水箱液位单回路控制系统
一、控制目的
根据设定的控制对象和管道配置，运用计算机和INTOUCH组态软件，设计一套监控系统，并通过调试使得水箱液位维持恒定或保持在一定的误差范围内。
二、性能要求
1、要求水箱液位恒定，液位设定值SP自行给定。
2、无扰动时，水压基本恒定，由变频器控制水泵实现。
3、扰动因数：水箱出水流量允许波动。
4、预期性能：响应曲线为衰减震荡；允许存在一定误差。调整时间尽可能短。
三、方案设计、控制规律选择
简单控制系统一般是单回路控制系统。由于其结构简单并且能够满足大多数控制质量的要求，因此在生产过程控制中得到了广泛的应用，是生产过程控制中最基本的一种控制系统。一个单回路反馈系统是由测量变送器装置、控制器、和被控对象所组成，按其被控变量类型的不同可以分为温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统、液位控制系统等。
控制系统设计时针对某一特定生产对象进行的，当系统安装完成之后，控制效果主要取决于控制器的参数设定整定。选择合适的比例度、积分时间、微分时间是保证和提高系统控制质量的主要途径。
单回路水箱的原理，系统地输入变量为进水阀门、出水阀门的开度，输出变量为水箱液位。单回路PID控制的被控制量是水位，控制量是进水门、出水门
开度。通过调节PID控制器的比例增益、积分时间、微分时间三个参数得到比较好的控制效果。
PID 调节器构成的闭环控制回路一般原理如图1 所示
图1 控制系统方框图
控制系统草稿图如图2
图2
控制规律选择：目前工业上常用的控制规律主要有：比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制等。本方案采用比例积分微分控制。
比例控制——克服干扰能力强、控制及时、过渡时间短。是最基本的控制规律。但在终了时会存在余差，负荷变化越大余差越大。使用于滞后较小、负荷变化不大、允许被控变量存在余差的场合。
比例积分控制——在比例作用下引用积分作用，虽然会使系统的稳定性降低，但没有余差。适用于控制通道滞后较小、负荷变化不大、不允许被控变量存在余差的场合。
比例微分控制——引入了微分作用，具有超前控制作用，在被控对象具有较大滞后时，会有效的改善控制质量。但对于滞后小干扰作用频繁，含有高频噪声的系统，将可能使系统产生振荡，甚至失控。
比例积分微分控制——综合了比例、积分、微分控制规律的优点。适用于容量滞后较大、负荷变化大、控制要求高的场合。
该方案的控制目标是使水位达到平衡状态，通过控制电动调节阀改变阀门开度，来控制流量的大小，从而来控制水位。选择阀门开度为控制量，水位为被控量。控制规律选择PID控制规律。
四、测要求试：
1．使用INTOUCH组态软件。
2．采用计算机控制方式和PID控制规律。
3．设计出比较完整的控制画面。画面包括被控水箱、储水箱、电动调节阀、管道及其开关型电磁阀、流量检测仪表及显示、压力检测仪表及显示、阀位检测及显示、水位检测仪表及显示、实时曲线、历史曲线、PID参数调整框、手动控制开关、自动控制开关、结束退出开关。
4．设计出采用PID控制规律的脚本程序。
5．要求系统具备如下手动控制功能：控制电磁阀开通和关闭、通过直接给定控制电动调节阀开度。
6．要求系统具备如下自动控制功能：控制电磁阀开通和关闭、通过闭环PID运
算结果控制电动调节阀开度，允许在线实时调整PID参数和水位给定值。7．能够正确识别有关仪表和智能模块，按照I/O设定完成控制台上所用I/O接线。
8．能够通过OPCLINK完成INTOUCH组态软件和Kingview组态软件的实际连接。
9．能够手动投运系统，实现手动功能。如有问题，能够修正设计。
10．能够自动投运系统，实现自动控制功能。如有问题，能够修正设计。11．运行结果必须实现控制目的。
五、仪表及模块：
1．装置柜：含被控对象―水箱、管道（直径4”）、仪表、供水设备、开关
电磁阀和电动调节阀等。
2．控制台：含接线端子、485总线模块、控制电源。
3．计算机。
4．组态软件。
压力传感器:：压力传感器用来对管道压力进行检测，采用工业用的DBYG 扩散硅压力传感器，本传感器按标准的二线制传输，稳定性好，可靠性高。可方便与其他DDZ—ⅢX型仪表互换配置,并能直接替换进口同类仪表。工作时需串入24V直流电压，0.5级精度，二线制4-20mA标准信号输出。
变频器：三菱FR-S520变频器，4-20mA控制信号输入，可对压力进行控制，体积小，外加电流控制，频率可高达200Hz。
水泵：采用丹麦格兰富循环水泵。220V供电。
电动调节阀采用德国PS公司进口PSL201型智能电动调节阀。
牛顿7000系列模块：D/A7024模块4路模拟输出，电流（4-20mA）电压（1-5V）信号均可，A/D7017模块8路模拟电压输入，485/232转换7520模块，转换速度极高（300～115KHz），232口可长距离传输。
D/A模块：nudan7024
模块外形
模块原理
模块接线
模块性能：电流输出4-20Ma;
A/D模块:nudan7017—电压输入
DO模块:nudan7043
通信模块:nudan7530
六、工艺流程图和系统组态图
图3 工艺流程图4 系统组态系统可以手动/自动控制，通过控制电池阀开度改变水的流量，使水位达到预定数值。
七、标记名字典
D 内存实型
TS 内存实型
八、系统组态图
应用Intouch制作出的组态图如图5：
图5
组态画面应设计出比较完整的控制画面。画面包括上水箱、储水箱、电动调节阀、设计出完整的控制画面。画面包括上水箱、储水箱、电动调节阀、水泵、变频器、管道及其开关型电磁阀、压力检测仪表及显示、阀位检测及显示、水位检测仪表及显示、实时曲线、历史曲线、PID参数调整框、手动控制开关、自动控制开关、结束退出开关。
九、PID调节:
建立一个窗口设置为PID显示窗口属性为弹出。
通过PID调节对管道流量、阀开度、水压进行调节。改变Sp得到不同的水位值，给出水为值后，通过给定值与实际值比较得到误差。
下图为PID显示图6:
