过程控制—上水箱液位进水流量串级控制系统设计

水箱液位串级控制系统一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。

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．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备（同前）三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。

主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。

副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。

主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。

副调节器的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。

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，系统的主调节器应为PI或PID控制。

由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。

本实验系统结构图和方框图如图5-2所示。

图5-2 水箱液位串级控制系统(a)结构图(b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。

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全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度（40%～90%）、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（30%～80% 要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。

（一）、智能仪表控制1．将两个SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按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“OFF”的位置，将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

课程设计任务书摘要设计采用水箱液位和注水流量串级控制，设计系统主要由水箱、管道、三相磁力泵、水压传感器、涡轮流量计、变频器、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成。

系统中由液位PID控制器的设定值端口设置液位给定值，水压力传感器检测液位。

涡轮流量计测流量，变频器调节水泵的转速，采用PID算法得出变频器输出值，实现流量的控制。

流量控制是内环，液位控制是外环。

用WinCC组件制作相对应的控制画面，让画面的个按钮与变量相对应，对系统的个参数进行整定，通过不断的调试，使系统尽可能的保持在要求的位置。

系统电源由接触器和按钮控制，系统电源接通后PLC进行必要的自检和初始化，控制器接收到系统启动按钮动作信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作，开始两个闭环系统的调节控制。

关键词：串级控制；PLC控制；PID控制；WinCC组件目录一、概述 (1)1.1 串级控制系统简介 (1)1.2 串级控制系统的特点 (1)1.3 主、副调节器控制规律的选择 (1)1.4 串级控制系统的整定方法 (2)二、课程设计使用的实验设备 (3)2.1 高级过程控制系统实验装置 (3)2.1.1 电源控制台 (3)2.1.2 总线控制柜 (3)2.2 计算机及相关软件 (3)2.2.1 STEP 7简介 (3)2.2.2 WINCC简介 (4)三、基本原理 (5)3.1 系统组成 (5)3.1.1 被控对象 (5)3.1.2 检测装置 (5)3.1.3 执行机构 (6)3.1.4 控制器 (6)3.2 系统工作原理 (6)3.3 控制系统流程图 (7)3.4 系统投入运行步骤 (8)四、串级控制系统PID参数整定 (11)4.1 调节器参数整定过程 (11)4.1.1 主调节器为PID (11)4.1.2 主调节器为PI (13)4.2 系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 (15)4.3 主、副调节器采用不同PID参数时对系统动态性能的影响 (16)结束语 (17)参考文献 (18)一、概述1.1 串级控制系统简介图2.1是串级控制系统的方框图。

实用文档文案大全目录第一章概述 (4)1.1本课程设计的研究意义 (4)1.2本课程设计的目的和内容 (4)第二章系统结构的控制方案 (5)2.1控制系统在世界应用中的重要意义 (5)2.2系统结构设计 (5)2.3控制系统的总体方框图及工作过程 (6)2.3.1被控对象的分析 (6)第三章 PID参数整定 (7)3.1控制规律的比较与选择 (8)3.1.1常见控制规律的类型及优缺点的比较 (8)第四章设备的选型 (11)4.1液位传感器 (11)4.2电磁流量传感器 (11)4.3电动调节阀 (11)4.5变频器 (12)4.6模块选择 (12)4.7适合本系统的检测转换元件 (12)4.8液位检测转换元件 (13)4.9执行元件的选择性能参数 (13)第五章系统仿真和结果分析 (14)第六章实际控制系统的运行与调试 (15)6.1实际控制系统的组成的动态运行图 (15)6.2实际控制系统的运行调试方法 (15)6.3实际控制系统的调试步骤 (17)6.4运行调试中的问题及解决方法 (18)实用文档文案大全第一章概述1.1 本课程设计课题研究的意义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。

