吉林建筑大学城建学院电气信息工程系课程设计
目录
第1章绪论 (1)
第2章水塔水位控制系统的组态设计 (2)
2.1 组态软件概述 (2)
2.2 组态软件在我国的发展 (2)
2.3 组态软件的功能特点发展方向 (3)
第3章水塔水位控制系统方案设计 (4)
3.1 传统水塔水位控制 (4)
3.1.1 工作原理 (4)
3.1.2 外部接线与控制列表 (4)
3.2 PID水塔水位控制系统的工作原理 (6)
3.2.1 设计分析 (6)
3.2.2 可行性试验 (7)
3.2.3 可行性分析 (7)
3.3 水位闭环控制系统 (8)
第4章组态王水塔水位控制系统建模与分析 (10)
第5章系统硬件开发设计 (12)
5.1 可编程控制器的选型 (12)
5.2 EM235模拟量模块 (13)
5.3 硬件连接图 (15)
5.4 控制系统I/O地址分配 (15)
总结 (16)
致谢 (16)
参考文献 (18)
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第一章绪论
组态”的概念是伴随着集散型控制系（简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
第2章水塔水位控制系统的组态设计
2.1 组态软件概述
“组态”的概念是伴随着集散型控制系（简称DCS）的出现才开始被广大的生产过程自动化技术人员所熟知的。在工业控制技术的不断发展和应用过程中，PC（包括工控机）相比以前的专用系统具有的优势日趋明显。这些优势主要体现在：PC技术保持了较快的发展速度，各种相关技术已臻成熟；由PC构建的工业控制系统具有相对较低的拥有成本；PC的软件资源和硬件资丰富，软件之间的互操作性强；基于PC的控制系统易于学习和使用，可以容易地得到技术方面的支持。在PC技术向工业控制领域的渗透中，组态软件占据着非常特殊而且重要的地位。
组态软件是指一些数据采集与过程控制的专用软件，它们是在自动控制系统监控层一级的软件平台和开发环境，使用灵活的组态方式，为用户提供快速构建工业自动控制系统监控功能的、通用层次的软件工具。组态软件应该能支持各种工控设备和常见的通信协议，并且通常应提供分布式数据管理和网络功能。对应于原有的HMI（人机接口软件，HumanMachineInterface）的概念，组态软件应该是一个使用户能快速建立自己的HMI的软件工具，或开发环境。在组态软件出现之前，工控领域的用户通过手工或委托第三方编写HMI应用，开发时间长，效率低，可靠性差；或者购买专用的工控系统，通常是封闭的系统，选择余地小，往往不能满足需求，很难与外界进行数据交互，升级和增加功能都受到严重的限制。组态软件的出现，把用户从这些困境中解脱出来，可以利用组态软件的功能，构建一套最适合自己的应用系统。随着它的快速发展，实时数据库、实时控制、SCADA、通讯及联网、开放数据接口、对I/O设备的广泛支持已经成为它的主要内容，随着技术的发展，监控组态软件将会不断被赋予新的内容。
2.2 组态软件在我国的发展
组态软件产品于80年代初出现，并在80年代末期进入我国。但在90年代中期之前，组态软件在我国的应用并不普及。
究其原因，大致有以下几点：
（1）国内用户还缺乏对组态软件的认识，项目中没有组态软件的预算，或宁愿投入人力物力针对具体项目做长周期的繁冗的上位机的编程开发，而不采用组态软件；
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（2）在很长时间里，国内用户的软件意识还不强，面对价格不菲的进口软件（早期的组态软件多为国外厂家开发），很少有用户愿意去购买正版。
（3）当时国内的工业自动化和信息技术应用的水平还不高，组态软件提供了对大规模应用、大量数据进行采集、监控、处理并可以将处理的结果生成管理所需的数据，这些需求并未完全形成。
随着工业控制系统应用的深入，在面临规模更大、控制更复杂的控制系统时，人们逐渐意识到原有的上位机编程的开发方式。对项目来说是费时费力、得不偿失的，同时，MIS（管理信息系统，ManagementInformationSystem）和CIMS（计算机集成制造系统，ComputerIntegratedManufacturingSystem）的大量应用，要求工业现场为企业的生产、经营、决策提供更详细和深入的数据，以便优化企业生产经营中的各个环节。因此，在1995年以后，组态软件在国内的应用逐渐得到了普及。
2.3 组态软件的功能特点发展方向
