基于Web的双容水箱液位控制系统仿真及应用研究

作     者：魏庆禹 

作者单位：吉林化工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：曹玉波;王雪晶

授予年度：2024年

学科分类：08[工学] 080401[工学-精密仪器及机械] 0804[工学-仪器科学与技术] 0835[工学-软件工程] 0802[工学-机械工程] 081102[工学-检测技术与自动化装置] 0811[工学-控制科学与工程] 080201[工学-机械制造及其自动化] 

主      题：双容水箱 Web 液位控制 PLC 

摘      要：作为过程控制中的典型案例,双容水箱能够很好地模拟工业中局部的生产过程,对于验证控制算法的可靠性亦是一个理想的被控对象。而随着计算机技术的飞速发展及工业4.0时代的推进,充分利用网络通讯技术,将传统本地化、局域化的控制系统进行信息化、数字化改进,对于工业系统在互联网平台上的实现与应用具有重大意义。 本课题以双容水箱液位控制及仿真系统为背景,开发了基于Web的水箱液位控制系统仿真平台,并使用实际水箱系统代替机理模型,验证了Web平台面向工业应用的实用价值。主要工作内容包括以下几方面: (1)分析双容水箱的系统结构,基于物料平衡关系和流体力学方程,建立了双容水箱系统的动态模型,针对工艺的基本流程和控制要求,介绍了单回路和串级回路的PID控制算法。 (2)以B/S模式为基础,研究了基于MVT运维模式的Web架构设计方案,依托于Django框架,使用Python语言在Web后台封装了水箱系统的机理模型。并参照传统上位机操作画面中的输入/输出域、趋势曲线、流程画面等功能控件,利用SVG、Ajax等交互技术设计了Web前台可视化系统。在系统搭建的模拟环境下,通过浏览器进行了双容水箱液位控制系统的仿真操作。 (3)根据现有水箱装置,设计并实现了基于Web的实验水箱远程在线监控系统。介绍了系统方案中的硬件结构组成、信号转换电路及I/O接线等,基于S7-SCL语言,在STEP7编程软件中编制了液位采集、PID控制器等程序,并以OPC为通讯媒介,将系统数据实时传输至Web后台,完成了对原仿真模型的替换。经数据传输、浏览器在线监控等测试,验证了以Web平台进行远程操作的实时性与可行性。 实测结果表明,用户能够方便地通过远端浏览器访问仿真系统,实现水箱液位控制系统的实时仿真,为自控系统线上实习及实训提供了便利。同时,接入实际水箱对象后的Web平台亦可作为云操作站,无需安装额外的上位机软件,凭借良好的响应性能和远端操作体验,进一步表明了该Web系统在面向实际工程应用中的实用性。