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液位控制设计

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液位控制设计

自动控制系统课程设计

设计题目:单回路控制系统前馈反馈系统的设计班级:

学号:

姓名:

指导教师:

设计时间:2013年7月1号—2013年7月19号

摘要

本文阐述了水位单回路控制系统与前馈反馈控制系统的工作原理与设计方法,并详细介绍了两种控制方案各自的优缺点与适用场合。针对两种水位控制系统的设计,从软硬件两方面介绍其实现方法,最终在西门子S7300上利用step7编程设计完成了水位控制。

本文首先介绍了国内外控制技术的发展现状,向读者展现了过程控制技术对于国民生产的重要性,接着介绍了过程控制领域尚未解决的难题。而后针对要解决的问题设计了两种方案并得到了其可行性结论,在此基础上进行系统设计、原理分析、设备选型、设备接线等工作,在此期间,本文既采用文字描述又通过绘制原理图与方框图进行描述。最后,在西门子PLC上编程进行实际操作。经验证后,证明所设计的控制系统可以达到预期目的。

关键词:水位控制、西门子PLC、控制系统

1.1设计目的

1.进一步熟悉西门子PLC的工作原理及使用方法。

2.掌握水位控制系统的设计与调试方法。

1.2设计内容

本课程设计是以自动化专业《过程控制系统》课程为背景,充分利用过程控制实验室的现有实验条件,针对水位这一过程控制中非常普遍的控制对象(被控参数)进行控制系统设计。

1.3设计要求

1.控制系统可行性分析。通过进行背景调查最终得出控制系统可行的结论,给以下设计提供肯定的支持。

2.控制原理分析与设计。得到可行结论后,开始对控制系统原理方案进行详细的分析与设计,根据所设计系统的特点,参考实例、对水位控制系统进行设计。

3.控制系统设备选型。根据系统需要确定设备数量和功能等要求,在多种设备中选择性能最适合设计需要的仪表设备型号,最后根据设备型号与设备说明书、端子说明进行接线图的绘制。

4.控制系统检测控制原理图。包括:控制系统检测控制原理图与控制系统方框图。

5.控制系统接线图。

目录

摘要 (2)

1.1设计目的 (3)

1.2设计内容 (3)

1.3设计要求 (3)

2.1控制系统可行性分析 (5)

2.1.1 国内外控制水平发展及现状 (5)

2.1.2 过程控制难点及目前解决程度 (6)

2.1.3 拟采用控制方案的特点及概述 (7)

2.1.4 所设计系统的可行性结论 (8)

2.2控制原理分析与设计 (8)

2.2.1 水位单回路控制系统 (8)

2.2.2 水位单回路控制过程描述 (9)

2.2.3 水位前馈反馈控制系统 (10)

2.2.4 水位前馈反馈控制过程描述 (11)

2.2.5 检测参数选择和控制参数选择 (12)

2.3控制系统设备选型 (13)

2.3.1 实验装置 (13)

2.3.2 CPU (14)

2.3.3 模拟量输入模块 (17)

2.3.4 模拟输出模块 (19)

2.3.5 QS智能型电动调节阀 (20)

2.3.6 电磁流量计 (21)

2.3.7 设备清单 (21)

2.3.8 软件选型 (22)

2.4 控制系统接线图 (23)

心得体会 (24)

参考文献 (26)

2.1控制系统可行性分析

2.1.1 国内外控制水平发展及现状

20世纪40年代以后,工业生产过程自动化技术发展很快,尤其是近些年来,在IT技术的带动下,过程控制技术发展十分迅猛。过程控制装置与系统的发展大致分为以下几个阶段:

(1)局部自动化阶段(20世纪50--60年代)

这个阶段的过程控制系统大多数是单输入-单输出系统;被控参数主要有温度、压力、流量和物位;控制的目的是保持这些工艺参数的稳定,确保安全生产。生产的规模比较小,多用气动仪表实现就地的简单控制。到20世纪50年代后期至60年代,先后出现了气动和电动单元组合仪表,采用了集中监控与集中操作的控制系统,实现了工厂仪表化和局部自动化。

(2)集中控制阶段(20世纪60--70年代)

这时的过程控制系统大量采用单元组合仪表和组装式仪表,生产过程实现了车间范围和大型系统的集中监控。为了提高控制质量和满足特殊工艺的控制要求,开发使用了多种复杂控制系统方案。特别是前馈控制、选择控制的实现,使过程控制品质、安全性大为提高。

(3)集散控制阶段(20世纪70年代中期至今)

此时的大型生产过程一般都是分散系统,这样可以使生产过程控制分散进行,将发生故障和危险的风险分散。基于“集中管理,分散控制”理念,在数字仪表和计算机与网络技术基础上开发的集散型控制系统在大型生产过程控制中得到广泛应用。过程控制系统的结构也由单变量控

制系统发展到多变量系统,由生产过程的定值控制发展到最优控制、自适应控制等。

到了20世纪90年代以后,过程控制系统的开放性、兼容性和现场仪表与装置的智能化水平发生了质的飞跃。工厂自动化、计算机集成过程控制、计算机集成制造系统、和企业资源综合规划、等方案的规章和实施,正在成为提高工业生产过程经济效益的关键手段。