目前看到的所有组态软件都能完成类似的功能：比如，几乎所有运行于32位Windows平台的组态软件都采用类似资源浏览器的窗口结构，并且对工业控制系统中的各种资源（设备、标签量、画面等）进行配置和编辑；都提供多种数据驱动程序；都使用脚本语言提供二次开发的功能，等等。但是，从技术上说，各种组态软件提供实现这些功能的方法却各不相同。从这些不同之处，以及PC技术发展的趋势，可以看出组态软件未来发展的方向。
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第3章水塔水位控制系统方案设计
3.1 传统水塔水位控制
图3-1 传统水塔水位控制布局图
3.1.1 工作原理
通过指示灯模拟上水水泵，结合钮子开关模拟水位监测信号，模拟了水塔自动上水控制，当水池水位低于水池低位界面（s1为ON）时，电磁阀Y打开进水（Y为ON），定时器开始定时，4S后，如果S1还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀Y关闭(Y为OFF)。当S1为OFF，且水塔水位低于水塔低位水位界时，S3为ON，水泵M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时水泵M停止。
3.1.2 外部接线与控制列表
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图3-2传统水塔水位控制电气接线图
表3-1 水塔水位模拟控制接线列表 名称
PLC 端子 说明 灯M
Q0.0 模拟水塔提水水泵电动机运行动作 灯Y
Q0.1 模拟地面水池的进水阀门的开关动作 开关S1
I0.0 模拟水池水位低限报警信号 开关S2
I0.1 模拟水池水位高限报警信号 开关S3
I0.2 模拟水塔水位低限报警信号 开关S4 I0.3
模拟水塔水位高限报警信号
3.2 PID水塔水位控制系统的工作原理
传统的水塔水位控制方式具有占地面积大、投资高、水泵电机频繁起动、耗电多、管网水压不稳、爆管现象频繁、水漏失严重等缺点；不仅生活用水容易受到二次污染，而且水泵电机的频繁起动使设备故障率高，检修、维护也存在困难。因此如何利用有效的水源和电能保证各行各业正常供水，已是迫在眉睫。在传统的水塔、水箱供水的基础上，加入了PLC及液压变送器等器件．利用PLC和组态软件来实现水塔水位的控制．提供了一种实用的水塔水位控制方案。在系统中，只使用比例和积分控制，其回路增益和时间常数可以通过工程计算初步确定，但还需要进一步调整达到最优控制效果。系统启动时，关闭出水口，用于动控制输入控制液体阀，使水位达到满水位的75%，然后打开出水口，同时输入控制液体阀从手动方式切换到自动方式。这种切换由一个输入的数字量控制。[11]
3.2.1 设计分析
图3-3设计分析示意图
“水塔水位自动控制系统”的控制对象为水泵，容器为水塔或储液罐。水位高度正常情况下控制在C、D之间，如图（a）。当水位在低于C点时，水泵开始进水，如图（b）。当水位高于D点时，水泵停止进水，如图（c）。当水位低于C点并到达B点时就报警，采取手动启动水泵，如图（d）。当水位超过D点并到达E点时上限报警，采取强制停止水泵，水位从溢流口流出，如图（e）。
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3.2.2 可行性试验
图3-4为水塔水位控制器的外观正视图，由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报警确认开关组成。接通电源时，电源指示灯亮，当水塔中水深处于不同位置时，水位指示灯B 、C 、D 、E 情况不同。
图3-4水塔水位控制器外观图
①当水位处于B 点之下，指示灯B 、C 、D 、E 全亮，报警电路开始报警，即下限报警。
②当水位处于B 、C 之间，指示灯B 灭，C 、D 、E 亮，水泵开始进水。 ③当水位处于C 、D 之间，指示灯B 、C 灭，C 、D 亮，保持状态，即保持进水。
④当水位处于D 、E 之间，指示灯B 、C 、D 灭，E 亮，停进状态，即水泵不工作。
⑤当水位处于E 点之上，指示灯B 、C 、D 、E 全灭，水泵不工作，报警电路开始溢出报警，即上限报警。
⑥报警电路可以手动关闭，只要按下报警确认开关，就可以解除报警的蜂鸣声。此时，报警确认灯亮起。处理完故障时，必须关闭报警确认灯，报警确认电路复位，恢复其监测故障的功能。
3.2.3 可行性分析
此方案采用纯硬件电路设计，避免了软件程序设计中的不稳定因素，提高了实际运用中的可靠性。同时，对于不同类型的液体，此系统均有良好的兼容性。当水塔中液体改变时，只需要将电位器中的阻值和该液体的阻值调节到一个数量级上就可以很方便的实现此液体的水位控制操作。试验证明，此水塔水位控制器不仅实现了对水塔水位的精确控制，而且，此系统更具有工业生产的
