液位控制系统——过程控制课程设计

…过程控制系统课程设计{班级：本组成员：、2012年01月12日设计报告目录【1】内容一：过程控制课程设计的相关资料 (1),【2】内容二：过程控制课程设计 (6)（1）过程控制系统设计及其主要内容 (6)（2）被控对象特性分析 (6)（3）控制系统控制结构原理图 (7)（4）控制系统工艺流程图 (8)（5）一次仪表选型表 (10)（6）课程设计总结 (11)（7）参考文献 (12)..内容一：过程控制课程设计的相关资料一．液位控制系统中PID控制数字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，在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。

常用的PID控制系统原理框图如下所示：#PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差PID控制规律为：写成传递函数形式为：-PID是比例,积分,微分的缩写形式：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。

比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。

积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。

因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。

积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。

反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。

积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。

微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。

因此,可以改善系统的动态性能。

在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。

微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。

此外,微分反应的是变化率,而当输入没有变化时,微分作用输出为零。

中南大学《过程控制仪表》课程设计报告设计题目液位控制系统设计指导老师王莉吴同茂设计者龚晓辉专业班级自动化09级05班02号设计日期2012年5月目录第一章过程控制仪表设计的目的意义 (1)1.1 设计目的 (1)1.2课程在教学计划中的地位和作用 (2)第二章液位控制系统实验控制设计与调试 (3)2.1 液位控制系统的工艺及控制要求 (3)2.2 液位系统控制实验方案设计 (5)2.3 系统调试与控制效果 (7)第三章火力发电气泡水位控制系统设计 (8)3.1 火力发电厂生产工艺及控制要求 (8)3.2 系统总体方案设计 (9)3.3 系统硬件设计 (11)3.4 系统软件设计 (14)第四章收获、体会和建议 (16)参考文献第一章过程控制仪表设计的目的意义1.1 设计目的本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。

其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。

其主要是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。

1.2课程在教学计划中的地位和作用课程设计对过程控制课程有重要的实践意义，可以加深学生对所学知识的理解与运用。

主要的内容是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。

基本要求如下:1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。

过程控制课程设计报告-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN过程控制与自动化仪表课程设计报告实验名称：调节规律对单容液位控制系统的影响专业：测控技术与仪器班级：组员：指导老师：目录目录 (3)一、设计目的 (4)二、设计原理 (4)三、设计过程 (5)四、设计数据 (6)五、设计数据分析： (9)六、设计总结 (9)一、设计目的1、通过实验熟悉过程控课程实验方法以及单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。

3定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。

二、设计原理单容液位控制系统原理单容液位控制系统是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。

单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。

当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。

合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。

反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。

因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。

PID控制调节在工程实际中，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。

其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。

当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

比例调节(P) 一种简单控制方式，，其输入与输出偏差信号的积分成比例关系。

系统一旦出现了偏差，比例环节就立即进行反应来减少偏差。

比例调节的作用设置的越大，调节的速度就越快；但比例作用过大时，会使系统的稳定性下降。

目录系统总体方案选择第1章5·································系统结构框图与工作原理第2章7························· 2.1 系统机构框图7........................................... 2.2 工作原理8...............................................各单元软硬件第3章9...................................... 3.1 模拟控制对象系统9......................................控制台 3.2 9.................................................上位机及控制软件系统 3.3 9................................. ICP-7017 3.4 模拟量输入模块10.............................. ICP-7024 3.5 模拟量输出模块11..............................电动调节阀 3.6 11............................................液位传感器 3.7 12............................................软件设计与说明第4章13..................................13 4.1 用户窗口. (16)4.2 实时数据库············································系统调试5章第17··········································17 设备连接5.1 ··············································17 5.2 系统调试·············································· 5.3 调试结果18··············································19 5.3 注意事项··············································总结第6章20················································程序清单附录21·············································．第1章系统总体方案选择随着工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂。

东北大学分校自动化工程系《过程控制系统》课程设计设计题目：智能化液位测量仪设计一．《过程控制系统》课程设计要求1. 设计题目：智能化液位测量仪设计2. 设计任务：利用压力传感器和可编程控制器设计智能液位测量仪1)采用压力传感器，硬件控制采用西门子300PLC2)写出压力测量过程，绘制压力测量仪组成框图3)设计系统硬件电路4)编制液位测量程序二．前言1.液位传感器的类型：1）静压式液位计：当变送器投入到被测液体中某一深度时，迎液面受到的压力P=，。