2.1.2 过程控制难点及目前解决程度

过程参数的未知性、时变性、随机性、分散性;过程时滞未知性和时变性;系统严重的非线性;各变量间的关联性;环境干扰的未知性、多样性和随机性。上述特性,因其属于不确定性过程控制,其控制难度是非常大的。目前,针对在模型不确定情况下达到满意品质指标的方法主要有如下3种:

1. 鲁棒控制策略:由于鲁棒控制方法给出的是一个确定性的控制律, 加上设计可以离线进行, 对计算量的要求也不高, 因此易于实现。只是因为所得到的控制律要求对所有允许的不确定性都适用, 这样所得到的结果往往比较保守。

2. 模糊控制策略:其突出的特点在于, 一方面控制系统的设计不要求知道被控对象的精确数学模型, 只需要提供现场操作人员的经验知识及操作数据; 另一方面由于控制系统的鲁棒性强, 适应于解决常规控制难以解决的非线性、时变及滞后系统等。

3. 神经网络控制策略:计算机的大量使用不仅可以实现如自适应、鲁棒控制等策略中的控制算法, 而且通过离线的CAD方法还可以实现基于经验的搜索而得到具鲁棒的控制结构, 从而使不确定性控制系统的控

制策略更具实际意义。

综上所述,针对模型不确定情况下达到满意品质指标的方法各有各自的优缺点,至今还未找到一种方法可以完全解决该问题。

2.1.3 拟采用控制方案的特点及概述

本小组拟采用单回路控制及前馈反馈控制两种控制方案,调节器均为PI调节器。

单回路控制系统:针对一个过程参数,采用一个控制器和与之配套的检测元件及变送器和执行器都只有一个的简单控制系统,它只有一个输入信号和一个输出信号,与过程中的其他参数没有或极少有关联,是生产过程中应用十分广泛的基本控制系统。一般来说,只有单回路控制系统不能满足生产过程控制要求时,才有必要采用其他复杂的控制系统。

前馈反馈:将那些反馈控制不易克服的主要干扰进行前馈控制,而对其它的干扰进行反馈控制。这样,既发挥了前馈校正作用及时的优点,又保持了反馈控制能同时克服多个干扰并对被控量始终给予检验的长处。

前馈反馈控制系统有如下优点:

1)由于反馈回路的存在,不仅可以降低对前馈补偿器精度的要求,为前馈补偿器的工程实现提供有利的理论依据;同时,对于工况变动时所引起对象非线性特性参数的变化也具有一定的自适应能力。

2)前馈控制器的特性,不但取决于过程扰动通道及控制通道特性,还与反馈控制器的控制规律有关。

3)而前馈-反馈系统因它兼有前馈及反馈控制的优点,所以在一定程度上克服了控制精度与稳定性的矛盾,故能显著地改善控制系统的品质。

2.1.4 所设计系统的可行性结论

根据实验室水箱液位控制过程较为简单,异于工厂中的复杂设备的特点,考虑所设计系统的实用性、可靠性、灵活性等要求,选用了单回路控制系统与前馈、反馈控制系统两种方案,完成后可实现控制水箱液位的预期目标。

鉴于液位控制工程对自动化水平要求较高,系统设计首先应考虑稳定可靠;其次,由于实验室水箱设备复杂程度不及工业实际设备,因此选择系统构成灵活、易于扩展、编程简单、使用方便的西门子PLC最为合适;此外,本小组在对所设计系统中的设备进行选型时多采用实验室已有的设备,无需或很少选用其他设备,从经济角度来看,我们节约了一定的设计成本。

其中,西门子PLC完成工艺流程的回路控制和检测并实现对整个流程的编程、监控、操作等功能。

2.2控制原理分析与设计

2.2.1 水位单回路控制系统

系统为由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成的单闭环控制系统。系统的给定量为某一定值(此次试验给定量为15cm),要求系统的被控制量稳定于给定量。如图3-1所示为水位单回路控制系统工艺图。

水槽

M

FT

102

LT

101

图2-1水位单回路控制系统工艺图

过程控制系统由四大部分组成,分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计为单回路控制,即为闭环控制系统,如图3-2所示。

PI控制器

电动

调节阀

水箱

水位检测变

_水位

给定水位

图2-2 水位单回路控制系统框图

2.2.2 水位单回路控制过程描述

当西门子PLC与电脑、水箱连接后,首先在PLC中设定给定量为10cm,

然后启动PLC与其他相关设备,水泵将水注入到水箱中,此时由于水箱中水量较少(水位较低)所以给定量与反馈量的差值较大即系统输入值较大,使进水阀门开度较大,从而使进水很快。一段时间后,当给定值接近反馈值时,系统的输入值变小,进水阀门开度减小(接近出水阀开度),使得实际水位逐渐逼近预期水位。当反馈值大于给定值时,系统输入为负,使得进水阀门开度减小到小于出水阀门即进水量小于出水量,在此作用下,水箱的实际水位将重新趋近于预期水位。如此重复若干回合后,水箱中的水位便被稳定控制在10cm处。

当水箱受到扰动时例如水箱底部损坏出现漏水,此时水箱内水位会低于给定值。水位降低通过反馈回路反馈给PLC,PLC通过增加系统的输入量使得进水阀门开度增大,水位将接近给定值,与前述情况类似,水位经过在给定值附近若干次振荡后,最终重新稳定在给定值。