在这种情况下，简单的单回路控制已经难以满足一些复杂的控制要求。

在单回路控制方案基础上提出的串级控制方案，则对提高过程控制的品质有极为明显的效果。

串级控制系统具有单回路控制系统的全部功能，而且还具有许多单回路控制系统所没有的优点。

因此，串级控制系统的控制质量一般都比单回路控制系统好，而且串级控制系统利用一般常规仪表就能够实现，所以，串级控制是一种易于实现且效果又较好的控制方法。

本课程设计课题讨论了一个简单的液位流量串级控制系统的设计方法及步骤。

液位和流量是工业生产过程中最常用的两个测控参数，因此本课程设计课题具有较大的现实意义。

1.2 本论文的目的和内容1.2.1 目的通过课程设计，加深对所学传感器技术、转换技术、电子技术、自动控制原理以及过程控制的基本原理、基本知识的理解和应用，掌握串级控制系统的设计步骤和方法，掌握工程整定参数方法，培养创新意识，增强动手能力，为今后工作打下一定的理论和实践基础。

《控制工程实验》实验报告实验题目：上水箱液位与进水口流量串级控制实验课程名称：《控制工程实验》姓名：学号：专业：年级：院、所：日期： 2019.04.18实验三上水箱液位与进水口流量串级控制实验一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。

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．掌握液位串级控制系统的实现过程。

二、实验设备1. 实验装置对象及控制柜 1套2. 装有Step7、WinCC等软件的计算机 1台3. CP5621专用网卡及MPI通讯线各1个三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主控、副控两个回路组成。

主控回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，下水箱的液位为系统的主控制量。

副控回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，中水箱的液位为系统的副控制量。

主调节器的输出作为副调节器的给定，因而副控回路是一个随动控制系统。

副调节器的的输出直接驱动电动调节阀，从而达到控制下水箱液位的目的。

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，系统的主调节器应为PI或PID控制。

由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律，对副参数的动态性能和余差无特殊的要求，因而副调节器可采用P调节器。

本实验系统结构图和方框图如图1所示。

四、实验内容与步骤本实验选择选择上水箱和中水箱串联作为被控对象。

实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-7全开，将中水箱出水阀门F1-10开度开到70%左右、下水箱出水阀门F1-11开度50%左右（要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。

图1 双容水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图1．用 MPI 通讯电缆线将 S7-300PLC 连接到计算机 CP5621 专用网卡，并按照控制柜接线图连接实验系统。

实验三上水箱下水箱液位串级控制实验一.实验目的1.掌握串级控制系统的基本概念和组成。

2.掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。

3.研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二.实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，下水箱液位做为主调节器调节对象。

控制框图如图3-1所示：3-1、上水箱下水箱液位串级控制框图三.实验设备AE2000A型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、万用表一只四.实验内容和步骤1、设备的连接和检查：（1）、关闭阀1、阀22将AE2000A 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。

（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀6，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀10、阀17、阀20。

（3）、打开上水箱的出水阀：阀8至适当开度。

（4）、检查电源开关是否关闭2、系统连线图：图3-2、实验接线1）、如图5-2所示：将I/O信号接口板上的下水箱液位的钮子开关打到OFF位置，上水箱液位的钮子开关打到ON位置。

2）、将下水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的1端（即RSV的+极），下水箱液位-（负端）接到智能调节仪的2端（即RSV的-极）。

智能仪表的地址设为1，软件定义调节仪地址为1的调节器为主调节器，调节仪地址为2的调节器为副调节器。

3）、将主调节仪的4~20mA输出接至I/O信号面板的温度变送器转换电阻上转换成1~5V 电压信号，再将此转换信号接至另一调节仪（副调节器）的1端和2端作为外部给定，上水箱液位信号转换为0.2~1V的信号后接入副调节器的3、2两端。

调节器输出的4~20mA接电动调节阀的4~20mA控制信号两端。

4）、电源控制板上的三相电源、单相Ⅰ的空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。

5）、电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置。

6）、智能调节仪的~220V电源开关打在关的位置。

双容水箱液位流量串级控制系统设计题目：双容水箱液位流量串级控制系统设计1.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。