实际性。
3.3 水位闭环控制系统
图3-5 供水系统控制原理图
M1、M2—水泵Y0-Y3—液位开关F1—手阀F2—电磁阀为了精确的实现对水位的控制，必须建立闭环控制系统。根据水塔中的进、出水的水位可以自动控制水泵，使水位处于动态的平衡状态。
供水系统的基本原理如图3-5所示，水位闭环调节原理是：通过在水塔中的三个液压变送器，将水位值变换为4～20 mA电流信号进入PLC，把该信号和PLC 中的设定值的程序进行比较，并执行较后程序，通过水泵的开关对水塔中的水位进行自动控制。当PLC出现故障时，还有一套手动控制来进行对水塔水位控制。手动控制采用交流接触器。
上水箱液位低于Y3时，M1、M2同时工作，F2打开。液位上升至Y2时，M2停止，F2关闭，M1继续工作。液位上升至Y1时，M1也停止。打开F1手阀使上水箱放水，液位下降。当液位又低于Y1时M1起动工作，如F1开度较大下水量大于上水量，使液位继续下降至Y2时，M2启动工作同时F2打开，使上水量大幅上升，保持液位。Y0为下水箱缺水报警开关下水箱液位低于Y0时意味着水泵进水口缺水，此时应自动切断电源并报警。
图3-6 水位闭环控制图
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第 4 章组态王水塔水位控制系统建模与分析
“组态王6.5”是运行于Microsoft WindowsXP/NT/2000中文平台上的全中文界面的人机界面软件（HMI）窗体框架结构，界面直观易学易用。采用了多线程、COM组件等新技术，实现了实时多任务且软件运行稳定可靠。
“组态王6.5”软件包由工程管理器、工程浏览器、画面开发系统（内嵌于工程浏览器）和运行系统四部分组成。工程管理器用于新工程的创建和已有工程的管理，在工程浏览器中可以查看、配置工程的各个组成部分，画面的开发和运行由工程浏览器调用画面制作系统和工程运行系统来完成。
1）工程管理器：是计算机内的所有应用工程的统一管理环境。工程管理器具有很强的管理功能，可用于新工程的创建及删除，并能对已有工程进行搜索、备份及有效恢复，实现数据词典的导入和导出等功能。
2）工程浏览器：是应用工程的设计管理配置环境，进行应用工程的程序语言的设计、变量定义管理、连接设备的配置、开放式接口的配置、系统参数的配置、WEB发布管理、第三方数据库的管理等。
3）画面开发系统：是应用工程的开发环境。在这个环境中完成画面设计、画面连接、程序编写等工作。
4）运行系统：是组态王6.5软件的实时运行环境，在应用工程的开发环境中建立的图形画面只有在运行系统中运行才能实时反应现场的运行情况。运行系统负责从控制设备中采集数据，并存在于实时数据库中。它还负责把数据的变化以动画的方式形象地表示出来，同时可以变成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视、存储功能，并按实际需求记录到历史数据库中。
组态王作为一个开放型的通用工业监控系统，支持工控行业中大部分国内常见的测量控制设备。。遵循工控行业的标准，采用开放接口提供第三方软件的连接（DDE/OPC/ACTIVE X等）。复杂的通信协议源代码、无须编写大量的图形生成、数据统计处理程序代码就可以方便快捷地进行设备的连接、画面的开发、简单程序的编写从而完成一个监控系统的设计。
使用组态王的一般步骤
应用工程需要在组态软件中进行完整、严密的组态，组态软件才能正常的工作。建立应用工程大致可分为以下五个步骤：
1）设计图形界面。
2）定义设备驱动。
3）构造数据库变量。
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4）建立动画连接。
5）运行和调试。
需要说明的是，这五个步骤并不是完全独立的，事实上，这五个部分常常是交错进行的。
（2）组态王的程序设计
在组态王中，一共用了六个指示灯作为信号的显示，它们分别是阀Y,水塔的高水位S1，水塔的低水位S2，水池的高水位S3，水池的低水位S4，水泵M,这些指示灯的作用是显示当前（即实际工作中）的工作状态，便于对整个系统实现检查和监控调整。另外还有一个水池，用来积蓄从外部输送到水塔的水。水泵是实现把水从水池中不断地根据检测到的水塔水位额信号，并居于PLC控制指令输送水到水塔中实现补充。
在组态王开发系统中动作的画面都是静态的，通过实时数据库实现变量与现场状况同步变化。数据库变量的变化通过“动画连接”——所谓“动画连接”就是建立画面的图素与数据库变量的对应关系。这样，工业现场的数据，比如温度、液面高度等，当它们发生变化时，通过I/O接口，将引起实时数据库中变量的变化。
