（衢州学院 浙江衢州 342000）
摘要：本文以单容水箱为被控对象，控制系统主要由以下基本环节组成：被控对象、液位测量变送器、控制器、执行器、水泵、储水箱。控制的主要目标是维持水箱的特定设定值，即便干扰出现控制器也能做出决策，使水箱的液位回复设定值。该系统有手动控制和自动控制，手动控制可以输入数值控制系统，自动控制有双位控制、标准PID控制和积分分离PID控制。在MCGS组态环境中建立模型，分析控制系统的性能。
关键词：双位控制；PID；积分分离PID
本课题的设计是先通过工控组态软件MCGS在组态环境下做出一个关于上水箱液位控制的动态连接界面，接着进行程序的编写，在MCGS组态环境中设置完全正确的情况下将组态环境中的动态界面和编写的程序进行动态连接。在通讯接口设备通讯状况良好的条件下，操作人员只需要在电脑上进行一些参数数据的操作和改动就可以达到对水箱液位控制的目的。操作人员可随时通过动画界监测到水箱的液位变化情况，提高了安全性的同时也减少了生产工作人员的劳动强度。这对实现先进控制的工程化、实用化、转化社会生产力，对缩短控制系统开发周期，加快先进控制技术的广泛应用，提高我国的工业自动化水平有着重大意义。
1控制系统的建立
1.1 MCGS组态软件的介绍
MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行与Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000等操作系统。
MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。
1.2单容水箱系统
单容水箱液位控制系统主要由以下几个基本环节组成：被控对象（水箱）、液位测量变送装置、控制器（计算机）、执行器（电动调节阀）、水泵、储水箱。LT表示液位变送器，水箱流入量和流出量分别为Q１和Q２，控制的主要目标是维持水箱的液位为其设定值H，即干扰出现时控制器能迅速做出决策，并使被控量液位尽快回到设定值。
1.3绘制系统流程图
利用MCGS软件的功能，新建一个用户窗口在该窗口里添加单容水箱系统所需的元件，如储水箱、液位传感器、液位变送器、调节阀等等。通过管道把它们连接起来，初步形成一个系统。再在该系统的右上角添加两个报警指示灯。在右边添加控制方式，有手动控制和自动控制，手动控制可在数值框里输入想测试的数值；自动控制有双位控制、标准PID控制以及积分分离PID控制。最后添加一个该系统的实时曲线，方便实用者直观地看到改系统的变化。
1.4建立实时数据库
新建MCGS工程文件，在实时数据库窗口页创建数据对象，实时数据的定义依据工作需要可以分为以下几个部分：通信、控制变量和参数、控制方式、控制算法、存盘数据、报警。
1.5动画连接
在工程中，共建５个用户窗口，分别为：液位控制系统流程、历史曲线、历 史数据、报警记录和消息。在绘制好流程图后还需要给图上的各个元件与数据库建立连接，使该系统运行时达到实时反馈的效果。按要求需要给流通管道、手动阀、实时曲线、各个系数的输入框、报警指示灯等等。
2控制算法
在自动控制中我们有３种自动控制方式：双位控制、标准 PID 控制和积分分 离 PID 控制。其中 PID 算法是最早发展起来的控制策略之一，由于 其算法简单、 好及可靠性高，被广泛地应用于过程控制和运动控制中。
2.1双位控制
避免调节阀频繁动作，采用带有中间区的双位调节，中间区域为 ，即偏差 时，输出为最小(0)； ，输出为最大(100%)；-2cm 时，输出不变。
控制程序如下：
e0=pv-sv
IF e0>2 THEN thisop=0
IF e0<-2 THEN thisop=100
2.2标准PID控制
当执行机构需要的控制量是以增量的形式逐次叠加时，对应的PID控制算法称为增量式标准PID控制算法。控制程序如下：
e2=e1
e1=e0
e0=sv-pv
pf=p*(e0-e1)
IF ti=0 THEN
jf=0
ELSE
jf=p*ts*e0/ti
ENDIF
df=p*td*(e0-2*e0+e2)/ts
pv=pv+pf+jf+df
2.3积分分离PID控制
积分分离PID算法是人为地设定一个阈值 ，系统偏差 时，即系统的偏差较大时，只采用PD控制，这样就可以避免较大的超调，又使系统有较好的快速性； 时，即系统的偏差较小时，加入积分作用，采用PID控制，可保证系统有较高的精度。控制算法如下：
e2=e1
e1=e0
e0=sv-pv
pf=p*(e0-e1)
IF ti=0 OR e0<-1 THEN
jf=0
ELSE
jf=p*ts*e0/ti
ENDIF
df=p*td*(e0-2*e1+e2)/ts
pv=pv+pf+jf+td
运行结果
通过之前绘制模拟系统、建立数据库、动画连接以及输入算法，运用MCGS软件的模拟运行，可以从系统中看出，当设备开始运行时通过算法控制出水口和进水口的阀门，让水箱很快的达到设定值，并趋于稳定。当我改变设定值时，系统也能很快的给予反应，使水箱液位达到设定值并趋于稳定。
结论
本次基于MCGS对单容水箱的控制主要是提供一个思路，模拟实际系统自动控制的情况，通过设计好的算法来控制水箱的出水阀和进水阀，最终实现水箱中的液位达到稳定的情况。大部分实际的操作都是建立在理论的基础上，如果能很好的事先模拟出系统的运行情况，到实际操作时就可以事半功倍。在如今科技突飞猛进的年代，许许多多的系统都改进成了全自动化操作，也有很多的系统能够在软件中模拟出具体的运作情况，方便人们对系统进行改进或模拟运行。不得不说自动化已经渐渐走入人们的生活，提高了人们的生活质量。
参考文献
[1]曹辉、马栋萍、王暄、耿瑞芳主编，《组态软件技术及应用》（第2版）.电子工业出版社，2012.
[2]李江全主编，《组态软件MCGS从入门到监控应用35例》，电子工业出版社，2015.
[3]李红萍编著，《工控组态技术及应用—MCGS》，西安电子科技大学出版社，2013.
[4]潘永湘、杨延西、赵跃编著，《过程控制与自动化仪表》（第2版），机械工业出版社，2007.