双容水箱液位串级控制系统的设计
双容水箱串级控制系统设计
双容水箱串级控制系统设计设计总说明液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题, 例如在饮料、食品加工、溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程都需要对液位进行适当的控制。
双容水箱串级控制在工业过程控制中应用非常广泛。
在水箱水位的控制中，液体首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，使得被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。
本次设计采用串级控制，可以有效调节过程动态性能，大大克服系统的容积延迟。
采用PID控制器对模型进行整定以达到理想的控制效果。
选用PLC作为现场的控制设备,用于数据采集和控制，通过组态软件对整定过程及曲线进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数。
关键词：双容水箱，PID,串级控制，组态王，PLCOuble Let Tank Cascade Control System DesignDesign DescriptionLiquid level control problem is a kind of common industrial production process, For example in beverage, food processing, chemical production, the solution of the production process were industry needs to properly control level.Cascade double-capacity water tank in industrial process control is used widely. In the control of water tank, the advanced water tank, who first and then through the second tank, compared with a tank, due to the increased a tank, is the response time is more backward step, that is, causing the delay in volume of the process is difficult to control.This design uses cascade control, can regulate the process effectively, greatly overcome system dynamic performance of volume. Adopts PID controller in order to achieve the ideal of setting control effect to model. Choose a scene of PLC control device for data acquisition and control, Through the kingview software for setting process and the curve of the real-time monitoring, until it reaches the main circuitd and the vice loop optimal setting parameters.Key words: Double-capacity Water Tank, PID, cascade control, kingview, PLC目录1绪论 (1)1.1PLC技术 (1)1.2组态技术 (3)1.3 PID算法 (3)2设计背景 (5)2.1设计内容及原理 (5)2.2系统软硬件组成 (5)2.2.1硬件组成 (5)2.2.2软件组成 (5)3串级控制系统介绍 (6)3.1串级控制系统的定义及组成 (6)3.2串级控制系统的设计思路 (6)3.3串级控制系统的参数整定 (7)3.4串级控制系统的工业应用 (8)4西门子s7-200系列PLC介绍 (10)4.1西门子s7-200系列PLC简介 (10)4.2西门子s7-200系列PLC的组成 (10)5组态软件介绍 (12)5.1组态的基本概念 (12)5.1.1组态的含义 (12)5.1.2数据采集的方式 (12)5.1.3脚本的功能 (12)5.1.4组态软件的开放性 (13)5.1.5组态软件的可扩展性 (13)5.1.6组态软件的控制功能 (13)5.2.组态软件特点 (13)5.3系统的设计与实现 (14)6系统设计 (15)6.1对象选择及其工作原理 (15)6.2调节器的选择及其正反作用的确定 (15)6.3传感器、变送器、执行器的选择 (16)6.4系统的参数整定 (16)6.5 S7-200系列PLC的CPU模块选择 (17)6.6设备清单 (17)7 PLC设计流程 (19)7.1系统设计基本步骤 (19)7.2系统设计流程图 (19)8组态王的设计 (21)8.1组态王的制作的基本过程 (21)8.2组态王画面的制作 (23)9系统调试 (27)9.1组态软件调试 (27)9.2整体调试 (27)总结 (28)致谢 (29)附录双容水箱串级控制程序 (31)1绪论液位控制问题是工业生产过程中的一类常见问题，例如在饮料、食品加工，溶液过滤、工生产等多种行业的生产加工过程当中都需要对液位进行适当的控制。
双容水箱液位流量串级控制系统设计
双容水箱液位流量串级控制系统设计一、系统结构1.水箱：系统中最重要的元件之一，用于存储和供应水资源。
2.控制阀：用于调节水箱出口的流量，根据传感器检测到的液位信号来控制阀门的开度。
3.液位传感器：用于检测水箱内部的液位变化，并将其转换为电信号供控制系统使用。
4.流量传感器：用于检测水箱出口的流量，并将其转换为电信号供控制系统使用。
5.控制器：整个系统的核心部分，根据传感器采集到的液位和流量信号，通过控制阀门的开度来调节水箱的液位和流量。
二、系统设计1.控制策略的选择：双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略一般选择PID控制算法。
