过程控制实验(液位控制)

液位检测与控制实验一、实验目的1.通过实验了解液位测量的基本方法、工作原理及使用与校验方法2.仪表误差分析方法3.了解差压变送器ST3000的工作原理及使用方法4.了解零点迁移、满度调校等基本概念5.了解工业触摸屏的工作原理6.熟悉一阶对象的数学模型及其阶跃响应曲线7.根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定模型参数二、实验器材CS1000液位检测实验装置、差压变送器 ST3000、AI808智能调节仪、工业触摸屏三、实验原理C S1000型液位检测实验装置对象系统包含有：有机玻璃上水箱、不锈钢储水箱。

系统动力支路：由循环水泵、电动调节阀组成；装置检测变送和执行元件有：差压变送器ST3000、Y-100压力表、电动调节阀等。

本次实验使用ST3000差压变送器来检测液位高度，并与实际液位标尺值进行比较，求出ST3000差压变送器的测量精度等性能指标。

差压变送器的工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输V/A 电压、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4~20mA 标准电流输出信号。

接线如图1所示。

CS1000装置的控制系统采用的是具有人工智能算法及通讯接口的AI808智能调节仪，上位机选择的是MCGS 触摸屏。

上位机MCGS 触摸屏通过RS232/485转换装置同AI808仪表侧部的RS485串行接口进行通讯。

学生可以直接通过AI808控制器面板上的操作按钮直接设定SV 、PID 等调节参数，也可以通过上位机MCGS 触摸屏远程控制AI808控制器，修改AI808控制器的控制参数。

通过运行触摸屏组态文件还可以观察被控参数的实时曲线、历史曲线，SV 设定值、PV 测量值、OP 输出值、各实验都设有动态流程图、及被测参数动态显示及变化棒图显示系统流程图。

触摸屏的组态文件可以根据实际需要自行编辑、下载，非常方便。

一、实验目的1. 了解液体混合装置的结构和工作原理；2. 掌握PLC控制系统的基本原理和应用；3. 学会使用PLC技术实现对液体混合过程的自动化控制；4. 提高动手能力和实验技能。

二、实验原理液体混合装置主要用于将两种或多种液体按照一定比例进行混合。

实验中，我们采用PLC控制系统实现对液体混合过程的自动化控制。

PLC（可编程逻辑控制器）是一种广泛应用于工业控制领域的电子设备，具有可靠性高、抗干扰能力强、编程灵活等优点。

实验原理如下：1. 通过传感器采集液体混合装置的液位、温度等参数；2. 将传感器采集的信号传输至PLC控制器；3. PLC控制器根据预设的控制程序，对电磁阀、搅拌机等执行机构进行控制，实现对液体混合过程的自动化控制；4. 通过人机界面实时显示液体混合装置的运行状态。

三、实验设备1. PLC控制器（如S7-200系列）；2. 传感器（如液位传感器、温度传感器）；3. 电磁阀、搅拌机等执行机构；4. 实验装置（含液体混合容器、连接导线等）；5. 编程软件（如STEP 7-Micro/WIN）；6. 计算机等辅助设备。

四、实验步骤1. 连接实验装置，确保各部件连接正确；2. 在PLC控制器中编写控制程序，实现对液体混合过程的自动化控制；3. 通过编程软件将控制程序下载至PLC控制器；4. 设置PLC控制器的运行参数，如液位、温度等；5. 启动实验装置，观察液体混合过程；6. 调整控制参数，优化液体混合效果；7. 记录实验数据，分析实验结果。

五、实验结果与分析1. 液体混合装置的液位传感器能够准确采集液位信息，并将信号传输至PLC控制器；2. PLC控制器根据预设的控制程序，对电磁阀、搅拌机等执行机构进行控制，实现了液体混合过程的自动化控制；3. 实验过程中，通过调整控制参数，优化了液体混合效果；4. 实验结果表明，PLC控制系统在液体混合过程中具有较好的控制性能。

六、实验总结1. 通过本次实验，我们了解了液体混合装置的结构和工作原理；2. 掌握了PLC控制系统的基本原理和应用；3. 学会了使用PLC技术实现对液体混合过程的自动化控制；4. 提高了动手能力和实验技能。