水箱2图1 系统示意图2.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。

3. 设计任务分析（1）液位控制系统是以改变进水大小作为控制手段，目的是控制下水箱液位处于一个稳定值。

（2）单回路控制系统：对于此系统，若采用单回路控制系统控制液位，以液位主控制信号反馈到控制器PID，直接去控制进水阀门开度，在无扰动情况下可以采用，但对于有扰动情况，由于控制过程的延迟，会导致控制不及时，造成超调量变大，稳定性下降，控制系统很难获得满意效果（3）串级控制系统采用两套回路，其中内回路起粗调作用，外回路用来完成细调作用。

对液位控制系统，内回路以流量作为前导信号控制进水阀开度，在有扰动情况下可以提早反应消除扰动引起的波动，从而使主控对象不受干扰，另外内回路的给定值受外回路控制器的影响，根据改变更改给定值，从而保证负荷扰动时，仍能使系统满足要求GT1(s)GT2(s)--主副控制器的传递函数Gu(s)--控制阀的传递函数m1G(s)--执行器的传递函数Gz(s)Gm2(s)--主副变送器传递函数G01(s)G02(s)--主副对象的传递函数4．单回路PID控制的设计（1）无干扰下的单回路PID仿真方框图PID整定与仿真曲线，采用衰减曲线法，整定依据是纯比例下的实验数据，取衰减比为4:1。

题目（二）:水箱液位与进水流量串级控制系统设计一、初始条件1.课程设计辅导资料：“过程控制系统和应用”、“过程控制系统与仪表”、“过程控制仪表及控制系统”、“过程控制系统”等；2.先修课程：测量仪表与自动化等。

3.主要涉及的知识点：过程控制仪表、控制系统、被控过程等二、要求完成的主要任务1.课程设计时间：4周；2.课程设计内容：本课程设计统一技术要求：研读辅导资料对应章节，对选定的设计题目所涉及的生产工艺和控制原理进行介绍，针对具体设计选择相应的控制参数、被控参数以及过程检测控制仪表，并画出控制流程图及控制系统方框图。

3.课程设计说明书按学校“课程设计工作规范”中的“统一书写格式”撰写，具体包括：1)目录；2)摘要；3)生产工艺和控制原理介绍；4)控制参数和被控参数选择；5)控制仪表及技术参数；6)控制流程图及控制系统方框图；7)总结与展望；（设计过程的总结，还有没有改进和完善的地方）；8)课程设计的心得体会（至少500字）；9)参考文献（不少于5篇）；10)其它必要内容等。

三、时间安排：具体时间设计内容11月10日指导老师就课程设计内容、设计要求、进度安排、评分标准等做具体介绍。

学生确定选题，明确设计要求11月11日——11月14日查阅与设计有关的资料。

11月17日~11月19日根据查阅的资料，进行方案设计11月20日~11月21日确定系统所需检测元件、执行元件、调节仪表技术参数；画控制流程图及控制系统方框图。

11月24日——11月29日撰写课程设计说明书。

12月1日——12月3日课程设计初稿的修订12月4日上交课程设计说明书。

12月5日课程设计进行答辩I。

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。

班级：082班座号：姓名成绩：
课程名称：过程控制工程实验项目：上水箱液位和流量串级系统
一、实验目的：
通过实验掌握串级控制系统的基本概念，掌握串级控制系统的组成结构，即主被控参数、
三、实验步骤：
1、打开计算机组态王软件的工程管理器，选中“串级实验”，点击运行，进入串级实验界面。