PID控制器可根据传感器采集到的控制量和设定值之间的误差来调节阀门的开度，实现液位和流量的闭环控制。
2.系统参数的确定：首先需要确定水箱的容积和液位范围，以便合理地选择传感器的量程。
然后需要根据水箱的工作条件和流量要求来确定控制阀的参数，如最大流量、最小可调节流量等。
3.传感器的选择与安装：根据系统的要求和工作环境的特点，选择适合的液位传感器和流量传感器，并将其正确安装在水箱中。
液位传感器一般安装在水箱的顶部，流量传感器安装在水箱的出口处。
4.控制器的设计与配置：根据系统需求和控制策略的选择，选择适合的PID控制器，并按照系统参数进行配置。
控制器应具备良好的控制性能和稳定性，能够根据传感器采集到的信号及时调节阀门的开度。
5.控制策略的调整与优化：系统设计完成后，需要通过实际的试验和调整来优化控制策略，提高系统的控制性能。
可以通过调整PID控制器的参数来实现系统的稳定运行和准确控制。
6.故障检测与保护措施：在设计系统时，应考虑到可能发生的故障，如传感器故障、控制阀失效等，并设计相应的故障检测和保护措施，以确保系统的安全可靠运行。
三、系统应用总结：双容水箱液位流量串级控制系统是一种重要的控制系统，在工业生产中起到关键作用。
其设计需要根据实际需求和系统参数进行合理设置，并通过优化控制策略来实现系统的稳定运行和优质控制效果。
双容水箱液位控制系统设计
双容水箱液位控制系统设计首先，双容水箱液位控制系统的基本原理是根据水位信号的反馈来控制水泵的启停。
当水箱液位低于设定值时，水泵启动，开始抽水；当液位达到设定值时，水泵停止运行。
这样就可以实现水箱液位的自动控制。
第一，确定水箱的容积和设计液位。
容积和设计液位的确定需要根据实际应用情况来选择，一般要考虑水泵的流量和工作时间等因素。
容积大的水箱可以减少水泵启停的频率，但其建设和维护成本也较高。
第二，确定水位传感器的选择和安装。
水位传感器是检测水箱液位的关键部件，可以选择浮子式传感器、超声波传感器等。
选择合适的传感器需要考虑其精度、可靠性、成本和使用环境等因素。
安装传感器时要确保其与水箱的接触良好，避免信号干扰。
第三，确定控制器的选择和编程。
控制器是实现水位控制的核心部件，可以选择PLC、单片机等。
控制器的选择要考虑其处理能力、输入输出接口和编程灵活性等因素。
编程时需要设置液位设定值和控制逻辑，使得系统能够准确地控制水泵的启停。
第四，确定水泵的选择和安装。
水泵是水箱液位控制系统的关键设备，可以选择离心泵、自吸泵等。
选择合适的水泵需要考虑其流量、扬程、功率和效率等因素。
水泵的安装要确保其与水箱的连接可靠，并考虑水泵的防护和维护问题。
第五，确定报警和保护措施。
对于水箱液位控制系统，需要设置相应的报警和保护机制，以及应急措施。
例如，当水泵故障或水箱液位异常时，系统应该能够及时发出报警，并采取相应的措施避免设备损坏或事故发生。
最后，测试和调试系统。
在系统设计和安装完成后，需要进行全面的测试和调试工作。
首先测试传感器和控制器的工作是否正常，然后测试水泵的启停控制是否准确。
同时，还需要进行系统的稳定性和灵敏度测试，确保系统能够稳定运行和满足实际需求。
总之，双容水箱液位控制系统的设计需要综合考虑容积、液位传感器、控制器、水泵、报警保护和测试调试等方面的因素。
只有设计合理并正确配置这些部件，才能实现高效、稳定的液位控制。
双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
在双容水箱液位串级控制系统中，通常有两个水箱，分别称为主水箱
和副水箱。
主水箱通常是较大的水箱，副水箱是较小的水箱。
系统的目标
是保持主水箱和副水箱的液位稳定在设定值附近。
系统的控制过程可以分为以下几个步骤：
1.流程测量：系统通过测量主水箱和副水箱的液位，获取当前的液位
信号。
2.控制计算：根据测量值和设定值，计算需要调节的阀门开度。
3.阀门控制：根据计算结果，控制阀门的开度，调节水的流入和流出
速度，以实现液位的控制。
4.反馈调整：根据阀门控制后的效果，不断调整阀门开度，使液位稳
定在设定值附近。
在实际的设计中，双容水箱液位串级控制系统通常采用PID控制器来
实现。
PID控制器包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。
比
例部分根据偏差的大小进行调整，积分部分根据偏差的持续时间进行调整，微分部分根据偏差的变化速率进行调整。
通过不断调整PID参数，实现系
统的稳定性和响应速度的平衡。
另外，在实际的设计中，还需要考虑到系统的动态响应、稳定性、静
差和抗干扰性等因素。
可以采用仿真软件进行系统的建模和分析，优化系
统的设计参数。
总之，双容水箱液位串级控制系统作为一种常见的控制系统，在工业、农业和民用领域有着广泛的应用。
通过合理设计和调节控制参数，可以实
现液位的稳定控制，提高系统的稳定性和安全性。
同时，与实际的实验和仿真相结合，可以进一步优化系统的设计和控制策略。
双容水箱液位串级控制系统的设计
双容水箱液位串级控制系统的设计介绍双容水箱液位串级控制系统主要用于控制双容水箱中的液位。
液位控制是很多自动化系统中常见的控制需求之一。
设计一种能够自动感知液位情况，并根据液位高低自动控制水泵启停的系统，能够提高水资源的利用效率，减少了人工干预和误操作、提高了液位控制的准确性和稳定性，有着广泛的应用场景。
系统组成双容水箱液位串级控制系统主要由以下组成部分组成：•液位传感器：用于感知水箱的液位高度，可以采用浮球式或插杆式测量方式。
•控制器：通过控制水泵的启停和切换，以实现对双容水箱液位的控制。
•水泵：真正实现将水从水箱中供给出去。
•双容水箱：水箱的数量最少为两个，分别为上水箱和下水箱。
两个水箱通过水管连接起来，构成液位串级控制系统。
系统工作原理该系统的工作原理如下：1.当上水箱的液位低于设定的下限值时，由液位传感器向控制器发送信号。
2.控制器接收到液位传感器发送的信号后，会自动启动水泵，并将水泵的工作模式设置为“进水模式”。
3.当上水箱中的水位达到设定的上限值时，液位传感器再次向控制器发送信号。
4.控制器再次接收到信号后，会关闭当前正在工作的水泵，并打开下一台水泵。
5.下一台水泵开始工作，并将工作模式切换至“出水模式”。
6.一旦上水箱中的水位低于下限值，该过程会循环继续。
系统功能双容水箱液位串级控制系统实现以下功能：1.自动感知水箱液位高度，能够准确地监控上下水箱液位状态，确保水箱中水源充足。
2.通过自动控制水泵启停以及切换工作模式，能够实现液位的自动调节和防止水箱过流、干涸的功能。
