基于DCS的双容水箱液位串级控制

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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。

基于MCGS双容水箱的液位控制系统的设计

基于MCGS双容水箱的液位控制系统的设计液位控制系统的设计是指通过控制液位，使其保持在一定的范围内，以确保液位不超过或低于设定的阈值。

基于MCGS双容水箱的液位控制系统设计，是指采用MCGS双容水箱作为液位控制的主要装置，通过合理的控制算法和参数设置，实现水箱液位的稳定控制。

MCGS双容水箱是一种具有两个容器的水箱系统，其中一个容器填充水，另一个容器排空水，通过控制两个容器之间的水位差，可以实现对整个水箱液位的控制。

基于这种结构，可以设计出以下几个方面的液位控制系统。

第一，传感器的选取和安装。

传感器是液位控制系统的核心部件，用于实时检测水箱的液位信息。

在选取传感器时，需要考虑传感器的灵敏度、稳定性和耐腐蚀性等因素。

传感器一般安装在水箱的上部和下部，以便检测到液位的变化。

第二，控制算法的设计。

针对MCGS双容水箱的特点，可以设计出一套合理的控制算法来控制液位。

一种常用的控制算法是PID控制算法，通过调节水箱出水流量和进水流量的比例，实现对液位的控制。

通过对水箱系统进行建模和仿真，可以确定合适的PID参数，从而实现液位的稳定控制。

第三，控制参数的设置。

在设计液位控制系统时，需要合理设置控制参数，包括PID参数、液位报警阈值和控制的液位范围等。

PID参数的设置可以通过试验和调整来完成，液位报警阈值可以根据实际需求来确定，控制的液位范围可以根据水箱容量和水流量等因素来设定。

第四，系统的安全保护措施。

在设计液位控制系统时，需要考虑到系统的安全性，防止出现液位过高或过低的情况。

可以设置液位报警装置，在液位超出设定的范围时发出警报，以便及时采取措施，避免发生事故。

综上所述，基于MCGS双容水箱的液位控制系统设计需要考虑传感器的选取和安装，控制算法的设计，控制参数的设置以及系统的安全保护措施。

通过合理的设计和调试，可以实现对水箱液位的稳定控制，确保系统的运行安全和稳定。

基于DCS的双容水箱液位控制系统仿真

第37卷第12期计算机仿真2020年12月文章编号：1006-9348 (2020) 12 -0219 -05基于DCS的双容水箱液位控制系统仿真孙悦，恒庆海(北京信息科技大学自动化学院，北京100192)摘要:液位控制是科研工作者研究控制理论的一种科研平台。

上述系统具有观察方便、测量灵活、直观等诸多优点，能够实现各种控制方法的研究。

现以浙大中控CS4000过程控制装置中的双容水箱液位作为被控对象，利用实验测定法建立双容水箱液位控制系统模型，分别设计了三种控制器:PID控制器、模糊控制器和模糊控制与PID结合控制器。

在MATLAB中对以上三种控制方法进行SIMULINK仿真,对结果做分析与比较。

最后借助于集散控制系统平台实现对所建立的双容水箱液位系统进行组态与调试。

结果证实，模糊控制与PID结合方法和模糊控制效果均优于传统PID控制。

关键词:双容水箱液位;模糊控制;集散控制系统中图分类号:TP273 文献标识码：BSimulation of Double - tank Water Level ControlSystem Based on D C SSUN Yue,HENG Q ing-hai(School of Automation,Beijing Information Science and Technology University,Beijing 100192, China)A B S T R A C T：Liquid level control i s a scientific research platform for researchers to study control theory.To achievea variety of control methods of research,this system has many advantages,such as convenient observation,flexiblemeasurement,intuitive,etc..CS4000 process control device in double- tank water level was as the controlled object in t h i s paper.The double- tank water level control system model was established by using the experimental method.Three controllers were designed,that is,PID controller,fuzzy controller and fuzzy control and PID combined controller.The S I M U L I N K simulation of the above three control methods was carried out based on M A T L A B,and the results were analyzed and compared.Finally,the configuration and debugging of the double- tank water level system established in this paper was realized by means of the distributed control system platform.The results confirm that the fuzzy control and PID combination method and fuzzy control effect are better than the traditional PID control.K E Y W O R D S：Double-tank water level；Fuzzy control；D C Si引言液位控制系统是将液位当作被控对象参数的控制系统[1],是比较经典的一种模型。