2.2.3 水位前馈反馈控制系统

在前馈反馈控制系统中,将那些反馈控制不易克服的主要干扰进行前馈控制,而对其它的干扰进行反馈控制。这样,既发挥了前馈校正作用及时的优点,又保持了反馈控制能同时克服多个干扰并对被控量始终给予检验的长处。

系统为由被控对象、执行器、调节器、前馈补偿器和测量变送器组成的前馈反馈控制系统。系统的给定量为某一定值(此次试验给定量为10cm),要求系统的被控制量稳定于给定量。如图2-1所示为水位前馈反馈控制系统工艺图,图2-2所示为水位前馈反馈控制系统框图。

水槽

M

FV

101

LT

101

FT

102

图2-3水位前馈反馈控制系统工艺图

PI控制器

电动

调节阀

水箱

水位检测变

_

水位前馈补偿器

流量检测

变送

扰动

+

给定水位

图2-4水位前馈反馈控制系统框图

2.2.4 水位前馈反馈控制过程描述

你前馈反馈控制系统主要目的是快速克服扰动作用,因此在此不再赘述启动过程(与单回路控制系统相似)而直接分析受扰动作用的过程。

当扰动出现时例如进水阀损坏导致进水量增大,若只采用单回路控制系统,由于被控对象存在一定的定的纯滞后和容量滞后,因而,从干扰产生到被控量发生变化需要一定的时间;从偏差产生到控制器产生控制作用以及操纵量改变到被控量发生变化又需要一定的时间。可见,这种反馈控制方案的本身决定了无法将干扰克服在被控量偏离设定值之前,从而限制了这种控制方案控制品质的进一步提高。而对于前馈反馈控制系统,当进水出现扰动时,前馈控制器根据扰动的性质及大小对过程的控制通道施加控制,使被控量发生与前者相反的变化,以抵消扰动对被控量的影响。前馈通道与反馈通道的校正作用迭加的结果将使水位尽快地回到给定值。但系统出现其它扰动如水箱漏水、出水阀门损坏导致出水量增大等,由于这类信息未被引入前馈补偿器,故对于这类扰动前馈补偿器不进行校正,只能依靠反馈调节器产生的校正作用克服它们对被控水位的影响。

2.2.5 检测参数选择和控制参数选择

检测参数:水箱水位与进水流量。水箱底部的压力传感器可以检测水箱中水对底部的压力,进而通过大小与单位的换算、变送得到此时水箱的水位。当采用前馈反馈控制时,进水流量作为扰动量,因此也应被检测到。

控制参数:进水流量。水箱的出水阀门开度是固定的即出水量一定,因此,当水位偏离给定值时,应通过改变进水流量调整水位高度。

2.3控制系统设备选型

2.3.1 实验装置

本实验采用的是CS4000型过程控制实验,如图2-5所示,是中控科教根据自动化及相近专业的教学特点和学生培养目标,结合国内外最新科技动态而推出的集智能仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术为一体的普及型多功能实验装置。

图2-5 CS4000实验装置示意图

CS4000实验装置包括两个独立的水路动力系统,一路由循环泵、电动调节阀、电磁流量计组成(主管路),由电动调节阀调节流量,电磁流量计检测流量;另一路由变频器、循环泵、涡轮流量计组成(副管路),由变频器调节流量,涡轮流量计检测流量。

对于单输入单输出系统,主管路水流量可作为主要的操作变量,而副管路水流量可作为主要的扰动变量;而对于多输入多输出系统,主副管路的水流量都将作为多变量系统的操作变量。

对于上水箱单回路液位控制系统和前馈控制系统,可以都选择循环泵、电动调节阀、电磁流量计构成水路动力系统。对液位的检测可以使用电磁流量计在水箱下部水流出的阀部进行检测,因为液位的高度与压差成正比,而压差是与水流量的大小有关的。

水路系统的控制选用可编程逻辑控制器(PLC)进行控制,同时也要选用开关电源。由于PLC的输出及输入是标准信号(1-5V,4-20mA),功率如此小的信号不足以驱动实际的电气设备(如电动调节阀),因此需要采用模拟量的输入和输出模块。为了使PLC与上位的PC机通信,需要使用RS232/485转换模块。

2.3.2 CPU

PLC的CPU实物图如图2-6所示。

CPU操作员控件和指示灯及说明如下图2-7所示。

图2-7 T-CPU的操作员控件和指示灯315T-2 DP 的技术数据如表2-1所示。

表2-1 315T-2 DP 的技术数据

2.3.3 模拟量输入模块

在这里我们选择SM331AI2*12位,型号为6ES7331-7KB02-0AB0作为我们的模拟量输入模块,这主要是考虑到我们这个实验当做要用到的模拟输入量不多,只有两个,该型号的AI模块正好满足我们要求。

属性

每个通道组的精度均可编程(9/12/14 位+ 符号)

各通道组可选择任意测量范围

可编程诊断和诊断中断

一个通道的可编程限值监视

越限时的硬件中断可编程

与CPU 和负载电压之间存在电气隔离(不适用于2DMU)