3.实现多个水泵的串联使用，确保水泵的寿命和性能，从而提高液位控制的准确性和稳定性。
双容水箱液位串级控制系统是一种能够自动感知液位变化和自动控制水泵启停的控制系统。
该系统可以帮助我们有效地利用水资源，减少人工干预以及误操作，提高液位控制的准确性和稳定性。
双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
双容水箱液位串级控制系统_毕业设计1. 设计题目双容水箱液位串级控制系统设计2. 设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。
试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。
1图1 双容水箱液位控制系统示意图3. 设计要求1） 已知上下水箱的传递函数分别为：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+，22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+。
要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为0.01的白噪声）；2） 针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3） 针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。
4.设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。
对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。
在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：下水箱液位；控制对象特性： 111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+（上水箱传递函数）； 22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+（下水箱传递函数）。
双容水箱液位控制系统的设计
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（ ｎ ｖｅ ． １ 实 现 ， 能包 括 ： 场 界 面显 示 、 Ｋｉｇ ｉ ｗ６ ０ ） 功 现 控制 数据 的输入输 出 、 控制算 法 的实 时计算 、 史 历 趋 势 曲线绘 制 、 实时趋 势显示 等 。其 开发 过程 为 ： 制作 图形 画 面一 配 置 ＩＯ 设 备 一 构 造 数 据 库 一 ／
象上 ， 一过 程 就是 一 个 完 整 的控 制 过 程 。经 典 这
供水 水箱抽 水 。系统 控制 的 目的就是 使被 控水 箱
的水 位保持 在 给定 值 高 度 ， 当外 加扰 动 或 改 变 对 象特性 时 ， 能使水 位恢 复在 给定 值高 度 。 本 文所设 计 的系统 对象 是一 个 由 ２个水 箱 串
下水箱 的 阀门都 给予 一 个 脉 冲信 号 后 ， 回复 到 又 初 始值 ， 当于给 系统加 上一 个 干 扰信 号 ， ３ ４ 相 即 、
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的输 出信 号 都有一 定 的超 调 ， 比较 而 言 ， 相 下位 水
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现 上位 机监 控组 态 界 面 和 算法 设 计 ， 整 个 系统 使
的运行 和控 制状 态 更 直 观 ， 接近 船 舶 上 使用 的 更
双容水箱液位流量串级控制系统设计
双容水箱液位流量串级控制系统设计引言：双容水箱液位流量串级控制系统是一种用于控制液位和流量的自动化系统。
该系统通过对水泵和阀门的控制，实现对水箱液位和流量的精确调节。
在工业生产中，液位和流量的稳定控制对于保证生产过程的正常运行至关重要。
因此，设计一个可靠的双容水箱液位流量串级控制系统具有重要的实际意义。
系统设计：1.系统硬件组成-水泵：负责将水从源头输送至水箱中。
-水箱：承装和储存水，通过液位传感器测量液位。
-液位传感器：用于测量水箱液位，将测量结果传输给控制器。
-流量传感器：用于测量水流量，将测量结果传输给控制器。
-控制阀：通过控制水流量来调节水箱液位。
-控制器：根据液位和流量传感器的反馈信号，控制水泵和控制阀的启停和开关。
2.系统工作原理双容水箱液位流量串级控制系统的工作原理是通过液位和流量传感器实时监测水箱液位和水流量的变化，并将测量结果传输给控制器。
控制器根据设定的目标液位和流量值，计算出所需的水泵和控制阀的工作状态。
当实际液位或流量低于目标值时，控制器启动水泵和控制阀以增加水流量，从而提高液位；反之，当实际液位或流量高于目标值时，控制器关闭水泵和控制阀以减少水流量，以降低液位。
3.系统控制策略双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略可以采用PID控制器。
PID控制器是一种常用的控制算法，它通过对比实际测量值和目标值，计算出一个控制量，然后对被控对象进行控制。
其算法由比例(P)、积分(I)和微分(D)三个部分组成，可以有效地控制系统稳定性和响应速度。
在双容水箱液位流量串级控制系统中，可以将液位作为主要控制量，流量作为辅助控制量。
首先，通过对液位传感器和流量传感器的测量值进行PID控制，控制水泵的启动和停止，以满足目标液位和流量的要求。
接下来，根据控制阀的反馈信号，通过控制阀的开关来实现对水箱液位的精确调节。
4.系统安全性和可靠性双容水箱液位流量串级控制系统设计中，应考虑系统的安全性和可靠性。
双容水箱液位控制系统方案
双容水箱液位控制系统方案一、前言在许多工业生产过程中，水位的控制是非常关键的环节。
双容水箱液位控制系统是一种常用的水位控制方案，它通过两个水容器之间的液位传感器和控制阀门来实现液位的自动控制。
本文将就双容水箱液位控制系统的设计方案进行详细介绍。
二、系统结构[插入系统结构示意图]系统由两个水容器、液位传感器、控制阀门和控制器组成。
其中，一个水容器为水箱，另一个水容器为储水槽。
三、系统原理四、系统设计步骤1.确定控制策略首先要确定液位控制的目标和要求，例如需要将水箱液位控制在一定范围内。