阀Y的变量是一个离散型变量，在组态王中离散变量只有两个取值：0和1，代表两种状态，是用来控制阀的打开和关闭的，当水池水位低于水池低水位界（S4为ON表示），阀Y打开进水（Y 为ON）定时器开始定时，4秒后如果S4还不为OFF，那么阀Y指示灯闪烁，表示阀Y没有进水，出现故障，S3为ON后，阀Y关闭（Y为OFF）.
水塔的高水位S1,水塔的低水位S2,水池的高水位S3，水池的低水位S4，四个都是I/O离散变量，数据类型为bit型，分别用来检测水位是否处于要求的状态，一旦超过了界限将会发生信号的转换。
水泵M指示灯用来表示电机M是否处于运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机M停止。反之启动运行。它也是一个I/O离散变量，数据类型为bit 型。
水池和水塔的变量类型定义为内存整数，最大是100，最小值是0，变化灵敏度和初始值都是0.通过动画连接，可以形象直观的看到水的流动情况和水位的升降状况。
水池和水塔的变量类型定义为内存整数，最大是100，最小是0，变化灵敏度和初始值都是0。通过动画的连接，可以形象直观地观察到水的流动情况和水位的升降情况。
对管道要设置流动状态，并对相应的管道选择流动状态的条件，条件一般有0，0~10，-1~ -10，-255四个，分别是不产生流动，有起点到终点流动（对
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不同的值，流动的速度不一样），由终点向起点流动，停止流动。两个管道的流动都是选择相应的水池和水塔的变量作为流动参数。
（3）组态王的界面设计
图5-1 水塔水位组态图
第5章系统硬件开发设计
5.1 可编程控制器的选型
可编程控制器产品众多，不同厂家、不同系列、不同型号的PLC，功能和结构均有所不同，但工作原理和组成基本相同。本设计选用西门子公司的S7-200 PLC系列，其具结构紧凑，价格低廉，有极高的性价比，适用于小型控制系统。它采用超高电容保护内存数据，省去了锂电池，系统虽小却可以处理模拟量（12 点模拟输入/4点模拟输出）。S7-200最多有4个中断控制的输入，输入响应时间小于0.2ms，每条二进制指令的处理时间仅为0.8μs，S7-200还有日期时间中断功能。还可提供两个独立4KHZ 的脉冲输出，通过驱动单元可以实现步进电机的位置控制。点对点接口（PPI）可以连接编程设备、操作员界面和具有串行接口的设备，用户程序有三级口令保护。较强的功能使其无论在独立运动中，还是连成网络皆能完成各种控制任务。它的使用范围可以覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动控制。其应用领域包括各种机床、纺织机械、印刷机械、食品化工工业、环保、电梯等。S7-200系列有CUP21X和CPU22X 两代产品。其中CPU22X型PLC有CPU221、CPU222、CPU224和CPU226四种基本型号。本设计选用CPU226型PLC。功能模块选用EM235。[16]
CPU226主机共有24个输入点和16个输出点，可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O或35路模拟I/O点。13KB程序和数据存储空间。CPU226输入电路采用了双向光电耦合器，DC24V极性可任意选择，系统设置1M 为I0B输入端子的公共端，2M为I1B输入端子的公共端。在晶体管输出电路中采用了MOSFET功率驱动器件，并将数字量输出分为两组，每组有一个独立公共端，共有1L、2L两个公共端，可接入不同的负载电源。CPU226可用于较高要求的控制系统，更多的I/O点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能使其完全适应于复杂的中小型控制系统。图5-1为CPU226外部电路连接图。
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图5-1 CPU226外部电路连接图
5.2 EM235模拟量模块
图5-2 EM235模块模拟量I/O 连线示意图