精度

测量值精度直接与所选的积分时间成比例,即在模拟量输入通道,测量值精度与积分时间的长短成正比。

硬件中断

可以在STEP 7中对通道组的硬件中断进行编程。但是,仅为通道组的第一个通道(即通道0)设置硬件中断。

端子分配

图2-8给出了各种接线选项。输入阻抗取决于设置的量程。

2.3.4 模拟输出模块

模拟输出模块 SM 332; AO 4 x 12 位,6ES7332-5HD01-0AB0,接线图如图2-9所示,电压输出的2线和4线连接

图329 模拟量输出模块

输出范围如表2-2所示。

表2-2 模拟量输出模块输出范围

2.3.5 QS智能型电动调节阀

QS智能型电动调节阀如图2-10所示。

图2-10 QS智能型电动调节阀

智能型电动调节阀由QS智能型直行程电动执行机构构成,它直接接受4—20mA/4—12mA/12—22mA/0—5V/1—5V等控制信号,输出隔离4—20mA阀位反馈信号,具有自诊断功能,使电机带动减速器,运行而产生

水箱液位控制系统设计说明

过程控制综合训练 课程报告 16 —17 学年第二学期课题名称基于PLC和组态王的 系统 姓名 学号 班级 成绩

水箱液位控制系统 [摘要] 在工业生产过程中,液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍,为了保证生产正常进行,物料进出需均衡,以保证过程的物料平衡。因此,工艺要求贮槽的液位需维持在给定值上下,或在某一小围变化,并保证物料不产生溢出。例如,锅炉系统汽包的液位控制,自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求,设计一个单容水箱的液位过程控制系统,该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。 关键词:过程控制液位控制PID控制 Abstract: In the process of industrial production, liquid storage tank such as product cans, buffer, tanks and other equipments are widely used. In order to ensure the normal production,material supply and demand must be balanced to guarantee the process of the production. So, the process requires that the liquid level in the tank should be maintained at a given value, or change in a small range,and ensure that the material does not overflow,for instance,system of boiler drum level control, level control of filter pool and clarification pool of self-flowing water production

一种简单实用的水位自动控制系统设计

一种简单实用的水位自动控制系统设计 发表时间:2010-03-10T16:21:22.827Z 来源:《中小企业管理与科技》2010年2月上旬刊供稿作者:周玲钟义广[导读] 近年来对城市供水提出了更高的要求,水塔水位控制自动化系统被不断地改造,以适应社会的发展和人民生活水平的提高周玲钟义广(广西机电职业技术学院) 摘要:本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理,通过对该系统组装测试,达到预期效果,正式应用于乡镇供水系统中。实践证明,该水位控制系统设计方案合理,运行效果好,具有低成本、高使用价值的优点。关键词:水位自动控制系统 0 引言 近年来对城市供水提出了更高的要求,水塔水位控制自动化系统被不断地改造,以适应社会的发展和人民生活水平的提高,满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品,控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等,运行可靠,可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区,特别是居住相对分散的农村地区,供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式,劳动强度大,工作效率低,安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点,设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。 1 水箱水位自动控制系统的组成 针对偏远农村分散居住,取水不方便(包括从水井取水)的特点,考虑到农民生活消费水平不高,设计的供水系统必须是既方便农民的生活,又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。 由图中可知,水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵,由220V交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。 2 水箱水位自动控制系统的设备 水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。 由设备表可知,所有的设备都是简单而常用的小型设备,价格低廉,控制和维护简单易于掌握,对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制,以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间,利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制,节省了购买传感器的费用,也不必考虑传感器的故障,进一步降低成本,提高系统的可靠性。 常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源(一次水源)向一个高位水塔和一个低位水池补水,再由高位水塔和低位水池(二次水源)向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统(或者某些单独取用水之处),因此只需用(储)水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应,不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水,不用气压供水,不必在屋顶上设置水箱,也不用单独建筑水塔,仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的(储)水箱即可满足供水要求。 3 水箱水位自动控制系统的控制原理 该水箱水位自动控制系统结构简单,控制原理如下:系统上电后,交流电源经整流、滤波、稳压后,由电位器调节获得12V直流工作电压。当水箱水位低于下限时,接触器线圈失电,其常闭触头使水泵接通工作,抽水到水箱中;当水位上升到上限时,接触器线圈得电,常闭触头断开,常开触头闭合,水泵停止抽水。 V1、V2用来保护LM317输出端电压为安全电压,使其免受短路电流的影响;V3用来保护三极管,同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。 4 测试应用 该设计经安装调试,结合实验室给排水系统进行测试,效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年,至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高,完全符合预先规定的标准,只需将控制电路稳压输出调整在10V-12V之间,可投入使用。可用交流变压器供电,也可以用直流供电。 5 结束语 设计的水箱水位控制系统因价格便宜,结构简单,使用方便,不易发生故障,可用于要求不高的给排水系统中,特别适用于城镇及偏远山区取水装置。 参考文献: [1]布挺,王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息,2009年第12期. [2]曹琦.一种节能的变压变频供水系统[J].变频器世界,2006(7):133-137. [3]朱晓青主编.过程检测控制技术与应用.北京,冶金工业出版社,2002年.

(完整版)液位检测与控制试验系统设计..