采用扩散硅或瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号。

转换成4-20mADC标准电流信号输出。

2）硅压阻式液位变送器：把与液位深度成正比的液体静压力测量出来，经过放大电路转换成标准电流电压信号输出，建立起输出电信号与液位深度的线性对比关系，实现对液体深度的测量。

3）磁致伸缩液位计：电子仓产生起始脉冲，在波导丝中传输时，同时产生一沿波导丝方向前进的旋转磁场，当磁场与磁环或浮球中的永久磁场相遇时，产生磁致伸缩效应，使波导丝发生扭动，扭动被安装在电子仓的拾能机构所感知并转换成相应的电流脉冲，通过电子电路计算出两个脉冲之间的时间差，即可精确测出被测的位移和液位。

4）超声波液位计：探头向被测介质表面发射超声波脉冲信号，超声波在传输过程中遇到被测介质（障碍物）后反射，反射回来的超声波信号通过电子模块检测，通过专用软件加以处理，分析发射超声波和回波的时间差，结合超声波的传播速度，可以精确计算出超声波传播的路程，进而反映出液位。

5）电容式液位传感器：把一根涂有绝缘层的金属棒，插入装有导电介质的金属容器中，在金属棒和容器壁间形成电容，当被测介质物位变化时，传感器电容量发生相应变化，电容量的变体△Cx 转换成与物位成比例的直流标准信号。

6）浮球式液位传感器：当浮子随着液位（界面）上下浮动，浮子永磁体的磁力作用于导管的干簧管，使相应高度的干簧管闭合，得到正比于液位的电压信号，经转换器转换成4~20mA.DC的标准信号。

目录一、《控制系统分析与综合》任务书31.1、工程训练任务31.2、工程训练目的31.3、工程训练内容31.4、工程训练报告要求41.5、工程训练进度安排41.6、工程训练考核办法5二、总体设计方案52.1、控制系统目标52.2、控制系统要求5三、硬件设计63.1、PLC系统设计的基本原则63.2、PLC控制系统设计的基本内容和步骤73.2.1、设计的基本内容73.2.2、设计的基本步骤73.3、PLC的选型73.3.1、PLC机型选择83.3.2、PLC容量的选择8四、软件设计94.1、PLC相关设定94.1.1、PLC的元件分配94.1.2、PLC程序顺序功能图104.1.3、PLC程序104.1.4、PID控制器参数整定13五、组态监控软件的设计145.1、建立新工程145.2、建立通讯口155.3、新建变量165.4、新建监控画面17六、运行调试步骤与结果196.1、调试步骤196.2、运行结果20七、收获与小结22八、参考文献23一、《控制系统分析与综合》任务书题目：液位控制系统设计1.1、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。

1.2、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、科学研究打下坚实的基础。

1.3、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。

化学液位控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能够理解化学液位控制的基本原理，掌握液位与化学平衡的关系。

