,一
旦控制阀失去能源即处于气关状态，不再给塔进料，以免造成浪费。
④ 从介质的特点考虑。精馏塔塔釜加热蒸汽控制阀一般选气开式，以保证在控制阀失去能源时能处于全关状态避免蒸汽的浪费，但是如果釜液是易凝、易结晶、易聚合的物料时，控制阀则应选气关式以防调节阀失去能源时阀门关闭，停止蒸汽进入而导致釜内液体的结晶和凝聚。
针对实验中液位控制系统，假想为无气体与沉淀生成的常规化学反应，因此为了经济效益，必须选择气开阀，使得当因为意外导致生产过程停车时，罐中的化学原料能够及时储存，如果是会产生气体等化学反应过程，则必须使用气关阀，使得生产停车故障时能及时排除化学原料，防止因为压力过大发生事故。

6）控制阀流量特性
理想流量特性是控制阀两端压降恒定时的流量特性，亦称为固有流量特性。工作流量特性是在工作状况下（压降变化）控制阀的流量特性。控制阀出厂所提供的流量特性指理想流量特性。理想流量特性可分为线性、等百分比（对数）、抛物线、双曲线、快开、平方根等多种类型。国内常用的理想流量特性有线性、等百分比和快开等几种。
① 线性流量特性
线性流量特性是指控制阀的流量与阀杆的行程成线性关系，即单位行程变化引起的流量变化是常数。
② 对数流量特性
对数流量特性是指单位行程变化引起的流量变化与此点的流量成正比关系，即控制阀的放大系数是变化的，随流量的增加而增大。
③ 快开流量特性
快开流量特性是指是指单位行程变化引起的流量变化与此点的流量成反比关系。
控制阀的理想流量特性是在阀两端压降恒定条件下的流量特性，实际应用时，控制阀两端的压降下降，因此，控制阀理想流量特性发生畸变。

实际应用时控制阀理想流量特性的畸变

7）控制阀口径大小的选择
确定控制阀口径大小也是选用控制阀的一个重要内容，主要依据阀的流通能力。正常工况下要求控制阀开度处于15%至85%之间，因此，不易将控制阀口径选得太小或过大；否则，可能会使控制阀运行在全开时的非线性饱和工作状态，系统失控；或使阀门经常处于小开度的工作状态，造成流体对阀芯，阀座严重冲蚀，甚至引起控制阀失灵。

8）PID参数计算（采用经验整定法）