然后根据具体的要求设计控制策略，如使用PID控制算法。
2.选择液位传感器根据实际需要选择合适的液位传感器，可以使用浮球式液位传感器或是压力式液位传感器。
传感器的选择需要考虑其测量范围、精度和稳定性等因素。
3.选择控制阀门选择合适的控制阀门用于控制水的流入和流出。
阀门的选择需要考虑其流量范围、响应速度和可控性等因素。
同时，还需要考虑阀门的安装位置和连接方式等因素。
4.确定控制器和通信协议选择合适的控制器用于接收液位传感器的信号，并控制控制阀门的开关状态。
通常可以选择PLC或是单片机作为控制器，并根据实际需要确定通信协议。
5.编写控制程序根据控制策略和控制器的要求编写控制程序，实现液位的自动控制。
程序需要包括液位传感器的读取、控制阀门的开关和液位的调节等功能。
6.系统调试和优化对安装完毕的系统进行调试和优化，通过实际测试来验证系统的性能和稳定性。
如有需要，可以对控制策略和参数进行调整，以满足实际应用的需求。
五、系统特点和应用1.可靠性高：通过使用液位传感器和控制器，系统能够实时监测和控制液位，避免了人工操作的误差。
2.自动化程度高：系统可以实现液位的自动控制，减少了人工操作的工作量。
3.调节性能好：根据实际需要，可以选择合适的控制策略和参数，以实现液位的快速调节和稳定控制。
4.应用范围广：双容水箱液位控制系统广泛应用于各类工业生产过程中，如供水系统、储罐液位控制等。
双容水箱液位控制系统毕业设计
双容水箱液位控制系统毕业设计双容水箱液位控制系统是一种用于控制水箱液位的智能化系统，通过传感器、控制器和执行器等组件，实现对水箱液位的自动监测与控制。
本文将介绍关于双容水箱液位控制系统的毕业设计，包括设计目标、系统结构、工作原理和关键技术等方面的内容。
首先，设计目标是实现对双容水箱液位的智能化控制，以提高水箱的利用率和节约水资源。
具体目标包括：准确监测水箱液位，实时调节进水与排水流量，保持水箱液位在合理范围内。
其次，双容水箱液位控制系统的结构主要包括传感器模块、控制模块和执行器模块。
传感器模块用于监测水箱液位，可以采用压力传感器、浮球传感器或超声波传感器等；控制模块负责收集传感器数据，进行算法分析和决策，控制执行器模块的动作；执行器模块包括水泵和电磁阀等组件，通过控制水泵的运行和电磁阀的开关，调节进水与排水的流量，从而控制水箱液位。
系统的工作原理是首先通过传感器获取水箱液位信息，并传输给控制模块进行处理。
控制模块根据设定的液位范围和液位变化规律，判断当前液位状态，决定执行器的动作。
如果液位过高，则控制模块发送信号给执行器模块，开启电磁阀进行排水；如果液位过低，则控制模块发送信号给执行器模块，启动水泵进行进水。
通过不断的反馈和调整，控制系统可以使液位保持在合理范围内。
关键技术包括传感器选择与布置、控制算法设计和执行器参数调节等。
传感器的选择和布置需要考虑液位变化范围和液位测量的准确性；控制算法的设计需要根据实际情况制定，包括液位判断标准和动作决策规则；执行器参数调节需要根据实际需求和系统响应特性进行调整和优化。
综上所述，双容水箱液位控制系统的毕业设计旨在实现对水箱液位的智能化监测与控制。
通过设计合理的系统结构、优化的工作原理和关键技术的应用，可以实现对水箱液位的准确监测和精确控制，提高水资源的利用效率。
双容水箱液位流量串级控制系统设计要点
双容水箱液位流量串级控制系统设计要点双容水箱液位流量串级控制系统是一种在液位和流量之间进行联动控制的系统。
该系统通常由两个水箱、两个阀门和两个流量计组成。
其中，一个水箱用于控制液位，另一个水箱用于控制流量。
双容水箱液位流量串级控制系统的设计要点包括以下几个方面：1.系统结构设计：双容水箱液位流量串级控制系统的结构应该合理、紧凑，方便安装和维护。
系统中的各个组件应该布局合理，阀门、流量计与水箱的位置应该便于操作和读取数据。
2.控制策略设计：双容水箱液位流量串级控制系统的控制策略应该能够实现液位和流量之间的联动控制。
一般采用控制阀门的开度来调节流量，通过调节水泵的转速或者阀门的开度来调节液位。
控制策略应该具有良好的稳定性和鲁棒性，能够快速而准确地响应输入信号的变化。
3.传感器选择与布置：双容水箱液位流量串级控制系统中的传感器用于检测液位和流量。
液位传感器的选择应该考虑到水箱的工作范围和要求，以及精度和可靠性的要求。
流量传感器的选择应该根据流量范围和要求，以及精度和可靠性的要求。
传感器的布置应该能够准确地测量液位和流量，避免干扰和误差。
4.控制器选择与配置：双容水箱液位流量串级控制系统的控制器是实现控制策略的核心部件。
控制器应该具有良好的性能，包括计算能力、通信能力和抗干扰能力。
控制器的配置应该考虑到系统的需求和性能要求，以及可靠性和可扩展性的要求。
5.阀门和流量计选择与定位：双容水箱液位流量串级控制系统中的阀门和流量计是实现液位和流量调节的关键装置。
阀门的选择应该考虑到流量范围和要求，以及可靠性和响应速度的要求。
流量计的选择应该根据流量范围和要求，以及精度和可靠性的要求。
阀门和流量计的定位应该根据液位和流量的控制策略，使其能够和其他组件紧密配合，实现精确的调节和测量。
通过以上要点的设计，可以有效实现双容水箱液位流量串级控制系统的运行稳定和精确控制。
同时，设计过程中还需要考虑到系统的安全性和可靠性，以及经济性和可维护性的要求。
自动控制课程设计双容水箱液位串级控制
自动控制课程设计课程名称：双容水箱液位串级控制学院：机电与汽车工程学院专业：电气工程与自动化学号： 631224060430姓名：颜馨指导老师：李斌、张霞2014/12/300摘要 (2)1引言 (2)2对象分析和液位控制系统的建立 (2)2.1水箱模型分析 (2)2.2阶跃响应曲线法建立模型 (3)2.3控制系统选择 (3)2.3.1控制系统性能指标【2】 (3)2.3.2方案设计 (4)2.4串级控制系统设计 (4)2.4.1被控参数的选择 (4)2.4.2控制参数的选择 (5)2.4.3主副回路设计 (5)2.4.4控制器的选择 (5)3 PID控制算法 (6)3.1 PID算法 (6)3.2 PID控制器各校正环节的作用 (6)4 系统仿真 (7)4.1.1系统结构图及阶跃响应曲线 (7)4.2.1 PID初步调整 (10)4.2.2 PID不同参数响应曲线 (12)4.3.1 系统阶跃响应输出曲线 (17)5加有干扰信号的系统参数调整 (20)6心得体会 (22)7参考文献 (22)液位控制是工业生产乃至日常生活中常见的控制，比如锅炉液位，水箱液位等。
针对水箱液位控制系统，建立水箱模型并设计PID控制规律，利用Matlab 仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。