液位检测与控制试验系统设计 1.发展现状: 液位检测在许多控制领域已较为普遍,各种类型的液位检测装置也不少,按原理分有浮力式、压力式、超声波式、差压式、电容式等,这各种方法都根据其需要设计完成,其结构、量程和精度各有特色, 适用于各自的场合, 但都是基于固定液箱液位检测而设计。市面上也有现成的液位计,有投入式、浮球式、弹簧式等,绝大多数价格惊人。 “水是生命之源”,不仅人们生活以及工业生产经常涉及到各种液位和流量的控制问题,例如饮料、食品加工,居民生活用水的供应,溶液过滤,污水处理,化工生产等多种行业的生产加工过程,通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度,太满容易溢出造成浪费,过少则无法满足需求。因此,需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量,使得蓄液池内液位保持正常水平,以保证产品的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。因此液位是工业控制过程中一个重要的参数。特别是在动态的状态下,采用适合的方法对液位进行检测、控制,能收到很好的生产效果。高老师也进行了多次的实验得出了一些相关的数据,水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛,可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计。由于液位检测应用领域的不同,性能指标和技术要求也有差异,但适用有效的测量成为共同的发展趋势,随着电子技术及计算机技术的发展,液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势,控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面,操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数,这样能有效地减少工人的疲劳和失误,提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降,液位检测的微机控制必将得到更加广泛的应用。 所以,我们在此设计了这个简易的监测系统,一方面,节省了大量的经济开支;另一方面,让我们对监测系统有了更加深刻、透彻的了解,不仅增加了我们的感性认识,还促进了我们对于系统各个部分的深刻剖析,从传感器选型到整个

分离器液位自动控制系统的研制与应用

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过程控制课程设计报告材料-贮槽液位控制系统设计

过程控制课程设计 设计题目:贮槽液位控制系统设计 学院:电气工程学院 专业:自动化 班级:091班 2012年6月4日

小组成员: 序号学号姓名设计分工 16 0902100138 姚航程总方案的确定及原理、控制参数的整定、 simulink仿真 17 0902100140 韦寿德测量变送器的选型、控制参数的整定、查阅 资料 18 0902100141 张印测量变送器的选型、控制参数的整定 19 0902100142 邓世杰调节阀的选型、水箱的建模 20 0902100147 杨奉志总方案的确定及原理、控制参数的整定、 simulink仿真 21 0902100148 钟昌帅simulink仿真、调节阀的选型 22 0902100149 李晓明控制器的选型、控制参数的整定、设计总结、 整理报告 23 0902100202 张凯强simulink仿真、水箱的建模、查阅资料 24 0902100203 农志兴调节阀的选型、水箱的建模 25 0902100204 袁剑波控制器的选型、查阅资料 26 0902100206 李季调节阀的选型、控制器的选型 27 0902100208 黄灵浩测量变送器的选型、水箱的建模、查阅资料 28 0902100209 谭雷调节阀的选型、水箱的建模 29 0902100213 吴高阳控制参数的整定、水箱的建模、查阅资料 30 0902100216 潘敏调节阀的选型、测量变送器的选型

目录 一、设计目的 (4) 二、设计任务及要求 (4) 三、工艺过程及要求 (5) 四、系统总体方案的选择及说明 (6) 五、系统结构框图与工作原理 (7) 1.系统结构框图 (7) 2.工作原理 (8) 3.水箱建模 (8) 六、各单元软硬件 (10) 1.控制对象 (10) 2.控制器 (10) 3.调节阀 (11) 4.差压变送器 (12) 七、参数的整定及仿真结果 (13) 1.经验法(现场实验整定法) (13) 2.常见被控量的PID参数选择范围 (13) 3.控制器各校正环节的作用 (13) 4.仿真结果 (14) 八、分析总结 (16) 设备清单 (17) 参考文献 (18)

基于PLC的液位控制系统设计

毕业论文(设计)题目:基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计 姓名:濮孝金 学号: 专业:机械电子工程 年月

摘要 在工农业生产过程中,经常需要对水位进行测量与控制,而日常生活中应用 到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中,常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损,不方便更新和维护,不能满足人们的实际需求;另外,随着人口的递增和生活条件的提高,人们用水的需求量也日益增加。 为了提高液位控制系统的质量和效率,节约能源,本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器,继电器和传感器等技术,实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心,配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡,过高、过低水位报警等功能。主要 的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置,通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器,经A/D转换后,所得数据与PLC内部设定数据进行比较,控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽 水速率,改变进水量,使水位稳定地保持在设定值附近。此外,通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系,就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。 关键词:水塔液位控制,水位控制,继电器,PLC Abstract In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and

control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to

液位自动控制系统设计及调试

等级: 课程设计 2016年6月17日

电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日~2016年6月17日(第15~16周) 教研室意见同意开题。审核人:汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节,是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题,建立正确的设计思想,掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练,获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求,确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图,写出指令程序清单。 3.选择电器元件,列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理,所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求,并且技术先进,安全可靠,操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728-84《电气图用图形符号》、GB6988-87《电气制图》和GB7159-87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺,用词准确,层次清楚,条理分明,重点突出,篇幅不少于7000字。

四.进度安排 1.第一周星期一:布置课程设计任务,讲解设计思路和要求,查阅设计资料。 2.第一周星期二~星期四:详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件,选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序,列出指令程序清单。 3.第一周星期五:上机调试程序。 4.第二周星期一:指导编写设计说明书。 5.第二周星期二~星期四:编写设计说明书。 6.第二周星期五:答辩。 附录:课题简介及控制要求 (1)课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化,为了保持水箱压力恒定,就要保持水位恒定,因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试,即当按下按钮时水泵运转,松开按钮时水泵停止,目的是为了调试水泵是否能正常工作;当系统切换为自动控制方式并启动后,控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限,当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 (2)控制要求 控制系统技术参数表

