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摘 要

监控组态软件(MCGS)是面向监控与数据采集的软件平台工具，利用它可以快速、方便地构造和生成上位机监控系统，极大地缩短工业监控软件的开发周期，提高开发效率。随着信息化速度地加快，监控组态软件将发挥越来越重要的作用。

双容水箱液位控制系统是采用先进的控制算法完成对过程液位的控制系统，它在饮料、食品加工、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程中均有广泛应用。在本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，借助数据采集输入输出模块﹑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。

关键词：MCGS 组态软件 双容水箱 监控 液位

The design of water level control system

based on configuration software

Abstract

The monitoring configuration software is facing the software platform tool of the monitoring and data collection. By using it, the PC monitoring system can be constructed and formed rapidly and conveniently. And, the development cycle of industrial monitoring software will greatly shorten and the development efficiency will improve., With the accelerated pace of information technology, the monitoring configuration software will give play to more important function.

Double tank water level control system is the use of advanced control algorithms to complete the process liquid level control system, which is widely used in beverage, food processing, filtering solution, chemical production and other sectors of the production process. In this design, take advantage of automated instrumentation technology, computer technology, communication technology and automatic control technology to achieve the tank liquid level cascade control. Firstly, the controlled object model is analyzed and strike the model of transfer function by using experimental modeling approach. Secondly, according to the controlled object model and the controlled process characteristic, design cascade control system, using dynamic simulation technology to analyze the control system performance. With data acquisition input and output modules, MCGS configuration software and digital controller, design and establish a remote computer process control system to complete control system experiment and result analysis.

Keywords: MCGS; Configuration software; Double capacity water; Monitoring; liquid level;

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 概述 1

1.1 课题研究的背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 2

1.2.1 国外研究现状 2

1.2.2 国内研究现状 3

1.3课题研究的意义 4

第二章 被控对象建模 6

2.1 液位串级控制系统的工艺组态图 6

2.2被控对象建模 6

2.3模型水箱分析 7

2.4阶跃响应曲线法建立模型 7

2.4.1上水箱阶跃响应参数 8

2.4.2 下水箱阶跃响应参数 8

2.4.3 求取上水箱模型传递函数 9

2.4.4 下水箱模型建立 11

2.4.5 控制系统的仿真 12

第三章 系统控制方案设计 14

3.1控制系统的控制原理 14

3.2串级控制系统的特点与分析 14

3.3 PID控制器的作用以及参数整定常用的方法 15

3.4系统控制方案设计 18

3.4.1控制系统性能指标 18

3.4.2方案设计 19

第四章 模拟计算机过程控制系统 21

4.1计算机过程控制系统硬件设计 21

4.1.1信号采集 21

4.1.2模拟量输入通道 21

4.1.3 模块组参数的测试与设定 23

4.2 MCGS软件工程组态 24

4.2.1主控窗口设计 25

4.2.2设备窗口设计 26

4.2.3用户窗口设计 29

4.2.4实时数据库设计 30

4.2.5 数字PID控制器设计 31

4.3 系统调试与系统分析 36

4.3.1串级控制系统的投运 37

4.3.2 串级控制系统的参数整定 37

第五章 结论 39

参考文献 40

致 谢 42

第一章 概述

1.1 课题研究的背景和意义

随着工业生产的飞速发展，人们对控制系统的控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求越来越高。而实际工业生产过程中的被控对象往往具有非线性、时线性、时延对象的先进控制策略，提高系统的控制水平，具有重要的实际意义。然而，当前的学术研究成果与实际生产应用技术水平并不是同步的，甚至相差几十年。在我国，越是高深的、先进的控制理论，其研究越是局限于少数科研院所的狭小范围内，也越是远离了国民生产这个应用基地。最近几年，国内一些控制领域已接近甚或超越了国际水平，然而，就先进理论应用于工业生产等领域的状况来讲，与发达国家相比依然存在较大差距。其原因是多方面的，但是，一个很明显的原因就是在于理论研究尚缺乏实际背景的支持，一旦理论的算法应用于现场就会遇到各种各样的实际问题，制约了其应用前景。在目前尚不具有在实验室中复现真实工业过程条件的今天，开发经济实用的具有典型对象特性的实验装置无疑是一条探索将理论成果转化为应用技术的捷径。

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