基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计(双容水箱)
基于组态王软件的双容水箱流量监控系统设计
- 61 -第7期2019年4月No.7April，2019流量监控系统是以液体或气体的流量为被控参数的控制系统，已被广泛应用在化工、石油、钢铁、轻工等行业的生产过程中，都要求对某个流量参数进行控制[1-2]。
例如，城市天然气输配系统需要安装天然气流量监控系统，以对生产现场工艺参数、设备状态等数据进行实时采集与处理。
在钢铁行业中，需要实时监控空气流量和氧气流量，以保证产品的质量。
自来水输送管道也需要实时监控水流量，确保自来水的安全输送。
因此，流量控制系统一直受到人们的广泛重视，也引起了很多科研工作者的关注[3-5]。
本文利用组态王软件设计一个双容水箱流量监控系统。
1 双容水箱流量控制系统工艺流程双容水箱流量监控系统是由水箱V102和V103、储水箱V104、流量计FT102、电动调节阀、水泵、手阀、可编程控制器组成，系统工艺流程如图1所示，双容水箱由中水箱V103和上水箱V102组成，V102流过管道的流量为该系统的被控变量，FV101为操纵变量。
储水箱中水介质经过水泵流入水箱V103，由流量计FT102测量流量，流量测量值送入控制器中，根据控制算法输出控制信号，调整FV101的开度，直到流速稳定到设定值。
控制器采用西门子S7-200PLC ，控制算法采用PI 算法。
图1 双容水箱流量控制系统工艺流程2 双容水箱流量监控系统的设计双容水箱流量监控系统采用组态王软件实现流量监控系统设计，包括组态流量监控系统画面设计、数据库的建立、动画链接、曲线显示、运行调试等，实现流量实时趋势曲线显示、控制参数在线调整、数据报表等功能。
双容水箱流量监控系统主画面是水箱、管道、水泵、电磁阀、传感器、PLC 组成的系统（见图2）。
首先，开始创建组态画面，使用工程管理器新建一个组态王工程后，进入组态王工程浏览器，建立新的画面，并命名为“双容水箱流量监控系统”。
其次，在画面开发系统中制作储水箱V104、中水箱V103、上水箱V102，在图2中选择水泵、阀门、PLC 、传感器、电动调节阀等放置在主画面的对应位置上。
基于组态王的水箱液位控制系统设计与开发
数据 的方 式进 行性 阐述 。这表 明需要进行数据 库 的设计 。而且 工控 对 象中 的所有 属 性都 是通 过 该数 据 库 中的变 量 进行 描述
的 。 最 后 就 是 所 谓 的连 接 。 如 何 将 数 据 以及 图 形 界 面 里 面 的 相 关 图 素 进 行 连 接 ，指 的 是 通 过 采 取 特 定 的一 种 动 画对 现 场 中 的 设 备 进 行 模拟 。 而 且 还 需 要 涉 及 到 控 制 设 备 的 输 入 指 令 如 何 进
变 量 如就是所谓 的可编程 序控制器 ，Ｐ Ｌ Ｃ在
基 于 组 态 王 的 水 箱 液 位 控 制 系 统 中 充 当着 重 要 的 核 心 作 用 ， 其 中 系 统 中 的 组 成 主 要 是 包 括 了 储 水 箱 、 以及 水 箱 和 电动 调 节 阀 等 器 件 。 液位 控 制 系 统 工 艺 流程 图 如 图 １ 所示 。
现 的，在这个过程 中需要对水箱 中的 Ｖ Ｉ Ｏ ｌ液位进行设置 ，同时
还 能 够 将 水 流 中 的 回路 情 况 动 态 显 示 出来 ，从 而 可 以更 加 直 观 地 查 看 到 所 有 参 数 如 何 发 生 改 变 的 ， 根 据 采 集 到 的数 据 并 且 对 数 据 进 行 处 理 ，最 终 可 以达 到 人 机 对 话 的 目的 ， 监 控 水 箱 液 位 的情 况 。 建 立 这 个 液 位 监 控 的过 程 如 下 。先 是将 系 统 中 的 组 态 王 环 境 打 开 ，并 且 名 字 命 名 为 水 箱 液 位 监 控 系 统 ， 同 时将 存 盘 的相 应 路 径 给 出 。 主 界 面 的 设 计 实现 是 通 过 画 图工 具 以及 组 态 王 中 的 图库 辅 助 工 具 实 现 的 ，在 软 件 的 界 面 中选 择 画 面 ， 点 击 新 建 图标 ，此 时会 出现 对 话 框 ，输 入 名 字 为 “ 液位控制系统”。 接 着 ， 根 据 画 面 中 的编 辑 命 令 ，从 而 ， 采 用 工 具 栏 中 的 很 多 工
组态王串级水箱仿真傻瓜教程
组态王串级PID水箱仿真该教程用串级PID算法实现对水箱液位的控制。
一、建立数据变量打开组态王6.55，新建一个工程，将其命名为“串级PID”。
打开工程，根据所需用到的数据类型、数据范围大小、初始值等建立数据变量（详细数据变量见附件1）。
二、搭建仿真画面根据实际器件，开关，阀门，曲线图，数据查看等需要，建立仿真画面（详细步骤见附件2）。
三、将画面动画连接到变量根据仿真时画面的动画要求，设置画面属性和各个器件、曲线图等的动画连接（详见附件2）。
四、编写运行程序打开工程浏览器，文件-命令语言-应用程序命令语言，双击打开程序编辑窗口，输入程序（详见附件3）。
五、调节PID参数运行系统。
分别调节两种PID算法的PID参数，实现对液位的控制。
1、第一种PID算法UK0=(KP+KP/KI+KP*KD)*EK0-(KP+2*KP*KD)*EK1+(KP*KD)*EK2+UK1 2、第二种PID算法UK0=KP*EK0+KI*SUM_EK0+KD*(EK0-EK1)/dt+UK1附件1：数据变量模拟量部分：变量名变量类型最大值最小值描述HM 内存实数100 0 水箱目标液位HS 内存实数100 0 水箱实际液位HC 内存实数120 0 储水池液位W 内存实数100 0 调节阀开度LM 内存实数200 0 目标流量LS 内存实数200 0 实际流量PS 内存实数120 80 水压波动比率G1 内存实数10 0 水管1流量G2 内存实数10 0 水管2流量开关量部分：变量名变量类型初始值描述V 内存离散0 水泵开关V1 内存离散0 阀门1开关V2 内存离散0 阀门2开关P 内存离散0 PID控制开关K 内存离散0 水压波动开关查看量部分：变量名变量类型初始值描述S 内存离散0 查看水箱有无水C 内存离散0 查看储水池有无水T 内存离散0 查看调节阀有无开PID计算部分：变量名变量类型最大值最小值描述EKH0 内存实数1000 -1000 本次液位偏差EKH1 内存实数1000 -1000 上次液位偏差EKH2 内存实数1000 -1000 上上次液位偏差SUM_EKH 内存实数10000 -10000 液位偏差积分UKH0 内存实数10000 -10000 本次液位PID结果UKH1 内存实数10000 -10000 上次液位PID结果KP1 内存实数1000 0 比例参数1KI1 内存实数1000 0 积分参数1KD1 内存实数1000 0 微分参数1EKL0 内存实数1000 -1000 本次流量偏差EKL1 内存实数1000 -1000 上次流量偏差EKL2 内存实数1000 -1000 上上次流量偏差SUM_EKL 内存实数10000 -10000 流量偏差积分UKL0 内存实数10000 -10000 本次流量PID结果UKL1 内存实数10000 -10000 上次流量PID结果KP2 内存实数1000 0 比例参数2KI2 内存实数1000 0 积分参数2KD2 内存实数1000 0 微分参数2TI 内存实数1000 0 时间计数器附录2：按照上图中各器件位置和下面所列各器件图像来源，动画连接、变量参数设置等搭建仿真画面。