水箱液位自动控制系统设计

目录 摘要 (1) 关键词 (1) 引言 (2) 1设计任务目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (2) 2系统元件的选择 (3) 2.1有自平衡能力的单容元件 (3) 2.2 无自平衡能力的单容元件 (4) 2.3单容对象的特性参数 (6) 3控制器参数的整定 (7) 3.1 参数的确定 (7) 3.2 电动机的数学模型 (9) 3.3 控制系统的数学模型 (10) 3.4 PID控制器的参数计算 (10) 4控制系统的校正 (11) 4.1 控制器的正反作用 (12) 4.2 串级控制系统 (12) 5系统的稳定性分析 (16) 5.1 系统的稳定性分析 (16)

5.2 控制系统的稳态误差 (17) 结束语 (19) 参考文献 (20) 致 (21)

水箱液位自动控制系统原理 摘要:水箱液位自动控制系统就是利用自身的水位变化进行调节和改变的系统,它自身具平衡能力,并由电动机带动下自动完成水位恢复的功能。水箱液位是由传感器检测水位变化并达到设定值时,水箱自己的阀门关闭,防止溢出,当检测液位低于设定值时,阀门打开,使液位上升,从而达到控制液位的目的。 关键词:有自平衡能力、无自平衡能力、电动机、单容对象、系统稳定 引言 液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低,当传感器检测到液位设定值时,阀门关闭,防止物料溢出;当检测液位低于设定值时,阀门打开,使液位上升,从而达到控制液位的目的。在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制:常压容器和压力容器的液位控制,例如浆池和蒸汽闪蒸罐。液位自动控制系统由液位变送器(或差压变送器)、电动执行机构和液位自动控制器构成。根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。结构简单,安装方便,操作简便直观,可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。 1 设计任务目的及要求 1.1 设计目的 通过课程设计,对自动控制原理的基本内容有进一步的了解,特别是水箱液位系统的设计。能把本学期学到的自动控制理论知识进行实践,操作。在提高动手能力的同时对常

液位自动控制系统

控制类系统设计 ——液位自动控制系统 摘要 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展,工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数,其测量和控制效果直接影响到产品的质量,因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。 液位控制是工业中常见的过程控制,它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片,设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单,调试方便,性价比高,抗干扰性好等优点,能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。 液位控制有很多方法,如,非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁,就可以侦测到容器里面液位高度变化,从而及时准确地发出报警信号,有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便,避免了水垢的腐蚀,可取代传统的浮球传感和金属探针传感,延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计,低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节,以达到所要求的液位进行调节,以达到所要求的控制精度。

1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此,本系统就设计了一种电路简单,调试方便且性价比高的系统,来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成:显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块,系统简单易行。 系统框图如下: 2 硬结构与功能 2.1 该设计的总体结构 该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板,实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括:电源部分的7808,定时部分的555定时器,数字分段的LM3914等。 电路原理图如下图所示:

单片机水位控制系统课程设计

课程设计(论文) 题目名称: 课程名称: 学生姓名: 学号: 学院: 指导教师:

课程设计任务书

目录 摘要 (4) 引言 (5) 1几种方案的比较 (6) 1.1 简单的机械式控制方式 (6) 1.2 复杂控制器控制方案 (6) 1.3通过水位变化上下限的控制方式 (6) 2水塔水位控制原理 (8) 3电路设计 (9) 3.1原件的介绍 (9) 3.2引脚功能 (10) 3.3 水位检测接口电路 (13) 3.4报警接口电路 (14) 3.5 存储器扩展接口电路.................. .. (14) 4系统软件设计 (15) 4.1 流程图 (15) 4.2程序 (16) 5实验仿真 (18) 6结语 (19)

7参考文献 (19) 摘要 随着微电子工业的迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中,为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目,通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外,水位控制在高层小区水塔水位控制,污水处理设备和有毒,腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能,实现超高、低警戒水位报警,超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图,给出相应的软件设计流程图和汇编程序,并用Proteus软件仿真。实验结果表明,该系统具有良好的检测控制功能,可移植性和扩展性强。 关键词:单片机;水位检测;控制系统;仿真

液位控制系统设计说明

目录 第1章绪论............................................................................................... - 1 - 第2章设计方案........................................................................................ - 2 - 2.1 方案举例......................................................................................... - 2 - 2.2 方案比较......................................................................................... - 3 - 2.3 方案确定......................................................................................... - 3 - 第3章硬件设计........................................................................................ - 4 - 3.1 控制系统......................................................................................... - 4 - 3.1.1 AT89C51单片机 ..................................................................... - 4 - 3.1.2 AT89C51的信号引脚............................................................... - 6 - 3.1.3 单片机最小系统 ....................................................................... - 7 - 3.2 感应系统......................................................................................... - 8 - 3.3 指示系统......................................................................................... - 9 - 3.4 液位控制系统................................................................................. - 10 - 3.5 电机与报警系统.............................................................................. - 11 - 第4章软件设计...................................................................................... - 14 - 4.1 延时子程序.................................................................................... - 14 - 4.2 感应系统程序................................................................................. - 14 - 4.3 指示系统程序................................................................................. - 15 - 4.4 电机和警报系统程序 ....................................................................... - 16 - 4.5 液位预选系统程序 .......................................................................... - 16 - 4.6 系统主流程图................................................................................. - 19 - 第5章系统测试...................................................................................... - 21 - 5.1 仿真测试过程................................................................................. - 22 - 5.2 仿真结果....................................................................................... - 24 -总结...................................................................................................... - 25 - 致谢...................................................................................................... - 26 - 参考文献................................................................................................... - 25 -附录1 系统仿真电路 ................................................................................ - 28 - 附录2 源程序.......................................................................................... - 29 -

