双容水箱液位串级控制系统课程设计

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。

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 MATLAB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)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1.2液位串级控制系统介绍在工业实际生产中，液位是过程控制系统的重要被控量，在石油﹑化工﹑环保﹑水处理﹑冶金等行业尤为重要。

在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。

通过液位的检测与控制，了解容器中的原料﹑半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当。

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。

双容水箱液位控制系统设计首先，双容水箱液位控制系统的基本原理是根据水位信号的反馈来控制水泵的启停。

当水箱液位低于设定值时，水泵启动，开始抽水；当液位达到设定值时，水泵停止运行。

这样就可以实现水箱液位的自动控制。

第一，确定水箱的容积和设计液位。

容积和设计液位的确定需要根据实际应用情况来选择，一般要考虑水泵的流量和工作时间等因素。

容积大的水箱可以减少水泵启停的频率，但其建设和维护成本也较高。

第二，确定水位传感器的选择和安装。

水位传感器是检测水箱液位的关键部件，可以选择浮子式传感器、超声波传感器等。

选择合适的传感器需要考虑其精度、可靠性、成本和使用环境等因素。

安装传感器时要确保其与水箱的接触良好，避免信号干扰。

第三，确定控制器的选择和编程。

控制器是实现水位控制的核心部件，可以选择PLC、单片机等。

控制器的选择要考虑其处理能力、输入输出接口和编程灵活性等因素。

编程时需要设置液位设定值和控制逻辑，使得系统能够准确地控制水泵的启停。

第四，确定水泵的选择和安装。

水泵是水箱液位控制系统的关键设备，可以选择离心泵、自吸泵等。

选择合适的水泵需要考虑其流量、扬程、功率和效率等因素。

水泵的安装要确保其与水箱的连接可靠，并考虑水泵的防护和维护问题。

第五，确定报警和保护措施。

对于水箱液位控制系统，需要设置相应的报警和保护机制，以及应急措施。

例如，当水泵故障或水箱液位异常时，系统应该能够及时发出报警，并采取相应的措施避免设备损坏或事故发生。

最后，测试和调试系统。

在系统设计和安装完成后，需要进行全面的测试和调试工作。

首先测试传感器和控制器的工作是否正常，然后测试水泵的启停控制是否准确。

同时，还需要进行系统的稳定性和灵敏度测试，确保系统能够稳定运行和满足实际需求。

总之，双容水箱液位控制系统的设计需要综合考虑容积、液位传感器、控制器、水泵、报警保护和测试调试等方面的因素。

只有设计合理并正确配置这些部件，才能实现高效、稳定的液位控制。

双容水箱液位串级控制系统_毕业设计
在双容水箱液位串级控制系统中，通常有两个水箱，分别称为主水箱
和副水箱。

主水箱通常是较大的水箱，副水箱是较小的水箱。

系统的目标
是保持主水箱和副水箱的液位稳定在设定值附近。

系统的控制过程可以分为以下几个步骤：
1.流程测量：系统通过测量主水箱和副水箱的液位，获取当前的液位
信号。

2.控制计算：根据测量值和设定值，计算需要调节的阀门开度。

3.阀门控制：根据计算结果，控制阀门的开度，调节水的流入和流出
速度，以实现液位的控制。

4.反馈调整：根据阀门控制后的效果，不断调整阀门开度，使液位稳
定在设定值附近。

在实际的设计中，双容水箱液位串级控制系统通常采用PID控制器来
实现。

PID控制器包括比例（P）、积分（I）和微分（D）三个部分。

比
例部分根据偏差的大小进行调整，积分部分根据偏差的持续时间进行调整，微分部分根据偏差的变化速率进行调整。

通过不断调整PID参数，实现系
统的稳定性和响应速度的平衡。

另外，在实际的设计中，还需要考虑到系统的动态响应、稳定性、静
差和抗干扰性等因素。

可以采用仿真软件进行系统的建模和分析，优化系
统的设计参数。

总之，双容水箱液位串级控制系统作为一种常见的控制系统，在工业、农业和民用领域有着广泛的应用。

通过合理设计和调节控制参数，可以实
现液位的稳定控制，提高系统的稳定性和安全性。

同时，与实际的实验和仿真相结合，可以进一步优化系统的设计和控制策略。

双容水箱液位串级控制系统设计
设计一个双容水箱液位串级控制系统需要考虑以下几个方面：水箱容量、水泵的流量、液位传感器的安装位置以及液位控制算法的选择。

首先，需要确定主水箱和辅助水箱的容量。

容量的选择应该根据实际
需求和使用场景来决定。

主水箱通常较大，以保证在较长时间内可以提供
稳定的水源。

辅助水箱的容量通常较小，主要用于补充主水箱的水源。

其次，确定水泵的流量。

水泵的流量应该能够满足系统的需求。

水泵
的选择应该考虑到系统的最大需求量以及水泵的工作效率等因素。

然后，需要确定液位传感器的安装位置。

液位传感器通常安装在水箱内，并通过传感器来检测水位的变化。

液位传感器的选择应该考虑到传感
器的精度、可靠性以及适应环境的能力。

最后，需要选择合适的液位控制算法。

常用的液位控制算法包括比例
控制、PID控制等。

液位控制算法的选择应该根据系统的需求、控制精度
以及系统的动态特性来决定。

在系统的实现过程中，还需要考虑到管道的设计、水泵的控制与保护、液位反馈的处理以及系统的安全性等方面。

总之，双容水箱液位串级控制系统的设计需要综合考虑水箱容量、水
泵流量、液位传感器安装位置以及液位控制算法的选择。

通过合理设计和
配置，可以实现水箱液位的稳定控制，满足实际需求。

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）。

双容水箱液位串级控制系统课程设计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。

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）。

一、 课程设计简介本课程设计采用浙大中控研发的CS4000高级过程控制实验装置，以西门子S7200PLC 的可编程控制器为核心，基于全中文工控组态软件MCGS ，针对二阶双容水箱的液位进行串级PID 控制系统的主、副调节器参数整定，并分析其与单回路控制系统的不同之处。

二、 课程设计目的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。