串级双容水箱仿真P3DCS

上海电力学院计算机测控系统课程设计课题：基于DCS技术的水箱水位串级控制系统设计与仿真实现专业：班级： ____ 姓名：学号：指导教师：一、课程设计目的采用P3DCS 系统设计完成水箱水位串级控制系统并进行参数整定和调试，包括数据库组态，SAMA 图组态，流程图组态，操作器组态，设计手动和单回路自动控制，串级自动控制等控制方案，并实现手自动无扰切换和报警，设计相应的模拟量控制和逻辑控制方案并实现，进行仿真，参数整定与系统调试。

二、课程设计内容采用P3DCS 系统设计完成水箱水位串级控制系统并进行参数整定和调试，包括数据库组态、SAMA 图组态、流程图组态、操作器组态，设计手动和单回路自动控制、串级自动控制等控制方案，并实现手自动无扰切换和报警，设计相应的模拟量控制和逻辑控制方案并实现，进行仿真、参数整定与系统调试。

其中上水箱水位的对象传递函数为s e s s G 321152)(-+= 上水箱水位对下水箱水位传递函数为s e s s G 511253.1)(-+=其它执行器和测量电路的传递函数简化为K = 1三、系统概述两个水箱的串联在工业中运用的非常广泛，上下水箱组成一个串联，这样的一个串联系统跟单容水箱在控制时间上对比有了一定的迟延，这是由于容积迟延造成的，通过在P3DCS 组态软件的使用下，设计一个串级控制系统。

设计串级回路控制的目的就是在控制系统中加入副回路，从而加快系统的调节速度和增强系统的动态性能。

主副回路控制系统的PID 参数采用两步整定法，先整定副回路上水箱的PID 参数使之达到稳定，然后再整定主回路的参数使之达到稳定的状态。

并通过P3DCS 组态软件对系统的曲线进行实时监控，调出最优PID 参数。

系统的工艺流程如下图（图 1）所示：图 1根据水箱系统的结构，我们设置一个串级控制回路，把下水箱作为串级控制系统的主控制回路，上水箱作为串级的副控制回路。

从而得出串级控制系统的方框图如（图2）所示：图 2四、课题设计及其步骤第一部分硬件设计图2-1-1 IPC 硬件组成框图硬件组成说明：1、CPU 板及打印机、CRT 板及CRT 、键盘及自诊断板及键盘、内存板、电源、构成了STD 工业控制基本系统；2、自诊断板：使用了WDT 看门狗技术，无论何种原因引起死机，自诊断系统能在1s —2s 内测出并恢复正常运行，整个计算机系统工作可靠；3、上、下水箱水位板由计数电路组成，检测检测主、副回路管道送来的水位信号；4、D/A 转换板是水箱水位的驱动口板，计算机系统检测两水箱水位与设定值进行比较，并对其偏差进行PID 运算，其运算结果通过D/A 转换器由数字量转换为模拟电压信号量输出至上水箱水位板下水箱水位板 D/A 转换板电源伺服放大版CRT 板内存板键盘及自诊断板滤波版键盘 CPU 板显示器CRT 打印机STD （内部）总线外部总线伺服放大板，从而控制主调节阀；5、伺服放大板：相当于电动单元组合仪表中的伺服放大器，接收来自D/A转换板输出的阀位信号，检测阀的实际位置，若实际位置与D/A转换板输出的阀位有偏差，则阀动作，达到与D/A输出一致的位置后停止，实现计算机系统对调节阀的控制；6、滤波板：对STD总线有关信号进行滤波处理，提高整个系统的可靠性。

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）。

dcs水箱液位串级控制系统的设计

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 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 capacitywater tank. This design makes full use of the automaticindicator technique ﹑the computer technique﹑thecommunication technique and the automatic controltechnique in order to realize concatenation control ofwater tank's liquid. First, I carry out the analysis of thecontrolled objects' model, and use the experimentalmethod to calculate the transfer function of themodel .Next, I Design the concatenation control systemand use the dynamic simulation technique to analyze thecapability of control system. Afterwards, I design and setup the indicator process control system, realize PIDcontrol of the liquid level with intelligence indicator.Finally, I design and set up the long distance computercontrol system in virtue of the 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 system1 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。

DCS串级水箱控制方法(含组态、编程、控制方法)

《自动化装置II》DCS 实验报告学院：信息科学与技术学院小组成员：赵霆锋、xxx、xxx、xxx班级：自实1701学号（按名字顺序）：2017xxxxxx、2017xxxxxx、2017xxxxxx、2017xxxxxx目录1 基于ECS-700的二阶双容水箱液位串级实验 (1)1.1 实验目的 (1)1.2 实验内容 (1)1.3 实验原理 (1)1.4 实验环境................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.5 实验步骤................................................................................................. 错误!未定义书签。

