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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。8843
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关键词：液位；模型；PID控制；串级控制系统；过程控制系统；MCGS
Design of Coupled Tank Liquid-Level Control System Based on MCGS
Abstract：The purpose of this thesis is to design the liquid level’s concatenation control system of the double capacity water tank. This design makes full use of the automatic indicator technique,the computer technique,the communication technique and the automatic control technique in order to realize concatenation control of water tank’s liquid.First, I carry out the analysis of the controlled objects’ model, and use the experimental method to calculate the transfer function of the model.Next, I Design the concatenation control system and use the dynamic simulation technique to analyze the capability of control system.Afterwards, I design and set up the indicator process control system, realize PID control of the liquid level with intelligence indicator. Finally, I design and set up the long distance computer control system in virtue of the data collection module,MCGS soft and digital PID controller,accomplish control system experiment and analyze the outcome.
KeyWords: Liquid level；Model；PID control；Cascade control system；Process control system；MCGS
目 录
1 绪论 1
1.1 过程控制系统的发展 1
1.2 组态软件产生及现状 3
1.3 液位串级控制系统介绍 4
1.4 主要研究内容 5
2 液位控制系统的组建 6
2.1 系统硬件选型 6
2.1.1 水箱 6
2.1.2 检测单元 6
2.1.3 执行单元 8
2.1.4 水泵机组 9
2.2 被控对象的数学模型 10
2.2.1 机理建模法 10
2.2.2 阶跃响应曲线法 12
3 液位系统控制方案设计 17
3.1 PID控制系统 17
3.1.1 PID控制原理 17
3.1.2 PID控制特点 19
3.1.3 PID控制参数整定 20
3.2 控制系统方案设计 22
3.3 控制系统的仿真 25
3.3.1 MATLAB软件介绍 25
3.3.2 MATLAB/Simulink系统仿真 26
4 MCGS监控系统设计 34
4.1 MCGS组态软件介绍 35
4.1.1 组态软件主要结构 35
4.1.2 建立运行程序一般过程 37
4.2 MCGS监控系统制作过程 37
4.2.1 工程的建立 37
4.2.2 组态变量的定义 38
4.2.3 设备与变量连接 39
4.3 MCGS监控画面制作 41
4.3.1 工程画面的建立 41
4.3.2 监控画面的制作 42
4.3.3 PID脚本程序编写 43
4.4 MCGS运行系统及调试 46
4.5 结果分析 49
5 计算机过程控制系统硬件设计 49