基于台达PLC的水箱液位串级控制系统.pdf

在本文中，将详细介绍基于台达PLC（可编程逻辑控制器）的水箱液位串级控制系统的构建和设计理念。此控制系统是第二届台达杯高校自动化设计大赛中的一等奖设计作品，展示了自动化领域中液位控制的先进技术应用。文章重点阐述了基于机理建模的数学模型构建、PLC编程、触摸屏组态配置以及PID串级控制策略的实施。 PID控制（比例-积分-微分控制）是一种常用的技术，用于工业过程控制中保持系统的稳定性和响应速度。串级控制是一种特殊的PID控制方式，它包含两个控制回路：一个主回路和一个副回路。副回路通常用于快速响应主要扰动，而主回路则用于微调过程变量至设定值，从而保证系统的控制精度。在本文所讨论的系统中，副回路负责快速调节，而主回路则进行细调，这样便可以提高对被控制对象动态特性的适应能力，并且提升系统的工作频率。 设计工作是基于一个双容水箱实验平台进行的，该平台模拟了液位控制在工业生产中的实际应用场景。在工业环境中，液位控制非常重要，例如在火电厂的热交换系统中，包括凝汽器、除氧器、高低加热器、除氧器及汽包水位系统都需要精确控制液位，以确保整个系统的安全稳定运行。传统的单回路控制方法由于对象具有较大的惯性，很难达到理想的控制效果，因此需要采用串级控制策略来提升控制品质。 在方案的总体设计中，双容水箱系统结构设计思想被提出。双容水箱由两个相互串联的水箱组成，它们具有不同的水位和容积。在控制过程中，需要考虑水箱间的动态特性，这使得单一的控制策略难以胜任。设计团队利用台达PLC和组态软件，开发了双容水箱液位控制实验平台。在WPLSof1环境中编写了PID控制算法，并使用触摸屏进行参数的实时调整和输出曲线的读取，从而实现了液位的稳定、快速、准确控制。 本文还强调了自动化竞赛对于培养大学生在自动化技术领域综合能力的重要性。通过此类竞赛，可以有效提升学生对于自动化技术的学习热情，加强他们的编程和调试应用技能，同时培育创新能力和理论联系实际的学风。在本文所描述的案例中，大学生团队在导师的指导下，成功设计并实现了一个高水平的自动控制系统，充分展示了当代大学生在自动化领域的创新思维和技术实力。 本文不仅介绍了一套先进的水箱液位串级控制系统的设计，还展示了如何通过高校竞赛平台促进自动化人才的培养，以及串级控制在提高工业过程控制品质中的应用价值。通过结合理论建模、PLC编程、触摸屏操作和仿真验证，这一研究为工程实践提供了重要的参考和指导。