实验九DCS水箱液位控制系统
水箱液位控制综合系统优秀课程设计
一、液位控制系统原理分析1.1水箱液位控制系统原理框图此次课程设计对水箱液位控制系统设计是一个简单控制系统, 所谓简单液位控制系统通常是指有一个被控对象, 一个检测变松单元一个控制器和一个实施器所组成单闭环负反馈控制系统, 也成为单回路控制系统。
简单控制系统有着共同特征, 她们都有四个基础步骤组成, 即被控对象, 测量变送装置, 控制器和实施器。
对不一样对象简单控制系统尽管其具体装置与变量不相同, 但都能够用相同方框图表示:图1控制系统方框图这是单回路水箱液位控制系统, 单回路调整系统通常指在一个调整对象上用一个调整器保持一个参数恒定, 而调整器只接收一个测量信号, 其输出也只控制一个实施机构。
本系统所要保持恒定参数是液位给定高度, 即控制任务是控制水箱液位等于给定值所要求高度。
依据控制框图, 这是一个闭环反馈单回路液位控制, 采取工业智能仪表控制。
1.2被控过程传输函数通常形式依据被控过程动态特征特点, 经典工业过程控制所包含及被控对象传输函数通常含有下述多个形式1一阶惯性加纯拖延s e Ts ks G τ-+=1)( ()11-2 二阶惯性步骤加纯拖延s e s T s T Ks G τ-++=)1)(1()(21 )21(-3 N 阶惯性步骤加纯拖延sne Ts K s G τ-+=)1()( )31(-上述3个公式只适适用于自衡过程。
对于非自衡过程, 其传输函数应包含有一个积分步骤, 即se Tss G τ-=1)( )41(- s e s T s T s G τ-+=)1(1)(21 )51(-二、建立被控对象数学模型2.1求传输函数依据阶跃响应试验数据如表1表1 阶跃响应数据使用Matlab编辑.m文件, 得出阶跃响应曲线。
Matlab程序以下: t = [0 10 20 40 60 80 100 140 180 250 300 400 500 600 700 800];h = [0 0 0.2 0.8 2.0 3.6 5.4 8.8 11.8 14.4 16.5 18.4 19.2 19.6 19.8 20]; plot(t,h)grid onhold on得到阶跃响应曲线再取0.39和0.62处t值如图2、图3图2阶跃响应曲线（1）图3 阶跃响应曲线（2）2.2计算传输函数并仿真由图1图2可知, 在0.39和0.62处t 值分别为128.2和201.7 依据τ=2t （0.39y(无穷)-t （0.63y(无穷）） T=2t （t （0.63y(无穷）-t0.39y(无穷)）可得出K=1、 τ=55、 T=147 从而得到传输函数为 S e S s G 5511471)(-+=对该对象进行仿真如图4、 图5:图4 原系统simulink 结构图图5 阶跃响应曲线三、 控制系统参数整定及MATLAB 数字仿真3.1 选择控制方案选择PID 单闭环控制, 其控制原理图6以下:图6 控制系统原理图经过调整)(s G c 中PID 参数使得广义对象特征改善, 降低调整时间。
水箱液位串级控制系统实训报告
实训指导教师：系别：专业：生产进程自动化班级：姓名：实训地点：实训时间：9.2.2 水箱液位串级控制系统1.实训目的（1）熟悉集散控制系统的组成（见附录B）。
（2）学习MACS组态软件的利用方式。
（3）培育学生灵活组态的能力。
（4）掌握系统组态与装置调试的技能。
（5）掌握串级控制系统的组态方式。
2.实训内容（1）水箱液位串级控制系统数据库组态。
（2）水箱液位串级控制系统设备组态。
（3）水箱液位串级控制系统算法组态。
（4）水箱液位串级控制系统画面组态。
（5）水箱液位串级控制系统调试。
3.实训设备和器材（1）THSA-1型生产进程自动化技术综合实训装置。
（2）万用表一个、PC/PPI通信电缆一根。
4.实训接线参照图完成系统接线。
图水箱液位串级控制系统接线图5.实训步骤（1）工程分析水箱液位串级控制系统需要两个输入信号端子和一个输出端子，因此选用一个模拟量输入模块（FM148A）和一个模拟量输出模块（FM151）。
FM148A的通道2收集上水箱液位数据，FM148A的通道3收集中水箱液位数据，控制输出信号由模拟量输出模块（FM151）的通道1送出，去操纵电动控制阀的开度。
（2）成立工程。
①参照图和图，打开数据库组态工具，进入数据库组态界面。