2、点击“自动/手动”按钮，使系统在自动状态，点击“PID设定按钮”，调出PID设定界面。

PID设定1框图是副回路流量参数，PID设定2框图是主回路液位参数。

3、投入参数，观察液位和流量的曲线，调整参数观察计算机控制的效果。

待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。

4、再等系统稳定后，给系统下水箱加干扰信号，观察下水箱液位变化的曲线。

四、计算机控制的参数设置:
五、实验报告：
1、根据试验结果编写实验报告。

2、按5-2衰减曲线调节器参数计算表填写表格中的数据
3、整理并附上记录仪的下列过渡过程曲线：
（1）整定副调节器时得到的4:1衰减曲线。

（2）整定主调节器时得到的4:1衰减曲线。

（3）主副调节器参数整定后，干扰作用于上水箱中，主变量H1的过渡过程曲线。

（4）主副调节器参数整定后，干扰作用于流量中，主变量H1的过渡过程曲线。

4、列表比较控制质量：。

课程设计任务书摘要设计采用水箱液位和注水流量串级控制，设计系统主要由水箱、管道、三相磁力泵、水压传感器、涡轮流量计、变频器、可编程控制器及其输入输出通道电路等构成。

系统中由液位PID控制器的设定值端口设置液位给定值，水压力传感器检测液位。

涡轮流量计测流量，变频器调节水泵的转速，采用PID算法得出变频器输出值，实现流量的控制。

流量控制是内环，液位控制是外环。

用WinCC组件制作相对应的控制画面，让画面的个按钮与变量相对应，对系统的个参数进行整定，通过不断的调试，使系统尽可能的保持在要求的位置。

系统电源由接触器和按钮控制，系统电源接通后PLC进行必要的自检和初始化，控制器接收到系统启动按钮动作信号后，通过接触器接通电机电源，启动动力系统工作，开始两个闭环系统的调节控制。

关键词：串级控制；PLC控制；PID控制；WinCC组件目录一、概述 (1)1.1 串级控制系统简介 (1)1.2 串级控制系统的特点 (1)1.3 主、副调节器控制规律的选择 (1)1.4 串级控制系统的整定方法 (2)二、课程设计使用的实验设备 (2)2.1 高级过程控制系统实验装置 (3)2.1.1 电源控制台 (3)2.1.2 总线控制柜 (3)2.2 计算机及相关软件 (3)2.2.1 STEP 7简介 (3)2.2.2 WINCC简介 (4)三、基本原理 (5)3.1 系统组成 (5)3.1.1 被控对象 (5)3.1.2 检测装置 (5)3.1.3 执行机构 (6)3.1.4 控制器 (6)3.2 系统工作原理 (6)3.3 控制系统流程图 (7)3.4 系统投入运行步骤 (8)四、串级控制系统PID参数整定 (11)4.1 调节器参数整定过程 (11)4.1.1 主调节器为PID (11)4.1.2 主调节器为PI (13)4.2 系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 (15)4.3 主、副调节器采用不同PID参数时对系统动态性能的影响 (16)结束语 (17)参考文献 (18)一、概述1.1 串级控制系统简介图2.1是串级控制系统的方框图。

上、中水箱液位串级PID控制实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的基本概念和组成。

2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。

3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二、实验设备AE2000型过程控制实验装置、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。

三、实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，中水箱液位做为主调节器调节对象。

控制框图如图9-1所示：图9-1上水箱下水箱液位串级控制框图四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查1).打开以丹麦泵为动力的支路至上水箱的所有阀门，关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门。

2).打开上水箱出水阀和中水箱的出水阀开至适当的开度。

3).检查电源开关是否关闭2、系统连线图图9-2实验接线图1).将上水箱液位信号接至8017的AI0通道，将中水箱液位信号接至8017的AO0通道。

2).将8024的AO1通道接至气动调节阀的控制信号输入端。

3).电源控制板上的三相电源空气开关、丹麦泵电源开关打在关的位置。

3、启动实验装置：1).打开电源带漏电保护空气开关。

打开电源总开关，电源指示灯点亮，即可开启电源。

打开单相泵电源。

2).启动计算机DDC组态软件，进入实验系统相应的实验3).建立工作点将副回路的PID控制器设成手动单击实验界面中的副回路PID控制器标签打开副回路PID控制器界面，然后单击副回路PID控制器的“手动”按钮a、设定工作点单击副回路PID控制器界面中MV柱体旁的增/减键，设置MV（U1）的值c、进行对象动态特性测试（参见已做过的实验）给MV一个阶跃，将1号和3号水箱的液位变化数据记录在表1中：根据实验数据用两点法建立3号和1号水箱的传递函数，作为PID初始参数计算的依据。

