自动化课程设计报告水箱液位控制系统毕业论文
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计水箱液位控制系统是一种常见的自动化控制系统，通过控制水位的高低来实现水箱中水的供应与排放。
该系统常用于水处理、供水系统、工业生产等领域。
本篇毕业设计将基于可编程逻辑控制器（PLC）来设计一个水箱液位控制系统。
PLC作为控制器，能够实现对水位的监测、控制和保护。
首先，本设计将使用传感器来监测水箱的液位。
液位传感器将放置在水箱内部，在不同的液位位置测量水的高度。
传感器将通过模拟信号将液位信息传输给PLC。
PLC将读取并处理传感器的信号，得到水箱的液位信息。
其次，PLC将根据液位信息来控制水泵的运行。
当水箱的液位低于一定的阈值时，PLC将启动水泵，从水源处将水注入到水箱中。
当液位达到一定的高度时，PLC将关闭水泵，停止水的注入。
通过控制水泵的启动和停止，系统可以实现自动补水，从而保持水箱的水位在一个恰当的范围内。
此外，本系统还将具备一定的保护功能。
当水箱液位过高或过低时，PLC将触发报警装置，以便及时采取措施解决问题。
同时，系统将设置相应的安全控制，以防止水泵出现过载或短路等故障。
为了实现PLC控制系统的功能，本设计将使用PLC编程软件进行程序的编写和调试。
程序将根据液位传感器的输入信号，进行逻辑判断和控制指令的输出。
同时，本设计将与水泵、报警装置等硬件进行连接，以实现实际的控制功能。
最后，本设计将进行系统的仿真和调试。
通过模拟真实的液位变化情况，测试系统的控制性能和稳定性。
在确保系统正常运行的前提下，对系统进行各项性能指标的测试和评估。
通过该毕业设计的实施，我将能够掌握PLC水箱液位控制系统的原理和设计方法，提升自己在自动化控制领域的实践能力和工程应用能力。
同时，通过该设计的完成，也能为工业生产中的水箱液位控制问题提供一种可行的解决方案。
双容水箱液位控制系统毕业设计(论文)
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：双容水箱液位控制系统学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：双容水箱液位控制系统摘要本设计以PCT-Ⅲ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，采用串级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串级控制系统，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，通过RS232/485转换器和牛顿模块实现计算机与现场设备之间的数据交换。
并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；串级控制；PID 控制；组态软件；参数整定Double tank water level control systemAbstractThe design is based on the PCT-Ⅲ 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, through the RS232/485 converter and Newton module achieve the exchange of data between computer and field devices. 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:Level; Cascade control; PID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2本文主要研究的内容 (2)第二章PCT试验装置介绍 (3)2.1 PCT实验装置构成简介 (3)2.1.1水箱 (3)2.1.2液位传感器 (3)2.1.3电动调节阀 (4)2.1.4压力传感器 (4)2.1.5变频器 (4)2.1.6三项磁力水泵 (5)2.1.7牛顿模块 (5)2.2双容水箱系统硬件结构 (6)2.3 水箱液位实验控制系统的用途 (7)第三章双容水箱液位控制系统分析设计 (8)3.1双容水箱液位控制系统分析 (8)3.1.1液位控制系统组成 (8)3.1.2液位控制系统的控制目标 (9)3.1.3液位控制系统的模型分析 (9)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 (17)3.2.5液位串级控制系统工作过程 (18)3.3液位控制系统参数整定 (19)3.3.1Kp、Ti、Td对控制质量的影响 (20)3.3.2几种工程整定方法介绍 (21)3.3.3串级控制系统的参数整定 (24)第四章组态软件设计 (27)4.1“组态王”简介 (28)4.2组态画面的建立 (28)4.2.1建立工程 (28)4.2.2设备配置 (29)4.2.3变量定义 (31)4.2.4画面设计与动画连接 (33)4.2.5实时曲线和历史曲线的建立 (36)4.2.6手自动切换和PID控制画面的建立 (38)第五章双容水箱液位控制系统实验 (40)5.1实验所用设备 (40)5.2实验过程 (40)5.3实验结果分析 (42)总结 (43)参考文献 (44)附录 (46)致谢 (48)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。