图数据库组态工具打开步骤图数据库组态界面②在数据库总控组态界面中工具栏下单击新建工程按钮，弹出如图所示添加工程的对话框，添入工程名称，单击肯定。
图添加工程③工程成立以后能够在c：\hs2000macs组态软件下看到新建的工程名称。
（3）编辑数据库。
①选择编辑→编辑数据库，在弹出的对话框如图所示，输入用户名Bjhc和密码3dlcz，单击肯定，进入数据库编辑界面。
图进入数据库编辑界面②参照图(a)选择系统→数据操作，单击肯定，弹出如图(b)所示窗口。
因为水箱液位串级控制控制系统利用两个模块，三个通道，所以需要编辑三个点号。
③单击数据操作后，选择模拟量输入，在右边选择项名列表框中，选择必需设置的项目名称，见表，单击肯定并添加记录。
基于DCS实验平台实现的水箱液位控制系统综合设计
基于DCS实验平台实现的水箱液位控制系统综合设计水箱液位控制系统是一种常见的自动控制系统，用于控制水箱中水的液位，并实现自动注水或放水。
在本综合设计中，我们基于DCS（Distributed Control System）实验平台实现了一套水箱液位控制系统。
DCS是一种分布式控制系统，由多个控制器通过网络连接，并共享信息和资源，实现综合控制和监测。
本设计包含以下组成部分：1.水箱：水箱是整个系统的控制对象，用于存储水。
我们使用了一个实验型水箱，通过电动阀门来控制水的流入和流出。
2.传感器：系统中使用了液位传感器来监测水箱中水的液位。
通过传感器，我们可以获取实时的液位数据。
3.执行器：系统中使用了电动阀门作为执行器，用于控制水的注入和排出。
电动阀门可以根据控制信号打开或关闭，实现自动控制。
4.控制器：我们使用了DCS实验平台提供的控制器来实现水箱液位控制算法。
控制器通过接收传感器的反馈信号，并根据设定点和控制算法计算出相应的控制信号，再通过通信网络发送给执行器。
5.计算机界面：我们使用了DCS实验平台提供的计算机界面来监测和操作水箱液位控制系统。
通过计算机界面，操作人员可以实时查看水箱液位、设定控制参数，并监控系统的运行状态。
在系统运行时，控制器会不断地读取传感器的反馈信号，并根据设定点和控制算法计算出相应的控制信号。
控制信号通过通信网络发送给执行器，执行器根据控制信号打开或关闭电动阀门，实现水的自动注入或排出。
同时，系统的运行状态和液位数据会通过计算机界面实时显示，方便操作人员监控和调整。
实验结果表明，我们设计的水箱液位控制系统能够准确地控制水箱中的液位，并实现自动注水或放水的功能。
通过DCS实验平台的分布式控制和监测能力，系统的可靠性和稳定性得到了有效提高。
通过本实验，我们深入了解了水箱液位控制系统的原理和设计方法，熟悉了DCS实验平台的使用，并通过实践掌握了水箱液位控制系统的综合设计过程。
总之，基于DCS实验平台的水箱液位控制系统综合设计是一个充满挑战但又非常有意义的实验项目，通过实验我们可以提升我们在自动控制和DCS技术方面的能力，并为工业自动化控制系统的设计和实施奠定基础。
自动控制系统综合实验报告——水箱液位控制
自动控制系统综合实验报告水箱液位控制J自动化0703班XXX学号：XXXXX`目录自动控制系统综合实验报告 (1)第一章现场总线控制系统（FCS）的组成 (1)一、系统简介 (1)二、系统组成 (1)1. 被控对象 (2)2. 检测装置 (2)3. 执行机构 (3)4. 控制器 (3)5. 空气压缩机 (3)三、总线控制柜 (3)四、系统软件 (3)1、SIEMENS简介 (4)2、STEPS简介 (4)3、WINCC简介 (4)第二章下位机程序的边协调是与下载 (5)一、STEP 7简介 (5)二、STEP 7的安装 (5)三、STEP 7的硬件配置和程序结构 (5)四、工程新建 (6)五、程序编写 (6)1、添加导轨(０)Rail (6)2、在机架的１号槽添加电源PS 307 5A (6)3、添加CPU 315-2 DP (7)4、添加PROFIBUS-DP通信总线 (8)5、添加以太网通信处理器CP 343-1 (8)6、添加以太网 (8)7、添加DP/PA 连接器IM 153-2 OD (9)8、添加分布式Ｉ/O设备ET200M (9)9、添加变频器MICROMASTER 4 (10)11、添加PROFIBUS-PA设备 (11)六、程序下载 (11)第三章上位机组态软件编写 (12)一、WINCC 概述 (12)二、WINCC的安装 (12)三、WINCC的通讯连接和画面组态方法 (12)1. 