4)调节串级的后级a、设置PID参数根据对象特性，查表计算PID初始参数，P＝I＝D＝，并将参数输入到控制器中，并进行微调，使内回路控制效果达到最佳。

科信学院课程设计说明书（2011 /2012 学年第二学期）课程名称：PLC应用课程设计题目：水箱液位和注水流量串级控制PLC系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：刘增环、岑毅南、王艳芬等设计周数：2周设计成绩：2012年6月21日目录1.课程设计目的 (2)2.设计正文 (2)2.1 技术要求 (2)2.2 方案设计 (2)2.3 I/O口分配表 (2)2.4 系统分析 (2)2.5 PLC程序 (2)主程序 (3)子程序 (4)中断子程序0 (6)2.4 电路设计 (8)3、课程设计总结 (8)4、参考文献 (9)1、课程设计目的通过本次课程设计,加深对PLC知识的理解；了解力基于PLC的过程控制工程设计流程及方法；重点掌握PLC的I/O地址分配、信号采集、PID控制算法、程序编辑以及调试运行方法。

结合课程设计的内容，熟悉过程控制工程中需要编写的技术文档；加强对PLC编程能力；培养全面、周到的考虑实际问题的习惯；学会查阅有关专业技术资料及设计手册，提高进行独立设计的能力并完成课程设计相关任务。

（1）了解水箱液位控制系统的物理结构、闭环调节系统的数学结构和PID控制算法。

（2）逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种类、信号调节电路、引入PLC的接线以及PLC中的编址。

（3）逐一明确PLC到各执行机构的输入通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。

（4）绘制水箱液位控制系统的电路原理图，编制I/O口地址分配表。

（5）编制PLC的程序，结合实验室现有设备进行调试，要求尽可能多地在实验设备上演示控制过程。

2、课程设计正文2.1技术要求水箱液位和注水流量串级控制系统主要由水箱、管道、水泵、异步电动机、电机控制电器、水压力传感器、涡轮流量计、电动调节阀、可编程控制器及其输入（检测）输出（控制）通道电路构成。

其中电动机和水泵作为动力系统。

第六节水箱液位串级控制实验一、实验目的1。

熟悉串级控制系统的结构与特点2. 掌握串级控制系统的投运与参数的整定方法3。

研究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二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机、上位机MCGS组态软件、RS232—485转换器1只、串口线1根3. 万用表 1只三、实验原理图6-1 液位串级控制系统的结构图图6—2 液位串级控制系统的方框图本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主、副两个回路组成.每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象，即主回路中的调节器称主调节器,控制对象为下水箱，作为系统的被控对象，下水箱的液位为系统的主控制量.副回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象,它的输出是一个辅助的控制变量。

本系统控制的目的不仅使系统的输出响应具有良好的动态性能,且在稳态时，系统的被控制量等于给定值，实现无差调节。

当有扰动出现于副回路时，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当被控制量(下水箱的液位)未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对被控制量的影响.此外，如果扰动作用于主对象,由于副回路的存在,使副对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度,改善了动态性能。

图6—1为实验系统的结构图,图6-2为相应控制系统的方框图.四、实验内容与步骤1.按图6—1要求，完成实验系统的接线.2。

接通总电源和相关仪表的电源。

3。

打开阀F1-1、F1—2、F1—7、F1-10、F1-11,且使阀F1-10的开度略大于F1—11。

4.按经验数据预先设置好副调节器的比例度。

5.调节主调节器的比例度,使系统的输出响应出现4:1的衰减度,记下此时的比例度δS和周期TS。

据此，按经验表查得PI的参数对主调节器进行参数整定。

6.手动操作主调节器的输出,以控制电动调节阀支路给中水箱送水的大小，等中、下水箱的液位相对稳定，且下水箱的液位趋于给定值时，把主调节器切换为自动。

题目11 上水箱液位与进水流量串级控制系统一、课程设计主要任务及要求1、了解液位-流量串级控制系统的结构组成与原理。

2、掌握液位—流量串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3、进行串级控制系统PID参数整定。