1.6 实验小结 (22)1 基于ECS-700的二阶双容水箱液位串级实验1.1 实验目的●熟悉ECS-700系统的实验环境，通过对实验室DCS系统的实际操作，加深对集散控制系统概念的理解。

●掌握利用ECS-700组态软件VisualField对DCS控制对象现场参数进行配置，完成结构组态并实现二阶双容水箱液位串级PID控制策略的组态。

●掌握利用ECS-700组态软件VisualField对DCS监控程序的配置，并实现二阶双容水箱液位串级PID控制流程图监控画面的组态。

●掌握ECS-700系统组态发布流程，实现系统控制组态下载和监控组态发布。

●能够利用所编制组态程序对二阶双容水箱液位串级进行串级液位监控。

●掌握串级控制系统的基本概念和组成。

●掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。

●研究随动干扰作用时对系统主被控量的影响。

1.2 实验内容ECS-700系统是WebField系列控制系统之一，是在总结JX-300XP，ECS-100等WebField系列控制系统广泛应用的基础上设计、开发的面向大型联合装置的大型高端控制系统，其融合了先进的控制技术、开放的现场总线标准、工业以太网安全技术等，为用户提供了一个可靠的、开放的控制平台。

双容水箱液位串级控制DCS实训报告

DCS实训报告一、实训目的（1）熟悉集散控制系统（DCS）的组成。

（2）掌握MACS组态软件的使用方法。

（3）培养灵活组态的能力。

（4）掌握系统组态与装置调试的技能。

二、实训内容以双容水箱为对象设计液位串级控制系统，并用MACS组态软件完成组态包括：（1）数据库组态。

（2）设备组态。

（3）算法组态。

（4）画面组态。

（5）系统组态。

三、实训设备和器材（1）THSA-1型生产过程自动化技术综合实训装置。

（2）和利时DCS控制系统。

四、实训步骤1、工程分析双容水箱液位串级控制系统需要两个输入测量信号，一个输出控制信号。

因此需要一个模拟输出模块FM148A和一个模拟输出模块FM151.采集下水箱液位信号（LT1）控制电动控制发的开度。

2、工程建立1）打开：开始→程序→macsv组态软件→数据库总控。

2）点击按钮或选择工程|新建工程，新建工程，输入工程名字：wenzhao。

工程名必须为12个以内的非中文字符，只包括字母、数字。

3）点击“确定”按钮，然后在空白处选择这个工程，此时会显示当前域号为65535等信息。

4）选择“编辑>域组号组态”，选择组号为1，将刚创建的工程从“未分组的域”移动到右边“该组所包括的域”里，点“确定”按钮。

出现当前域号：0等信息。

5）在数据库总控组态中添加变量。

选择菜单栏，编辑→编辑数据库，弹出窗口，输入用户名和口令bjhc/3dlcz。

点击“确定”按钮。

6）选择系统→数据操作，出现下面对话框，点击“确定”。

7）因为双容水箱定制控制系统用到一个模块，两个通道，所以需要编辑两个点号。

点击“AI模拟量输入”选项出现下图。

8）点击“全选A”按钮。

将右侧的选择项名选中，点击“确定”按钮。

9）选择后确定进入编辑数据界面。

10）数据库编辑，注意：设置它的参数，根据实际情况，设置设备好（即设备地址），通道号（输入通道为2，对应FM148，对应FM143），量程上限下限，点名（注意：点名不能重复使用）。

DCS课程设计水箱液位串级控制解析

目录1 题目背景与意义 01.1 题目背景 01.2 课题意义 02 设计题目简介 (1)2.1设计内容和规定 (1)2.2 集散控制系统基本构成 (1)2.3 设计原理及分析 (4)3 系统设计方案 (7)3.1双容水箱控制 (8)3.2串级控制 (8)4 系统硬件设计 (10)4.1数据采集模块 (10)4.1.1 模拟量输入模块 (10)4.1.2 模拟量输出模块 (11)4.2仪表和执行机构选型 (13)4.3系统连线 (13)4.3.1 模拟量输入模块FM148A接线 (13)4.3.2模拟量输出模块FM151A接线 (14)5 系统软件设计 (15)5.1组态画面旳设计 (13)5.2通讯设置 (15)6 系统仿真调试 (17)7 结论 (16)参照文献........................................... 错误!未定义书签。