如图5-2所示为模拟量I/O组合模块EM235（4路模拟量输入、1路模拟量输出）I/O连接示意图。24V DC电源正极接入模块左下方L+端子，负极接入M端子。EM235模块的上部端子排为标注A、B、C、D的四路模拟量输入接口，可分别接入标准电压、电流信号。为电压输入时，如A口所示，电压正极接入A+端，负极接入A-端，RA端悬空。为电流输入时，如B口所示须将RB与B+短接。然后与电流信号输出端相连，电流信号输入端则接入B-接口。若4个接口未能全部使用，如C口所示，未用的接口要将C+与C-端用短路子短接，以免收到外部干扰。下部端子为一路模拟量输出的3个接线端子MO、VO、IO，其中MO 为数字接地接口，VO为电压输出接口，IO为电流输出接口。若为电压负载，则将负载接入MO、VO接口若为电流负载则接入MO、IO接口。
在进行接线时应注意以下几点。
传感器接线的长度应尽可能的短，并使用屏蔽双绞线。
敷设线路时应使用电缆槽，避免将导线弯成锐角。
避免将信号线与电源线平行接近布置。
使用高质量的24V DC传感器电源，以保证无噪声及稳定运行。[18]
5.2.1 EM235的安装使用
EM235安装使用的一般过程如下:
(l)根据输入信号的类型及变化范围设置DIP开关，完成模块的配置工作。必要时进行校准工作。
(2)完成硬件的接线工作。注意输入、输出信号的类型不同，采用不同的接入方式。为防止空置端对接线端的干扰，空置端应短接。接线还应注意传感器的线路尽可能的短，且应使用屏蔽双绞线，要保证24Voc传感器电源无噪声、稳定可靠。
(3)确定模块安装入系统时的位置，并由安装位置确定模块的编号。57一200扩展单元安装时在主机的右边依次排列，并从模块O开始编号。模块安装完毕后，将模块自带的接线排插入主机上的扩展总线插口。
(4)为了在主机中进行输入模拟量转换后数字数据的处理及为了输出需要在模拟量单元中转换为模拟量的数字量，要在主机中安排一定的存储单元。一般使用模拟量输入AIW及模拟量输出AQW单元安排由模拟量模块送来的数字量及待送入模块转变为模拟量输出的数字量。而在主机的变量存储区V区存放处理产生的中间数据。扩展模块的编址方法依57一200系列PLC技术手册中有关规定。
5.2.2 EM235的工作程序编制
EM235的工作程序编制一般包含以下内容:
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(1) 设置初始化子程序。在该子程序中完成采样次数的预置及采样和单元清零的工作，为开始工作做好准备。
(2)设置模块检测子程序。该子程序检查模块的连接正确性及模块工作的正确性。
(3)设置子程序完成采样及相关的计算工作。
(4)工程所需的有关该模拟量的处理程序。
(5)处理后模拟量的输出工作。[20]
5.3 硬件连接图
图5-3 硬件接线图
5.4 控制系统I/O 地址分配
PLC 的输入 /输出分配表（如表5-1所示）
表5-1 I/O 分配表 编号
地址 说明 功能
1路模拟量输出
1
AQW0 输出模拟量 控制输入控制液压阀 1路数字输入，1路模拟量输入 1
I0.0 按钮，手动自动切换 0为手动，1为自动 2 AIW0 输入模拟量 液位传感器的值
总结
本文研究设计的水塔水位控制系统采用可编程控制器、变频器依据用水量的变化通过压力变送器来实现变频驱动水泵电机无级调速,在用水量发生变化
时保持水压恒定以满足用水要求,从而达到恒压供水的目的。控制系统在程序设计时充分考虑到负载均衡性原则,采取“先入先出”的排队策略,执行变频方式轮值,确保各水泵使用率基本均衡。变频恒压供水改变了以往的定量供给方式,实现“按需分配”原则,因此变频恒压供水方式节省能源、操作方便、自动化程度高。
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致谢
我在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—孟凡姿老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！
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参考文献
[1] 周美兰、周封、王岳宇编著.PLC电气控制与组态设计[C].北京：科技出版社，2003
[2] 李克俭、饶满和.水塔水位控制系统的研究与设计[J].广西工业学院学报.2006
[3] 姚勇、李忠勤、郑志刚.水箱水位控制的模拟装置[J].煤炭技术.2004
[4] 夏春茂、姚建飞主编.可编程序控制器原理.北京高等教育出版社.1998
[5] 李建兴主编.可编程控制器应用技术.[M]北京：机械工业出版社.2005
[6] 姚勇、李忠勤、郑志刚.水箱水位控制的模拟装置[J].煤炭技术.2004
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成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