4、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.二、实验设备1. THJ-FCS型高级过程控制系统实验装置。

2。

计算机及相关软件。

三、实验原理本实验系统的主控量为上水箱的液位高度H，副控量为气动调节阀支路流量Q，它是一个辅助的控制变量。

系统由主、副两个回路所组成。

主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量H等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。

副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H的控制目的，因而副调节器可采用P控制。

但选择流量作副控参数时,为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。

引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。

显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象上水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。

本实验系统结构图和方框图如图5-15所示。

图5-15上水箱液位与进水流量串级控制系统(a）结构图(b)方框图四、实验控制系统流程图本实验控制系统流程图如图5—16所示.图5-16 实验控制系统流程图本实验主要涉及三路信号,其中两路是现场测量信号上水箱液位和管道流量，另外一路是控制阀门定位器的控制信号。

本实验中的上水箱液位信号是标准的模拟信号，与SIEMENS的模拟量输入模块SM331相连，SM331和分布式I/O模块ET200M直接相连，ET200M挂接到PROFIBUS-DP总线上,PROFIBUS-DP总线上挂接有控制器CPU315—2 DP（CPU315-2 DP为PROFIBUS-DP总线上的DP主站）,这样就完成了现场测量信号向控制器CPU315-2 DP的传送。

实验四水箱液位串级控制系统一、实验目的1．通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。

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．研究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．掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备1、THJ-2 型高级过程控制系统实验装置2、计算机、上位机MCGS 组态软件、RS232-485 转换器1 只、串口线1 根3、万用表1 只三、实验原理本实验为水箱液位的串级控制系统，它是由主、副两个回路组成。

每一个回路中都有一个属于自己的调节器和控制对象，即主回路中的调节器称主调节器，控制对象为下水箱，作为系统的被控对象，下水箱的液位为系统的主控制量。

副回路中的调节器称副调节器，控制对象为中水箱，又称副对象，它的输出是一个辅助的控制变量。

本系统控制的目的不仅使系统的输出响应具有良好的动态性能，且在稳态时，系统的被控制量等于给定值，实现无差调节。

当有扰动出现于副回路时，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当被控制量（下水箱的液位）未作出反映时，副回路已作出快速响应，及时地消除了扰动对被控制量的影响。

此外，如果扰动作用于主对象，由于副回路的存在，使副对象的时间常数大大减小，从而加快了系统的响应速度，改善了动态性能。

本实验系统结构图和方框图如图所示。

图1 水箱液位串级控制系统(a)结构图 (b)方框图四、实验内容与步骤1、本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象（也可选择上水箱和中水箱）。

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全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度（40%～90%）、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（30%～80% 要求阀F1-10稍大于阀F1-11），其余阀门均关闭。

2、按照实验图接线，将主、副控仪表设置为自动，主控制器Sn=33,addrss=1，CF=0 ，DF=0；副控制器Sn=32,addrss=2，CF=8，DF=0；合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，上位机的主控制器，下水箱的液位设定值8—15cm。

实验三上中水箱液位串级控制系统实验一、实验目的1、了解复杂过程控制系统的构成。

2、掌握复杂过程控制一—串级控制方法。

3．掌握串级控制参数整定方法。

二、实验类型综合型三、实验装置1、过程控制实验装置见图3－1，其中使用：电磁阀、上下水箱及液位变送器、水泵系统等。

2、控制仪表一套，以及通信线路。

3、计算机一台。

图3－1 系统示意图四、实验原理上下水箱双容液位串级控制的方块原理图如图3－2，本实验将下水箱液位控制在设定高度。

串级回路是由内反馈组成的双环控制系统，属于复杂控制范畴。

在实验中使用了两个调节器作为主副调节器。

将上水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制，副调节器主要任务是快速动作，迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。

主调节器的任务是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主调节器采用PI 调节器也可考虑采用PID 调节器。