班级：082班座号：姓名成绩：
课程名称：过程控制工程实验项目：液位单闭环实验
一、实验目的：
通过实验掌握单回路控制系统的构成。

学生可自行设计，构成单回路单容液位，并采用临界比例度法、阶跃反应曲线法和整定单回路控制系统的PID参数，熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用计算机进行PID参数的调整和自动控制的投运。

二、实验设备：
水泵、变频器、压力变送器、主回路调节阀、上水箱、上水箱液位变送器、牛顿模块（输入、输出）。

表4-13 阶跃反应曲线整定参数表
4、将计算所得的PID参数值置于计算机中。

5、使水泵Ⅰ在恒压供水状态下工作。

观察计算机上液位曲线的变化。

6、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。

7、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。

8、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果于表格4.12中。

五、试验报告：
根据试验结果编写实验报告，并根据K、T、τ平均值写出广义的传递函数。

实验1 建立一个新工程1.1建立工程通过一个水位控制系统的组态过程，介绍如何应用MCGS组态软件完成一个工程。

通过本讲及后续几讲学习，您将会应用MCGS组态软件建立一个比较简单的水位控制系统。

本样例工程中涉及到动画制作、控制流程的编写、模拟设备的连接、报警输出、报表曲线显示与打印等多项组态操作。

水位控制需要采集二个模拟数据：液位1（最大值10米）液位2（最大值6米）三个开关数据：水泵、调节阀、出水阀。

工程效果图工程组态好后，最终效果图如下：在菜单“文件”中选择“新建工程”菜单项，如果MCGS安装在D：根目录下，则会在D：\MCGS\WORK\下自动生成新建工程，默认的工程名为新建工程X.MCG(X表示新建工程的顺序号，如：0、1、2等)。

如下图：您可以在菜单“文件”中选择“工程另存为”选项，把新建工程存为：D：\MCGS\WORK\水位控制系统。

祝贺您，已经成功地建立了自己的工程!1.2 设计画面流程建立新画面在MCGS组态平台上，单击“用户窗口”，在“用户窗口”中单击“新建窗口”按钮，则产生新“窗口0”，即：选中“窗口0”，单击“窗口属性”，进入“用户窗口属性设置”，将“窗口名称”改为：水位控制；将“窗口标题”改为：水位控制；在“窗口位置”中选中“最大化显示”，其它不变，单击“确认”。

选中刚创建的“水位控制”用户窗口，单击“动画组态”，进入动画制作窗口。

工具箱单击工具条中的“工具箱”按钮，则打开动画工具箱，图标对应于选择器，用于在编辑图形时选取用户窗口中指定的图形对象；图标用于打开和关闭常用图符工具箱，常用图符工具箱包括27种常用的图符对象。

图形对象放置在用户窗口中，是构成用户应用系统图形界面的最小单元，MCGS中的图形对象包括图元对象、图符对象和动画构件三种类型，不同类型的图形对象有不同的属性，所能完成的功能也各不相同。