基于组态王双容水箱控制
集散控制系统课程设计基于组态软件双容水箱过程控制系统姓名：学号：班级：专业：指导教师：目录1 设计目的与要求 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 设计要求 (1)2 系统结构设计 (1)2.1 控制方案 (1)2.2 系统结构 (2)3 过程仪表选择 (2)3.1 液位传感器 (2)3.2 电磁流量传感器........................................................................ 错误！未定义书签。
3.3 电动调节阀 (3)3.4 水泵 (3)3.5 变频器 (3)3.6 模块选择 (4)4 系统组态设计 (4)4.1工艺流程图与系统组态图设计 (5)4.2 组态画面 (5)4.3 数据字典 (6)4.4 应用程序 (6)4.5 动画连接...................................................................................... 错误！未定义书签。
总结. (11)参考文献 (11)附录A 单回路控制系统PID控制算法 (12)附录B PID控制算法流程图 (16)1. 设计目的与要求1.1 设计目的通过组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的液位单回路过程控制系统。
1.2 设计要求(1) 根据液位回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
(2) 根据液位回路过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用过程模块。
(3) 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
(4) 运用组态软件，正确设计液位但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
(5) 提交包括上述内容的课程设计报告。
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。
基于组态王的液位控制系统论文
摘要:介绍了基于组态王的仪表液位控制系统组成。
叙述了组态王监控界面设计和组态王与实际现场的模拟。
双容水箱液位的控制作为过程控制的一种，其基本思想是采用多层递阶结构，直觉推理和多动态控制策略等行为和功能。
该系统可实现数据输入、动态数据显示和现场设备的实时监控、调试和运行。
应用表明，该系统工艺流程显示直观，人机界面友好，易于操作。
系统运行稳定，维护成本低，对于相关的工程应用具有一定的价值。
问题描述：附图（a，b）是本液位控制系统的界面图示和运行示意图。
根据设计要求和结合实际情况，适当的加以修改，使设计更优化，更便于人为控制。
用组态王软件合理地设计出属于自己思路的液位控制系统。
1.要求实现的基本功能：（1）完成图示界面设计（或取其中一部分或自行设计界面）；（2）运行系统时出现水流效果和仪表动态显示；（3）液位的升降、阀门的开关和水泵的启停要配合一致；（4）右面的仪表和显示要与实际水箱水位变化一致；（5）菜单实现可操作；（6）生成相应的实时曲线（即曲线与液位实时数据相关联）和界面。
2.发挥部分：（1）打印输出：系统能定时或实时打印信息、水箱液位、流量等信息；（2）保存数据：系统具有自动保存数据功能；（3）在线帮助：系统提供在线帮助信息，操作员遇到问题能及时得到帮助和指导；（3）其他发挥部分。
设计过程：系统的监控软件采用了北京亚控公司的Kingview6.5组态王软件，利用它来设计液位控制系统主要步骤有：设备配置，构造数据库变量，图形界面的设计，建立动态连接，运行调试等。
组态王是运行于Microsoft Windows98/2000/NT中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行可靠。
Touch View是“组态王6.5”软件的实时运行环境，它从设备中采集数据，并存于实时数据库中，还负责把数据的变化以动画的形式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。
基于组态王6.55的双容水箱控制系统设计
基于组态王6.55的双容水箱控制系统设计
王彦力;赵丽娟;张亮霞
【期刊名称】《现代制造技术与装备》
【年(卷),期】2024(60)2
【摘要】双容水箱作为调节和控制液位的工具,其规模不断扩大、复杂程度不断提高。
传统的控制方法很难达到理想的控制效果。
基于组态王6.55软件设计的控制系统,能够控制双容水箱的液位,使其处于安全范围。
当液位超出安全范围时,系统进行报警并打印报表,输出当前值。
主控画面能直观显示双容水箱液位控制的结果。
经验证,该控制系统画面简单、直观,操作便捷,可应用于双容水箱的实际控制。
【总页数】3页(P206-208)
【作者】王彦力;赵丽娟;张亮霞
【作者单位】宁夏理工学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP2
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基于组态王6.5+DDC的流量液位串级控制系统设计
基于组态王6．5＋ＤＤＣ的流量液位串级控制系统设计【摘要】：在过程控制实验室的硬件基础上开发基于组态软件组态王（Kingview）6.5的流量液位串级控制实验系统，该实验系统完全可模拟工业生产过程中过程装置的流量、液位等工艺参数的自动控制。