三、 课程设计器材简介（1） CS4000型过程控制实验装置CS4000型过程控制实验装置是根据我国工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的C3000智能仪表、S7-200PLC 、DDC 控制系统、ECS 工业以太网控制系统，经过精心设计、多次实验和反复论证后，推出的一套基于本科生、研究生教学和学科基地建设的实验设备。

整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。

过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱、串接圆筒有机玻璃上水箱、单相2.5KW电加热水箱、短滞后和长滞后水箱。

系统动力支路分为两路组成：一路由磁力驱动循环泵、电动调节阀、电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由磁力驱动循环泵、变频调速器、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。

对象系统中的检测变送和执行元件有：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、压力表、电动调节阀。

（2） 西门子PLC S7-200SIMATIC S7-200系列PLC 适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。

S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。

下图为PLC 通过PC/PPI 电缆与PC 机双向通信的系统结构图。

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。

┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊长春大学过程控制实习报告题目名称双容水箱液位串级控制系统的设计院（系）电子信息工程学院专业（班级）自动化13403学生姓名张华挺指导教师程广亮起止日期2016.06.01——2016.06.07┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊双容水箱液位串级控制系统的设计[摘要]该实验装置采用A3000过程控制装置,采用串级控制的方法来实现对双容水箱中下水箱液位的控制,并且通过Matlab对系统进行仿真,通过组态王将设计好的系统在设备上进行调试。

在此次设计中，利用自动化仪表技术，计算机技术和自动控制技术等实现对水箱液位的串级控制。

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。

实验结果表明,串级控制的内回路能够有效地克服二次扰动的影响,可以加大主控制器的增益,从而对控制难度大的二阶对象进行有效控制。

[关键词]控制系统仿真串级控制┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊Design of cascade control system for liquid level of double tank[Abstract]The experimental device the A3000 process control device, the use of cascade control method to achieve the dual capacity water tank of the lower tank level control, and through the MATLAB system simulation, by Kingview to design good system debugging on the device. In this design, the use of automatic instrument technology, computer technology and automatic control technology to achieve the level of water tank cascade control. The model of the controlled object is analyzed, and the transfer function of the model is obtained by the experimental modeling method. The experimental results show that the cascade control of the inner loop can effectively overcome the influence of the two disturbance, and can increase the gain of the main controller, so as to effectively control the two stage of the control difficulty.[Keywords]control simulation cascade control目录┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论 (1)1.1系统总体设计 (1)第2章液位控制系统方案设计 (2)2.1串级控制系统的组成 (2)2.1串级控制系统的设计 (2)2.1.1主回路的设计 (2)2.1.2副回路的设计 (3)2.1.3主、副调节器调节规律的选择 (3)2.2 PID控制原理 (3)第3章控制系统的仿真 (4)3.1单回路控制系统的仿真 (4)第4章系统过程流图 (8)第5章结论 (9)第6章致谢 (10)┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第1章绪论液位是工业生产过程中很重要的被控变量。

题目一：基于三种PID控制算法的双容水箱液位控制系统设计一、设计题目选择三种PID控制算法编程或者建模实现双容水箱的液位控制二、设计任务根据《先进PID控制MTALAB仿真》中对PID算法的介绍，选择其中三种算法（比如常用PID控制、神经网络PID控制、模糊自适应PID控制）编程或者建模实现双容水箱液位控制。

如下为双容水箱液位控制图：图1所示双容水箱液位系统，由水泵1、水泵2分别通过第一支路、第二支路向上水箱注水。

在第一支路中设置调节阀，为保持下水箱液位恒定；在第二支路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。

引入干扰图1 双容水箱液位控制系统示意图三、设计要求（1）自己查阅资料选择双容水箱的传递函数；（2）选择编写M文件实现对双容水箱下水箱液位的控制（至少三种），要求画出动态响应曲线，进行比较说明，哪类算法效果最好。