关键词：串级液位控制；PID算法；Matlab；Simulink1引言面液位控制可用于生产生活的各方面。
如锅炉液位的控制，如果液位过低，可能造成干烧，容易发生事故；炼油过程中精馏塔液位的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。
因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
本文针对双容水箱，以下水箱液位为主控制对象，上水箱为副控制对象。
选择进水阀门为执行机构，基于Matlab建模仿真，采用PID控制算法，整定PID参数，得出合理控制参数。
2对象分析和液位控制系统的建立2.1水箱模型分析现以下水箱液位为主调节参数，上水箱液位为副调节参数，构成传统液位串级控制系统，其结构原理图如图1所示。
双容水箱液位串级控制系统的设计
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学过程控制实习报告题目名称双容水箱液位串级控制系统的设计院（系）电子信息工程学院专业（班级）自动化13403学生姓名张华挺指导教师程广亮起止日期2016.06.01——2016.06.07┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊双容水箱液位串级控制系统的设计[摘要]该实验装置采用A3000过程控制装置,采用串级控制的方法来实现对双容水箱中下水箱液位的控制,并且通过Matlab对系统进行仿真,通过组态王将设计好的系统在设备上进行调试。
在此次设计中，利用自动化仪表技术，计算机技术和自动控制技术等实现对水箱液位的串级控制。
对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。
实验结果表明,串级控制的内回路能够有效地克服二次扰动的影响,可以加大主控制器的增益,从而对控制难度大的二阶对象进行有效控制。
[关键词]控制系统仿真串级控制┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊Design of cascade control system for liquid level of double tank[Abstract]The experimental device the A3000 process control device, the use of cascade control method to achieve the dual capacity water tank of the lower tank level control, and through the MATLAB system simulation, by Kingview to design good system debugging on the device. In this design, the use of automatic instrument technology, computer technology and automatic control technology to achieve the level of water tank cascade control. The model of the controlled object is analyzed, and the transfer function of the model is obtained by the experimental modeling method. The experimental results show that the cascade control of the inner loop can effectively overcome the influence of the two disturbance, and can increase the gain of the main controller, so as to effectively control the two stage of the control difficulty.[Keywords]control simulation cascade control目录┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论 (1)1.1系统总体设计 (1)第2章液位控制系统方案设计 (2)2.1串级控制系统的组成 (2)2.1串级控制系统的设计 (2)2.1.1主回路的设计 (2)2.1.2副回路的设计 (3)2.1.3主、副调节器调节规律的选择 (3)2.2 PID控制原理 (3)第3章控制系统的仿真 (4)3.1单回路控制系统的仿真 (4)第4章系统过程流图 (8)第5章结论 (9)第6章致谢 (10)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论液位是工业生产过程中很重要的被控变量。
双容水箱液位串级控制系统课程设计完整版
双容水箱液位串级控制系统课程设计HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】双容水箱液位串级控制系统课程设计1. 设计题目双容水箱液位串级控制系统设计2. 设计任务图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、2分别通过支路1、2向上水箱注水，在支路一中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定，支路二则通过变频器对下水箱液位施加干扰。
试设计串级控制系统以维持下水箱液位的恒定。
图1 双容水箱液位控制系统示意图3. 设计要求1） 已知上下水箱的传递函数分别为：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+，22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+。