为了快速构图和组态，MCGS系统内部提供了常用的图元、图符、动画构件对象，称为系统图形对象。

一、引言随着工业自动化程度的不断提高，液位控制作为过程控制中的一个重要环节，在化工、食品、饮料等行业中发挥着至关重要的作用。

为了提高学生的实践操作能力和理论应用能力，本学期我们开展了液位控制实训课程。

通过本次实训，我们深入了解了液位控制的基本原理、常用设备和控制策略，并掌握了实际操作技能。

以下是本次实训的总结报告。

二、实训内容1. 液位控制原理首先，我们对液位控制的基本原理进行了学习。

液位控制是指通过调节流入或流出系统的流量，使容器内的液位保持在一个设定的范围内。

液位控制的基本原理包括液位、流量、压力和温度等参数的测量、信号传输、处理和执行机构控制。

2. 液位控制设备在实训过程中，我们学习了液位控制中常用的设备，如压力变送器、差压变送器、液位变送器、调节阀等。

这些设备在液位控制系统中起着关键作用，能够实时测量液位、流量等参数，并将信号传输至控制系统。

3. 液位控制策略液位控制策略是液位控制系统中的核心部分。

我们学习了常用的液位控制策略，如单回路控制、串级控制、前馈控制等。

这些控制策略能够根据液位变化及时调整控制参数，使液位保持稳定。

4. 实训项目本次实训主要分为以下三个项目：（1）液位控制系统的搭建与调试：根据实验要求，搭建液位控制系统，并进行参数调试，使系统达到预定的控制效果。

（2）液位控制系统的性能分析：对搭建的液位控制系统进行性能分析，包括系统稳定性、响应速度、控制精度等。

（3）液位控制系统的优化：针对实验中出现的问题，对液位控制系统进行优化，提高控制效果。

三、实训过程1. 前期准备在实训开始前，我们首先对实训内容进行了详细的了解，并准备了所需的实验器材和工具。

2. 搭建液位控制系统在指导老师的指导下，我们按照实验要求搭建了液位控制系统。

在搭建过程中，我们学习了各种设备的安装、接线方法和调试技巧。

3. 调试与优化在系统搭建完成后，我们对液位控制系统进行了调试和优化。

通过调整参数，使系统达到预定的控制效果。

过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力变送器的使用方法。

3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。

并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。

2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。

3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。

4）、关闭各个挂件的电源进行连线。

2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。

2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。

3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。

对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。

单容水箱液位过程控制实验报告一、实验目的1、了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。

2、掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。

3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。

4、了解PID调节器对液位、水压控制的作用。

二、单容水箱系统模型图12.1液位控制的实现本实验采用计算机PID算法控制。

首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。

2.2 被控对象本实验是单容水箱的液位控制。

被控对象为图1中的上水箱，控制量为流入水箱的流量，执行机构为调节阀。

由图1所示可以知道，单容水箱的流量特性：水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。

这样，当水箱水位升高时，其出水量也在不断增大。

所以，若阀开度适当，在不溢出的情况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。

由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。

三、电动调节阀流量特性物理模型电动调节阀包括执行机构和阀两个部分，它是过程控制系统中的一个重要环节。

电动调节阀接受调节器输出4～20mADC的信号，并将其转换为相应输出轴的角位移，以改变阀节流面积S的大小。

图2为电动调节阀与管道的连接图。

图2图中：u----来自调节器的控制信号（4～20mADC）θ----阀的相对开度s----阀的截流面积q----液体的流量由过程控制仪表的原理可知，阀的开度θ与控制信号的静态关系是线性的，而开度θ与流量Q的关系是非线性的。

四、单容水箱系统PID控制规律及整定方法数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在液位控制系统中也有着极其重要的控制作用。

本章主要介绍PID控制的基本原理，液位控制系统中用到的数字PID控制算法及其具体应用。

液位控制系统实验报告液位控制系统实验报告引言液位控制系统是工业生产过程中非常重要的一部分。

它能够确保液体在容器内的合适水平，以保持生产的稳定性和安全性。

本实验旨在研究液位控制系统的原理和性能，并通过实际操作来验证其有效性。

一、实验目的本实验的主要目的是探究液位控制系统的工作原理，了解液位传感器的原理和使用方法，并通过实验验证控制系统对液位的准确控制能力。

二、实验材料与方法1. 实验材料：- 液位传感器- 控制器- 液位计- 液体容器- 液体样品2. 实验方法：- 将液体样品倒入容器中，并确保液位计准确测量液位。

- 将液位传感器安装在容器内，确保其与液体接触并能准确测量液位。

- 将传感器与控制器连接，并设置控制器的参数。

- 启动控制器，观察液位控制系统的工作过程，并记录数据。

- 根据实验结果分析液位控制系统的性能。

三、实验结果与分析在实验过程中，我们成功地搭建了液位控制系统，并进行了一系列实验。

通过观察和记录数据，我们得出了以下结论：1. 液位传感器的准确性：实验结果表明，液位传感器能够准确地测量液体的高度，并将其转化为电信号输出。

传感器的准确性对于控制系统的稳定性和精度至关重要。

2. 控制器的响应速度：我们发现，控制器对液位变化的响应速度非常快。

一旦液位发生变化，控制器会立即调整输出信号，以保持液位在设定范围内。

这种快速的响应能力确保了液位的稳定性。

3. 控制系统的稳定性：在实验过程中，我们对液位进行了多次调节，并观察了系统的稳定性。

结果显示，控制系统能够在短时间内稳定液位，并且在设定范围内保持液位的波动较小。

这证明了液位控制系统的稳定性和可靠性。

四、实验总结通过本次实验，我们深入了解了液位控制系统的工作原理和性能。

我们发现，液位传感器的准确性和控制器的响应速度对于控制系统的稳定性和精度至关重要。

此外，我们还验证了液位控制系统的稳定性和可靠性。

然而，本实验仅仅是对液位控制系统的初步研究，还有许多方面可以进一步探索。

实验一 单容自衡水箱特性的测试一、实验目的1. a 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数。