该串级控制系统可以满足不同专业自动化控制科研与教学的需要。
【关键词】：串级控制系统；组态软件组态王中国分类号：TN6 文献标识码：A 文章编号：1002-6908(2007)0120057-011. 主要问题本次设计主要是完成流量液位串级控制系统的设计，组态，调试和对系统数据的分析。
如何设计合理的数字PID 控制算法，用组态王6.5实现对实验设备的监视控制,如何获取实验设备的控制数据和实现实时曲线和历史曲线的显示，如何进行参数整定，如何合理分析实验数据是要解决的主要问题。
2. 组态王组态原理“组态王”把每一台与之通讯的设备看作是外部设备，为实现组态王和外部设备的通讯，组态王通过内置的大量设备的驱动作为组态王和外部设备的通讯接口，在开发过程中只需根据工程浏览器提供的”设备配置向导”一步步完成连接过程即可实现组态王和相应外部设备驱动的连接，如图1组态王通讯原理图。
在运行期间，组态王就可通过驱动接口和外部设备交换数据，包括采集数据和发送数据/指令。
从而实现组态王对设备运行情况的监测和控制。
串级控制系统是在单回路PID控制的基础上发展起来的一种应用非常普遍的控制技术。
虽然单回路PID控制在控制一个变量时，大都能够完成控制任务。
但是，当系统中同时有几个因素影响同一个变量，或对象的容量滞后较大，负荷或干扰变化比较剧烈或比较频繁，或调节质量要求很高，或控制任务比较特殊，则采用单回路控制的方案就无效了。
串级控制系统就是在单回路的基础上，加入另一个PID单回路控制系统作为副回路，将两个单回路控制系统以一定的结构形式串联在一起，以实现很好的控制效果。
一般来说，主回路的选择是由主变量来确定的，多数由工艺要求决定；副变量的选择对于串级系统的设计至关重要，一般要求副变量能很好的影响主变量、副回路包括主要的和较多的干扰。
基于PLC的双容水箱液位串级PID控制的实现
2.1 程序流程图 根据双容水箱液位串级控制的要求， 设计程序流程图
如 图 3 所 示 ，然 后 在 STEP7-Micro/WIN 中 编 写 程 序 ，通 过 不 断的调试和修改使程 序达到控制要求[3]。
图 3 PID 程序控制流程图 Fig. 3 Flow chart of PID program control 2.2 PID 控制实现 PID 控 制 通 过 西 门 子 S7-200 控 制 器 实 现 ， 在 STEP7Micro/WIN 中, PID 回 路 控 制 指 令 运 用 回 路 表 中 的 输 入 与 组 态信息，进行 PID 运算。 为了让运算以预想的采样频率工作，
串级控制系统主、 副控制器的参数整定方法主要有两步 整定法和一步整定法。 考虑到液位串级控制只需满足主变量 中水箱液位定值控制以及两步整定法需寻求 两个 4:1 的 衰 减 振荡过程，比较繁琐，该液位串级控制系统主、副控制器的参 数 整 定 采 用 一 步 整 定 法 。 所 谓 一 步 整 定 法 ，就 是 根 据 经 验 先 将 副控制器一次放好，不在变动，然后按一般单回路控制系统的 整 定 方 法 直 接 整 定 主 控 制 器 参 数 ，具 体 整 定 步 骤 如 下 [6-7]：
调节过程的动态性能。 本文针对上水箱中水箱液位串级控制系统， 以西门子
PLC 为 控 制 器 ， 通 过 编 程 实 现 液 位 串 级 控 制 系 统 的 PID 算 法，制作 MCGS 了组态监控画面，并在该 环境下 进 行 调 试 ，确 定了满足控制要求的 PID 参数。
1 控制系统设计方案及组成
structurediagramcontrolsystem液位变送器将检测的液位转换为420ma的信号通过plc的模拟量模块em235实现转换将采集的信号转换成模块中对应的数字量40032000plc控制程序对入信号采样与设定值比较并进行pid运算从而输出数字控再经模块em235将其转换为420ma信号给电动调节阀以此来调节水箱的液位使其保持在要求的范围内基于s7200plcpid控制实现pvn分别为第pid回路指令包含比例积分微分回路可以用来进行pid运算
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。
基于组态王的液位过程控制系统设计
《控制系统分析与综合》任务书题目:液位控制系统设计一、工程训练任务本实训综合运用自动化原理、PLC技术以及组态软件等相关课程，通过本实训的锻炼,使学生掌握自动化系统的基础理论、技术与方法，巩固和加深对理论知识的理解。
本课题针对液位控制系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集,以PLC为下位机,以工控组态软件组态王设计上位机监控画面, 运用PID控制算法对水箱液位进行控制。
二、工程训练目的通过本次工程训练使学生掌握运用组态王软件及PLC构建工业控制系统的能力，增强学生对PLC控制系统以及组态王软件的应用能力，培养学生解决实际问题的能力，为今后从事工程技术工作、科学研窕打下坚实的基础.三、工程训练内容1）确定PLC的I/O分配表：2）根据PID控制算法理论,运用PLC程序实现PID控制算法：3）编写整个液位控制系统实训项目的PLC控制程序；4）在组态王中定义输入输出设备：5）在组态王中定义变量；6）设计上位机监控画面；7）进行系统调试。
四、工程训练报告要求报告中提供如下内容：1、目录2、任务书3、正文4、收获、体会5、参考文献五、工程训练进度安排周次工作日工作内容1布置课程设计任务，查找相关资料第2完成总体设计方案—3完成PLC程序设计周45完成监控画面设计第1调试2二3准备训练报告周4完成训练报告并于下午两点之前上交5答辩六、工程训练考核办法本工程训练满分为IOO分，从工程训练平时表现、工程训练报告及工程训练答辩三个方面进行评分，其所占比例分别为20%、40%、40%o总体设计方案2o 1关于组态王的概述组态王软件是一种通用的工业监控软件，它融过程控制设计、现场操作以及工厂资源管理于一体，将一个企业内部的各种生产系统和应用以及信息交流汇集在一起，实现最优化管理.它基于Microsoft Windows XP/NT/2000操作系统,用户可以在企业网络的所有层次的各个位置上都可以及时获得系统的实时信息。
基于组态王的水箱液位PID控制设计
基于组态王的水箱液位PID控制设计孙欢欢;莫岳平;马瑞;钱坤【摘要】以PCT过程控制实验装置为基础，通过对双容水箱液位控制系统的分析建模来决定控制方案；采用增量型PID算法来实现对水箱液位的闭环控制；用凑试法对PID进行参数整定；应用组态王软件运行的液位监控系统来实现液位数据的实时采集、实时显示、历史波形的回放、报警记录以及液位PID控制。