PLC水箱液位控制系统毕业设计
PLC水箱液位控制系统毕业设计PLC水箱液位控制系统是一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的自动控制系统，用于监测和调节水箱中的液位。
这个系统可以应用于各种场景，比如工业生产中的水箱液位控制、建筑物的水池液位控制等。
在本篇文章中，将详细介绍PLC水箱液位控制系统的设计和实现。
首先，我们需要对PLC水箱液位控制系统的硬件进行设计。
其中包括传感器模块、执行器模块和PLC控制器。
传感器模块用于监测水箱中的液位，可以选择合适的液位传感器，如浮球开关、超声波传感器等。
执行器模块用于控制水箱中的液位，可以选择水泵或阀门等执行器。
PLC控制器用于接收传感器模块的信号，根据预设的控制策略来控制执行器模块的工作。
同时，还需要考虑电源模块、通信模块等其他辅助模块。
接下来，我们需要对PLC水箱液位控制系统的软件进行设计。
PLC控制器通常使用Ladder Diagram（梯形图）进行编程。
在本设计中，我们可以根据液位传感器的信号来控制执行器的开关。
当液位低于一定阈值时，PLC控制器可以启动水泵或打开阀门，以增加水箱中的液位。
当液位高于一定阈值时，PLC控制器可以停止水泵或关闭阀门，以减少水箱中的液位。
同时，我们还可以增加一些安全措施，如设置最大液位和最小液位报警，当液位超出范围时，PLC控制器可以发出警报信号或采取相应的措施。
在实际应用中，我们还可以通过人机界面（HMI）来对PLC水箱液位控制系统进行监控和操作。
通过HMI，我们可以实时查看水箱中的液位，修改控制策略，记录操作日志等。
同时，我们还可以将PLC水箱液位控制系统与上位机进行通信，实现远程监控和控制。
最后，我们需要对PLC水箱液位控制系统进行实验验证。
在实验中，我们可以模拟不同的液位情况，观察PLC控制器的响应和执行器的工作情况。
通过实验，我们可以测试系统的稳定性、精度和可靠性，并对系统进行优化和改进。
总结而言，PLC水箱液位控制系统是一种自动控制系统，用于监测和调节水箱中的液位。
水箱自动控制系统设计毕业论文
水箱自动控制系统设计毕业论文本科毕业设计（论文）水箱自动控制系统设计专业：机械设计制造及其自动化摘要工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。
温度、液位、压力、流量是水箱控制中最常用的控制量，可以应用于很多控制方案中。
比如：在水塔供水系统、高位水箱供水系统、汽车水箱供水系统、液压泵供油系统等系统中都有广泛的应用。
本文以80C51单片机系统为核心，开发设计了一套水箱温度、液位、压力、流量的自动控制系统。
该系统可以实现设定参数的键盘输入；温度、液位、压力、流量的自动控制；日历时间的显示；自动声光报警。
整个系统搭建方便，价格便宜，具有一定的实用价值。
控制系统设计流程为：①报警参数键盘输入和显示；②模拟量信号采集；③A/D转换和数字滤波；④对A/D转换数据进行LCD显示；⑤温度、液位、压力、流量的控制；⑥时间和日历显示。
相关功能采用具有实时性的汇编语言实现。
本论文详细论述了怎样实现水箱温度、液位、压力、流量的自动控制，第一章简要的介绍了水箱温度、液位、压力、流量自动控制系统的应用，以及单片机控制系统概述。
第二章介绍了控制系统的总体功能设计分析以及方案设计。
第三章介绍了系统的主要硬件配置和传感器选择。
第四章详细的介绍了系统的软件设计。
第五章介绍了系统的调试以及运行结果。
最后则对本次设计进行了全面的回顾以及对水箱温度、液位、压力、流量自动控制系统的不足提出改进方案。
关键字：水箱80C51 自动控制AbstractIn industrial area, many control problems can be attributed to water tank control model, so the research of water tank controlsystem has scientific and practical value. Temperature, water level, pressure and flow rat are the most commonly used parameters in the water tank control, and can be applied to many control systems. For example: in the water tower supply systems, high water tank supply system, car water tank supply system, hydraulic pump oil supply system and other supply system. It is widely used.In this paper, a temperature, water level, pressure, and flow rat automatic control system of water tank was designed based on 80C51 SCM