二、实验设备1. A3000高级过程控制实验系统2. 计算机及相关软件 三、实验原理由图2.1可知，对象的被控制量为水箱的液位h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，Q 2为流出水箱的流量。

手动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫米）都为定值。

根据物料平衡关系，在平衡状态时：0Q Q 2010=- （1） 动态时则有： dtdVQ Q 21=- （2） 式中V 为水箱的贮水容积，dtdV为水贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV =，即：dtdhA dt dV = （3） A 为水箱的底面积。

把式（3）代入式（2）得：QV116V104V103h∆h QV105QV102P102LT103LICA 103FV101MQ 1Q 2图2.1单容水箱特性测试结构图图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线dtdhA=-21Q Q （4） 基于S 2R h Q =，R S 为闸板QV116的液阻，则上式可改写为dtdhA R h Q S =-1，即：或写作：1)()(1+=TS Ks Q s H （5） 式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。

式（5）就是单容水箱的传递函数。

若令SR s Q 01)(=，R 0=常数，则式（5）可改为： TS KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=⨯+= 对上式取拉氏反变换得： )e -(1KR h(t)t/T0-= （6）当∞→t 时0KR )h(=∞，因而有=∞=0R )h(K 阶跃输入输出稳态值。

当t=T 时，则)h(KR )e-(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。

式（6）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2.2所示。

摘要双容水箱液位控制系统广泛应用于食品生产、工业化工等各个领域。

双容液位控制系统具有非时变、滞后等特点，根据这一特点，分别应用了PID控制、模糊控制等控制策略。

基于对过程控制实验装置的了解，建立了过程实验装置与西门子PLC的硬件连接。

然后，基于PLC实现了过程实验装置双容液位控制系统的设计，并对实验结果进行了对比分析。

在此基础上，基于OPC接口技术，建立西门子PLC与MATLAB 软件的数据通讯。

进而，采用模糊控制算法应用MATLAB软件中的模糊控制工具箱，实现了对过程实验装置双容液位的控制。

最后，对实验结果进行了对比分析，得出了模糊控制算法在双容液位控制系统中应用的优点。

关键词：双容液位；PLC；PID控制；模糊控制Process control device of Liquid Level Control System DesignABSTRACTTwin-tank water level control system is widely used in various fields such as food production, industrial chemicals. Liquid Level control system with a non-time-varying characteristics of the lag, according to this feature, each application of the PID control, fuzzy control and other control strategies.Based on the process control device of understanding, the course of the experiment apparatus connected to a Siemens PLC hardware. Then, based on PLC achieved during experimental apparatus Liquid Level Control System, and the experimental results were compared and analyzed. On this basis, based on the OPC interface technology, establish data communication Siemens PLC with MATLAB software. Furthermore, the use of the experimental device for Liquid Level Process Control Fuzzy Control MATLAB software fuzzy control toolbox achieved. Finally, the experimental results were compared and analyzed, we obtained advantages of fuzzy control algorithm in Liquid Level Control System.Key Words：Liquid Level; PLC; PID Control; Fuzzy Control目录摘要 (I)ABSTRACT (II)第1章绪论 (1)1.1选题的背景及意义 (1)1.2国内外研究现状 (2)1.2.1过程控制系统研究现状 (2)1.2.2双容液位控制概论 (3)1.2.3模糊控制研究现状 (4)1.3本文研究内容 (5)第2章过程实验装置的双容液位系统 (6)2.1装置介绍 (6)2.2对象特性分析 (9)2.3控制需求分析 (9)第3章过程实验装置的双容液位控制系统设计 (11)3.1 控制系统设计 (11)3.2 基于PLC的双容液位控制 (12)3.2.1PLC控制程序 (13)3.2.2PID参数整定 (15)3.2.3 传递函数的求解与OPC的连接 (15)3.3 实验结果分析 (22)3.4小结 (25)第4章基于PID的Matlab和模糊控制仿真 (27)4.1数据通讯系统 (27)4.2基于 PID控制器的模糊控制系统设计 (29)4.2.1模糊控制器的编写 (29)4.2.2模糊控制器的编写 (30)4.2.3模糊控制仿真设计 (37)4.3实验结果对比分析 (40)第5章总结 (44)参考文献 (45)附录A 附录内容名称 (46)致谢 (49)第1章绪论1.1选题的背景及意义双容水箱在工业生产过程中极其常见，是工业生产常用的控制设备之一。