71 题目背景与意义1.1 题目背景集散控制系统（Distributed control system）, 是以多种微处理机为基础运用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象旳调整、监视管理旳控制技术。

其特点是以分散旳控制适应分散旳控制对象, 以集中旳监视和操作到达掌握全局旳目旳。

系统具有较高旳稳定性、可靠性和可扩展性。

该系统将若干台微机分散应用于过程控制, 所有信息通过通信网络由上位管理计算机监控, 实现最优化控制, 整个装置继承了常规仪表分散控制和计算机集中控制旳长处, 克服了常规仪表功能单一, 人-机联络差以及单台微型计算机控制系统危险性高度集中旳缺陷, 既实现了在管理、操作和显示三方面集中, 又实现了在功能、负荷和危险性三方面旳分散。

DCS系统在现代化生产过程控制中起着重要旳作用。

伴随工业自动化水平旳不停提高, 计算机旳广泛运用, 人们对工业自动化旳规定也越来越高。

而DCS又有延续性和可扩充性, 易学易用性和通用性, 使得DCS得到长足旳发展。

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。

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。

双容水箱液位串级控制系统设计

双容水箱液位流量串级控制系统设计◆设计题目双容水箱液位流量串级控制系统设计◆设计任务如图1所示的两个大容量水箱。

要求水箱2水位稳定在一定高度，水流量经常波动，作为扰动量存在。

试针对该双容水箱系统设计一个液位流量串级控制方案。

自来水流出水箱1 水箱2图1 系统示意图◆设计要求1）已知主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1), 副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。

2）假设液位传感器传递函数为Gm1=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计单回路PID调节器，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出PID参数整定的方法与结果；3）假设流量传感器传递函数为Gm2=1/(0.1s+1)，针对该水箱工作过程设计液位/流量串级控制系统，要求画出控制系统方框图及实施方案图，并给出主、副控制器的结构、参数整定方法及结果；4）在进口水管流量出现阶跃扰动的情况下，分别对单回路PID控制与串级控制进行仿真试验结果比较，并说明原因。

◆设计任务分析一、系统建模系统建模基本方法有机理法建模和测试法建模两种建模方法。

机理法建模就是根据生产过程中实际发生的变化机理，写出各种有关的平衡方程，从中获得所需的数学模型测试法一般只用于建立输入—输出模型。

它是根据工业过程的输入和输出的实测数据进行某种数学处理后得到的模型。

它的特点是把研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外特性上测试和描述它的动态性质。

对于本设计而言，由于双容水箱的各个环节的数学模型已知，故采用机理法建模。

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：水箱2液位；主被控对象（水箱2水位）传递函数W1=1/(100s+1),副被控对象（流量）传递函数W2=1/(10s+1)。

控制对象特性：Gm1（S ）=1/（0.1S+1）（水箱1传递函数）；Gm2（S ）=1/（0.1S+1）（水箱2传递函数）。

控制器：PID ；执行器：流量控制阀门；干扰信号：在系统单位阶跃给定下运行10s 后，施加均值为0、方差为0.01的白噪声。

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。

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）。

课程设计报告基于dcs技术水箱水位串级控制系统设计与仿真实现

课程设计报告基于dcs技术水箱水位串级控制系统设计与仿真实现计算机测控系统课程设计课题：基于DCS技术的水箱水位串级控制系统设计与仿真实现专业：自动化班级：2021031一、课程设计目的通过对水位监控系统的设计和试验，掌握组态软件的应用，以及计算机监控系统的基本组成和实现方法。

了解DCS应用过程中的主要工作内容及应该注意的问题，并能根据应用目的，进行分散控制系统的设计组态、调试操作等工作。

以P3DCS分散控制系统为平台，完成DCS的组态。

课程设计内容采用P3DCS系统设计完成水箱水位串级控制系统并进行参数整定和调试，包括数据库组态、SAMA图组态、流程图组态、操作器组态，设计手动和单回路自动控制、串级自动控制等控制方案，并实现手自动无扰切换和报警，设计相应的模拟量控制和逻辑控制方案并实现，进行仿真、参数整定与系统调试。

其中上水箱水位的对象传递函数为上水箱水位对下水箱水位传递函数为其它执行器和测量电路的传递函数简化为K = 1系统概述两个水箱的串联在工业中运用的非常广泛，上下水箱组成一个串联，这样的一个串联系统跟单容水箱在控制时间上对比有了一定的迟延，这是由于容积迟延造成的，通过在P3DCS组态软件的使用下，设计一个串级控制系统。