system. This system has functions as follow: alarm parameters keyboard input; temperature, water level, pressure, flow rat automatic control; time and calendar display; sound and light automatic alarm. The whole system is structures convenient, inexpensive and has certain practical value. The control system design process is：①alarm parameters keyboard input and display; ②analog signal acquisition; ③A/D conversion and digita l filtering;④the A/D conversion data LCD display; ⑤temperature, water level, pressure, flow rat control; ⑥time and calendar display. The related function of this system can be achieved by using real-time compilation language.Temperature, water level, pres sure, flow rate’s automatic control of water tank was discussed in detail on how to achieve in this paper. In chapter 1, temperature, water level, pressure, flow rate automatic control system’s practice of water tank, and SCM control s ystem’s overview was briefly introduced. In chapter 2, control system’s overall function analysis design and scheme design was introduced. In chapter 3, systems’s main hardware configuration and sensor choice was introduced. In chapter 4, system software design was introduced in detail. In chapter 5, system debugging and the results were introduced. A comprehensive review of this design was made and a improvescheme of industrial water tank temperature, water level, pressure, flow rat automatic control system’s weakness was proposed in the end of this paper.Key words:water tank 80C51 automatic control目录第1章绪论 (1)1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述 (1)1.2单片机控制系统综述 (2)1.2.1 单片机的简要发展历史 (2)1.2.2 当前世界范围内单片机的发展领域 (3)1.2.3 单片机的发展趋势 (3)1.2.4 单片机的应用 (4)第2章系统总体设计 (6)2.1总体功能设计分析 (6)2.2系统硬件模块 (7)2.3系统软件模块 (8)第三章系统主要硬件配置 (9)3.1控制系统主要硬件介绍 (9)3.1.1单片机控制模块 (9)3.1.2 ADC0809模块 (11)3.1.3 8155并行I/O口扩展模块 (12)3.1.4 DS12887时钟模块 (16)3.1.5 12232A液晶模块 (20)3.2传感器的选择 (24)3.2.1温度传感器选择 (26)3.2.2 液位传感器选择 (27)3.2.3 压力传感器选择 (29)3.2.4 流量传感器选择 (30)第四章控制系统软件设计 (33)4.1整体软件设计 (33)4.2报警参数输入部分 (34)4.3A/D转换和数字滤波 (40)4.3.1 模拟量数据采集 (40)4.3.2 数字滤波处理 (41)4.3.3 模拟信号的输出变换 (41)4.3.4 A/D转换和数字滤波 (43)4.4LCD液晶显示 (47)4.5控制部分设计 (52)4.5.1 温度控制部分设计 (52)4.5.2 液位控制部分设计 (54)4.5.3 压力控制部分设计 (57)4.5.4 流量控制部分设计 (57)4.6时钟日历显示 (58)第五章系统调试 (62)结论 (67)致谢 (68)参考文献 (69)附录1 毕业实习报告 (70)第1章绪论1.1水箱温度液位压力流量控制系统综述水箱控制是工业控制中广泛应用的控制方案，工业中很多控制问题都可以归结于水箱控制问题，因此研究水箱控制系统具有很好的科研和实用价值。