实验一ﻩ液位流量过程控制系统一、实验目的1.掌握控制对象动态特性测试的方法.2．熟悉1~2阶单回路控制系统和串级控制系统的组成，调节器参数整定.3. 了解干扰信号加于不同位置对调节质量的影响.4。

掌握P、I、Ｄ参数对系统性能的影响。

二、实验内容1。

动态特性测试液位对象的动态特性测试流量对象的动态特性测试2．单回路控制系统液位单回路控制及参数整定流量单回路控制及参数整定３。

串级控制系统串级控制的组成串级控制时调节器的参数整定及系统投运4。

比值控制系统相乘控制方案的实施比值控制时比值系数的设置三、实验用图所有原理框图、接线图均在实验步骤内四、实验预备知识1．了解差压变送器的工作原理和结构。

2. 了解电气调节阀和流量传感器工作原理和信号的传递与控制.３. 掌握PID数字控制仪的接线与操作方法。

五、实验预习1。

了解实验装置,熟悉液位与流量过程控制系统面板图（见附图一）.2．根据每个实验的要求和对应实验装置的面板图,完成“实验原理与步骤”中各种实验的原理框图和接线图，以此为依据进行实验。

3。

写出每个实验的操作步骤及调节器的设置。

六、实验装置1.装置介绍ａ．装置的组成该装置由控制对象和控制台两部分组成．控制对象包括两阶液位对象、水槽、水泵、流体输送管道、空气过滤减压阀、电气转换器以及有关的液位压力检测变送和气动调节阀.在控制屏上安装了数字调节仪表、泵的开停按钮及整个工艺模拟流程图等。

模拟流程图上的有输入输出线插座孔.因此在组成不同控制回路时，只要在这些插孔上进行不同的连接，就能方便组成不同的控制回路．b。

模拟屏模拟屏上的流程图如图4所示。

图中，Ο为插座孔．Ｃ1、Ｃ２、C３为三个调节器（C1带有通信接线、Ｃ2带有外设定功能)，C1为主调节器,C2为副调节器,C3为外加干扰;框中的PV、SＰ、ＯUT分别表示调节器的测量、外给定、输出；FT１、ＦT2分别表示内、外容器的流量检测变送值经F／I转换后的标准电流输出信号;Ｖ１、V2表示调节阀的输入信号插座孔，接收来自调节器的标准电流输出信号并经电气转换器转换成标准气信号后送到气动调节阀。

