基于现场总线的双容液位模糊控制系统设计

李 微，邵志勇,2，李 媛

（1.北京联合大学 自动化学院，北京 100101；2.北京化工大学，北京 100029）

1 系统概述

现场总线是用于现场仪表与控制主机系统之间的一种开放的、全数字化的、双向和多站的通信系统。它由三层组成，即现场级、控制级和监控级。本系统控制级与监控级之间由工业以太网进行通讯，控制级与现场级采用PROFIBUS-DP进行通讯。在PC机上通过STEP7软件组态、编程下载到S7-300 PLC中，PLC根据编写的指令进行相应的控制；同时通过WINCC软件的监控界面监视现场状态，并将现场级的信号进行显示、保存。现场总线系统以其强大的功能及可靠性高等特点在过程控制、楼宇自动化、飞机制造、车辆制造等行业都有广泛的应用。

系统以QXLTT三容液位控制实验装置为被控对象，它具有多输入和多输出的非线性耦合物理模型。实验装置的主体是由用透明的有机玻璃制成的三个圆形容器罐和一个蓄水池，并配以相应的执行机构和传感器组成，计有二个水泵P1和P2，六个手动阀V1～V6,二个PWM（脉宽调制）型线性比例调节阀V7和V8；三个反压式液位传感器LT1、LT2和LT3 以及两个旁路阀V9、V10 组成。本实验装置可以实现单容、双容和三容水箱液位控制，与现场的实际控制装置具有相同的工作原理，可以为实际装置的控制提供仿真实验和验证。

本系统是双容液位控制系统，以2#容器即T2的液位为被控参数，调节阀V7是执行机构，采用现场总线控制器形成单回路控制系统，系统结构图如图1所示。

2 控制算法

2.1 PID控制算法

对于温度、压力、流量和液位的控制是属于慢变过程的控制，在工业生产中经常采用PID控制，即通过调试PID的比例、积分和微分三个参数来改变被控量的变化速度、消除误差和减小震荡。……