要求画出双容水箱液位系统方框图，并分别对系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真（假设干扰为在系统单位阶跃给定下投运10s 后施加的均值为0、方差为的白噪声）；2） 针对双容水箱液位系统设计单回路控制，要求画出控制系统方框图，并分别对控制系统在有、无干扰作用下的动态过程进行仿真，其中PID 参数的整定要求写出整定的依据（选择何种整定方法，P 、I 、D 各参数整定的依据如何），对仿真结果进行评述；3） 针对该受扰的液位系统设计串级控制方案，要求画出控制系统方框图及实施方案图，对控制系统的动态过程进行仿真，并对仿真结果进行评述。
4.设计任务分析系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种，机理法建模主要用于生产过程的机理已经被人们充分掌握，并且可以比较确切的加以数学描述的情况；测试法建模是根据工业过程的实际情况对其输入输出进行某些数学处理得到，测试法建模一般较机理法建模简单，特别是在一些高阶的工业生产对象。
对于本设计而言，由于双容水箱的数学模型已知，故采用机理建模法。
在该液位控制系统中，建模参数如下：控制量：水流量Q ；被控量：下水箱液位；控制对象特性：111()2()()51p H s G s U s s ∆==∆+（上水箱传递函数）；22221()()1()()()201p H s H s G s Q s H s s ∆∆===∆∆+（下水箱传递函数）。
双容水箱液位串级控制系统的设计
双容水箱液位串级控制系统的设计双容水箱液位串级控制系统是一种常用于水处理、供水和污水处理等领域的控制系统。
它可以通过自动控制水泵的开关来实现水箱液位的稳定控制，从而保证水箱的安全运行。
本文将详细介绍双容水箱液位串级控制系统的设计。
首先，液位传感器的选择是系统设计的关键。
液位传感器是用于测量水箱液位的装置，常见的液位传感器包括浮球式传感器和压力传感器。
浮球式传感器适合用于小型水箱，而压力传感器适合用于大型水箱。
在选择液位传感器时，需要考虑液位测量的精度、可靠性和适应性等因素。
其次，PID控制器的设计是系统稳定性的关键。
PID控制器是一种常用的自动控制算法，通过不断调整控制器的输出值，使得系统的实际值与期望值之间的误差最小化。
PID控制器的设计需要根据系统的特点和需求来确定参数，包括比例、积分和微分的系数。
一般情况下，可以通过试错法来逐步调整这些参数，从而实现系统的稳定控制。
水泵控制策略是双容水箱液位串级控制系统的核心部分。
水泵控制策略的目标是根据水箱液位的实际情况，自动地调整水泵的开关状态，以实现水箱液位的稳定控制。
常见的水泵控制策略包括固定间隔控制、比例控制和模糊控制等。
在选择水泵控制策略时，需要考虑系统的特点和要求，以及水泵的工作状态和性能等因素。
最后，安全保护措施是系统设计中不可忽视的部分。
双容水箱液位串级控制系统在运行过程中，需要根据液位传感器的信号来判断水泵的工作状态，并及时采取相应的控制措施。
为了保证系统的安全性和可靠性，需要在系统中设置相应的报警装置和故障检测装置，以应对可能出现的各种故障情况。
总之，双容水箱液位串级控制系统的设计需要考虑液位传感器的选择、PID控制器的设计、水泵控制策略的选择和安全保护措施的设计等方面。
通过合理的系统设计和系统参数的调整，可以实现水箱液位的稳定控制，从而保证双容水箱的安全运行。
双容液位控制系统的设计
双容液位控制系统的设计一、引言液位控制是工业生产过程中非常重要的一项控制技术，涉及到很多行业，如化工、石油、机械等。
双容液位控制系统是一种常见的液位控制系统，适用于双容器之间液位的控制和调节。
本文旨在介绍双容液位控制系统的设计原理、建模过程和控制策略。
二、设计原理设计双容液位控制系统的关键是建立双容器之间液位与控制阀的开启程度之间的数学关系。
常用的数学模型有级差模型和电气模拟模型。
级差模型假设两个容器之间的液位差与控制阀的开启程度成线性关系。
电气模拟模型则通过电路和元件来模拟液位和控制阀之间的关系。
三、建模过程1.确定系统的输入和输出变量：输入变量通常是控制阀的开度，输出变量是液位差。
2.建立数学模型：可以使用级差模型或电气模拟模型。
2.1级差模型建模：液位差=K*(开度1-开度2)其中，K为级差因子，开度1和开度2分别为上游容器和下游容器的控制阀开度。
2.2电气模拟模型建模：使用电路和元件来模拟液位和控制阀之间的关系，如使用电阻模拟阀门、电容模拟容器等。
3.验证和调优模型：通过实验或仿真验证模型的准确性，并根据实际情况对模型参数进行调优。
四、控制策略反馈控制是根据实际液位差与设定值之间的偏差来调整控制阀的开启程度，使液位差尽可能接近设定值。
前馈控制是在系统受到外部干扰时，根据干扰信号的大小来改变控制阀的开启程度，以抵消干扰对液位差的影响。
采用PID控制器是常用的控制策略。
PID控制器根据比例、积分和微分三个参数来调节控制阀的开启程度，以实现液位的稳定控制。
五、总结双容液位控制系统是一种常见的液位控制系统，涉及到液位建模和控制策略的设计。
本文介绍了双容液位控制系统的设计原理、建模过程和控制策略，包括级差模型和电气模拟模型的建模方法，以及反馈控制和前馈控制的控制策略。
双容液位控制系统的设计需要根据具体的应用需求进行调整和优化，并且需要进行实验验证和参数调优才能达到理想的控制效果。
双容水箱液位串级控制
经过多组数据验证得出较理想的仿真图如下
调节时间 Ts=7s 超调量 σ=3% 稳态误差 Ess=0
可见各项指标都 达到要求
四、单回路控制系统和串级控制系统的比较
单回路控制系统结构简单，容易实现，但控制 品质一般 串级控制系统提高了控制品质，改善了过程的 动态特性
对于此设计 它减少了调节时间 降低了超调量 降低了稳态误差 使系统各项指标打到要求
双容水箱液位串级控制系统设计
163803班 tutu 指导老师：00000000
设计的指导思想
通过毕业设计使自己对所学自动化专 业知识和理论加深理解，掌握自动控制 原理以及过程控制系统和仿真的基本方 法。
设计的要求
Hale Waihona Puke 1、建立系统数学模型 2、设计双容水箱液位单回路控制系统，采 用PID控制并进行仿真以及参数整定。 3、设计双容水箱液位串级控制系统。先对 未加校正的串级控制进行仿真，然后对串级控 制加入控制规律，进行仿真以及参数整定，最 后将串级控制系统和单回路控制系统进行比较。
调节时间 Ts=9s 超调量 σ=4% 稳态误差 Ess=7.6
可见稳态误差不 符合设计的要求
三、串级控制系统设计
未加校正的串级控制系统框图
对上面框图进行仿真得出下图
可以看出此 图各项指标 并不符合设 计要求
加入调节模块的串级控制系统
对主回路进行PID调节，对副回路只进行P调节 然后进行主副回路参数整定
一、 建立系统数学模型