实验结果表明，系统能实现液位的无静态误差控制，且具有良好的稳态性能与动态性能。
%This design is based on PCT process control experimental device, using the double tank water level control system analysis and modeling to decise the control program. Adopting incremental PID algorithm to achieve closed-loop control of water tank level. Employing trial method to set PID parame-ter. Using of kingview software runs liguid level monitoring system to achieve the liguid level data real-time acquisition, real-time display, history waveform playback, alarm record and the level of PID con-trol. The experimental results show that the system can control the liquid level without static error, and has good dynamic performance and steady state performance.【期刊名称】《工业仪表与自动化装置》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】4页(P102-104,106)【关键词】液位控制;组态王;PID;参数整定【作者】孙欢欢;莫岳平;马瑞;钱坤【作者单位】扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225127;扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225127;扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225127;扬州大学水利与能源动力工程学院，江苏扬州225127【正文语种】中文【中图分类】TP271该文通过模拟量输入模块接受液位信号、PID算法计算出的控制量uk、模拟量输出模块输出的控制量以实现电动调节阀的自动调节，通过控制进水流量的大小来控制水箱的液位，从而实现液位变量的自动控制与显示。
双容水箱串级PID控制实验液位
双容⽔箱串级PID控制实验液位双容⽔箱液位串级PID控制实验⼀、实验⽬的1、进⼀步熟悉PID调节规律2、学习串级PID控制系统的组成和原理3、学习串级PID控制系统投运和参数整定⼆、实验设备1、四⽔箱实验系统DDC实验软件2、PC机（Window 2000 Professional 操作系统）三、实验原理1、控制系统的组成及原理⼀个控制器的输出⽤来改变另⼀个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。
两个控制器都有各⾃的测量输⼊，但只有主控制器具有⾃⼰独⽴的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。
本仿真系统的双容⽔箱串级控制系统如下图所⽰：图17－1 本仿真系统的双容⽔箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量：y1称主变量。
使它保持平稳使控制的主要⽬的副变量：y2称副变量。
它是被控制过程中引出的中间变量副对象：上⽔箱主对象：下⽔箱主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上⽔箱组成的回路主回路：若将副回路看成⼀个以主控制器输出r2为输⼊，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为⼀个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是⼀个定值控制系统，因此，主变量在⼲扰作⽤下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。
但是串级控制系统和单回路系统相⽐，在结构上从对象中引⼊⼀个中间变量（副变量）构成了⼀个回路，因此具有⼀系列的特点。
串级控制系统的主要优点有：1）副回路的⼲扰抑制作⽤发⽣在副回路的⼲扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2）主回路响应速度的改善副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减⼩，从⽽改善了主回路的相应速度3）鲁棒性的增强串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4）副回路控制的作⽤副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的⽅法，因此得到了⼴泛的应⽤。
毕业设计(论文)-基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计
毕业设计（论文）-基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计2007届毕业设计说明书基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计系、部: 电气与信息工程系学生姓名:指导教师: 职称讲师专业: 自动化班级: 自本0703 完成时间: 2011.5.20摘要本文介绍了一种基组态软件WINCC和西门子STEP 7的双容水箱的液位串级控制系统的设计过程。
本方案利用WINCC良好的人机界面、数据采集功能，并结合STEP 7环境编程的便利性，采用可靠的MPI接口建立WINCC和PLC、双容水箱之间的数据通讯。
利用WINCC开发服务器端画面，在PLC客户端环境中编写控制程序，最终实现对水箱液位的精确控制。
实验结果表明，此方法使用简单可靠，可广泛应用于工业生产过程中的液位控制问题。
此系统同样可以满足工厂对控制系统的需求,有着巨大的应用前景。