（3）选择建立三种不同的模型实现双容水箱液位控制（不局限下水箱一个输入变量，可以选择上、下水箱两个输入变量），求画出动态响应曲线，进行比较说明，哪类算法效果最好。

题目二：基于组态王、Excel和matlab的PID整定一、设计题目基于组态王、Excel和matlab的PID整定二、设计任务通过Matlab完成PID整定算法，用组态王软件实现双容水箱界面，excel作为Matlab和组态王的数据库，三者之间可以通过DDE协议进行数据交换。

三、设计要求（1）建立双容水箱PID模型；（2）通过Simulink中使用matlab语言编写S函数；（3）学习DDE通讯，实现组态王和matlab互联；（4）建立组态王人机界面，可以手动调整PID参数。

自动控制课程设计课程名称：双容水箱液位串级控制学院：机电与汽车工程学院专业：电气工程与自动化学号： 631224060430姓名：颜馨指导老师：李斌、张霞2014/12/300摘要 (2)1引言 (2)2对象分析和液位控制系统的建立 (2)2.1水箱模型分析 (2)2.2阶跃响应曲线法建立模型 (3)2.3控制系统选择 (3)2.3.1控制系统性能指标【2】 (3)2.3.2方案设计 (4)2.4串级控制系统设计 (4)2.4.1被控参数的选择 (4)2.4.2控制参数的选择 (5)2.4.3主副回路设计 (5)2.4.4控制器的选择 (5)3 PID控制算法 (6)3.1 PID算法 (6)3.2 PID控制器各校正环节的作用 (6)4 系统仿真 (7)4.1.1系统结构图及阶跃响应曲线 (7)4.2.1 PID初步调整 (10)4.2.2 PID不同参数响应曲线 (12)4.3.1 系统阶跃响应输出曲线 (17)5加有干扰信号的系统参数调整 (20)6心得体会 (22)7参考文献 (22)液位控制是工业生产乃至日常生活中常见的控制，比如锅炉液位，水箱液位等。

针对水箱液位控制系统，建立水箱模型并设计PID控制规律，利用Matlab 仿真，整定PID参数，得出仿真曲线，得到整定参数，控制效果很好，实现了水箱液位的控制。

关键词：串级液位控制；PID算法；Matlab；Simulink1引言面液位控制可用于生产生活的各方面。

如锅炉液位的控制，如果液位过低，可能造成干烧，容易发生事故；炼油过程中精馏塔液位的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。

因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。

本文针对双容水箱，以下水箱液位为主控制对象，上水箱为副控制对象。

选择进水阀门为执行机构，基于Matlab建模仿真，采用PID控制算法，整定PID参数，得出合理控制参数。

2对象分析和液位控制系统的建立2.1水箱模型分析现以下水箱液位为主调节参数，上水箱液位为副调节参数，构成传统液位串级控制系统，其结构原理图如图1所示。

摘要本设计以JBS-GK04型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。

通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。

利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。

在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，实现计算机与现场设备之间的数据交换。

利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。

在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使调节过程稳、准、快为原则，从而得到适合的调节器参数。

实验结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制，具有良好的稳态性能和动态性能。

关键词: 液位；PID 控制；组态软件；参数整定AbstractThe design is based on the JBS-GK04 type of process control device for the testing object properties and level control on the two-tank. Through analysis and modeling for the two-tank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank's liquid level cascade control system. It overcomes the problems effectively about the second two-tank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia's PC to implement the interface configuration, operate water level real-time and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser command language to achieve direct control of the computer, And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In two-tank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steady-state error-free control, with good steady state performance and dynamic performance.Keywords: LevelPID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 0Abstract (1)目录 (2)第一章绪论 (3)1.1课题研究背景及意义 (3)1.2本文主要研究的内容 (3)第二章JBS-GK04型过程控制实验装置 (4)2.1系统组成 (4)2.2系统特点 (4)2.3.工艺流程 (5)2.4技术规格 (6)2.5、JBS-GK04过程控制实验装置上位机操作说明 (7)第三章双容水箱液位控制系统方案设计 (11)3.1双容水箱液位控制系统分析 (11)3.2 双容水箱液位控制系统方案设计 (12)3.2.1控制方案的选定 (12)3.2.2串级控制系统的特点 (13)3.2.3串级控制系统的设计 (13)3.2.4计算机串级控制算法实施 (16)3.2.5液位串级控制系统工作过程 (17)3.3液位控制系统参数整定 (18)3.3.1Kp、Ti、Td对控制质量的影响 (19)3.3.2几种工程整定方法介绍 (19)3.3.3串级控制系统的参数整定 (21)第四章组态软件设计 (23)4.1“组态王”简介 (23)4.2组态画面的建立 (23)4.2.1建立工程 (23)4.2.2设备配置 (24)4.2.3变量定义 (25)4.2.4画面设计与动画连接 (27)4.2.5实时曲线和历史曲线的建立 (29)总结 (31)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的发展，现代工业生产工艺中的控制问题也日趋复杂。

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。

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）。