LabVIEW恒压供水控制系统设计[20200121194355]
摘要
论文首先对恒压供水控制系统的研究背景及意义进行了介绍，对控制系统工艺过程的要求进行分析，提出了完整的控制方案。采用变频器、数据采集卡、压力传感器等元器件的有机结合，组成恒压供水控制，使管网压力保持在要求，实现恒压供水的目的。
论文介采用了PID控制算法对恒压供水水压进行控制，利用数据采集卡采集管网压力数据，同时由数据采集卡输出各控制量。变频器控制水泵电机的电压频率，改变电机转速从而改变水泵转速，使水泵出口压力和流量随供水量的变化而改变以达到恒压供水的目的。在此基础上，运用LabVIEW编写了完整的控制程序，并在实验平台上对设计的控制系统进行了调试运行，达到了预期的要求。
 *查看完整论文请+Q: 351916072 
关键字:恒压供水数据采集LabVIEWPID
目录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 1
1.3 本课题研究的主要内容 2
第二章 控制系统总体设计 4
2.1恒压供水控制系统工艺过程 4
2.2恒压供水控制系统要求分析 5
2.3恒压供水控制系统总体方案设计 6
2.3.1 恒压供水系统控制方案 6
2.3.2 变频恒压供水控制系统控制流程 7
2.3.3 控制系统水泵切换条件 8
2.3.4 数据采集卡输出通道分配 9
2.3.5 控制系统V/I转换电路 9
2.3.6 控制系统主电路 10
第三章 控制系统硬件选型 12
3.1 数据采集卡选型 12
3.1.1数据采集卡(DAQ卡)的组成 12
3.1.2 研华数据采集卡性能 13
3.1.3 研华PCI-1711信号连接 14
3.1.4 模拟信号输入输出连接 14
3.2 传感器选型 15
3.2.1 压力传感器选型 15
3.2.2流量传感器选型 16
3.3 变频器选型 17
3.4 工控机选型 18
第四章 PID控制算法 19
4.1 控制算法概述 19
4.2 LabVIEW的PID模块 20
第五章 恒压供水系统程序设计 23
5.1 控制系统软件结构设计 23
5.2 LabVIEW简介 23
5.3主界面前面板设计 25
5.4 主界面程序框图设计 26
第六章 控制系统调试运行 33
6.1 数据采集卡调试 33
6.2 程序运行调试 35
总结与展望 38
参考文献 39
致谢 41
第一章 绪论
1.1 研究背景和意义
随着我国社会经济的快速良好的发展，城市供水系统的建设已越来越成为人们关注的焦点，一个城市日常供水可靠性、经济性不仅影响城市居民的日常生活，也直接体现了一个城市的现代化建设。
供水控制系统在日常生活中体现的越来越明显，不仅仅城市的正常供水，居民日常生活供水有其应用体现，消防，油田油库，高位水箱中也有其身影。但目前的情况是很多城市的采用的仍然是老式的水塔、高位水箱等设备来供水。这些设备不仅占地面积达，先期建设的投入成本大，二期还会造成资源浪费比较严重，不能真正有效地实现价值。不仅如此，对于高层建筑、工业生产、消防设备等方面，这些老式的设备也不能满足足够的要求。
针对这些问题，我设计了一套利用传感器、变频器、数据采集卡、LabVIEW等器件的有机结合，构成控制系统，以调节水管出水的压力，取代水塔、水箱等，实现恒压供水。
根据课题要求设计的该供水控制系统具有可靠性高、能耗低、抗干扰能力强等特点。采用该供水控制系统可以提高城市居民生活用水的相对稳定性和可靠性，管理者可以方便地对供水系统进行管理与控制。基于以上种种理由将该控制系统的研究提上日程来，对于提高企业的生产效率、人民的日常生活水平、降低能源消耗等方面都具有极其重要的现实意义。
1.2 国内外研究现状
人们是在变频器发展成熟之后才对利用变频器来控制恒压供水系统有所了解的。早些时候，因为外国的一些公司生产的变频器的功能过于单一，工业上控制系统中，变频器仅仅作为控制系统的执行机构，这样并不能满足实际的需要。因此，为了满足在用户用水需求量与实际供水不相等的情况下，还要保证系统管网中的压力值恒定来保证供水稳定性这一目的，我们需要将压力传感器和压力控制器安装在变频器的外部，这样就可以达到对系统的压力进行闭环控制的目的。
从搜集来的文献资料来看，国外的恒压供水项目大多使用变频器及水泵机组组合的方式设计，由变频器驱动两个或两个以上的泵组的情况几乎没有。现在，国内大大小小已经有很多公司在做恒压供水方面的工程项目，这些公司很多的都是采用国外厂家生产的变频器作为控制器来控制水泵的转速，来保证供水管网的压力恒定。这些公司设计的供水控制系统的许多方面的技术指标并不能满足所有用户的要求。
进入二十一世纪以来，随着经济的快速发展，我国的中小型城市发展的规模极为迅速，伴随而来的城市人口急剧膨胀，导致用水量也在急剧的增加，但是现存的城市供水系统讯在诸多弊端。在用水的高峰时期，供水量不足已经在多个城市中有所体现，仅是依靠供水管理人员依据自己的经验来调节供水量已经很难达到目前的用水需求。因为这样，所以有待于进一步研究变频器控制的恒压供水系统，使其能更多更广泛的应用于生产生活实际中。
1.3 本课题研究的主要内容
根据课题的要求设计出一套利用传感器、变频器、数据采集卡、LabVIEW等器件的结合构成供水控制系统，调节管网的压力，实现恒压供水的目的。通过对水泵的智能化控制不仅可以节约能耗，而且也有利于供水系统的远程监控，从而实现供水的自动化。
对供水系统的控制，主要是为了满足对管网压力控制的要求。基于此本系统主要的工作是在计算机中使用LabVIEW编程，设计基于LabVIEW的虚拟仪器控制程序。由数据采集卡动态采集数据，实现虚拟仪器与被控对象之间信息交换，此过程包括对直流电机控制信号的输出和其转速信号的获取。LabVIEW输出的模拟电压，通过控制电路来控制直流电机，在程序前面板的图像上可以很直观地看到水管压力变化情况。系统中压力传感器用来对管网压力进行测量，将管网压力信号转化为能在程序前面板显示的波形信号，在LabVIEW程序中对其进行控制。LabVIEW中PID模块对数据采集卡采集到的信号进行处理，并形成相应的控制信号，数据采集卡根据控制信号的相关指令通过模拟输出通道输出电压信号给相应的控制电路，并让其对系统进行控制，这样一来便实现了利用计算机远程对管网压力进行闭环控制，来达到恒压供水的目的。
论文介绍的基于LabVIEW恒压供水控制系统，主要工作有以下四个方面。
（1）根据供水系统的要求进行系统的整体结构设计。
（2）设计硬件电路，根据要求选择相应的传感器，变频器等硬件设备。
（3）按照控制要求设计相应的PID算法。
（4）运用LabVIEW编程设计，构建恒压供水控制系统。根据恒压供水控制系统的工艺要求，运用LabVIEW编程实现系统控制程序主要包括PID参数整定设计、数据采集显示设计、数据输出程序设计，程序控制程序设计。
第二章 控制系统总体设计
2.1恒压供水控制系统工艺过程
城市的供水都是依靠管道进行传输的，因为供水公司与用户之间相隔很远。导致供水与用水之间的压力不稳定，影响城市居民正常的生活，基于此，需要在供水公司与用户之间增设增压泵系统来实现供水的恒压。本课题控制系统的工艺过程如图2-1所示。

原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/zdh/4448.html