汽包水位自动控制系统设计

一、课程设计(综合实验)的目的与要求 锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源。汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器,并在过热管内结垢,影响传热效率,严重的将引起过热器爆管;水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大,而汽包的体积相对来说较小,水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时,数秒之内就可能达到危险水位,所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。因此,必须采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多,如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的,容易克服。因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽温度急剧下降,该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会损坏汽轮机叶片,影响运行的安全性和经济性。水位过低,则由于汽包内的水量转少,而负荷很大时,如不及时调节就会使汽包内的水全部液化,导致水冷壁烧坏,甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 二、设计(实验)正文 1控制系统的整体分析: 1.1影响汽包水位的主要因素 1)给水流量W 2)主蒸汽流量D 3)燃料量B 1.2控制指标 保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡,维持汽包水位H在较小范围内波动。1.3汽包水位控制对象的动态特性分析 做各种主要影响因素的阶跃扰动,记录并分析汽包水位的响应曲线 1)给水扰动: Matlab仿真如图1:

图1:给水扰动Matlab仿真 运行结果如图2: 图2:给水扰动下的水位响应曲线 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线,可以看出该被控对象无自平衡能力,且有较大的迟延,因此应采用串级控制,将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中,以保证系统的稳定性。 2)蒸汽扰动: Matlab仿真如图3: 图3:蒸汽扰动Matlab仿真 运行结果如图4:

液位控制系统设计

液位控制系统设计 学院: 专业班级: 学生姓名: 指导老师:

液位控制系统设计 本文主要讲了压力传感器实现的液位控制器的设计方法,以单片机为核心。通过外围硬件电路来达到实现控制的目的,根据需要设定液位控制高度,同时具备报警、高度显示等功能,具有与液面不接触的特点,可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制,具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究,还可用于生产实际,是目前比较缺少的一种产品。随着微电子工业的迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中,为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。 。关键词:单片机;水位检测;控制系统;仿真 0 引言 随着微电子工业的迅速发展,单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中,为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目,通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外,液位控制在高层小区水塔水位控制,污水处理设备和有毒,腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。中国使用单片机的历史只有短短的30年,在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会,很多地区还成立了单片微型计算机应用协会,那是全国形成的第一次高潮。单片机应用技术飞速发展,我们上因特网输入一个“单片机”的搜索,将会看到上万个介绍单片机的网站,这还不包括国外的。电子界,在2003年7月,https://www.doczj.com/doc/0917278975.html, (91 猎头网)在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中,单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子,为何有这样的魔力?我们首先从它的构成说起:单片机,亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、输入/输出端口(I/0)等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么?纵观我们现在生活的各个领域,从导弹的导航装置,到飞机上各种仪表的控制,从计算机的网络通讯与数据传输,到工业自动化过程的实时控制和数据处理,以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等,这些都离不开单片机。以前没有单片机时,这些东西也能做,但是只能使用复杂的模拟电路,然而这样做出来的产品不仅体积大,而且成本高,并且由于长期使用,元器件不断老化,控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后,我们就将控制这些东西变为智能化了,我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路,核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了,成本也降低了,长期使用也不会担心精度达不到了。所以,它的魔力不仅是在现在,在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计,我国的单片机年容量已达3 亿片,且每年以大约20%的速度增长,但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机,并不断地

单容液位控制系统设计

单容液位控制系统设计 Company Document number:WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

目录1系统设计认识 (1) 前言 (1) 2系统方案确定、系统建模和原理介绍 (1) 控制方案确定 (1) 控制系统建模 (1) (1) (2) 3系统构成 (4) 控制系统结构 (4) 控制系统方框图 (4) 4系统各环节分析 (5) 调节器PID控制 (5) 执行器分析 (6) 检测变送环节分析 (6) 被控对象分析 (6) 5系统仿真 (7) 系统结构图以及参数整定 (7) 6仪器仪表选型 (10)

PID调节器选择 (10) 执行器选择 (11) (11) (11) (12) 差压变送器的选择 (12) 7课程设计结束语 (14) 参考文献 (15)

一、系统设计认识 前言 过程控制早已在矿业、冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。在液位控制方面,比如:水塔供水、工矿企业排给水、锅炉汽包液位控制、精馏塔液位控制等更是发挥着重要作用。在这些生产领域里,基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作,极易出现操作失误引起事故,造成厂家的经济损失。可见,在实际生产中,液位控制的准确程度和控制效果直接影响着工厂的生产成本、经济效益以及设备的安全系数。所以,为了保证安全条件、方便操作,就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。 本设计以单容水箱的液位控制系统为研究对象。由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便,且能满足一般的生产过程要求,在液位控制中得到了广泛的应用,所以本设计单容水箱的液位控制系统采用的就是单回路反馈控制。它的控制任务就是使水箱液位保持在给定值所要求的高度,并且减少或消除来自系统内部和外部扰动的影响。通过系统方案的选择,完成系统的工艺流程图设计和方框图的确定,各环节仪表仪器的选型,控制算法的选取,系统的仿真以及控制参数的整定等工作。 二、系统方案确定、系统建模和原理介绍 控制方案确定 如前言所介绍,由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便,且能满足一般的生产过程要求,在液位控制中得到了广泛的应用,故采用单回路反馈控制。 液位控制的实现除模拟PID调节器外,还可以采用计算机PID算法控制。由差压传感器检测出水箱水位;水位实际值通过单片机进行A/D转换,变成数字信号后输入计算机中;在计算机中,根据水位给定值与实际输出值之差,利用PID程序算法得到输出值,再将输出值传送到单片机中,由单片机将数字信号转换成模拟信号;最后,由单片