系统建模基本方法有机理法建模和测试 法建模两种 本设计采用了机理法建模
双容水箱数学模型的建立
经过建立平衡方程及 推导，最终得出传递 函数为：
双容水箱液位串级控制
沧州师范学院过程控制实训任务书届机电工程系专业题目：串级控制系统子题：双容水箱液位串级控制学生姓名：指导教师（签章）：所在教研室：下达日期：2012年11月5日完成日期：2012 年11月20 日目录摘要1 串级控制系统概述1.1 串级控制系统概述1.2串级控制系统的特点1.3 主、副调节器控制规律的选择1.4 主、副调节器正、反作用方式的选择1.5 串级控制系统的整定方法2 生产工艺3 仪表选型3.1 液位变送器的认识3.2 电动调节阀的认识和校验3.3 电磁流量计的认识和校验3.4 变频器的认识和校验3.5 控制屏4系统结构和方框图5 双容水箱特性测试6 调试说明6.1双容水箱PID液位控制系统设计程序6.2 PID整定6.3硬件调试、6.3.1检查线路6.3.2排除故障6.3.3通电调试6.4 MATLAB软件介绍7 系统操作说明事项8 小结参考文献摘要双容水槽是工业生产过程的常见被控对象,对其液位的控制通常采用模拟仪表、计算机、PLC等单回路控制, 但是，随着现代工业生产过程向着大型、连续和强化方向发展,对控制系统的控制品质提出了日益增长的要求，加之，现代工业生产中的工艺过程日趋复杂 ,对控制系统的指标要求也越来越高。
在这种情况下,传统的单回路液位控制已经难以满足一些复杂的控制要求。
因此，本文采用了西门子S7-300系列PLC结合液位传感器实现双容液位串级控制系统。
该系统能有效克服对象的容量滞后,提高控制精度,减小系统超调。
本文阐述了PLC实现双容液位串级控制系统的的工作原理,并从系统硬件组成、PLC工作流程、I/O口分配、控制方式以及工控组态人机监控界面设计等方面进行了详细论述，具有较强的实用性关键词：西门子S7-300；串级控制；液位；PID整定1 串级控制概述1.1 串级控制系统概述图是串级控制系统的方框图。
该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
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目录摘要 (1)Abstract: (2)1 概述 (3)1.1 过程控制介绍 (3)1.2 液位串级控制系统介绍 (4)1.3 MATLAB软件介绍 (4)1.4 MCGS组态软件介绍 (5)2 被控对象建模 (7)2.1 水箱模型分析 (7)2.2 阶跃响应曲线法建立模型 (7)3 系统控制方案设计与仿真 (13)3.1 PID控制原理 (13)3.2 系统控制方案设计 (15)3.2 控制系统仿真 (16)4 建立仪表过程控制系统 (20)4.1 过程仪表介绍 (20)4.2 仪表过程控制系统的组建 (21)4.3 仪表过程控制系统调试运行 (24)5 建立计算机过程控制系统 (26)5.1 计算机过程控制系统硬件设计 (26)5.2 MCGS软件工程组态 (28)5.3 计算机过程控制系统调试运行 (38)6 结论 (40)谢词 (41)参考文献 (42)双容水箱液位串级控制系统的设计摘要：本论文的目的是设计双容水箱液位串级控制系统。
在设计中充分利用自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术和自动控制技术，以实现对水箱液位的串级控制。
首先对被控对象的模型进行分析，并采用实验建模法求取模型的传递函数。
其次，根据被控对象模型和被控过程特性设计串级控制系统，采用动态仿真技术对控制系统的性能进行分析。
然后，设计并组建仪表过程控制系统，通过智能调节仪表实现对液位的串级PID控制。
最后，借助数据采集模块﹑MCGS组态软件和数字控制器，设计并组建远程计算机过程控制系统，完成控制系统实验和结果分析。
关键词：液位模型 PID控制仪表过程控制系统计算机过程控制系统Abstract:The purpose of this thesis is to design the liquid level's concatenation control system of the double capacity water tank. This design makes full use of the automatic indicatortechnique ﹑the computer technique﹑the communication technique and the automaticcontrol technique in order to realize concatenation control of water tank's liquid.First, I carry out the analysis of the controlled objects' model, and use theexperimental method to calculate the transfer function of the model .Next, I Designthe concatenation control system and use the dynamic simulation technique to analyzethe capability of control system. Afterwards, I design and set up the indicator processcontrol system, realize PID control of the liquid level with intelligence indicator.Finally, I design and set up the long distance computer control system in virtue ofthe data collection module ﹑MCGS soft and digital PID controller，accomplish controlsystem experiment and analyze the outcome.Keywords:liquid level model PID control indicator process control system computer process control system双容水箱液位串级控制系统的设计1 概述1.1过程控制介绍1．工业过程控制的发展概况自本世纪30年代以来，伴随着自动控制理论的日趋成熟，自动化技术不断地发展并获得了惊人的成就，在工业生产和科学发展中起着关键性的作用。