单容水箱液位控制实验报告单容水箱液位控制实验报告一、引言液位控制是自动化领域中一个重要的研究课题。

在许多工业领域，如化工、石油、食品等，液位的准确控制对生产过程的稳定性和安全性至关重要。

本实验旨在通过搭建一个单容水箱液位控制系统，探究液位控制的原理和方法，并验证控制系统的性能。

二、实验装置及原理1. 实验装置本实验采用的实验装置包括：单容水箱、液位传感器、控制器、执行器和数据采集系统。

2. 原理介绍液位传感器通过测量液位高度将其转换为电信号，并传输给控制器。

控制器根据接收到的信号，通过控制执行器的开关状态，调节水箱进出水的流量，以达到控制液位的目的。

数据采集系统用于记录和分析实验数据。

三、实验步骤1. 搭建实验装置首先，将液位传感器安装在水箱内部，并连接到控制器。

接下来，连接执行器和控制器，并确保所有连接线路正确无误。

最后，将数据采集系统与控制器连接，确保数据采集的准确性。

2. 系统校准在实验开始之前，对液位传感器进行校准。

校准的目的是确定液位传感器输出信号与实际液位之间的关系，以确保控制系统的准确性。

3. 进水控制实验将水箱放置在合适的位置，并将进水管道连接到水箱。

打开进水阀门，控制器开始接收液位传感器的信号，并根据设定的目标液位调节进水阀门的开关状态。

记录下实验过程中的液位变化情况。

4. 出水控制实验将出水管道连接到水箱，并打开出水阀门。

控制器根据液位传感器的信号，控制出水阀门的开关状态，以维持设定的目标液位。

同样，记录下实验过程中的液位变化情况。

四、实验结果与分析通过实验数据的记录和分析，我们可以得出如下结论：1. 进水控制实验在进水控制实验中，我们观察到当液位低于目标液位时，控制器打开进水阀门，增加水箱内的水量；当液位高于目标液位时，控制器关闭进水阀门，减少水箱内的水量。

实验结果表明，控制系统能够有效地调节进水流量，使液位保持在目标值附近。

2. 出水控制实验在出水控制实验中，我们观察到当液位低于目标液位时，控制器关闭出水阀门，减少水箱内的出水量；当液位高于目标液位时，控制器打开出水阀门，增加水箱内的出水量。

过程控制实验报告液位控制系统参数整定实验概述⼀、PID调节器中各参数对控制结果的影响1 ⽐例作⽤⽐例作⽤即成⽐例的反应控制系统的偏差信号，⼀旦有偏差产⽣，控制器⽴即产⽣控制作⽤，使偏差向减⼩的趋势变化。

⽐例系数的作⽤在于加快系统的响应速度，提⾼系统调节精度。

越⼤，系统的响应速度越快，系统的调节精度越⾼，也就是对偏差的分辨率(重视程度)越⾼，将会产⽣超调，甚⾄导致系统不稳定。

取值过⼩，则会降低调节精度，尤其是使响应速度缓慢，从⽽延长调节时间，使系统静态、动态环节变坏。

2 积分作⽤积分作⽤的强弱取决于积分时间常数。

越⼤，积分作⽤越弱，反之则越强。

积分环节的作⽤在于消除系统的稳态误差，提⾼系统的⽆差度。

积分作⽤系数越⼤，系统静态误差消除越⼤，但积分作⽤系数过⼤，在响应过程的初期会产⽣积分饱和现象，从⽽引起响应过程的较⼤超调。

若积分作⽤系数过⼩，将使系统的静态误差难以消除，影响系统的调节精度。

3 微分作⽤微分环节是响应系统偏差变化的环节，其作⽤主要是在响应过程中抑制偏差向任何⽅向的变化，并能在偏差信号的值变得太⼤之前，在系统中引⼊⼀个有效的早期修正信号，从⽽加快系统的动作速度，减⼩调节时间，对偏差变化进⾏提前预报。

但微分作⽤太强，会引起被控参数⼤幅度变动，使过程产⽣振荡，微分作⽤太弱，导致静差较⼤。

因此，适当的加⼊微分作⽤不但会增加控制过程的稳定性，⽽且能使静差减⼩。

上⾯的分析表明，⽐例、积分、微分三者之间的关系是相互改善⼜相互制约的。

⽐例、积分、微分环节的综合作⽤使PID控制具有结构简单、物理意义明确、鲁棒性强及稳态⽆静差等优点。

因此，PID控制算法在⼯业控制中处于主导地位。

随着科学技术的发展特别是计算机的诞⽣和发展，涌现出许多新的控制⽅式，然⽽直到现在，PID控制仍有⾮常⼴泛的应⽤。

⼆、参数整定实验原理调节器在控制系统中将被调参数的测量值与给定值进⾏⽐较，得到偏差值，根据偏差进⾏逻辑判断和数学运算，产⽣⼀个使偏差减⼩甚⾄为零的控制信号，参数整定的实验⽬的就是根据被控过程的特性确定PID调节器的⽐例度δ，积分时间TI及微分时间TD的⼤⼩，以达到较好的控制效果在简单的过程控制系统中，调节器参数整定通常以系统瞬态响应的衰减率为主要指标，保证系统具有⼀定的稳定裕量。

一、实训目的通过本次液位控制系统实训，使学生掌握液位控制系统的基本原理、组成及工作流程；熟悉液位控制系统的安装、调试及维护方法；提高学生对液位控制系统的实际操作能力，为今后从事相关工作奠定基础。

二、实训时间2021年X月X日至2021年X月X日三、实训地点XX学院实验室四、实训内容1. 液位控制系统的基本原理液位控制系统是一种用于监测和调节液体在容器中高度的技术。