北京理工大学珠海学院 课程设计 课程设计（C） 学院：信息学院 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 201 年月日 北京理工大学珠海学院
北京理工大学珠海学院 课程设计任务书 2011 ～2012 学年第 1 学期 学生姓名：专业班级：自动化 指导教师：工作部门：信息学院 一、课程设计题目水塔水位控制系统 二、课程设计内容： 1、硬件设计 （1）用80C51设计一个单片机最小控制系统。其中P1.0接水位下限传感器，P1.1接水位上限传感器，P1.2输出经反相器后接光电耦合器，通过继电器控制水泵工作，P1.3输出经反相器后接LED，当出现故障时LED闪烁；P1.4输出经反相器后接蜂鸣器，当出现故障时报警。 （2）用塑料尺、导线等设计一个水塔水位传感器。其中A电级置于水位10CM处，接5V电源的正极，B级置于水位15CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.0口，C 电级置于水位的20CM处，经4.7K下拉电阻接单片机的P1.1口。 （3）设计一个单片机至水泵的控制电路。要求单片机与水泵之间用反相器、光电耦合器和继电器控制，计算出LED限流电阻，接好继电器的续流二极管。 2、软件设计 （1）根据功能要求画出控制程序流程图。 （2）根据控制程序流程图编写80C51汇编语言或C51程序。 三、功能要求： 1、水塔水位下降至下限水位时，启动水泵,水塔水位上升至上限水位则关闭水泵。 2、水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 3、供水系统出现故障时，自动报警。 四、调试 1、在Kerl-uvision上单步调试，观察累加器寄存器存储器的运行之间是否正常。 2、将程序下载到仿真仪上，进行模拟仿真，检查程序工作是否正常。 3、将模拟水塔、传感器、控制电路和水泵联成一个完整的系统，进行整机调试，观察系统工作是否正常。 撰搞人教研室主任院长 签名 日期2010.10.6
摘要 供水是一个关系国计民生的重要产业。随着社会的发展和人民生活水平的提高，对城市供水提出了更高的要求，要满足及时、准确、安全保证充足供水，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，为此必须进行水塔水位控制自动化系统的改造。可编程控制器( PLC) 因其高可靠性和较高的性价比在工业控制中得到广泛的应用。本文针对目前比较流行的控制技术，利用PLC和传感器构成了水塔水位恒的控制系统。改造后的水塔水位自控系统，实现水塔水位自动控制系统，远程监控，实现无人值守。 关键词: 可编程逻辑控制器（PLC）水塔水位自动控制
Abstract Water supply is a major industry involving the interests of the state and the people. With development of society and the improvement of the people's livelihood, city water supply has been brought forward a higher request. It needed to be timely , accurate and safely to plentifully conduct water supply. If we still continue to use a way of the man-power, the intensity of labor are high , availability is low and the security is difficult to ensure .We must carry out water tower water level under the control of automatic system reforming for this purpose . Programmable Logic Controller (PLC) is applied broadly in industrial control because of high reliability and higher nature price. The main body of this paper on the control technology is aimed at being popular for at present comparatively, which makes the using of PLC and the sensor to compose water tower control system of permanent water level. Water tower control system after being reformed have realized water tower water level auto-controlling system , long-range supervisory control, and nobody's value guards realization. Key wards：Programmable Logic Controller. water pool water lever. automatically controls
实训三、水塔水位自动控制 一、实训目的 1、了解水塔水位自动控制工作原理。 2、掌握梯形图的编程方法和指令程序的编法。 3、掌握编程器的基本操作以及编程器的输入、检查、修改和运行操作。 二、实训器材 1、亚龙PLC主机单元一台。 2、亚龙PLC水塔水位自动控制单元一台。 3、计算机或编程器一台。 4、安全连线若干条。 5、PLC串口通讯线一条。 三、工作原理 水塔水位的工作方式： 当水池液面低于下限水位（S4为ON表示），电磁阀Y打开注水，S4为OFF，表示水位高于下限水位。当水池液面高于上限水位（S3为ON表示），电磁阀Y关闭。 当水塔水位低于下限水位（S2为ON表示），水泵M工作，向水塔供水，S2为OFF，表示水位高于下限水位。当水塔液面高于上限水位（S1为ON表示），水泵M停。 当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵M不启动。 四、I/O分配表 表3-1水塔水位自动控制的I/O分配表
水塔上限位S1 水塔下限位S2 水池上限位S3 水池下限位S4 电磁阀Y 水泵M I0.1 24V 12V FU I0.2 I0.3 I0.4 1M 2M Q0.1 Q0.2 1L CPU 226 CN 五、I/O接线 图3-1 水塔水位自动控制的I/O 接线 六、实训步骤 1、先将PLC 主机上的电源开关拨到关状态，严格按图3-2 所示接线，注意12V 和24V 电 源的正负不要短接，电路不要短路，否则会损坏PLC 触点。 2、将电源线插进PLC 主机表面的电源孔中，再将另一端插到220V 电源插板。 3、将PLC 主机上的电源开关拨到开状态，并且必须将PLC 串口置于STOP 状态，然后通 过计算机或编程器将程序下载到PLC 中，下载完后，再将PLC 串口置于RUN 状态。 4、接通2. 5、2. 6、2.7（2.4 不接通），否则无法正确运行演示程序。 5、按下列步骤进行实训操作： （1）拨下限开关S4，电磁阀Y 亮，下限开关S4 复位。 （2）拨上限开关S3，电磁阀Y 灭，上限开关S3 复位。 （3）拨下限开关S2，水泵M 亮，下限开关S2 复位。 （4）拨上限开关S1，水泵M 灭，上限开关S1 复位。 各种限位开关初始状态都是朝下。 七、实物接线图 图3-2 所示水塔水位自动控制接线图。 八、思考题 当水池水位低于下限水位（S4 为 ON），电磁阀 Y 应打开注水，若 3 秒内开关 S4 仍未由闭合转为分断，表明电磁阀 Y 未打开，出现故障，则指示灯 Y 闪烁报警。
目录 一、设计目的 (1) 二、设计要求 (1) 三、设计方案 (1) 四、设计组成及原理分析 (4) 五、元器件的选用及其参数 (12) 六、设计总结 (12) 七、参考文献 (14)
一、设计目的 本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。 二、设计要求 1）设计制作一个带保护装置的水塔自动进水逻辑电路。 2）要求有水满、进水、水量不足指示，当水位低时要自动进水，满时要及时断电停水，水位过低时能停止出水。 三、设计方案 1.设计方案分析 每部分电路都有其相应功能：首先有信号产生部分产生整个电路的输入信号，该信号经过信号处理之后，输出其他电路的控制信号，控制其他电路工作，电机控制电路部分接收到有信号处理电路输出的有效控制信号后正常工作驱动电机转动抽水，使水位上升，而水位的变化又直接关系到信号的产生，因此有个循环的过程，即使水位保持在一定范围内，水位显示电路接收到有效信号后驱动显示器工作，使其显示该时刻的水位；水位超限时输出为电机停止的有效控制信号使