关键词组态软件;PLC;水箱液位;串级控制系统ABSTRACTThis article describes the configuration software based on the WINCC and Siemens STEP7 tank liquid level PID control experimental platform design process. The program used WINCC good man-machine interface, data acquisition capabilities, combined with the convenience of STEP 7 programming environment, using MPI interface to establish a reliable configuration software WINCC and the PLC, double data communication between the tank. Development of server-side with Configuration software WINCC, the client environment in the PLC control program written, and ultimately the precise control of the water tank level. Experimental results show that this method is simple and reliable, can be widely used in industrial production process liquid level control problem. The system also meets the needs of the factory on the control system has a great prospect.Key words Configuration software;PLC;water tank;Cascade Control System1目录1 绪论 (3)1.1 过程控制系统的发展概况及趋势 (3)1.2 PLC的发展概况及趋势 (4)1.3 组态软件的发展概况及趋势 (4)1.4 各章节主要内容..............................................................................5 2 水箱液位串级控制系统总体设计 (6)2.1 现场系统组成 (6)2.2 双容水箱控制系统结构 (8)2.3 串级控制系统 (10)2.4 控制规律....................................................................................11 3 控制系统设计 (14)3.1 S7-400PLC概述 (14)3.2 STEP 7软件的介绍 (14)3.3 硬件组态 (15)3.4 创建数据块DB41 (20)3.5 创建功能块FB41 (20)3.6 创建组织块OB35 (21)3.7 通信设置…………………………………………………………………………223.8 程序下载....................................................................................23 4 监控程序的设计 (24)4.1 WINCC简介 (24)4.2 监控界面的设计...........................................................................25 5 水箱液位串级控制系统调试 (32)5.1 FCS系统实物调试 (32)5.2 PLCSIM离线仿真调试.....................................................................33 结束语 (35)参考文献.............................................................................................36 致谢 (37)21 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，溶液过建，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。
基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计
2011届毕业设计（论文）材料系、部：电气与信息工程系学生姓名：指导教师：职称：讲师专业：自动化班级：0703学号：4100703212011年6月湖南工学院2011届毕业设计（论文）课题任务书系：电气与信息工程系专业：自动化指导教师学生姓名课题名称基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计内容及任务内容：对串级控制系统进行建模和参数整定，第一步整定副调节器参数，第二步整定主调节器参数。
参数整定完成后运用STEP7编写水箱液位串级控制系统控制程序，在此基础上，运用WINCC组态软件进行上位机的组态界面设计。
任务：1.了解水箱液位串级控制系统的结构组成与原理；2.掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4.理解液位串级控制实验采用FCS控制方案实现的过程。
拟达到的要求或技术指标论文需要达到的要求：1、水箱液位串级控制系统建模及特点研究分析串级控制系统的特点，并建立水箱液位串级控制系统的模型。
上图中（a）图为水箱示意图，（b）图为串级控制系统框图。
2、控制系统下位机软件组态配置和程序编写（1）组态配置利用step7软件对对象系统进行正确配置。
配置图如下：（2）程序编写采用西门子提供的PLC编程语言编写控制程序，主要是对PID控制模块的调用。
