【正文】 理器為核心的工業(yè)控制幾與數(shù)字調(diào)節(jié)器 — 過程計算機(jī)設(shè)備，正逐步取代模擬調(diào)節(jié)器，在過程控制中得到十分廣泛的作用。不僅如此，生產(chǎn)的安全性和可靠性，生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益都成為衡量當(dāng)今自動控制水平的重要指標(biāo)?，F(xiàn)今工業(yè)自動化己進(jìn)入計算機(jī)集成過程系統(tǒng)（ CIPS）時代，并依托人工智能，控制理論和運(yùn)籌學(xué)相結(jié)合的智能控制技術(shù)向工廠綜合自動化的方向發(fā)展。 之后，以最小二乘法為基礎(chǔ)的系統(tǒng)辨識，以極大值和動態(tài)規(guī)劃為主要方法的最優(yōu)控制和以卡爾曼濾波理論為核心的最佳估計所組成的現(xiàn)代控制理論，開始應(yīng)用于解決過程控制生產(chǎn)中的非線性，耦合性和時變性等問題，使得工業(yè)過程控制有了更好的理論基礎(chǔ)。 初期的過程控制系統(tǒng)采用基地式儀表和部分單元組合儀表，過程控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)大多是單輸入，單輸出系統(tǒng)，過程控制理論是以頻率法和根軌跡法為主體的經(jīng)典控制理論，以保持被控參數(shù)溫度，液位，壓力，流量的穩(wěn)定和消除主要擾動為控制目的過程。 自本世紀(jì) 30 年代以來，伴隨著自動控制理論的日趨成熟，自動化技術(shù)不斷地發(fā)展并獲得了驚人的成就，在工業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)發(fā)展中起著關(guān)鍵性的作用。 但是 ，一 個很明顯的原因就是在于理論研究尚缺乏實際背景的支持 ， 理論的算法一旦應(yīng)用于現(xiàn)場就會遇到各種各樣的實際問題，制約了其應(yīng)用前景。最近幾年，國內(nèi)一些控制領(lǐng)域已接近甚或超越了國際水平 ， 然而 ， 就先進(jìn)理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)等領(lǐng)域的狀況來講，與發(fā)達(dá)國家相比卻存在較大差距。然而，當(dāng)前的學(xué)術(shù)研究成果與實際生產(chǎn)應(yīng)用技術(shù)水 平并不是同步的，甚至相差幾十年 。 而實際工業(yè)生產(chǎn)過程中的被控對象往往具有非線性 、 時線性、時延對象的先進(jìn)控制策略，提高系統(tǒng)的控制水平，具有重要的實際意義。 通過系統(tǒng)調(diào)試得出了液位串級控制系統(tǒng)要比單回路控制效果好 ，表現(xiàn)在調(diào)節(jié)時間短，超調(diào)小，靜差小等方面。然后完成了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計，硬件主要是選型和原理圖的繪制，軟件是完成組態(tài)畫面的繪制、動畫連接和 PLC程序的編寫。首先確定了中下水箱液位串級控制系統(tǒng)和主管流量下水箱液位串級控制系統(tǒng)兩種控制方案。 本設(shè)計以過程控制實驗室的 TKJ2 型高級過程控制實驗設(shè)備為平臺，設(shè)計了基于 IPCPLC 的分布式控制系統(tǒng)。 液位串級控制系統(tǒng)研究與設(shè)計 設(shè)計總說明 在工業(yè)實際生產(chǎn)中，液位是過程控制系統(tǒng)的重要被控量，在石油﹑化工﹑環(huán)保﹑水處理﹑冶金等行業(yè)尤為重要。在工業(yè)生產(chǎn)過程自動化中，常常需要對某些設(shè)備和容器的液位進(jìn)行測量和控制。上位機(jī)采用 MCGS 組態(tài)軟件，用 STEP7軟件進(jìn)行編程，下位機(jī)采用西門子 S7200PLC。主要是看副控參數(shù)不同時其控 制效果的變化，進(jìn)行對比研究。接著對中水箱、下水箱、中下水箱、主管流量用階躍響應(yīng)曲線法進(jìn)行了建模與辨識，根據(jù)響應(yīng)曲線法中的 PID 整定公式進(jìn)行了調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定，完成了下水箱、中下水箱和主管流量單回路 PID 控制，最終本著先副后主的串級整定方法對中下水箱液位串級控制系統(tǒng)和主管流量下水箱液位串級控制系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行了整定，完成了算法對比研究。 關(guān)鍵詞 ：液位； PID 整定 ； 串級 ； 響應(yīng)曲線法 Research and Design about Level Cascade Control System Design Description In industrial production, the level of process control systems charged with the amount of particularly important in the petroleum, chemical, environmental protection, water treatment, metallurgy and other of industrial processes often need to measure and control the level of certain equipment and containers. This design process control laboratory TKJ2 Advanced Process Control laboratory equipment as a platform to design a distributed control system based on puter uses MCGS configuration software,Programming with STEP7 software,The next machine with Siemens determine the two control schemes of the flow of the lower tank level cascade control system and petent tank level cascade control to see the vice control parameters while the effect of changes, a parative then plete the system hardware and software design, hardware selection and schematic drawing, the software is plete the configuration screen drawing, animations connection and PLC program to on the tank, under tank, under tank petent flow step response curve method for modeling and identification,Tuning the regulator parameters according to the response curve method of PID tuning formula, pleted under the tank, the next tank and petent flow singleloop PID control,Ultimately the spirit of the first vice emperor Cascade tuning method of tuning cascade control system of tank level and in charge of traffic of the main regulator of the tank level cascade control system parameters, and plete algorithm for parative study. Level cascade control system than the singleloop control results obtained through the system debugging, performance in the short adjustment time, small overshoot and static error, and other aspects. Key Words:Process control； PID tuning； cascade； the response curve method 第 I 頁 目錄 1緒論 ............................................................. 1 研究背景 ..................................................... 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 ............................................... 2 國外研究現(xiàn)狀 ............................................. 2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀 ............................................. 3 軟件簡介 ..................................................... 4 MCGS 軟件 ................................................ 4 MATLAB 軟件 .............................................. 5 論文主要研究內(nèi)容 ............................................. 6 2系統(tǒng)控制方案設(shè)計 ................................................. 8 串級控制系統(tǒng) ................................................. 8 串級系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu) ....................................... 8 串級系統(tǒng)設(shè)計 ............................................. 8 PID 控制原理 ................................................ 10 PID 整定 .................................................... 11 單回路 PID 整定方法 ...................................... 11 串級系統(tǒng) PID 整定方法 .................................... 13 方案設(shè)計 .................................................... 14 中下水箱液位串級 ........................................ 14 主管流量下水箱液位串級 .................................. 14 第 II 頁 3系統(tǒng)硬件設(shè)計 .................................................... 16 系統(tǒng)硬件選型 ................................................ 16 系統(tǒng)硬件原理圖 .............................................. 17 4系統(tǒng)軟件設(shè)計 .................................................... 18 上位機(jī)組態(tài)設(shè)計 .............................................. 18 建立數(shù)據(jù)對象及通道 ...................................... 18 組態(tài)畫面設(shè)計 ............................................ 19 PLC 程序設(shè)計 ................................................ 24 PLC 的 I/O 口分配 ........................................ 24 中間變量 ................................................ 24 程序流程圖 .............................................. 25 5被控對象建模與辨識 .............................................. 27 階躍響應(yīng)曲線法建立模型 ...................................... 27 被控對象參數(shù)辨識 ............................................ 27 中水箱參數(shù)辨識 .......................................... 27 下水箱參數(shù)辨識 ...................................