2. 学生能够掌握液位控制的相关化学方程式，了解不同物质在液位变化中的相互作用。

3. 学生能够描述并解释液位控制在不同化学实验和工业应用中的重要性。

技能目标：1. 学生能够运用所学的液位控制知识，设计简单的化学实验装置，实现液位的稳定控制。

2. 学生能够通过实验操作，熟练使用液位控制相关仪器和设备，掌握实验数据的观察与记录方法。

3. 学生能够分析实验结果，提出改进液位控制策略的方法，并具备一定的解决问题的能力。

情感态度价值观目标：1. 学生能够培养对化学实验的浓厚兴趣，积极主动参与液位控制的学习与实践。

2. 学生能够认识到液位控制在化学实验和实际应用中的重要性，增强安全意识和责任感。

3. 学生能够通过团队合作，培养沟通与协作能力，形成尊重科学、严谨求实的价值观。

课程性质：本课程为实验实践课，结合理论教学，强调学生的动手操作能力和问题解决能力的培养。

学生特点：针对高中年级学生，具备一定的化学基础知识，思维活跃，对实验操作充满好奇。

教学要求：教师需引导学生结合理论知识，注重实验操作的规范性与安全性，鼓励学生主动探索，提高学生的实践能力。

通过课程目标的实现，使学生能够将所学知识应用于实际问题的解决中。

二、教学内容本课程依据课程目标，选取以下教学内容：1. 化学液位控制原理：包括液位与化学平衡的关系，浮力原理，溶液浓度的计算等。

2. 液位控制相关化学方程式：学习典型的液位控制反应方程式，如酸碱中和反应、氧化还原反应等。

3. 液位控制实验装置设计：介绍实验装置的组成部分，操作原理，及相关仪器设备的使用方法。

4. 实验操作技能：培养学生熟练使用滴定管、分液漏斗、磁力搅拌器等实验仪器的能力。

5. 数据观察与记录：教授学生如何观察实验现象，准确记录数据，并进行数据分析。

6. 液位控制策略改进：探讨不同因素对液位控制的影响，指导学生提出优化方案。

自控课程设计-液位控制系统1. 介绍液位控制系统是一种自动化控制系统，用于监测和控制液体的容器中的液位高度。

该系统包括液位传感器、控制器和执行器等基本部件，可以应用于诸多场合，如水处理、油田、化工等。

本文设计一套液位控制系统，并简述其原理、流程和实现方法。

2. 原理液位控制系统根据水位传感器的反馈信号，调整容器里的水泵或阀门的开关状态，以实现液位的控制。

通常，控制系统需要有两个目标水位，高水位和低水位，当水位超过高水位时，系统会自动关闭出水口；当水位小于低水位时，系统会自动开启水泵或阀门，将水源输送到容器中。

3. 流程液位控制系统主要有以下流程：（1）线性传感器检测液位传感器的信号，并将其转换成电信号。

（2）控制器通过比较检测到的电信号与预设的目标水位的大小，计算出控制执行器的操作信号。

（3）执行器接收来自控制器的操作信号，并将其转换为实际的控制信号，例如启动电机或控制阀门的打开和关闭。

（4）线性传感器检测水位的变化，并将其反馈给控制器以更新系统状态。

4. 实现方法液位控制系统的具体实现方法包括以下步骤：（1）搭建实验平台为了验证液位控制系统的可行性，需要先搭建一套实验平台。

实验平台包括一个容器（例如水箱）、一个水泵和一个阀门。

（2）安装液位传感器将液位传感器安装在容器中，连接线性传感器与控制器。

（3）预设目标水位根据实验平台的需求，设定高水位和低水位的位置。

（4）编写程序利用 Arduino IDE 编写程序，实现液位传感器与控制器的数据通信，以及控制执行器输出操作信号的任务，来完成对液位控制的控制。

（5）测试和调试经过程序的上传和调试，对实验平台进行测试，验证液位控制系统的可行性和优劣。

5. 结论液位控制系统是一种自动化控制系统，可以在水处理、化工等多种领域中得到广泛应用。

本文介绍了液位控制系统的原理、流程和实现方法，并且在实验平台上进行了验证和测试。

该系统具有简单、实用和可靠的特点，是实现液位自动控制的有力手段。

[键入公司名称]集散控制系统课程设计报告——基于组态王的液位控制系统设计二〇一〇年十二月液位控制系统设计说明书一、设计任务：液位监控：完成一个液位监控系统设计，（对象自己定）要求有流程图画面，报警画面，历史曲线，实时曲线，报表画面。