设计串级回路控制的目的就是在控制系统中加入副回路，从而加快系统的调节速度和增强系统的动态性能。

主副回路控制系统的PID参数采用两步整定法，先整定副回路上水箱的PID参数使之达到稳定，然后再整定主回路的参数使之达到稳定的状态。

并通过P3DCS组态软件对系统的曲线进行实时监控，调出最优PID参数。

系统的工艺流程如下图（图 1）所示：图 SEQ 图表 \ARAB 1根据水箱系统的结构，我们设置一个串级控制回路，把下水箱作为串级控制系统的主控制回路，上水箱作为串级的副控制回路。

从而得出串级控制系统的方框图如（图2）所示：图 SEQ 图表 \ARAB 2课题设计及其步骤本次课程设计主要有两个方面的工作：即是组态设计和系统调试：组态设计1）系统配置组态主要是指DCS中工程师站、操作员站、控制站的主机系统配置信息及外设类型，I/O－卡件信息，电布置，控制柜内安装接线等。

DCS课程设计水箱液位串级控制解析教案资料

目录1 题目背景与意义....................................................1.1 题目背景 01.2 课题意义 02 设计题目介绍......................................................2.1设计内容和要求 02.2 集散控制系统基本组成 (1)2.3 设计原理及分析 (2)3 系统设计方案......................................................53.1双容水箱控制 (6)3.2串级控制 (6)4 系统硬件设计......................................................74.1数据采集模块 (7)4.1.1 模拟量输入模块 (7)4.1.2 模拟量输出模块 (8)4.2仪表和执行机构选型 (10)4.3系统连线 (10)4.3.1 模拟量输入模块FM148A接线 (10)4.3.2模拟量输出模块FM151A接线 (11)5 系统软件设计.....................................................115.1组态画面的设计 (13)5.2通讯设置 (12)6 系统仿真调试.....................................................137 结论.............................................................16参考文献........................................... 错误!未定义书签。

71 题目背景与意义1.1 题目背景集散控制系统（Distributed control system），是以多个微处理机为基础利用现代网络技术、现代控制技术、图形显示技术和冗余技术等实现对分散控制对象的调节、监视管理的控制技术。