毕业设计水箱液位控制系统的设计
6
3 系统控制要求及指标
3.1 水箱液位控制系统的指标
液位 L=30cm(可任意设置) 稳态误差 ess（余差）≤±5mm 过度时间 ts≤4 分钟 衰减比 n＞4:1 当系统从一个稳态过度到新的稳态，或系统受扰动作用又重新平衡后，系统可能会出 现偏差，这种偏差称为稳态误差。稳态误差记作 ess（Steady-State Errors） 在规定条件下激励时，在继电器的组成和形式相同的触点中、动作最快的触点的最小 动作时间与动作最慢的触点的最大动作时间之差叫过渡时间。 衰减比 n 是衡量过度过程稳定性的动态指标，它是指过度过程曲线第一个波峰值与同 相位第二个波峰值之比。
2
（8）执行器是动力部件，它根据控制器送来的控制信号大小改变调节阀的开度，对 控制对象施加控制作用，使被控参数保持在给定值。
1.2 水箱液位控制系统结构原理
水箱尺寸：长×宽×高=25×20×40 cm 3 液位控制系统由被控水箱 1、蓄水箱 2 液位检测仪表差压变送器 LT、控制器 LC、执行器（调节阀）等组成。如图(1-2)所示。
7
3.3 自动控制系统的基本控制方式
3.3.1 开环控制方式
开环控制方式是指控制装置与被控对象之间只有顺向作用而没有方向联系的控制过 程，按照这种防止组成的系统称为开环控制系统，其特点是系统的输出量不会对系统的控 制作用发生影响。 开环控制系统可以按给定量控制方式组成， 也可以按扰动控制方式组成。 如工业1 过程控制系统的定义与应用
过程控制系统以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围 内的自动控制系统。这里“过程”是指生产装备或设备中进行的物质和能量的相互作用和 转换过程。表征过程的主要参量有温度、压力、流量、也为、成分、浓度等。通过对过程 参量的控制，可使生产过程中产品的参量增加、质量提高和能耗减少。一般的过程控制系 统通常采用反馈控制的形式，这是过程控制的主要方式。 过程控制在石油、化工、电力、冶金等部门有广泛的应用。20 世纪 50 年代，过程控 制主要用于使生产过程中的一些参量保持不变，从而保证产量和质量稳定。60 年代，随着 各种组合仪表和巡回检测装置的出现，过程控制已开始过渡到集中监视、操作和控制。70 年代，出现了过程控制最优化与管理调度自动化相结合的多级计算机控制系统。80 年代， 过程控制系统开始与过程信息系统相结合，具有更多的功能。
毕业设计论文液位控制系统
毕业设计论文液位控制系统Newly compiled on November 23, 2020毕业设计基于S7-300的单容水箱液位控制系统设计Design of Liquid-Level Control System Based on S7-300 专业班级：自动化0x0x班学生姓名： x x x指导教师： x x x 副教授学院：自动化与电气工程学院2016年 6月摘要可编程逻辑控制器（PLC）作为现代工业自动化的三大支柱之一，以其可靠性、灵活性在工业控制领域得到了迅猛的发展。
PLC是微电子技术和自动控制技术相结合的产物，并受到计算机技术、通信技术的影响。
我国近年来工业自动化水平逐渐提高，PLC在许多行业得到了越来越广泛的应用。
西门子公司的S7-300系列PLC以结构紧凑，扩展能力强，高性价比的特点在许多行业受到青睐。
在本次设计中，就以S7-300作为控制器，设计一个运行稳定、安全可靠又经济的液位控制系统。
控制核心以S7-300系列的CPU313C-2DP为主，以电磁阀、压力变送器、水泵、上位机、分隔式水槽等为辅构成了单容水箱液位控制系统，对整个液位控制系统进行了硬件设计和软件设计。
在设计过程中，首先，进行硬件的选择、设计。
其次，针对S7-300PLC的进行模块化编程，实现数据的归一化等功能。
最后，利用组态王软件设计人机对话界面，通过上位机控制实现液位的自动控制，上下限参数的在线设置，及液位测量值的在线监控；达到液位控制系统的技术要求。
关键词：S7-300；组态王；液位控制ABSTRACTProgrammable Logic Controller (PLC), one of the three pillars of modern industry automation, has gained rapidly development at the industry control field for its high reliability and flexibility. PLC is the product of the combination of microelectronic technology and automatic control technology, and it can be influenced by computer technology and communication technology. Recent years, as the level of the industry automation increased in our country, PLC has been widely used in more and more fields. Siemens PLC of the