过程控制技术是自动化技术的重要组成部分，普遍运用于石油，化工，电力，冶金，轻工，纺织，建材等工业部门。
初期的过程控制系统采用基地式仪表和部分单元组合仪表，过程控制系统结构大多是单输入，单输出系统，过程控制理论是以频率法和根轨迹法为主体的经典控制理论，以保持被控参数温度，液位，压力，流量的稳定和消除主要扰动为控制目的过程。
其后，串级控制，比值控制和前馈控制等复杂过程控制系统逐步应用于工业生产中，气动和电动单元组合仪表也开始大量采用，同时电子技术和计算机技术开始应用于过程控制领域，实现了直接数字控制（DDC）和设定值控制（SPC）。
之后，以最小二乘法为基础的系统辨识，以极大值和动态规划为主要方法的最优控制和以卡尔曼滤波理论为核心的最佳估计所组成的现代控制理论，开始应用于解决过程控制生产中的非线性，耦合性和时变性等问题，使得工业过程控制有了更好的理论基础。
同时新型的分布式控制系统（DCS）集计算机技术、控制技术、通讯技术、故障诊断技术和图形显示技术为一体，使工业自动化进入控制管理一体化的新模式。
现今工业自动化己进入计算机集成过程系统（CIPS）时代，并依托人工智能，控制理论和运筹学相结合的智能控制技术向工厂综合自动化的方向发展。
2．过程计算机控制系统现代化过程工业向着大型化和连续化的方向发展，生产过程也随之日趋复杂，而对生产质量﹑经济效益的要求，对生产的安全、可靠性要求以及对生态环境保护的要求却越来越高。
不仅如此，生产的安全性和可靠性，生产企业的经济效益都成为衡量当今自动控制水平的重要指标。
因此继续采用常规的调节仪表（模拟式与数字式）已经不能满足对现代化过程工业的控制要求。
由于计算机具有运算速度快﹑精度高﹑存储量大﹑编程灵活以及具有很强的通信能力等特点，目前以微处理器﹑单片微处理器为核心的工业控制几与数字调节器—过程计算机设备，正逐步取代模拟调节器，在过程控制中得到十分广泛的作用。
在控制系统中引入计算机，可以充分利用计算机的运算﹑逻辑判断和记忆等功能完成多种控制任务和实现复杂控制规律。
在系统中，由于计算机只能处理数字信号，因而给定值和反馈量要先经过A/D转换器将其转换为数字量，才能输入计算机。
当计算机接受了给定值和反馈量后，依照偏差值，按某种控制规律（PID）进行运算，计算结果再经D/A转换器，将数字信号转换成模拟信号输出到执行机构，从而完成对系统的控制作用。
过程计算机控制系统的组成包括硬件和软件（除了被控对象﹑检测与执行装置外）。
1．过程计算机系统的硬件部分：（1）由中央处理器﹑时钟电路﹑内存储器构成的计算机主机是组成计算机控制系统的核心部分，进行数据采集﹑数据处理﹑逻辑判断﹑控制量计算﹑越限报警等，通过接口电路向系统发出各种控制命令，指挥系统安全可靠的协调工作。
（2）包括各种控制开关﹑数字键﹑功能键﹑指示灯﹑声讯器和数字显示器等的控制台是人机对话的联系纽带，操作人员可以通过操作台向计算机输入和修改控制参数，发出操作命令；计算机向操作人员显示系统运行状态，发出报警信号。
（3）通用外围设备包括打印机﹑记录仪﹑图形显示器﹑闪存等，它们用来显示﹑存储﹑打印﹑记录各种数据。
（4）I/O接口和I/O通道是计算机主机与外部连接的桥梁。
I/O通道有模拟量通道和数字量通道。
模拟量I/O通道将有传感变送器得到的工业对象的生产过程参数（标准电信号）变换成二进制代码传送给计算机；同时将计算机输出的数字控制量变换为控制操作执行机构的模拟信号，实现对生产过程的控制。
2．过程计算机系统的软件部分：（1）系统软件由计算机及过程控制系统的制造厂商提供，用来管理计算机本身资源，方便用户使用计算机。
（2）应用程序由用户根据要解决的控制问题而编写的各种程序（如各种数据采集﹑滤波程序﹑控制量计算程序﹑生产过程监控程序），应用软件的优劣将影响到控制系统的功能﹑精度和效率。
1.2液位串级控制系统介绍在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油﹑化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为重要。
在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。
通过液位的检测与控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。
通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。
如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费﹑产品的不合格，甚至造成生产事故，所以设计一个良好的液位控制系统在工业生产中有着重要的实际意义。
在液位串级控制系统的设计中将以THJ-2高级过程控制实验系统为基础，展开设计控制系统及工程实现的工作。
虽然是采用传统的串级PID控制的方法，但是将利用智能调节仪表﹑数据采集模块和计算机控制来实现控制系统的组建，努力使系统具有良好的静态性能，改善系统的动态性能。
在设计控制系统的过程中，将利用到MATLAB软件和MCGS组态软件。
以下将对它们的主要内容进行说明。
1.3 MATLAB软件介绍MATLAB软件是由美国MathWorks公司开发的，是目前国际上最流行、应用最广泛的科学与工程计算软件，它广泛应用于自动控制、数学运算、信号分析、计算机技术、图形图象处理、语音处理、汽车工业、生物医学工程和航天工业等各行各业，也是国内外高校和研究部门进行许多科学研究的重要工具。
MATLAB最早发行于1984年，经过10余年的不断改进，现今已推出基于Windows 2000/xp的MATLAB 7.0版本。
新的版本集中了日常数学处理中的各种功能，包括高效的数值计算、矩阵运算、信号处理和图形生成等功能。
在MATLAB环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。
MATLAB提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是复数矩阵，在生成矩阵对象时，不要求作明确的维数说明，使得工程应用变得更加快捷和便利。
MATLAB系统由五个主要部分组成：双容水箱液位串级控制系统的设计(1)MATALB语言体系 MATLAB是高层次的矩阵／数组语言．具有条件控制、函数调用、数据结构、输入输出、面向对象等程序语言特性。