通讯驱动程序 (13)2. 通道单元 (13)3、连接 (13)4、WINCC变量 (14)四、WINCC组态程序的编写 (14)1．打开WINCC组态环境 (14)2．新建一工程 (15)3．组态变量 (16)4．画面组态 (20)5．实时曲线和历史曲线的组态 (23)6．添加按钮动作 (24)7．保存组态画面 (26)第四章基于OPC技术的matlab与wincc的数据交换 (27)第一节OPC技术简介 (27)第二节Matlab 作为客户端访问OPC服务器的通信流程 (30)第三节MATLAB 与WINCC 数据通讯的实现 (31)自动控制系统综合实验报告第一章现场总线控制系统（FCS）的组成一、系统简介本现场总线控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
课程设计报告---水箱液位控制系统
课程设计报告设计题目：水箱液位控制系统的设计班级：学号：姓名：指导教师：设计时间： 2012.05.07—2012.05.25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。
dcs水箱液位串级控制系统的设计
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。
双容水箱液位串级控制DCS实训报告
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）。
基于DCS实验平台实现的水箱液位控制系统综合设计1
基于DCS实验平台实现的水箱液位控制系统综合设计1基于DCS实验平台实现的水箱液位控制系统综合设计1水箱液位控制系统是一种常见的自动控制系统，在农业灌溉、工业生产以及生活用水等领域有着广泛的应用。
本文将基于DCS（Distributed Control System）实验平台，对水箱液位控制系统进行综合设计。
一、系统结构设计水箱液位控制系统的结构主要包括传感器、执行机构、控制器和监视器等组成。
传感器：通过测量水箱内液位的高度，将液位信号转化为电信号输入到控制器中。
常见的液位传感器有浮球式液位传感器和电容式液位传感器等。
执行机构：根据控制器的指令，实现对水箱进水和排水的控制。
可采用电动阀门或泵等设备，通过控制阀门的开闭程度控制水的流动。
控制器：根据传感器提供的液位信号，经过处理后输出控制信号给执行机构。
常用的控制器有PID控制器、模糊控制器和神经网络控制器等。
监视器：用于显示水箱液位的实时数值，并提供报警功能。
监视器可以是计算机终端、触摸屏或者是手机App等。
二、系统设计步骤1.选择合适的传感器：根据实际需要选择合适的液位传感器，确保其测量精度和可靠性。
2.设计控制器算法：根据液位变化规律，选择合适的控制算法。
常用的PID控制算法可以实现对系统的稳定控制。
3.连接控制器和传感器：将传感器的输出信号连接到控制器的输入端，确保传感器的信号能够被控制器准确读取。
4.连接控制器和执行机构：将控制器的输出信号连接到执行机构，确保控制信号能够准确地控制执行机构的运动。
5.设计监视器界面：根据实际需要，设计界面清晰、操作简单的监视器界面。
界面应包括实时液位显示、控制参数调节和报警显示等功能。
6.测试系统性能：进行系统的模拟和调试，测试系统在不同液位条件下的控制性能和稳定性。
7.优化系统参数：根据测试结果，对系统参数进行调整和优化，确保系统具有较好的控制性能和稳定性。
三、系统拓展应用1.多水箱联动控制：将多个水箱的液位控制系统进行联动，实现水的调节和分配。
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实验九DCS水箱液位控制系统
1、了解单回路控制的特点和调节品质，掌握PID 参数对控制性能的影响。
2、学会分析执行器风开风关特性的选择及调节器正反作用的确定。
3、初步掌握单回路控制系统的投运步骤以及单回路控制器参数调整方法。
实验设备
A3000 过程对象的下水箱V103，SUPCON DCS，支路系统1，支路系统2。
图9-1 A3000过程控制系统示意图
实验原理
9-2 单回路控制系统方框图
图9-2为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。
系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。
