基于计算机的单容水箱液位控制系统

单容水箱液位控制 组态软件

内蒙古科技大学信息工程学院

测控专业毕业实习报告

题 目：基于计算机的单容水箱液位控制系统

学生姓名：郭巍

学 号：0967112111

专 业：测控技术与仪器

班 级：测控09-1班

指导教师：李文涛 教授

单容水箱液位控制 组态软件

目 录

前 言.............................................................................................................................. 1

第一章 单容水箱液位控制系统概述.......................................................................... 2

1.1 水箱液位控制系统构成.................................................................................. 2

1.2 水箱液位控制系统工作原理........................................................................... 2

1.3 仪表选型.......................................................................................................... 3

1.3.1 变送器的选择.......................................................................................... 3

1.3.2 执行器的选择.......................................................................................... 3

第二章 软件介绍和设计.............................................................................................. 4

2.1组态软件简介................................................................................................... 4

2.2 水箱液位控制系统的监控界面...................................................................... 4

2.3 PCI板卡定义及组态王的数据采集 ............................................................... 5

2.3.1项目的建立............................................................................................... 5

2.3.2 图形画面的制作...................................................................................... 5

2.3.3板卡设备的定义....................................................................................... 6

2.3.4定义变量及动态连接............................................................................... 7

第三章 PID算法及程序调试 .................................................................................... 13

3.1 PID控制器介绍 ............................................................................................. 13

3.2 PID算法程序设计 ......................................................................................... 13

3.3 程序调试及运行............................................................................................ 16

第四章 对象特性分析及仿真.................................................................................... 18

4.1被控对象动态特性概述................................................................................. 18

4.2被控对象数学模型的建立............................................................................. 18

4.2.1阶跃响应曲线法建立单容水箱的数学模型......................................... 18

4.2.2 PID控制器校正单容水箱系统 ............................................................. 19

总结.............................................................................................................................. 22

参考文献...................................................................................................................... 23

单容水箱液位控制 组态软件

前 言

本次设计是基于组态王的单容水箱液位控制系统，该系统以实现水箱液位的

自动控制。通过电脑控制水箱，从电脑上给定PID参数从而进行水箱液位控制，

本次设计主要以单容水箱作为研究对象，运用研华PCI1710及1720板卡进行单

容水箱对象特性的测试，并利用MATLAB软件进行了控制系统的仿真及分析，

并确定出一组合适的PID参数对其进行控制。其次，采用组态王进行系统监控，

通过对调节器PID参数的整定，实现了水箱液位的闭环控制，使水箱液位稳定

在设定值，满足设计要求。该设计以基于计算机控制的单回路液位控制系统，通

过安装在水箱底部的JYB-G型压力变送器测量液位，PCI板卡接收来自压力变送

器的测量信号，以电动调节阀为执行器，接收来自计算机的控制信号改变阀门的

开度。最后，采用组态王进行系统监控，通过对调节器PID参数的整定，实现了

水箱液位的闭环控制，使水箱液位稳定在设定值。

单容水箱液位控制 组态软件

第一章 单容水箱液位控制系统概述

1.1 水箱液位控制系统构成

计算机单容水箱液位控制系统有五个基本组成部分，即被控对象、测量变送

装置、计算机和执行器，单容水箱液位控制系统结构图如图1.1所示:

图1.1 单容水箱液位控制系统流程图

1.2 水箱液位控制系统工作原理

在虚拟的水箱控制系统中当水箱液位实际值PV小于给定值SV时，通过组态

王界面打开电动执行器-阀门1使水箱液位上升；当水箱液位实际值PV大于给定

值SV时，此时打开阀门3关闭电动执行器-阀门1使水箱液位回到给定值上。

数据采集原理框图如图1.2，数据采集是一个典型的简单负反馈控制回路,

通过传感器将实际的物理量(即水箱液位)转换为电压信号传给PCI1710输入板

卡, 经采集卡A /D 转换后送入PC中，与给定值进行比较得出偏差值 ，从而改

变进水流量, 以实现对水箱液位的控制。其与工作原理框图如1.3所示：

单容水箱液位控制 组态软件

图1.3 工作原理框图

1.3 仪表选型

1.3.1 变送器的选择

测量变送环节的作用是将工业生产过程中的参数经过检测、变送单元转换成

标准信号。在模拟仪表中，标准信号通常采用4～20mADC、1～5VDC的电流（电

压）信号，或20～100kPa的气压信号；在现场总线仪表中，标准信号是指数字

信号。因在水箱液位控制系统中测量的是水箱液位，所以实验室选用的是压力液

位变送器。其特点是小巧精致，安装简便，采用先进的传感器 ，适用于工业现

场过程控制。

1.3.2 执行器的选择

执行器接受来自控制器输出的控制信号，进而实现对操纵变量的改变，从而

使被控变量向设定值靠拢。控制阀接收来自控制器输出的控制信号，通过改变阀

的开度达到控制流量的目的。控制阀包括执行机构和调节机构两部分。执行机构

是控制信号产生推力或位移的装置；调节机构是根据执行机构的输出信号改变能

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