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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。
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。
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）。
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。
《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。
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）。
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。