其基本原理是通过测量液位信号，将信号传输到控制单元，控制单元根据设定值与实际值之间的偏差，调节执行器，使液位保持在设定值附近。

2. 液位控制系统的组成液位控制系统主要由以下几部分组成：（1）液位传感器：用于检测液位高度，并将液位信号转换为电信号。

（2）控制单元：接收液位信号，进行计算、处理，并根据设定值与实际值之间的偏差，输出控制信号。

（3）执行器：根据控制单元输出的控制信号，调节阀门开度，控制液体进出容器。

（4）液位显示仪表：用于显示液位高度。

3. 液位控制系统的安装与调试（1）安装1）根据液位控制系统的组成，准备好所需设备、工具和材料。

2）按照设备说明书，将液位传感器、控制单元、执行器等设备安装在相应位置。

3）连接液位传感器、控制单元、执行器等设备之间的信号线。

4）检查设备安装是否牢固，信号线连接是否正确。

（2）调试1）启动液位控制系统，观察液位传感器、控制单元、执行器等设备是否正常工作。

2）调整液位设定值，观察液位显示仪表是否准确显示液位高度。

3）根据液位设定值与实际值之间的偏差，调整执行器，使液位保持在设定值附近。

4. 液位控制系统的维护1）定期检查液位传感器、控制单元、执行器等设备，确保其正常工作。

2）定期清理液位传感器，避免杂质影响测量精度。

3）定期检查信号线连接是否牢固，避免因信号线松动导致设备故障。

4）定期检查液位显示仪表，确保其显示准确。

五、实训总结通过本次液位控制系统实训，我深刻理解了液位控制系统的基本原理、组成及工作流程。

实验三 液位、流量测试与控制实验一实验简介通过液位、流量测试与控制实验，使材料成型与控制工程专业的本科生对材料加工过程中的物理量——流量、液位等的检测与控制方法、原理和硬件组成有比较深刻的了解。

熟悉各种工业传感器、控制器的使用方法和原理。

了解工业控制器的PID 特性。

二实验原理图1.1 A3000 高级过程控制试验系统A3000 高级过程控制试验系统，可以设计上百个实验，本实验课只开展4组实验，两组为必做实验，两组为选作实验。

有兴趣的同学还可以自己进行实验设计。

1流量、调节阀PID 单回路检测与控制实验实验原理如图1.2所示图1.2流量、调节阀PID 单回路检测与控制实验示意图大储水箱下水箱 水泵2 涡轮流量计 电动调节阀出水口P LC 输出一个开关量控制水泵2的通断。

当水泵2导通时，把水从大储水箱吸到下水箱中。

涡轮流量计根据管路中水流量的大小，向PLC 输入模拟量信号（4~20mA ）。

PLC 根据事先编好的程序，向电动调节阀输出相应的模拟量信号，根据模拟量信号的变化，改变管路的开度，从而起到改变管路中水流量的作用。

使下水箱的进水与出水达到动态平衡。

2单容下水箱液位、调节阀PID 单回路检测与控制实验实验原理如图1.3所示图1.3单容下水箱液位、调节阀PID 单回路检测与控制实验示意图实验原理与实验1基本相同，也是一组模拟量输出、一组模拟量输入。

3单容下水箱液位、变频器PID 单回路检测与控制实验（选作实验）实验原理如图1.4所示图1.4单容下水箱液位、变频器PID 单回路检测与控制实验示意图PLC 输出一个开关量控制变频器的通断。

当变频器导通时，通过水泵1把水从大储水箱吸到下水箱中。

根据液位的高低，液位传感器向PLC 输入模拟量信号（4~20mA ）。

PLC 根据事先编好的程序，向变频器输出相应的模拟量信号，出水口PLC 出水口 大储水箱 水泵1变频器 液位传感器下水箱根据模拟量信号的变化，变频器的输出频率变化，电机的转速V=2*60f/p ，（其中f 为频率，p 为电机的级数）发生变化。