(完整版)《电力拖动自动控制系统》毕业课程设计变频液位自动控制

扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目:变频液位自动控制系统 课程:电力拖动自动控制系统 专业:电气工程及其自动化 班级:电气 学号: 姓名: 指导教师: 完成日期:

第一部分 任 务 书

电力拖动自动控制系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求,并巩固交直流调速系统课程的所学内容,初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则,设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范,熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。

三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务,按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。 四、进度安排:共1.5周 本课程设计时间共1.5周,进度安排如下: 1、设计准备,熟悉有关设计规范,熟悉课题设计要求及内容。(1.5天) 2、分析控制要求、控制原理设计控制方案(1.5天) 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。(2天) 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。(1.5天) 5、整理图纸、写课程设计报告。(1.5天) 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告(课题工艺要求由课程设计任务书提供) 1、退火炉温度控制系统 2、变频液位自动控制系统设计 3、变频流量自动控制系统设计 4、变频供水系统设计 5、变频调速恒张力控制系统设计 6、变频器在温度控制系统中的应用 7、线缆设备恒张力变频器控制设计 六、参考书 1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社1992 2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社1998

液位自动控制装置设计

2006年山东省大学生 电子设计大赛 液位自动控制装置 院系:自动化学院 参赛队员:徐坤增、王伟臣、高平 指导老师:张天开、张民、庞中华、郑钢、赵艳秋 编号:G甲0601 2006年9月8日至11日目录 一、题目要求

二、系统功能概述 三、方案论证与比较 1、传感器 2、A/D采集电路 四、系统框架 五、硬件电路设计 1、最小系统 2.液位控制及报警电路 2、ADCICL7135信号采集传输电路 4、键盘和显示电路 六、软件设计 七、测试分析 八、设计总结

一、题目要求 1、任务 设计并制作一个水位监测与控制装置,示意图如下图所示。 2、要求 (1)基本要求 (1)通过键盘可以设定B瓶里的液位(0-25cm内的任意值),并通过控制电磁阀(或类似于电磁阀的装置)使B瓶的液位达到设定值。 (2)液位误差不超过±0.3cm。 (3)液位超过25cm或液位低于2cm时发出警报。 (4)显示器能实时显示当前液位状态和瓶内液体重量,以及阀门状态。 (2)发挥部分 设计并制作一个由主站控制8个从站的有线监控系统。8个从站中,只有一个从站是按基本要求制作的一套液位监控装置,其它从站为模拟从站 (仅要求制作一个模拟从站)。

(1)主站功能: a.具有所有基本要求里的功能。 b.可显示从站传输过来的从站号和液位讯息,可控制从站液位。 c.在巡回检测时,主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的液位讯息。 d.收到从站发来的报警信号后,能声光报警并显示相应的从站号;可自动调整从站液位为20cm。 (2)从站功能: a.能输出从站号、液位讯息和报警信号;从站号可以任意设定。 b.接收主站设定的液位控制信息并显示。 c.对异常情况进行报警和自动调整。 (3)主站和从站间的通信方式不限,通信协议自定,但应尽量减少信号传输线的数量。 (4)其它。 二、系统功能概述 本设计充分体现电子设计大赛的宗旨,利用MCS-51单片机结合数字芯片、模拟电路,完成了液位自动控制系统的设计与制作。实际测试表明,所设计的液位自动控制系统可很好地满足任务要求。 该电路能够通过键盘设定液位(0-25cm内的任意值),主机可以显示和设定从机的液位。通过传感器和ADC7135把当前液位传到控制器与设定值相比较,单片机控制电磁阀调节液位,使其接近设定值。 基本工作流程为:主机通过键盘设定自己和从机的液位,超声波传感器测出当前水位对应的电压值,再经过AD7135模数转化送入控制器与设定值相比较,单片机通过控制电磁阀调节主机液位,并且把设定值与当前值显示在LCD上;主机控制器通过485通讯对从机控制器传输设定值,从机控制器也可以如主机控制器一样对液位进行控制,并且通过LCD显示主机给定值与当前液位值;并利用485通讯把从机当前液位传给主机显示出来。 三.方案论证与比较 1.传感器 方案一:压力传感器 目前的液位压力传感器大部分是投入式静压液位变送器,而投入式静压液位传感器只有参考大气压才能进行准确测量,然而连接电缆中的通气会受到环境的影响,造成气管内壁冷凝,结露。露水滴到电子器件和传感器上,会影响精度或者输出漂移。同时,结露过快,变送器的使用寿命也会大大缩短。此压力传感器容易受到环境的影响而造成测量不准确,并且安装不方便。所以本设计不采用此传感器。 方案二:压阻式压力传感器 压阻式传感器是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制作

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