基于DCS的双容水箱液位串级控制

基于DCS的双容水箱液位串级控制靳莹瑞;陈玉国【摘要】利用HOLLIAS公司的先进集散控制MACS系统的硬件和软件对双容水箱对象构建了串级控制系统.通过MACS系统硬件中的FM148模拟输入单元现场采集2组检测数据,由FM151模拟输出单元输出控制信号.利用MACS组态软件实现系统的数据库组态、设备组态、算法组态及上位机图形组态,较好地完成了对液位的控制指标要求.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2011(022)002【总页数】3页(P59-61)【关键词】DCS;双容水箱;串级;MACS【作者】靳莹瑞;陈玉国【作者单位】郑州大学物理工程学院,郑州450001;中原工学院,郑州450007;中原工学院,郑州450007【正文语种】中文【中图分类】TP3;TP2DCS（Distributed Control System，集散控制系统）自问世以来，其可靠性、实用性不断提高，功能亦日益增强，得到了迅猛发展，已广泛应用于电力、石油、化工、制药、冶金、建材等行业［1－3］．HOLLi AS MACS作为国产DCS产品的优秀代表，能够真正做到“危险分散，控制分散，集中监控”．它应用了工业以太网核心技术，保证了通信的实时性和确定性、网络的安全性；其I／O模块可以随用户现场需要集中安装或分散安装，节省大量的电缆费用；其总线采用目前世界上先进的Profibus－DP现场总线技术．因此，HOLLi AS MACS可方便地和不同厂商、不同品牌的智能仪表进行通讯及数据交换，适合不同的应用场合，系统扩展灵活．双容水箱是工业生产过程中常见的控制对象，一般表现出二阶特性，通常要求对其下面一个水箱液位进行定值控制，利用串级控制可以有效克服其容量滞后［4］．本文利用MACS系统对双容水箱对象构建DCS串级控制系统，并完成系统的数据库组态、设备组态、算法组态以及调试和运行，较好地实现了控制指标的要求．MACS系统硬件由工程师站、操作站、系统服务器、现场控制站（包括主控单元设备和I／O单元设备）及被控对象组成．其结构如图1所示．MACS系统的网络由上到下分为监控网络、系统网络和控制网络3个层次．监控网络实现工程师站、操作员站、高级计算站与系统服务器的互连；系统网络实现现场控制站与系统服务器的互连；控制网络实现现场控制站与过程I／O单元的通讯．在由双容水箱为被控对象构成的MACS串级控制系统中，服务器运行相应的管理程序，对整个系统的实时数据和历史数据进行管理；工程师站运行相应的组态管理程序，对整个系统进行集中控制和管理；操作员站运行相应的实时监控程序，对整个系统进行监视和控制．现场控制站由主控单元、智能I／O单元、电源单元、现场总线和专用机柜等部分组成．其中主控单元为FM801型，它是MACS系统现场控制站的核心设备，实现对本站I／O模块数据的采集及运算，接受服务器的组态命令及数据交换；FM148模块是8路模拟信号输入单元，用于采集现场检测数据；FM151模块是8路模拟信号输出单元，用于向执行机构输出控制信号．主控单元与输入输出模块通过现场总线（ProfiBus－DP）相连．MACS组态软件包括数据库组态、设备组态、算法组态和上位机图形组态等．数据库组态要求工程师及操作员级将用户提供的原始数据填入相应类的表格中；设备组态用于在工程师站上定义应用系统的硬件配置；算法组态用来规划控制方案的组织和基本构成；上位机图形组态则是利用MACS系统生成应用系统所需的各种总貌图、流程图和工况图．根据系统总体的控制要求和硬件结构，需要分别采用2个液位变送器检测上水箱液位和中水箱液位，并由主控单元作为主副控制器组成串级控制回路，因此，系统数据库需要对2个模拟量输入和1个模拟量输出检测点获取的3个数据分别进行组态．具体情况如表1和表2所示．在图1所示的系统结构图中，系统主要由工程师站、操作员站、服务器站、现场控制站等组成．在设备组态中，服务站的站号为0，现场控制站的站号为10，操作员站的站号为50．I／O设备中模拟量输入模块FM148的设备地址为2，模拟量输出模块FM151的设备地址为4．在构建的MACS串级控制系统中，控制算法需要2个控制器，都由主控单元来承担．在算法方案中需要1个主功能模块PID1、1个副功能模块PID2、2个输入端子和1个输出端子，如图2所示．图2中的PID模块有手动、自动、串级和跟踪等多种工作状态，本系统设置为串级方式，可以接收其他运算模块的外给定进行PID运算，采用的PID算法如式（1）．式中：TD为微分时间；KD 为微分增益；BD 为比例带；TI为积分时间；Si表示是否要采取积分分离措施，以消除残差．当｜E（n）｜＞SV 时，Si＝0，为PD控制；当｜E（n）｜＜＝SV时，Si＝1，为PID控制．上位机图形组态是利用MACS系统生成的应用系统所需的各种总貌图、流程图和工况图．采用MACS的绘图工具和多种动态显示方式构建的图形组态使操作员可以对现场运行情况一目了然，从而方便地监控现场运行．在本系统中，根据控制系统硬件和控制操作要求，设计了如图3所示的监控操作画面．对系统的设备、数据库、算法和图形组态完毕后，即可进行联机调试．在工程师站将要运行的系统分别成功下装到服务器和操作员站，并重启服务器．在操作员站打开要调试的工程，运行如图3所示的监控系统，按照控制要求，点击PID1和PID2模块，在弹出的整定画面中分别对主副控制器的P、I、D参数进行整定．调试的结果如图4所示，其中图4（a）为水箱液位控制曲线，图4（b）为主控制器参数．从图4可以看出，液位最终稳定在40 mm，系统超调为5%，调节时间控制在几分钟之内．系统输入输出通道工作正常，较好地实现了对液位的控制．利用MACS系统能够方便、有效地对双容水箱对象构建串级控制系统，而且各系统结构之间的数据传输通畅，算法功能正常实现，运行良好．如果进一步合理整定控制器参数，控制效果会更佳．【相关文献】［1］戴航丹，吴赛婷，童科慰．DCS控制吹灰系统在超临界机组中的应用［J］．仪器仪表用户，2009，16（4）：59－60．［2］吴秋芳，王致杰．基于 DCS控制的发电厂监控系统［J］．电气自动化，2008，30（5）：38－40．［3］杨松柏，曾广胜，蒲涛．化肥厂生产装置DCS控制系统升级扩容改造［J］．自动化与仪器仪表，2009（5）：135－137．［4］邵裕森．过程控制工程［M］．北京：机械工业出版社，2003．。

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