控制器采用PID控制规律，常用的控制规律有比例(P)调节、比例积分(PI)调节、比例微分(PD)调节、比例积分微分(PID)调节。
调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论
计算法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。
工程实验整定法有临界振荡法、衰减振荡法。
（1）临界振荡法
将Ti→∞, Td= 0，调整δ至较大值，逐渐减小δ，直至出现等幅振荡如下图所示，记下δr (临界比例带)，根据δr ,Tα 查表得δ, Ti , Td ，见下表
图9-2 临界震荡过程
表9-1 临界比例度法控制器参数计算表
临界比例度法的优点是应用简单方便，但此法有一定限制。
首先要产生允许受控变量能承受等幅振荡的波动，其次是受控对象应是二阶和二阶以上或具有纯滞后的一阶以上环节，否则在比例控制下，系统是不会出现等幅振荡的。
在求取等幅振荡曲线时，应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。
（2）衰减振荡法
将Ti→∞, Td= 0,调δ使被控量达4：1 或10：1如下图所示；对应δs，根据δs ,Ts 确定δ, Ti , Td ，见下表
图9-4 4：1衰减震荡曲线
表9-2 衰减曲线法控制器参数计算表
实验流程介绍
以第1套实验装置为例，在A3000 高级过程控制实验系统中，下图所示为液位单回路控制系统。
图9-\4 A3000单回路控制系统
实验步骤
1、SUPCON DCS 操作熟悉
由学生启动操作站上的SUPCON DCS 监控画面，注意各组只启动自己的小组画面，不要乱动其他组的装置，所有一切操作都在DCS 上有记录。
进入画面后，要求学生首先熟悉DCS 操作，逐项熟悉下面的内容：
（1）监控画面上工具条按钮的意义与用法；
（2）如何进行画面切换与翻页；
（3）如何切换到流程画面和趋势画面；
（4）流程图画面熟悉，与实际系统的对应；
（5）在流程画面上的操作，包括：电磁阀开关面板的弹出、调节器面板的弹出、手操器面板的弹出；
（6）熟悉开关面板的操作；
（7）熟悉调节器面板的操作，包括给定值、阀位、手自动切换等；
（8）熟悉手操器面板的操作；
（9）熟悉如何通过调节器面板切换到PID 整定画面；
（10）熟悉PID 整定面板上各个内容的操作，包括：熟悉怎样设置PID 调节器的正反作用、PID 参数、手自动、给定、阀位、曲线倍率选择等。
2、单回路控制系统
在DCS 操作站上通过用鼠标点击画面上的__框调出__调节面板，用鼠标左键点击__ 调节面板上的按钮，将该调节器切至手动，变频器可以认为具有风开特性，正确判断并设置调节器的正反作用。
1.调节器正反作用如何确定？ 2.简单控制系统的投用步骤是什么？
3.分析一下，DCS 的数字PID算法如何实现无扰动切换？
内容一：PI 控制
（1）在DCS 上，__3 处于手动状态，给该调节器输出一定的开度，使水箱开始加水到一定高度（50％以下），并稳定下来，设置__ 控制器为PI控制，然后在__ 的调节面板上用鼠标左键点击面板上的按钮，将
__ 切入自动，在相同液位工作点下，对该液位控制系统的液位给定值做一个阶跃（范围不要太大，5％～15％之间，正向或负向），观察不同比例度
和积分时间下的控制效果，分析比例度和积分时间对控制效果的影响。
（2）对PI 控制器进行工程整定，并将整定后的参数置入
控制器，然后对对该液位控制系统的液位给定值做一个阶跃，观察控制效果。
（3）在A3000 装置上打开QV-105，在DCS 上调出__ 手操器面板，给该手操器输出一个开度（比如10％），对液位控制系统施加干扰，观察控制系统对干扰的抑制效果。
内容二：PID 控制
采用PID 控制，重复上面内容一的实验。
实验报告要求
以实验报告模板为基本格式，上交电子版实验报告。
实验报告文件名为：
实验名称+班级+姓名+学号最后两位。
例：实验一弹簧管压力表校验实验+储运09-\2+卢智博+18。
试验实验报告中内容应全面、格式整洁、图表齐全逐一详细回答实验讲义当中的问题（重点，用红色黑体字体）。
明确给出实验结论，并进行分析（重点）。
写出实验心得。
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