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6 总结 51
致谢 52
参考文献 53
1 绪论
生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。大力发展工业自动化技术既可以促进信息化的发展又可以武装传统产业，带动工业化的实现。因此把工业自动化作为一个行业重点发展，应作为我国实现工业化和信息化的战略方针。用工业自动化技术武装传统产业，使设备控制自动化、工艺流程自动化，从而实现我国的工业化建设[1]。事实上，由于信息化和管理自动化的核心技术是相同的，都基于计算机技术、网络技术、软件技术和信息技术， 所以管自动化是信息化的重要组成部分。因此，发展工业自动化技术可以促进工业化的实现，带动信息化的发展，这就是工业自动化的特殊地位及重要性。
随着计算机控制装置在控制仪表基础上发展起来以后，自动化控制手段也越来越丰富。在现代化工业生产中，液位是控制系统的重要被控量，在石油、化工、环保、水处理、冶金等行业尤为重要。在工业生产过程自动化中，常常需要对某些设备和容器的液位进行测量和控制。通过液位的检测与控制，了解容器中的原料、半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节物料搭配得当。通过控制计算机可以不断监控生产的运行过程，即时地监视或控制容器液位，保证产品的质量和数量。如果控制系统设计欠妥，会造成生产中对液位控制的不合理，导致原料的浪费、产品的不合格，甚至造成事故，所以设计一个良好的液位控制系统在工业生产中有着重要的实际意义[2]。
本课题是以液位作为控制对象，设计双容水箱液位串级控制系统，充分利用自动化仪表技术，自动控制技术等以实现对水箱液位的串级控制。
1.1 过程控制系统的发展
过程控制系统的发展随着工业生产要求的提高和生产技术的进步经历了很长一段发展过程，大致可分为几个方面：
（1）仪表化与局部自动化系统
这一阶段的主要特点是：采用的过程检测控制仪表为基地式仪表和部分单元组合式仪表,而且多数是气动式仪表，其结构方案大多数是单输入-单输出的单回路定值系统。过程控制的主要工艺参数是温度、压力、流量、液位等热工参数的定值控制。控制的主要目的是保持工业生产的连续性和稳定性减少扰动。单元组合式仪表以采样模拟技术和经典控制理论，实现了对生产过程的集中控制。以单回路PID(比例、积分、微分)策略为主，同时针对不同的对象与要求，创造了一些专门的控制系统，如按物件，例配置的比值控制，克服大滞后的Smith预估器，克服干扰的前馈控制和串级控制等。仪表化与局部自动化系统运行设计分析的理论基础是以频域法和根轨迹法为主体的经典控制理论, 它在控制性能上一般只能实现简单参数的PID调节和简单的串级、前馈控制，主要任务是稳定系统，实现定值控制。无法实现如自适应控制，最优化控制等复杂的控制形式。
（2）计算机集中式数字控制系统
由于生产过程的强化,控制对象的复杂,即高文、大时滞、严重非线性、耦合及严重不确定性对象,上述简单的控制系统已经无能为力。随着计算机技术的发展,人们试图用计算机控制系统,替代全部模拟控制仪表,即模拟技术由数字技术来替代。