1 背景介绍
在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率等方面起越来越大的作用。液位控制是生产中遇到的较为常见的问题，尤其是在工业自动化控制中更是占有相当重要的位置。计算机控制装置已全面应用到过程控制系统中，在石油和化工领域中，有关压力、流量、温度等为被控变量的控制系统较为普遍。本文选用压力容器储罐为被控对象，实施对其液位进行控制。
2 PID 控制原理
本设计采用工业设计中最常用的调节控制规律即比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
PID控制具有以下优点：
（1）原理简单，使用方便。
（2）适应性强，可以广泛应用于化工、热工、冶金、炼油以及
造纸、建材等各种生产部门。按PID控制进行工作的自动调节器早已商品化。在具体实现上它们经历了机械式、液动式、气动式、电子式等发展阶段，但始终没有脱离PID控制的范畴。
（3）鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。在连续生产过程计算机控制系统中，一般采用两种PID控制算法：一种是含有理想微分的PID控制，另一种是含有实际微分的PID控制。

图1
图1为PID控制基本原理图，PID控制器是一种线性负反馈控制器，根据给定值（r t）与实际值（y t）构成控制偏差：
（e t）=（r t）-（y t）
理想连续的PID控制器传递函数为：
D（s）=KP(1+1/TIs+TDs)
式中，KP：比例系数TI：积分时间常数TD：微分时间常数[2]
2.1 单回路控制系统

图2 单容液位定值控制系统
图2为单回路控制系统方框图，被控量为中水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。它是由被控对象、执行机构、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
2.2 PID 控制算法
根据液位单回路控制系统的原理，运用MCGS组态软件所提供的类似于B语言的程序编写语言实现PID控制算法。
采样周期T=1s。
本系统采用PID位置控制算法，其控制算式如下：
偏差1=给定值-液位
偏差和=偏差和+偏差1
电动调节阀=(P*(偏差1+偏差和/I+D*(偏差1-偏差2)))/100
偏差2=偏差1
IF 电动调节阀>5 THEN
电动调节阀=5
ENDIF
IF 电动调节阀<0 THEN
电动调节阀=0
ENDIF
输出1=电动调节阀*100/5
上述算式中各变量的意义可参考实时数据库。在MCGS组态软件画面中，设置PID参数调整框依据实时曲线调整PID参数。
3 结论
PID控制算法是目前较通用的控制方法，但有关PID参数的整定不容易掌握。通过使用PID控制对实验装置中液位控制系统的改造，起到了快速控制液位的作用并通过设定不同的P、I、D参数使液位响应曲线发生变化，以满足不同的实际生产情况所要求的条件。