过程控制综合实验陈述之老阳三干创作实验名称：单容液位定值控制系统专业：电气工程班级:姓名：学号：实验计划一、实验名称：单容液位定值控制系统二、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成.2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运办法. 3．研究调节器相关参数的变更对系统静、动态性能的影响.4．了解P、PI、PD和PID四种调节器辨别对液位控制的作用. 5．掌握同一控制系统采取不合控制计划的实现过程.三、实验原理本实验系统结构图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,实验要求中水箱的液位稳定在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反应信号,在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目的.为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的调节器应为PI或PID控制（本次实验我组采取的是PI控制）.图1 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成.2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运办法. 3．研究调节器相关参数的变更对系统静、动态性能的影响.4．了解P、PI、PD和PID四种调节器辨别对液位控制的作用. 5．掌握同一控制系统采取不合控制计划的实现过程.二、实验设备1．实验控制水箱；2．实验对象及控制屏、计算机一台、SA-44挂件一个、PC/PPI 通讯电缆一根；3．三相电源输出（~380V/10A）、单相电源输出（~220V/5A）中单相I、单相II端口、三相磁力泵（~380V）、压力变送器LT2、电动调节阀中控制信号（4~20mA输入,~220V输入）、S7-200PLC 中AO端口、AI2端口.三、实验原理本实验系统结构图和方框图如图1所示.被控量为中水箱的液位高度,实验要求中水箱的液位稳定在给定值.将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反应信号,在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制中水箱液位的目的.为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的调节器应为PI或PID控制.图1 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步调本实验选择中水箱作为被控对象.实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开,将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度,其余阀门均封闭.本次实验采取的是S7-200控制的办法.图2 S7-200PLC控制单容液位定值控制实验接线图1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上,并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2,并依照下面的控制屏接线图连接实验系统.将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置.2．接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关,给S7-200PLC及电动调节阀上电.3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件,并打开“S7-200PLC”程序进行下载,然后将S7-200PLC置于运行状态,然后运行MCGS组态环境,打开“S7-200PLC控制系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验三、单容液位定值控制”,进入实验三的监控界面.4．在上位机监控界面中点击“启动仪表”.将智能仪表设置为“手动”,并将设定值和输出值设置为一个合适的值,此操纵可通过调节仪表实现.5．合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少智能仪表的输出量,使中水箱的液位平衡于设定值.6．按照经验法或动态特性参数法整定调节器参数,选择PI控制规律,并按整定后的PI参数进行调节器参数设置.7．待液位稳定于给定值后,将调节器切换到“自动”控制状态,待液位平衡后,通过以下几种方法加搅扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小,使其有一个正（或负）阶跃增量的变更；（此法推荐,后面三种仅供参考）（2）将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度；（3）将下水箱进水阀F1-8开至适当开度；（改动负载）（4）接上变频器电源,并将变频器输出接至磁力泵,然后打开阀门F2-1、F2-4,用变频器支路以较小频率给中水箱打水.以上几种搅扰均要求扰动量为控制量的5％～15％,搅扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定.加入搅扰后,水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段调节时间后,水箱液位稳定至新的设定值（采取后面三种搅扰办法仍稳定在原设定值）,记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数,液位的响应过程曲线将如图3所示.图3 单容水箱液位的阶跃响应曲线8．辨别适量改动调节仪的P及I参数,重复步调7,用计算机记录不合参数时系统的阶跃响应曲线.9．辨别用P、PD、PID三种控制规律重复步调4～8,用计算机记录不合控制规律下系统的阶跃响应曲线.四、实验结果阐发实验刚开始时,输入设定值（SV）为90cm,比例系数（P）、积分时间(I)均设为10,液位波形开始有近似规律的阻尼震荡响应,直至最后波形稳定,得出相应曲线.（如图4、5所示）图4 单容液位控制的系数调节图5 单容液位控制的响应曲线六、实验总结学习了单容液位定值控制系统办法,待液位稳定于给定值后,将调节器切换到“自动”控制状态,待液位平衡后,突减仪表设定值为60,使其有一个负阶跃增量的变更,但由于疏忽,未能将图像保管下来.由于设定值的原因,波位波形曲线趋向正确,但是阻尼震荡时间过长,得到最后结果曲线所需时间较长,说明取值其实不是完美.后经过学长讲解,应将积分时间(I)设为5,这样将大大提升实验效率.这更要求我们在做实验前可以通过阐发法对实验结果进行理论阐发,找到近似值,在实验时可以直接在理论值邻近进行验证,将有效提高实验效率.。