水箱液位流量串级控制

西安文理学院课程设计报告 5.2 PID控制工作原理

比列环节对过程的影响：比例度δ越大，放大倍数Kc越小，最大偏差增大，调节周期增长，稳定性增加；

积分环节对过程的影响：Ti越小，克服余差的能力提高，最大偏差减小，调节周期缩短：但是过渡过程震振荡加剧，稳定性降低，积分时间越短，振荡倾向就越强烈，甚至会成为不稳定的发散振荡。

微分环节对过程的影响：主要是对控制系统的振荡的抑制，改善调节过程中的动态特性，克服滞后，通常和比例、比例微分配合使用。

比例度越大，放大倍数越小，积分时间越长，积分作用越弱，微分时间越长，微分作用越强

6、软件流程图及程序的编写

这是一个将int型数据变换为real型数据的变换，为数据的变换做准备，保存为FC1

PLC的AI模块的PIW256对应的是液位的检测，将检测值送入PLC内

将PIW256口的数据变换为real型

由于采集来的数据可能为负数，通过该 语句将小于0的数据过滤掉

将过滤后的数据转化为0~100之间的数据，即用采集来的数据乘于系数0.003617。最后将值保存到MD24中

PLC的AI模块的PIW260对应的是流量的检测，将检测值送入PLC内

将PIW260口的数据变换为real型

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西安文理学院课程设计报告 由于采集来的数据可能为负数，通过该语句将小于0的数据过滤掉

将过滤后的数据转化为0~100之间的数据，即用采集来的数据乘于系数0.003617。最后将值保存到MD36中

这是液位控制环的PID控制器的设计，其中SP为液位给定信号，我们通过计算机设定，设定值存放在MD50中；PV为控制变量（即液位检测、反馈），数据存放在MD24中，它们的差是PID调节器的输入偏差信号，经过PLC的PID程序运算后输出，送给负环，作为流量环的输入

这是流量控制环的PID控制器的设计，其中SP为液位环的输出，存放在MD28中， PV为控制变量（即流量的检测、变送），存放在MD36中，它们的差是PID调节器的输入偏差信号，经过PLC的PID程序运算后输出，调节器的输出信号LMN经过PLC的D/A转换成4~20mA的模拟电信号后输出到变频器的输入，通过变换水泵的频率以控制进水的流量，使水箱的液位保持设定值。

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西安文理学院课程设计报告 水箱的液位经过水压力变送器检测转换成相关的电信号输入到PLC的输入接口，再经过A/D转换成液位环的控制量PV，给定值SP与控制量PV经过PLC的CPU的减法运算成了偏差信号e ,又输入到PID调节器中，又开始了新的调节。所以系统能实时地调节水箱的液位。

执行机构是变频器，由PLC经过PID算法后控制它的输出以控制水管里的水流量，控制水箱的水位。它有两个PID回路，分别是PID1和PID2。PID1为液位环（外环），控制水箱的液位，它的输出值作为PID2的设定值，PID2控制水箱的流量。

7、上位机画面制作

在上位机控制画面制作前，先将PLC接入电路，导入PLC事物的各模块参数如左图

将PLC接入MPI网络中

将应用到的各变量与程序中的存储器对应起来，注意个变量的类型

上位机的控制画面的制作：

在控制画面里面选择各变量的显示形式、显示类型

其中手动开关设置为鼠标点左键

液位输出有两种形式，数字显示和图像显示 其他变量采用对应的文本显示 点击运行按钮则就可以运行了

注意：如果监控画面没有借到MPI网监控画面就是深黑色，正常情况下是浅黑色

左图为液位设定原始为25（第一处），达到平衡后经阶跃跳变为15后（第2处），再次进入平衡，然后通过外部加水，外部干扰（第3处），出现扰动，通过自动调节进入平衡。

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西安文理学院课程设计报告 8、PID参数整定

8.1 串级控制回路系统的优点

串级控制回路系统增加了副回路，使性能得到改善，表现在以下几个方面：

1 能迅速克服进入副回路扰动的影响。定性分析：当扰动进入副回路后，首先，副被控变量检测到扰动的影响，并通过副回路的定值作用及时调节操纵变量，使副被控变量回复到副设定值，从而使扰动对主被控变量的影响减少。即副环回复对扰动进行粗调，主环回路对扰动进行细调。因此，串级控制系统能够迅速克服进入副环扰动的影响，并使系统余差大大减小。

2 串级控制系统可以串级控制、主控和副控等多种控制方式，主控方式是切除副回路，以主被控变量作为被控变量的单回路控制；副控方式是切除主回路，以副被控变量作为被控变量的单回路控制。因此，在串级控制系运行过程中，如果某些部件发生故障．可灵活地进行切换；减少对生产过程的影响。

8.2 串级控制系统的作用

1 克服被控过程较大的容量滞后

在过程控制系统中，被控过程的容量滞后较大，特别是一些被控量是温度等参数时，控制要求较高，如果采用单回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求。利用串级控制系统存在二次回路而改善过程动态特性，提高系统工作频率，合理构造二次回路，减小容量滞后对过程的影响，加快响应速度。在构造二次回路时，应该选择一个滞后较小的副回路，保证快速动作的副回路。

2 克服被控过程的纯滞后

被控过程中存在纯滞后会严重影响控制系统的动态特性，使控制系统不能满足生产工艺的要求。使用串级控制系统，在距离调节阀较近、纯滞后较小的位置构成副回路，把主要扰动包含在副回路中，提高副回路对系统的控制能力，可以减小纯滞后对主被控量的影响。改善控制系统的控制质量。

3 抑制变化剧烈幅度较大的扰动

串级控制系统的副回路对于回路内的扰动具有很强的抑制能力。只要在设计时把变化剧烈幅度大的扰动包含在副回路中，即可以大大削弱其对主被控量的影响。

4. 克服被控过程的非线性

在过程控制中，一般的被控过程都存在着一定的非线性。这会导致当负载变化时整个系统的特性发生变化，影响控制系统的动态特性。单回路系统往往不能满足生产工艺的要求，由于串级控制系统的副回路是随动控制系统，具有一定的自适应性，在一定程度上可以补偿非线性对系统动态特性的影响。

8.3 监控画面参数的调节

在实验中各个变量与监控画面对应，各变量的参数都可以在监控画面里修改。针对本次的液位流量串级控制系统可用以下步骤对PID参数整定：1）根据副变量的类型，按

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