图3－2 串级控制框图PID 算法的两种类型①、位置型控制[]00)1()()()()(u n e n e T T i e T Tn e K n u ni DI P +⎭⎬⎫⎩⎨⎧--++=∑= ②、增量型控制[][])2()1(2)()()1()()1()()(-+--++--=--=∆n e n e n e TT K n e T TK n e n e K n u n u n u D P I PP串级控制系统的参数整定 ①、两步整定法第一步整定副回路的副控制器；第二步整定主回路的主控制器。

a. 在系统工作状况稳定，主、副回路主控制器在纯比例作用的条件下，将主控制器的比例带δ取100％，再逐渐降低副控制器的比例带，用整定单回路的方法来整定副回路。

如用4：1衰减法来整定副回路，则求出副参数在4：1衰减时的副控制器比例带δ2S 和操作周期T2S。

b.使副控制比例带置于δ1S 的数值上，逐渐降低主控制器的比例带δ1S，求出同样衰减比时主回路的过渡过程曲线，记录此时主控制器的比例带δ1S和操作周期T1S。

实验3 上、中水箱液位串级控制系统实验一、实验目的1、掌握串级控制系统的基本概念和组成；2、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法；3、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二、实验设备AE2000B型过程控制实验装置、万用表一只三、实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象，中水箱液位作为主调节器调节对象。

控制框图如图1所示：图1 上水箱中水箱液位串级控制框图四、实验内容与步骤1、设备的连接和检查：1）将AE2000B 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）；2）打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀；3）打开上水箱和下水箱的出水阀至适当开度；4）检查电源开关是否关闭。

2、系统连线图：1）将I/O信号接口板上的下水箱液位的钮子开关打到OFF位置，上水箱液位的钮子开关打到ON位置；2）按图2所示连线；3）将主调节仪的4~20mA输出接至I/O信号面板的温度变送器转换电阻上转换成1~5V 电压信号，再将此转换信号接至另一调节仪（副调节器）的1端和2端作为外部给定，上水箱液位信号转换为1~5V的信号后接入副调节器的1~5V和地两端。

调节器输出的4~20mA接电动调节阀的4~20mA控制信号两端。

3、启动实验装置：1）将实验装置电源插头接到220V的单相电源上；2）打开电源单带漏电保护空气开关，电压表指示220V；3）打开总电源开关，即可开启电源。

4、实验步骤1）开启电动调节阀电源、24V电源、智能调节仪电源，调整好仪表各项参数；图2、实验接线2）设定主控参数和副控参数。

主调节器的参数与单回路闭环控制设定方法一样；3）启动动力支路，待系统稳定后，在上水箱给一个阶跃信号，观察实时曲线的变化，并记录此曲线；4）系统稳定后，在副回路上加干扰信号，观察主回路和副回路上的实时曲线的变化。

记录并保存曲线。

五、实验报告要求分析串级控制和单回路PID控制不同之处？六、注意事项1、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源；2、系统连接好以后，在老师的指导下，运行串级控制实验；3、为保护仪表及用电设备的使用寿命实验完毕，先关闭所有电源开关，再关电源总开关。

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。

上水箱与中水箱液位串级控制工艺流程下载提示：该文档是本店铺精心编制而成的，希望大家下载后，能够帮助大家解决实际问题。

上水箱与中水箱液位串级控制工艺流程该文档下载后可定制修改，请根据实际需要进行调整和使用，谢谢!本店铺为大家提供各种类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by this editor. I hope that after you download it, it can help you solve practical problems. The document 上水箱与中水箱液位串级控制工艺流程 can be customized and modified after downloading, please adjust and use it according to actual needs, thank you! In addition, this shop provides you with various types of practical materials, such as educational essays, diary appreciation, sentence excerpts, ancient poems, classic articles, topic composition, work summary, word parsing, copy excerpts, other materials and so on, want to know different data formats and writing methods, please pay attention!随着工业生产过程的不断发展与提高，液位控制技术也逐渐成熟和完善。