单容水箱液位控制系统

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1、单容水箱液位控制系统摘要：本文以单容水箱为被控对象，控制系统主要由以下基本环节组成：被控 对象、液位测量变送器、控制器、执行器、水泵、储水箱。控制的主要目标是维 持水箱的特定设定值，即便干扰出现控制器也能做出决策，使水箱的液位回复设 定值。根据算法控制的比较选择了标准 PID 控制，双位控制，积分分离 PID 控制。 基于 MCGS 组态软件制作液位模拟界面和算法控制。关键词：单容水箱；液位控制；PID算法1. 引言过程控制是自动技术的重要应用领域,它是指对液位、温度、流量等过程变量 进行控制,在治金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技 术在现实生活、生产中发挥了重要作用,

2、比如,民用水塔的供水,如果水位太低,则会 影响居民的生活用水;工矿企业的排水与进水,如果排水或进水控制得当与否,关系 到车间的生产状况:锅炉汽包液位的控制,如果锅炉内液位过低,会使锅炉过热,可能 发生事故:精流塔液位控制,控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。 在这些生产领域里,基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作性质,极 容易出现操作失误,引起事故,造成厂家的的损失,可见,在实际生产中,液位控制的准 确程度和控制效果直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。 所以,为了保证安全条件、方便操作,就必须研究开发先进的液位控制方法和策略2. 系统的目的要求2.1 主要

3、目的 通过对单容水箱液位控制系统这样一个工业控制实际应用系统的软、硬件设 计，使学生进一步加深对基于组态软件技术的控制系统的基本设计方法的认识及 较快掌握组态软件编程技术，培养学生独立分析问题和解决问题的能力，提高学 生的实际工程应用能力。2.2 主要任务 选择一个题目，熟悉设计要求、实验室提供的设备及实际控制系统的硬件 组成，进行接口设备的安装与连接；熟悉所用组态软件的操作。 查看有关参考书籍、查阅相关文献资料，独立设计基于组态软件的控制系 统方案。 根据实际系统的要求，进行画面设计与编辑、控制程序的编写、设定报警 和历史趋势等。 进行程序的运行、调试与改进。2.3 基本要求 单容水箱液位控

4、制系统主要由以下几个基本环节组成：被控对象（水箱）、 液位测量变送装置、控制器（计算机）、执行器（电动调节阀）、水泵、储水箱。 如图1所示，LT表示液位变送器，水箱流入量和流出量分别为Q1和Q2,控制的 主要目标是维持水箱的液位为其设定值H,及干扰出现时，控制器能迅速做出决 策，并使被控量液位尽快回到设定值。3. 单容水箱液位控制系统的建模流程3.1 实时数据库的创建，液位控制系统绘图及动画连接 新建MCGS文件，在实时数据库中，创建对应数据组态，在用户窗口建立单 容水箱液位控制系统（启动窗口），从对象元件库中选择相对应得元件。根据系 统要求，手动阀、显示仪表、流动块和水箱液位状态需呈动画显示

5、，其连接过程如下。 手动阀：3个手动阀的红色手柄设置为不可见。 显示仪表：允许显示输出，显示输出的值为“pv”，是数值型输出，可以显 示 2 位整数和 2 位小数。 流动块：出水管道中，当调节阀开度位0时，水管中不会有谁流动，因此 设为“op”非0时，流块开始流动。出水管道中，当水箱液位位0时，水管中不会有水流动，因此设置为“pv”非0 时，流块开始流动。 水箱：允许液位变化，为040cm。设置变化为由下而上，方式为“缩放”。3.2 通信和设备工作状态，报警指示 用标签“通信和设备工作状态”来显示通信和设备工作态。右上角的指示灯用来显示报警指示，分别为安全报警与越限报警。3.3 控制方式设定、

6、算法选择和算法策略 由显示控制方式的标签控制手动还是自动，而下拉框则是选择算法，在这里用计算字符的长度来判别方法的选择。算法包括：双位控制， PID 控制以及积分 分离 PID 控制。PID 控制的脚本程序如下：e2=e1e1=e0e0=sv-pvpf=p*(e0-e1)IF ti=0 THENjf=0ELSE jf=p*ts*e0/tiENDIFdf=p*td*(e0-2*e0+e2)/tspv=pv+pf+jf+df积分分离 PID 控制的脚本程序如下：e2=e1e1=e0e0=sv-pvpf=p*(e0-e1)IF ti=0 OR e0=40 THEN alarm=1IF pv40 TH

7、EN alarm=0ELSE通信=设备停止工作ENDIF3.9 主控窗口设计 运行时，为实现各用户窗口之间的切换，在主控窗口编制相应的菜单系统。 添加 5 个菜单项，分别为：单容水箱液位控制系统，历史曲线，历史数据，报警 记录和退出。前4 个做相应的打开窗口的操作，“退出”菜单则是选择“退出运行系统”中的 “退出操作环境”。这样，整个控制系统就完成了。可进入运行环境中，选择相应的控制算法， 并进行相关的参数整定，从而实现对液位的计算机控制参考文献1 曹辉、马栋萍、王暄、耿瑞芳主.组态软件技术及应用（第2版）M.电子 工业出版社，2012.2 李江全.组态软件MCGS从入门到监控应用35例M.电子工业出版社， 2015.3 李红萍.工控组态技术及应用一MCGSM.西安电子科技大学出版社，2013.潘永湘、杨延西、赵跃.过程控制与自动化仪表（第2版）M.机械工业出 版社， 2007.