s7-300 series has been the favor of many industries, with the characters of compacted structure, strong extensible ability, and high function/price ratio.This design is going to fulfill a liquid level control system, which is stable, safe, and affordable, using s7-300 as the controller. The core is CPU313C-2DP of S7-300 series and the auxiliary parts contain a solenoid valve, a pressure transmitter, a motor, PC, a separated-type tank and so on. In the design, software system and hardware system can be designed completely.During the designing process, first of all, hardwires are chosen and designed. Second, module programming can be done to get normalized data and Position Control. Third, HMI can be finished using King software, which is used to control the liquid level, adjust the top and bottom limitation parameters on-line, monitor measured value of the liquid level, and meet the technical needs of controlling liquid level.Key Word: S7-300；Kingview；Liquid level目录1 引言课题的提出过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。
基于PLC水箱液位控制系统
基于PLC的液位控制系统设计摘要本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。
在设计中,笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少.本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析, FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较,应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。
关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令,实验。
目录中文摘要 (I)1 绪论 (2)1.1 PLC的产生、定义及现状 (2)1.1.1PLC的产生、定义 (2)1。
1.2PLC的发展现状 (2)1.2过程控制的发展 ..................................................................................... 错误!未定义书签。
1.3本文研究的目的、主要内容 ................................................................. 错误!未定义书签。
1。
3.1本文研究的目的、意义 ........................................................... 错误!未定义书签。
1.3.2本文研究的主要内容 .................................................................. 错误!未定义书签。
2 FX2系列PLC和控制对象介绍 (2)2.1 三菱PLC控制系统 (2)2。
1.1 CPU模块 (3)2。
1.2 I/O模块 (3)2.1。
3电源模块 (4)2。
液位控制系统毕业论文
液位控制系统毕业论文液位控制系统毕业论文引言液位控制系统是工业自动化领域中常见的控制系统之一。
它的主要功能是根据液体的实时液位信息，通过控制阀门或泵等装置，实现对液体液位的精确控制。
液位控制系统在化工、石油、食品等行业中得到广泛应用，对提高生产效率、降低安全风险具有重要意义。
本篇论文将对液位控制系统的原理、设计与应用进行深入研究和分析。
一、液位控制系统的原理液位控制系统的原理基于液位传感器的测量技术。
常见的液位传感器包括浮球式、压力式和电容式等。
浮球式液位传感器通过浮子的浮沉来感知液位高低，压力式液位传感器则通过测量液体对传感器的压力变化来确定液位。
电容式液位传感器则是通过测量电容的变化来反映液位的变化。
