北京科技大学自动化学院 自动化生产线实训实验报告
本系统的控制系统和对象是一体的，连通手阀采用金属球阀（长80mm）
A1000小型过程控制实验系统工艺流程图JV12流量FT1JV13溢出管JV14JV15JV23溢出管V2JV24JV25液位LT2JV22V1液位LT1V3液位P-46流量FT2LT3压力P1压力JV26JV21P2P2JV16JV11P1溢出管JV31V4
图2 A1000小型多参数过程控制系统流程图
该系统提供了两路动力支流，既可以满足两个同学同时进行压力、流量和液位实验，还可以一路用于提供水流，一路用于提供干扰。JV13和JV23提供泄漏干扰。
1.1.4系统主体结构介绍
A1000小型过程控制实验系统结构由以下各部分组成： 1）储水箱主体，提供了整个系统的支撑。 2）三容水箱
左边水箱有一个入水口和四个出水口。右边上出水用于溢流，如果水过多则从中水箱溢流。右边中出水口用于和中水箱形成垂直多容系统。右边下出水口用于和中水箱形成水平两容和水平三容。底部出水口用于水回到储水箱。底部还有一个开口用于提供液位测量。
中间水箱有五个入水口，两个出入水口，两个出水口。前面的入水口是两个水路的入水。左右最上面的入水口用于左右两个水箱溢流。左边中出水用于和左边水箱形成垂直多容系统。左边下出水口用于和左水箱形成水平两容，以及水平三容。右边下出水口用于和右水箱形成水平两容，以及水平三容。底部出水口用于水回到储水箱。底部还有一个开口用于提供液位测量。中间有根管道，如果水
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过多则从此管道溢流。
右边水箱有一个入水口，四个出水口。左边上出水用于溢流，如果水过多则从中水箱溢流。左边下出水口用于和中水箱形成水平两容，以及水平三容。底部出水口用于水回到储水箱。底部还有一个开口用于提供液位测量。
3）测控点
压力测点2个，用于测量泵出口的压力（0～100Kpa；4～20mA）。 流量测点2个，用于测量注水流量（0～0.6m3/h）。
液位测点3个，用于测量各实验水柱的水位（0～5 Kpa；4～20mA）。 4）循环泵
潜水直流离心泵2台，提供水系统的循环动力。通过调速器控制水泵的出口流量，作为控制系统的执行器。
1.2上位机软件
计算机中的组态王软件
组态王软件有以下几方面的功能：
（1）强大的界面显示组态功能。运行于Windows环境下，充分利用Windows的图形功能完善界面美观的特点，可视化的m风格界面、丰富的工具栏，操作人员可以直接进人开发状态，节省时间。丰富的图形控仵和工况图库，既提供所需的组件，又是界面制作向导。提供给用户丰富的作图工具，可随心所欲地绘制出各种工业界面，并可任意编辑，从而将开发人员从繁重的界面设计中解放出来，丰富的动画连接方式，如隐含、闪烁、移动等等，使界面生动、直观。
（2）良好的开放性。社会化的大生产，使得系统构成的全部软硬件不可能出自一家公司的产品，“异构”是当今控制系统的主要特点之一。开放性是指组态软件能与多种通信协议互联，支持多种硬件设备。开放性是衡量一个组态软件好坏的重要指标。
组态王软件向下能与低层的数据采集设备通信，向上能与管理层通信，实现上位机与下位机的双向通信。
(3) 丰富的功能模块。提供丰富的控潲功能库，满足用户的测控要求和现场
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要求。利用各种功能模块，完成实时监控 产生功能报表 显示历史曲线、实时曲线、提侠报警等功能，使系统具有良好的人机界面，易于操作，系统既叫适用于单机集中式控制、DCS分布式控制，也可以是带远程遇信能力的远程测控系统．
（4）强大的数据库。配有实时数据库，可存储各种数据，如模拟量、离散量、字符型等，实现与外部设备的数据交换。
（5）可编程的命令语言。有可编程的命令语言，使用户可根据自己的需要编鸾程序，蹭强图形界面
（6）周密的系统安全防范，对不同的操作者，赋予不同的操作权眼，保证整个系统的安全可靠运行。
（7）仿真功能．捉供强大的仿真功能使系统并行设计，从而缩短开发周期。
1.3下位机 西门子 S7-200 PLC
1.3.1控制器为S7-200的配电
S7-200接线如图11所示。如果有一个EM231，只连接LT1, LT2，LT3，PT1，而FT1、FT2连接脉冲输入，输出连接P101，P102。
图3 S7-200信号接线
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1.4实验任务与目的
完成单容水箱液位数学模型测定，利用MATLAB建立系统数学模型，利用MATLAB对控制器参数进行整定，液位PID单回路控制，流量PID单回路控制，压力PID单回路控制，串级系统PID控制实验并整理总结控制参数的整定方法。 1.5分组情况
组长：吴凯航
组员：高云峰，万千慧，黄祥坤
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2单容水箱建模
2.1建模方法概述 2.1.1 机理建模
又称为直接分析法或解析法，应用最广泛的一种建模方法。 一般是在若干简化假设条件下，以各学科专业知识为基础，通过分析系统变量之间的关系和规律，而获得解析型数学模型。
其实质是应用自然科学和社会科学中被证明是正确的理论、原理和定律或推论，对被研究系统的有关要素（变量）进行理论分析、演绎归纳，从而构造出该系统的数学模型。
建模步骤如下：
1)分析系统功能、原理，对系统作出与建模目标相关的描述； 2) 找出系统的输入变量和输出变量；
3) 按照系统（部件、元件）遵循的物化（或生态、经济）规律列写出各部分的微分方程或传递函数等；
4) 消除中间变量，得到初步数学模型； 5) 进行模型标准化；
6) 进行验模（必要时需要修改模型）。 2.1.2 实验方法建模
就是在输入和输出数据的基础上，从一组给定的模型类中，确定一个与所测系统等价的模型。
辨识的三要素：
输入输出数据：辨识的基础； 模型类：寻找模型的范围；
等价准则：辨识的优化目标。 一般步骤：
1) 明确建模目的和验前知识：目的不同，对模型的精度和形式要求不同；事先对系统的了解程度。
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