3、控制系统上位机软件和PLC的通信建立及界面组态利用WINCC组态软件编写水箱液位串级控制系统的上位机监控程序，监控界面如下图所示：进度安排起止日期工作内容备注2011.3.20-2011.4.15 学习和熟练掌握STEP7和WINCC软件2011.4.16-2011.4.25 收集与课题相关的资料，并完成开题报告的书写2011.5.01-2011.5.05 分析、综合、整理相关的资料，为撰写论文做准备2011.5.06-2011.5.25 论文写作，并熟悉相关知识，整理论文2011.6.01-2011.6.10 进行后期的系统的整理，并为毕业答辩做准备主要参考资料[1] 陈夕松.过程控制系统.北京：科学出版社，2005[2] 汪志锋.可编程序控制器原理与应用.西安：电子科技大学出版社，2004[3] 王曙光.S7-300/400PLC入门与开发实例.北京：人民邮电出版社，2009[4] 徐科军.传感器与检测技术.北京：电子工业出版社，2009[5] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子WINCC V6[M].第二版.北京：北京航空航天大学出版社，2004.1-100[6] 刘华波.组态软件WINCC及其应用[M].北京：机械工业出版社，2009.7-56[7] 崔坚.西门子工业网络通信指南[M].北京：机械工业出版社，2005.1-103[8] 西门子（中国）有限公司自动化与驱动集团.深入浅出西门子人机界面[M].北京：北京航空航天大学出版社，2009.1-100[9] 梁绵鑫.WINCC基础及应用开发指南[M].北京：机械工业出版社，2009.1-80教研室意见年月日系主管领导意见年月日湖南工学院毕业设计(论文)开题报告题目基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计学生姓名班级学号410070321 专业1. 课题学术和实用意义，国内外现状综述本次毕业设计课题“基于PLC和组态技术的水箱液位串级控制系统设计”是在THFCS-1现场总线过程控制系统平台上进行的。
基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计(双容水箱)
本科毕业论文(设计)题目：基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计学院：自动化工程学院专业：自动化姓名： ### 指导教师： ###2011年 6 月 5 日Cascade level PID control system based on Kingview 6.5摘要开发经济实用的教学实验装置、开拓理论联系实际的实验容，对提高课程教学实验水平，具有重要的实际意义。
就高校学生的实验课程来讲，由于双容水箱液位控制系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求，使得在该系统上实现基于不同控制策略的实验容，需要全面掌握自动控制理论与相关知识。
本文通过对当前国外液位控制系统现状的研究，选取了PID控制、串级PID控制等策略对实验系统进行实时控制；通过对实验系统结构的研究，建立了单容水箱和双容水箱实验系统的数学模型，并对系统的参数进行了辨识；利用工业控制软件组态王6.5，并可通用于ADAM模块与板卡等的实现方案，通过多种控制模块在该实验装置上实验实现，验证了实验系统具有良好的扩展性和开放性。
关键词：双容水箱液位控制系统串级PID控制算法组态王6.5 智能调节仪AbstractIt is significant to develop applied experiment device and experiment content which combines theory and practice to improve experimental level of teaching. Based on the current situation of domestic and international level control system, selected the PID control, cascade PID control strategies such asreal-time control of experiment system.Through the study of the structure of experimental system, a single let water tank and double let water tank experiment system mathematical model was founded, and the parameters of the system is identified.Industrial control software configuration king 6.5 is used in experiment, ADAM module and boards, etc can also be suitable for this experiment, through a variety of control module on the device in the experiment verified experimental realization, experimental system has good expansibility and openness.Key Word Double let water tank liquid level control systemCascade PID control algorithmConfiguration king 6.5Intelligent adjusting instrument目录前言0第一章串级液位控制系统介绍11.1 国外研究现状11.1.1液位控制系统的发展现状11.1.2液位控制系统算法的研究现状21.2 PID控制算法的介绍31.2.1 PID控制算法的历史31.2.2 PID控制各环节作用41.3 串级控制系统介绍51.4 本文的主要工作5第二章水箱液位控制系统的建模72.1 水箱液位控制系统的构成72.2 水箱的建模过程82.2.1 单容水箱的建模过程82.2.2 二阶双容水箱的对象特性102.3水箱液位控制参数辨识方法122.3.1 单容上水箱的参数辨识122.3.2 二阶双容水箱的下水箱对象参数辨识142.4 水箱液位PID参数整定方法162.4.1上水箱液位的PID整定162.4.2 主回路和副回路的PID参数整定17第三章组态王6.5简介与操作界面的设计20 3.1 组态王6.5简介203.2基于组态王6.5的液位控制系统上位机部分设计213.2.1 建立新工程213.2.2定义外部设备233.2.3动画设计243.2.3 组态王6.5的控件中选择历史曲线绘制26第四章设计实验274.1 设备的连接和检查274.2 系统连线284.3 实验步骤30第五章总结与展望30辞31参考文献37前言随着现代科学技术的迅猛发展，工业生产的规模越来越大，结构也越来越复杂，从而使控制对象、控制器以与控制任务和目的日益复杂，而对系统的精度、响应速度和稳定性的要求却越来越高。
基于数字PID的双容水箱液位串级控制系统设计
基于数字PID的双容水箱液位串级控制系统设计卢春华;王頔;谷瑞邦【摘要】液位测量与控制由于受到被测介质的物理化学性质以及工作条件的影响,目前仍然是一个比较薄弱的环节.文中设计是以双容水箱模拟工业现场高阶对象,以中水箱液位为主参数的液位串级控制系统.采用西门子S7-200作为控制器,控制规律采用经典的PID,电容式差压变送器检测水箱液位,对数电动调节阀为执行机构.通过组态王软件建立组态界面,完成系统的实时监控.实验结果表明,系统能够实现液位的无静差调节,且抗干扰能力较强,具有良好的动态和稳态性能.【期刊名称】《应用能源技术》【年(卷),期】2019(000)001【总页数】2页(P51-52)【关键词】液位;串级控制;PLC;组态王【作者】卢春华;王頔;谷瑞邦【作者单位】安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000;安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000;安阳工学院电子信息与电气工程学院,河南安阳455000【正文语种】中文【中图分类】TP2730 引言双容水箱液位串级控制系统的硬件由配置有STEP7-Micro/WIN和组态王的上位机、S7-200PLC及模拟量扩展模块EM235、压力变送器、电动调节阀等组成，整体结构框图如图1所示。
图1 控制系统结构框图以中水箱液位为主参数，上水箱液位为副参数，其中主回路为定值控制系统，主调节器的输出是副调节器的给定值，副回路是一个随动控制系统。
1 PID控制规律的软件设计1.1 PID指令S7-200系列的PLC中集成有专门的PID软件，可以直接应用于闭环控制系统中的工程设计。
指令中回路表的起始地址是TBL，回路编号为LOOP，提供8条回路。
STEP 7-Micro/WIN编程软件中提供有PID指令向导，可以很大程度上减少工作量和难度。
1.2 串级PID编程首先是初始化程序，这里主要是将主调节器的给定值设为100，送入VD500中。
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本科毕业论文(设计)题目：基于组态王6.5的串级PID液位控制系统设计学院：自动化工程学院专业：自动化姓名： ### 指导教师： ###2011年 6 月 5 日Cascade level PID control system based on Kingview 6.5摘要开发经济实用的教学实验装置、开拓理论联系实际的实验容，对提高课程教学实验水平，具有重要的实际意义。
就高校学生的实验课程来讲，由于双容水箱液位控制系统本身具有的复杂性和对实时性的高要求，使得在该系统上实现基于不同控制策略的实验容，需要全面掌握自动控制理论及相关知识。
本文通过对当前国外液位控制系统现状的研究，选取了PID控制、串级PID控制等策略对实验系统进行实时控制；通过对实验系统结构的研究，建立了单容水箱和双容水箱实验系统的数学模型，并对系统的参数进行了辨识；利用工业控制软件组态王6.5，并可通用于ADAM模块及板卡等的实现方案，通过多种控制模块在该实验装置上实验实现，验证了实验系统具有良好的扩展性和开放性。
关键词：双容水箱液位控制系统串级PID控制算法组态王6.5 智能调节仪AbstractIt is significant to develop applied experiment device and experiment content which combines theory and practice to improve experimental level of teaching. Based on the current situation of domestic and international level control system, selected the PID control, cascade PID control strategies such asreal-time control of experiment system.Through the study of the structure of experimental system, a single let water tank and double let water tank experiment system mathematical model was founded, and the parameters of the system is identified.Industrial control software configuration king 6.5 is used in experiment, ADAM module and boards, etc can also be suitable for this experiment, through a variety of control module on the device in the experiment verified experimental realization, experimental system has good expansibility and openness.Key Word Double let water tank liquid level control system Cascade PID control algorithm Configuration king 6.5 Intelligent adjusting instrument目录前言 (1)第一章串级液位控制系统介绍 (2)1.1 国外研究现状 (2)1.1.1液位控制系统的发展现状 (2)1.1.2液位控制系统算法的研究现状 (2)1.2 PID控制算法的介绍 (3)1.2.1 PID控制算法的历史 (3)1.2.2 PID控制各环节作用 (4)1.3 串级控制系统介绍 (4)1.4 本文的主要工作 (4)第二章水箱液位控制系统的建模 (6)2.1 水箱液位控制系统的构成 (6)2.2 水箱的建模过程 (7)2.2.1 单容水箱的建模过程 (7)2.2.2 二阶双容水箱的对象特性 (8)2.3水箱液位控制参数辨识方法 (11)2.3.1 单容上水箱的参数辨识 (11)2.3.2 二阶双容水箱的下水箱对象参数辨识 (12)2.4 水箱液位PID参数整定方法 (14)2.4.1上水箱液位的PID整定 (14)2.4.2 主回路和副回路的PID参数整定 (15)第三章组态王6.5简介与操作界面的设计 (17)3.1 组态王6.5简介 (17)3.2基于组态王6.5的液位控制系统上位机部分设计 (18)3.2.1 建立新工程 (18)3.2.2定义外部设备 (19)3.2.3动画设计 (21)3.2.3 组态王6.5的控件中选择历史曲线绘制 (23)第四章设计实验 (24)4.1 设备的连接和检查 (24)4.2 系统连线 (24)4.3 实验步骤 (25)第五章总结与展望 (30)辞 (31)参考文献 (32)前言随着现代科学技术的迅猛发展，工业生产的规模越来越大，结构也越来越复杂，从而使控制对象、控制器以及控制任务和目的日益复杂，而对系统的精度、响应速度和稳定性的要求却越来越高。
但是，当前的学术理论研究成果明显滞后于实际生产中的应用，两者相差甚远。
在我国，看似成熟先进的控制理论，其研究往往仅局限于高校或科研机构这一狭小的围，而远离了实际生产这个广阔的实验平台，尤其是最近几年，国一些控制领域的研究已接近甚至超过了国外同领域水平，然而就实际应用的状况来讲，与国外相比却存在明显差距。
最重要的原因就是理论研究缺乏实际背景的支持，先进理论的算法一旦应用到实际工业生产就会出现各种各样的问题，制约了其进一步的发展与应用。
在现阶段尚不具备在实验室中真实复现实际工业生产过程的条件下，利用具有典型对象特性的实验装置将是一件探索将理论成果转化为实际应用的有力武器。
课题研究的双容水箱液位控制系统实验装置是以水箱的液位为控制变量，来模拟实际工业控制领域中的过程控制系统，该实验装置在国外很多高校的实验室都有配备，其价值在于可为学生的自动控制理论课程和毕业设计提供便捷的实验平台。
同时，该系统也可为相关科研人员在复杂的控制系统研究方面提供实际的模拟对象。
在本论文中，智能调节仪模块也可换成是ADAM模块或者板卡，工控软件组态王6.5可有其他工控软件替代，使该实验装置实现了多种控制策略的实验，从而达到了增加该实验装置实验容的目的；同时本课题中所提出的硬件和软件实现方法也具有较强的可移植性，可以应用推广到其他的教学实验装置的实验容增加上，极具现实意义。
第一章串级液位控制系统介绍1.1 国外研究现状1.1.1液位控制系统的发展现状水箱液位控制系统实验装置最初的研发与生产是由德国Amira自动化公司完成的，由于当时该实验装置的价格太高，在国只有少数高校引进了此设备，如工业大学，大学、大学等。
现阶段伴随着我国科学技术水平和经济水平的不断提高，国许多企业也能够自主生产该实验装置，如言实公司研制的HDU3000-1型、德瑞特公司研制的RTGK-2型、固高公司研制的GTW型等，它们的特点如下：1、主要配件均采用工业级过程控制元件，保证系统最高的质量和可靠性。
2、实验和研究的理想平台，可以方便地构成模拟实际生产系统中的液位系统。
3、通过液位传感器对液位进行精确检测，得到实际水位的变化，方便地获得瞬态响应指标，直观反映出控制器的控制效果，准确判断控制性能。
1.1.2液位控制系统算法的研究现状当前，常见的液位控制多数采用凭人工经验进行的参数整定P、PI、PID或串级控制策略。
针对结构简单的液位系统，此种参数整定的方法还能达到预期的效果，一旦被控的液位对象结构复杂、自身机理特殊、各变量间关联耦合严重，常规的参数整定方法在便捷性和稳定性上就无从谈起。
针对这种存在着非线性、大滞后、结构复杂等诸多不确定因素的液位控制系统，国许多高校和科研单位研究提出了一些优化的控制方案和有效的控制算法。
中南大学的邓秋连等提出了采用RBF-ARX模型对水箱液位系统进行离线动态特性建模的研究。
着重讨论了RBF-ARX模型结构的选取、模型参数辨识、RBF参数优化等问题。
BF-ARX模型与ARX模型的进一步预测输出比较的结果证实了BF-ARX模型在非线性系统建模中的优越性。
大学的高兴泉等提出了采用一种基于非线性静态反馈的解耦方法进行水箱液位系统控制，当系统满足一定条件时，可以寻找到一个输出与等效新输入之间的线性微分方程关系，然后再选择合适的状态反馈形式即可使该非线性系统解耦。
经解耦，水箱液位控制系统就可以分解为两个相互独立的单输入单输出线性子系统，对每个子系统可采用PI控制，从而解决了系统的非线性。
科技大学的桂梅等采用模糊-神经网络解耦控制技术，实现了对水箱液位系统的解耦以及液位控制。
模糊-神经网络解耦技术结合了模糊控制鲁棒性好和神经网络对不确定对象有显著控制效果的特点，具有直接从输入输出数据中提取模糊规则的能力。
工业大学的梅等提出了采用基于T-S模型的模糊PID控制策略，这种策略根据液位变化，通过适用度加权产生PD控制参数，可实现参数的平稳度过。
有利于改善系统性能。
海事大学的红英等提出了设计一种参数自整定模糊PID控制器，可以实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，超调量减少，过渡过程时间大大缩短，振荡次数减少，具有较强的鲁棒性和稳定性。
大学的梁颖杏等提出了用BP网络辨识水箱液位控制系统的方法。
采用并联型辨识结构，训练网络采用Levenberg-Marquardt算法和BFGS拟牛顿算法，利用MATLAB软件平台，实现比较训练仿真，结果表明，采用LM算法和BFGS拟牛顿算法能较好的辨识水箱液位系统。
1.2 PID控制算法的介绍在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID 控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
1.2.1 PID控制算法的历史PID（比例-积分-微分）控制器作为最早实用化的控制器已有70多年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。
PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。
目前，PID控制及其控制器或智能PID控制器（仪表）已经很多，产品已在工程实际中得到了广泛的应用，有各种各样的PID控制器产品，各大公司均开发了具有PID参数自整定功能的智能调节器 (intelligent regulator)，其中PID控制器参数的自动调整是通过智能化调整或自校正、自适应算法来实现。