液位控制系统的工作原理可以简单描述为：液位传感器感知液位的变化，并将信号传递给控制器；控制器根据设定的目标液位，通过控制阀门或泵等执行器来调整液位。
这一过程需要涉及到信号采集、信号处理、控制算法和执行器控制等多个环节。
二、液位控制系统的设计液位控制系统的设计需要考虑多个因素，包括控制精度、响应速度、稳定性和可靠性等。
其中，控制精度是指系统输出与设定值之间的偏差，响应速度则是指系统对液位变化的迅速程度。
稳定性是指系统在长时间运行中的抗干扰能力，而可靠性则是指系统在各种环境条件下的正常工作能力。
液位控制系统的设计需要根据具体的应用场景来确定。
在化工行业中，由于液体的性质多变，设计师需要考虑液体的温度、压力、粘度等因素对系统的影响。
在石油行业中，由于液位控制系统通常需要应对高温、高压等极端环境，设计师需要选择适合的材料和技术来保证系统的可靠性。
在食品行业中，设计师还需要考虑食品安全和卫生要求，确保系统不会对食品质量产生负面影响。
三、液位控制系统的应用液位控制系统在工业生产中有着广泛的应用。
在化工行业中，液位控制系统可以用于控制反应釜中液位的变化，确保反应过程的稳定性和安全性。
在石油行业中，液位控制系统可以用于储罐的液位控制，避免液位过高或过低带来的安全隐患。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
课程设计报告设计题目：水箱液位控制系统的设计摘要在过程工业中被控制量通常有以下四种: 液位、压力、流量、温度。
而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量。
过程时间常数一般比较小。
以液位过程构成实验系统,可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。
液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置。
国外很多实验室有此类装置，如瑞典LUND大学等。
很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置!本次设计也是基于这套水箱液位控制装置来实现的。
这套系统由多个水箱，液位检测变送器，电磁流量计，涡轮流量计，自动调节阀，控制面板等喝多器件构成。
液位控制的发展从七十年代到九十年代经历了几个阶段，控制理论由经典控制理论到现代控制理论，再到多学科交叉；控制工具由模拟仪表到DCS，再到计算机网络控制；控制要求与控制水平也由原来的简单、安全、平稳到先进、优质、低耗、高产甚至市场预测、柔性生产。
而其中应用最广泛的就是PID 控制器。
这次首先是用一天半的时间让我们熟悉各种建模的方法。
学会建立了最初的四种模型。
接着后几天就是开始熟悉各种控制系统，以及运用它们去控制水箱的液位，从而更加深刻的理解控制的概念。
并且在过程中，要熟练学会调整PID的参数，学会使用MATLAB等。
关键词：水箱液位 PID控制串级控制前馈控制经验凑试法1.引言在现代工业控制中,过程控制技术是一历史较为久远的分支。
在本世纪30 年代就已有应用。
过程控制技术发展至今天, 在控制方式上经历了从人工控制到自动控制两个发展时期。
在自动控制时期内，过程控制系统又经历了三个发展阶段, 它们是：分散控制阶段, 集中控制阶段和集散控制阶段。
目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统(CIMS)：以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。
随着信息技术、自动化技术在过程工业的广泛应用，过程控制系统在过程工业中愈显重要。
过程控制从应用于工业生产至今经历了一个由简单到复杂、从低级到高级的过程。
在过程控制中，通常对液位、温度、压力、流量等参数进行控制。
其中，液位控制技术在国民生活、生产中发挥了重要作用，如民用水塔供水，精馏塔液位控制，锅炉气泡液位控制等。
液位控制的准确度与精度都直接或间接地影响着生产、生活的质量与安全。
为了保证安全、合理高效生产，急需开展先进的液位控制方法和策略的研究和开发。
水箱液位控制系统是设计和开发先进液位控制策略的一个开放式平台，具有观察直观、测量容易、组态灵活，可实施各种相异的控制方案，国内外许多学者和工程技术人员基于该类装置做出了重要的研究报告，以验证重要的理论成果和指导生产实践。
然而，目前我国这类控制实验装置主要用于高校实验教学，存在着实验采集数据误差较大、实验对象过于单一等不足。
因此，开发具有科研功能的试验装置具有重要的工程应用价值。
2 设计任务及要求（1）实验系统熟悉及过程建模①描述实验系统的总体结构（结构图及语言描述）。
②利用实验建模方法建立进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果。
③利用实验建模方法建立进水流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果，记录该对象的阶跃响应曲线（2种不同幅值的阶跃扰动）④利用实验建模方法建立副回路流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果，记录该对象的阶跃响应曲线（2种不同幅值的阶跃扰动）⑤利用实验建模方法建立双容水箱（上下串联）的进水流量（上水箱进水）和水箱（下）液位之间关系的数学模型。
