过程控制综合实践小组报告
设计任务：单容水箱液位系统仿真与监控系统设计（基于OPC）
小组成员：方永江（组长）沈鹏邓伟宏
指导老师：聂建英许亚岚许锋
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f目录
第一章系统分析第一节工艺流程分析第二节对象特性分析第三节控制需求分析
第二章系统仿真研究与实时监控平台设计第一节系统仿真研究第二节实时监控平台设计
第三章控制系统设计与实现第一节控制系统设计第二节控制系统实现
第四章控制系统投运、参数整定与性能分析第一节控制系统投运第二节控制系统参数整定第三节控制系统性能分析
第五章控制系统设备选型与电气控制图绘制第一节控制系统设备选型第二节电气控制图绘制
第六章总结
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f第一章系统分析
第一节工艺流程分析111控制原理
单回路水箱的原理，系统的输入变量为进水阀门的开度，输出变量为水箱液位。单回路PID控制的被控制量是水位，控制量是进水阀门开度。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。
112工艺流程
图11为单容前馈反馈水箱液位系统。单容水箱液位控制系统主要有以下几个基本环节组成：被控对象、液位测量变送器、控制器（计算机）、执行机构、水泵、储水箱。所要控制的为上水箱液位，控制变量为水箱液位高度，控制手段是调整上水箱入水阀门开度，操作变量为水流流量。
在本设计中将泵2的流量当作干扰变量，通过加法器补偿到阀门控制信号上消除干扰，构成前馈。
系统框图如图12
第二节对象特性分析
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f被控对象的动态特性是指被控对象的输入发生变化时，其输出（被调量）随时间变化的
规律。由于控制系统的设计方案是依据被控对象的动态特性进行的，特别是调节器参数的整
定也是依据对象的动态特性进行的。分析被控对象的动态特性，可知被控对象控制的难易程
度与调节过程的快慢。
一、水箱建模
如图21，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。若Q1作为被控对象的输入变量，h为其输出变量，则该被控对象的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。
根据动态物料平衡关系有
Q1
Q2

C
dhdt
（1）
出口流量与液位的关系有
Q2kH
（2）
二、稳态模型
在稳态时，Q1Q2；当Q1发生变化时，液位h随之
变化，阀V2处的静压也随之变化，Q2也必然发生变化。因此，单容液位水箱的稳态模型为
Q1kH
即
H

Q12K2
三、动态模型
流体在紊流情况下，液位h与流量之间为非线性关系。简化起见，经线r