各画面间能实现灵活切换，所以画面都能实现动画效果或数据或曲线显示。

二、实验目的：1．熟悉组态王软件，达到熟练使用组态软件的常用工具。

2．学会完成组态工程的设计步骤。

3．锻炼动手能力和分析问题解决问题的能力。

三、实验步骤：1、系统设计：A．启动浏览器。

B．设备定义：把地理上分散的物理硬件在软件上变成集中的逻辑硬件。

C.变量定义：完成所有想到的变量定义，对于没有想到的后面设计过程遇到再定义。

D．画面绘制：完成各种需要画面的绘制。

E．动画连接及按键的程序编写。

1水泵的动画连接及其程序编写2启动动画连接3液位灌定义4关闭按键的定义5历史曲线的按键定义F．配置系统程序编写if(\\本站点\运行状态==1){if(\\本站点\液位<=50&&\\本站点\运行状态==1){\\本站点\水泵=10;}if(\\本站点\液位>=950){\\本站点\水流=1;\\本站点\水泵=0;}}else{\\本站点\水泵=0;}if(\\本站点\水泵==1){\\本站点\液位=\\本站点\液位+20;}if(\\本站点\液位>0){\\本站点\液位=\\本站点\液位-10;}if(\\本站点\$时==0&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==1&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位1=\\本站点\液位;if(\\本站点\$时==2&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位2=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==3&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位3=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==4&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位4=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==5&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {}if(\\本站点\$时==6&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位6=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==7&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位7=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==8&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位8=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==9&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位9=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==10&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位10=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==11&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位11=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==12&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位12=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==13&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位13=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==14&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位14=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==15&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位15=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==16&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {}if(\\本站点\$时==17&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位17=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==18&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位18=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==19&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位19=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==20&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位20=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==21&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位21=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==22&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位22=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==23&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位23=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==0&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==2) {}}四．系统运行画面五．实验总结：通过这次试验我们基本学会了组态王软件的操作，初步掌握其应用，在试验中我们出现过很多错误，但通过不懈的努力我们终于将其克服，在不断摸索，反复排查的过程中，我们的耐性得到了极大的锻炼，这对我们以后的工作学习都会有很大的帮助。

过程控制系统 课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解过程控制系统的基本概念、原理及分类；2. 掌握过程控制系统中各组成部分的作用及其相互关系；3. 学会分析简单过程控制系统的工作原理和性能指标；4. 了解过程控制系统在实际工程中的应用。

技能目标：1. 能够运用所学知识设计简单的过程控制系统；2. 能够分析过程控制系统存在的问题，并提出相应的优化方案；3. 能够熟练运用相关软件工具对过程控制系统进行模拟与仿真；4. 能够撰写过程控制系统相关报告，并进行展示和交流。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对过程控制系统相关领域的兴趣，激发其探索精神和创新意识；2. 培养学生具备良好的团队合作精神和沟通能力，提高其解决实际问题的能力；3. 培养学生关注过程控制系统在工程实践中的应用，认识到其在社会发展中的重要性；4. 培养学生遵循工程伦理，具备良好的社会责任感和职业道德。

课程性质：本课程为理论与实践相结合的课程，旨在帮助学生掌握过程控制系统的基本知识和技能，提高解决实际问题的能力。

学生特点：学生具备一定的物理、数学和工程基础，具有较强的学习能力和动手能力。

教学要求：结合学生特点和课程性质，通过案例分析、实验操作、小组讨论等形式，引导学生主动参与教学过程，提高其理论联系实际的能力。

在教学过程中，注重培养学生的创新意识和团队协作精神，使学生在掌握基本知识的同时，提升自身综合素质。

最终实现课程目标的分解和落实，为后续教学设计和评估提供依据。

二、教学内容1. 过程控制系统的基本概念与原理- 控制系统的定义、分类及特点- 控制系统的数学模型- 控制系统的性能指标2. 过程控制系统的组成与设计- 控制器的设计与选择- 执行器的类型与特性- 测量变送器的原理与应用- 控制系统的工程设计与实现3. 过程控制系统的分析方法- 稳态分析及稳态误差- 动态分析及系统稳定性- 频率响应分析及应用4. 过程控制系统的先进控制策略- 模糊控制原理及应用- 神经网络控制原理及应用- 预测控制原理及应用5. 过程控制系统的实际应用案例分析- 工业生产过程中的控制系统案例分析- 环境监测过程中的控制系统案例分析- 机器人控制系统案例分析6. 过程控制系统实验与仿真- 控制系统的模拟实验- 控制系统的仿真软件应用- 实验数据分析和报告撰写教学内容安排与进度：第1-2周：过程控制系统的基本概念与原理第3-4周：过程控制系统的组成与设计第5-6周：过程控制系统的分析方法第7-8周：过程控制系统的先进控制策略第9-10周：过程控制系统的实际应用案例分析第11-12周：过程控制系统实验与仿真教学内容与教材关联性：本教学内容紧密结合教材，涵盖过程控制系统的基础知识、设计方法、先进控制策略及实际应用等方面，确保学生能够系统地掌握过程控制系统的相关理论和技术。

过程控制课程设计—三容水箱液位控制系统的设计过程控制系统课程设计报告三容水箱液位控制系统的设计指导教师：***学生：专业：自动化班级：设计日期： 2013.9.23—2013.10.11目录1 问题描述 -------------------------------------------- 52 建立模型 -------------------------------------------- 72.1被控量的选择 ------------------------------ 72.2操控量的选择 ------------------------------ 72.3模型的选择 --------------------------------- 82.3.1单容水箱数学模型 --------------- 82.3.2双容水箱的数学模型 ----------- 102.3.3三容水箱的数学模型 ----------- 113 算法描述 ------------------------------------------- 123.1算法选择 ----------------------------------- 123.2控制器设计 -------------------------------- 133.2.2单回路反馈调节 ----------------- 143.2.3 PID调节器 ---------------------- 153.2.3.1 PID调节器参数初值 ---- 153.2.3.2 PI调节器------------------- 163.2.3.3 PID调节器 ---------------- 183.2.4 串级反馈调节 ------------------- 204 参考文献 ------------------------------------------- 241 问题描述饮料工业是改革开放以后发展起来的新兴行业，1982年列为国家计划管理产品，当年全国饮料总产量40万吨。

湖南工程学院课程设计课程名称过程控制课题名称储槽液位控制系统专业自动化班级0701学号200701020103姓名李敬杰指导教师沈细群李亚2010年12 月24 日目录第1章系统总体方案选择 (5)第2章系统结构框图与工作原理 (7)2.1 系统机构框图 (7)2.2 工作原理 (8)第3章各单元软硬件 (9)3.1 模拟控制对象系统 (9)3.2 控制台 (9)3.3 上位机及控制软件系统 (9)3.4 模拟量输入模块ICP-7017 (10)3.5 模拟量输出模块ICP-7024 (11)3.6 电动调节阀 (11)3.7 液位传感器 (12)第4章软件设计与说明 (13)4.1 用户窗口 (13)4.2 实时数据库 (16)第5章系统调试 (17)5.1 设备连接 (17)5.2 系统调试 (17)5.3 调试结果 (18)5.3 注意事项 (19)第6章总结 (20)附录程序清单 (21)第1章系统总体方案选择随着工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂。

对过程控制的要求越来越高。

过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。

由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。

为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方法是十分丰富的。

通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统，有复杂控制系统，也有满足特定要求控制系统。

在工业生产过程中，液体贮槽设备如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等应用十分普遍，为保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡，因此工艺要求贮槽内的液位需维持在某个给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出，要求设计一个液位控制系统。

对分析设计的要求，生产工艺比较简单要求并不高，所以采用单回路控制系统进行设计。

单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。

一、 设计要求1、 给出详细的二级水箱被控对象理论建模过程。

2、 根据控制要求，详细设计二级水箱液位串级控制系统方案，包括：控制结构选择、变量选择、设计系统工艺流程图与控制方框图；确定传感器、控制器、执行器等。

3、 给出详细的主、副控制器设计与整定过程及依据，包括：主副控制器控制规律选择；主副控制器的正反作用的选择；主、副控制器参数整定。

4、 二级水箱液位串级控制系统软件仿真，包括Matlab 仿真模型搭建、给出详细的单回路控制系统PID 参数整定的过程；给出详细的串级控制系统主副回路控制器参数整定依据及过程；单回路与串级控制效果比较（分有无干扰两种情况）。

5、 二级水箱液位串级控制系统实物实现：实验室系统搭建、参数整定、调试。

二、 理论建模该二级水箱如下图所示，系统是有纯延迟环节的二阶双容水箱，示意图如下：图1-1 其中A 1、A 2分别为水箱的底面积，q 1、q 2、q 3为水流量，R 1、R 2为阀门1、2的阻力，称为液阻或流阻，经线性化处理，有：ii i R h q 1-=∆∆。

则根据物料平衡，对水箱1有： 212R h q ∆∆=拉式变换得：)()()(1121S H S A S Q S Q ∆∆∆=-dth d A q q 1121∆∆∆=-212)()(R S H S Q ∆∆=对水箱2：dth d A q q 2232∆∆∆=-323R h q ∆∆=拉式变换得：)()()(2232S H S A S Q S Q ∆∆∆=- 323)()(R S H S Q ∆∆=则对象的传递函数为：)()()(120S Q S H S W ∆∆=)1)(1(32213++=S R A S R A R )1)(1(21++=S T S T K令211R A T =，322R A T =其中T 1、T 2分别为水箱1、2的时间常数，K 为双容对象的放大系数。

三、 二级水箱液位控制方案根据设计要求，选取上水箱液位作为副调节器调节对象，下水箱液位作为主1) 串级控制系统的组成本系统具有2个调节器、2个闭合回路和两个执行对象。