要求：写出具体的建模步骤及结果，记录该对象的阶跃响应曲线（2种不同幅值的阶跃扰动）（2）实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计①画出此单回路控制系统的控制原理图及方框图。
详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义。
说明该控制系统的控制依据和控制功能。
②采用经验凑试法调节PID参数，使液位设定值发生阶跃变化时，控制系统达到满意的控制质量。
要求：在PID参数调试过程中，按控制质量从坏到好分别（P，PI，PID）记录6组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标），并说明你做参数进一步调整的原因，进而掌握PID控制作用对控制质量的影响。
③控制系统稳态时，打开旁路干扰阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
④打开副回路进水阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
思考：①旁路流量的频繁，剧烈变化对控制质量有着严重的影响，有什么方法可以较好的抑制这个扰动对控制质量的影响。
②副回路进水的频繁剧烈变化对控制质量的严重影响，有什么方法可以很好的抑制其对控制质量的影响。
（3）实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计①画出此单回路控制系统的控制原理图及方框图。
详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义。
说明该控制系统的控制依据和控制功能。
②采用经验凑试法调节PID参数，使液位设定值发生阶跃变化时，控制系统达到满意的控制质量。
要求：在PID参数调试过程中，按控制质量从坏到好分别（P，PI，PID）记录6组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标），并说明你做参数进一步调整的原因，进而掌握PID控制作用对控制质量的影响。
③控制系统稳态时，打开旁路干扰阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
④打开副回路进水阀（3种开度模拟3种不同幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）（注意：在这种情况下，不要去调整PID参数）。
思考：①在这种情况下，和(2)中单回路控制系统控制质量有什么变化？为什么会有这样的变化？②在这种情况下，你有什么办法提高控制系统的控制质量？详细说明你的想法。
（4）实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计①画出此串级控制系统的控制原理图及方框图，详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义；说明该控制系统的控制依据和控制功能；分析该控制系统和液位单回路控制系统相比有哪些变化，这些变化会使得该系统有哪些优势。
②采用经验凑试法调节主、副控制器参数，使控制系统达到满意的控制质量。
要求：写出调试控制器参数的具体步骤。
在PID参数调试过程中，记录10组以上的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）来说明你的调试过程，并说明你做参数进一步调整的原因。
③在设定值发生阶跃变化（设定值阶跃增大及设定值阶跃减小）时，观察并记录控制系统的过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）。
④打开旁路干扰阀（较大幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）；并和（1）中③的控制质量进行对比，分析并说明控制质量变化的原因。
⑤打开副回路进水阀（较大幅值的阶跃扰动），记录与其对应的控制系统过渡过程（过渡过程曲线，控制质量指标）；并和（1）中④的控制质量进行对比，分析并说明控制质量变化的原因。
思考：串级控制系统对于副回路进水的频繁剧烈变化具有一定的抑制作用，还有什么方法可以更好的抑制该扰动对水箱液位的影响，使得控制质量能够进一步提高。
（5）实现副回路进水流量的前馈控制（提示：和水箱（上）液位的单回路控制系统组成一个前馈-反馈复合控制系统）①画出此前馈-反馈复合控制系统的控制原理图及方框图，详细说明控制系统方框图中的各部分环节所对应的物理意义；说明该控制系统的控制依据和控制功能；分析该控制系统和液位单回路控制系统相比有哪些变化，这些变化会使得该系统有哪些优势。
②试求解前馈控制器的模型。
③采用简化模型代替前馈控制器，利用Matlab仿真软件调节前馈控制器参数，使得副回路进水流量发生剧烈变化时，控制系统达到满意的控制质量。
写出前馈控制器参数的调试步骤，记录与其对应的6组以上的控制系统过渡过程（包括：过渡过程曲线，控制质量指标），充分反映你的参数调试过程。
3.实验系统熟悉及过程建模3.1模型的建立首先观察到了实验装置，我们主要用了水箱，调节阀，电磁流量计，变频计，液位检测变送器等等。
我们设计了主副回路相结合的调解办法。
主回路上有自动调节阀，只需在控制器上给定量，便可以自己调节。
并且有电磁流量计，来实时监控流量变化。
副回路主要是变频器，通过调节频率来控制副回路泵的转速，从而调节流量。
这里使用的是涡轮流量计来检测流量的大小。
流量的实物体现便是水箱的液位变化。
然后在设置一个反馈环节，主要是利用液位检测变送器来实现的。
这就是模型的大概思路。
我们组是直接用双容水箱做的这个实验。
因为按照我们的理解，如果调节控制下水箱就是水箱，但是不管下水箱则为单容。
我们用主副回路共同控制水箱液位。
先通过控制器来调节自动调节阀，从而控制左上水箱的进水流量，然后调节出水阀，然进水流量等于出水流量，从而把液面控制稳定在一水平面上。
方框图如下：控制器调节阀流量过程水箱液位液位检测变送器变频器流量过程扰动+-+主回路副回路电磁流量计涡轮流量计图3.1 水箱液位控制系统原理方框图3.2进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型 调节阀的开度 由17%阶跃到24%图3.2.1 第一次给调节阀阶跃的阀开度与进水了流量关系图调节阀的开度 由图3.2.2 第二次给调节阀阶跃的阀开度与进水了流量关系图运用相关的公式及模型，可得：调节阀的开度变化：24%17%7%R ∆=-= （3.2.1） 比例系数为()(0)0.1790.1400.0560.7H H K R ∞--===∆ （3.2.2）纯滞后系数为10.4 2.30.40.92T τ=⨯=⨯= （3.2.3）时间常数为02 5.6630.92 4.743T T τ=-=-= (3.2.4) 进水阀和主管道进水流量之间关系的数学模型为00.0561 4.7431o K W T s s ==++ (3.2.5)3.3建立进水流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型 阀的开度由图3.3.1 第一次给调节阀阶跃的进水流量和水箱（上）液位之间关系图阀的开度由图3.3.2 第二次给调节阀阶跃的进水流量和水箱（上）液位之间关系图 调节阀的开度变化：0.1790.1400.039R ∆=-= （3.3.1） 比例系数为()(0)13.62 4.59231.50.039H H K R ∞--===∆ （3.3.2）纯滞后系数10.475.6630.430.265T τ=⨯=⨯= (3.3.3)时间常数为2138.975T =02138.97530.265108.71T Tτ=-=-= (3.3.4) 进水流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型为231.51108.711oKWT s s==++ (3.3.5)3.4副回路流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型阀的开度由图3.4.1 第一次给调节阀阶跃的副回路流量和水箱（上）液位之间关系图阀的开度由图3.4.2 第二次给调节阀阶跃的副回路流量和水箱（上）液位之间关系图调节阀开度变化0.17740.14200.0354R ∆=-= （3.4.1）比例系数()(0)10.5208 3.2552205.240.0354H H K R ∞--===∆ （3.4.2）纯滞后系数10.477.0930.430.83T τ=⨯=⨯= (3.4.3)时间常数02238.5130.83207.68T T τ=-=-= (3.4.4)副回路流量和水箱（上）液位之间关系的数学模型0205.241207.681o K W T s s ==++ (3.4.5)3.5双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系的数学模型阀的开度由图3.5.1 第一次给调节阀阶跃的双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系图阀的开度由图3.5.2 第二次给调节阀阶跃的双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系图1299.178t s =，2683.281t s =120.43865t t = 可用12121121221222.16(0.320.46)1.740.55()t t T T t TT t t T T t +⎧+≈⎪⎪<<⎨⎪≈-+⎪⎩ （3.5.1）计算 解得1315.865T =2138.975T =调节阀开度变化0.1790.1400.039R ∆=-= （3.5.2）比例系数()(0)10.63 3.17191.280.039H H K R ∞--===∆ (3.5.3)双容水箱的进水流量和水箱液位之间关系的数学模型为1217(1)(1)(315.8651)(138.9751)o K W T s T s s s ==++++ （3.5.4）4.实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计4.1 单回路系统控制图此单回路控制系统的控制原理图图4.1.1 单容水箱（上）液位的单回路控制原理图②此单回路控制系统的控制框图图4.1.2 单容水箱（上）液位的单回路控制框图4.2 PID参数整定控制器参数的整定，对PID控制规律来说，就是恰当选择比例度（或比例放大系数、积分时间常数和微分时间常数的值。