上水电路停止工作。由“信号产生→信号处理→电机控制→水位变化→信号产生”这个循环就能使水塔具有自动控制水位的能力。 方案一、 通过NE555接成施密特触发电路，利用v1-v0电压传输特性就可以达到水塔自动进水，不会产生水满而溢出的目的。 自动进水：当水位下降低于A点时，A点悬空。IC的2脚低于1／3Ｖｃｃ，其3脚输出高电平，水塔被启动，水位逐渐上升。 中间保持：当水位上升到Ａ点到Ｂ点之间时，此时P点电位控制在1／2Ｖｃｃ左右，触发器保持原来的状态不变。因为此时电路不工作，所以水位一直保持在A点与C点之间，不再上升。 停止进水：当水位达到C时，此时输出信号V0变为低电平，致使后续电机上水电路不工作。 以上过程形成循环，在正常情况下一直保持水塔水位大于下限水位。
一、水塔水位 1、系统描述及控制要求 1.1 国内外发展现状调查 1.1.1 PLC及西门子S7-200系列PLC介绍 20世纪70年代初出现了微处理器。人们很快将其引入可编程逻辑控制器，使可编程逻辑控制器增加了运算、数据传送及处理等功能，完成了真正具有计算机特征的工业控制装置。此时的可编程逻辑控制器为微机技术和继电器常规控制概念相结合的产物。个人计算机发展起来后，为了方便和反映可编程控制器的功能特点，可编程逻辑控制器定名为Programmable Logic Controller（PLC）。 20世纪70年代中末期，可编程逻辑控制器进入实用化发展阶段，计算机技术已全面引入可编程控制器中，使其功能发生了飞跃。更高的运算速度、超小型体积、更可靠的工业抗干扰设计、模拟量运算、PID功能及极高的性价比奠定了它在现代工业中的地位。 20世纪80年代初，可编程逻辑控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。世界上生产可编程控制器的国家日益增多，产量日益上升。这标志着可编程控制器已步入成熟阶段。 20世纪80年代至90年代中期，是可编程逻辑控制器发展最快的时期，年增长率一直保持为30~40%。在这时期，PLC在处理模拟量能力、数字运算能力、人机接口能力和网络能力得到大幅度提高，可编程逻辑控制器逐渐进入过程控制领域，在某些应用上取代了在过程控制领域处于统治地位的DCS系统。 20世纪末期，可编程逻辑控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。这个时期发展了大型机和超小型机、诞生了各种各样的特殊功能单元、生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程逻辑控制器的工业控制设备的配套更加容易。 西门子S7-200 是一种小型的可编程序控制器，适用于各行各业，各种场合中的检测、监测及控制的自动化。S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。因此S7-200系列具有极高的性能/价格比。 西门子S7-200系列在集散自动化系统中充分发挥其强大功能。使用范围可覆盖从替代继电器的简单控制到更复杂的自动化控制。应用领域极为广泛，覆盖所有与自动检测，自动化控制有关的工业及民用领域，包括各种机床、机械、电力设施、民用设施、环境保护设备等等。如：冲压机床，磨床，印刷机械，橡胶化工机械，中央空调，电梯控制，运动系统。
摘要 本文根据液位系统过程机理，建立了单容水箱的数学模型。在设计中用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了PID 液位控制模拟界面和算法程序，进行了系统仿真，并通过整定PID参数，同时得出了整定后的仿真曲线和实际曲线。主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析，FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。PLC在工业自动化中应用的十分广泛。PID控制经过很长时间的发展，已经成为工业中重要的控制手段。本设计就是基于PLC的PID算法对液位进行控制。PLC经传感电路进行液位高度的采集，然后经过自动调节方式来确定完PID参数后，通过控制直流泵的工作时间来实现液位的控制。PID处理一般是运行专用的PID子程序。过程控制在冶金、化工、热处理、锅炉控制等场合有非常广泛的应用。本次设计主要内容是利用提供的被控对象单容水槽和相关仪器仪表，设计液位控制系统，利用组态王软件编写控制算法实现控制系统的上位机监控。 关键词：组态王，液位控制，PID算法，过程控制
一、设计任务 (3) 二、实验目的 (3) 三、实验方案 (4) 四、实验过程 (5) 实验总结 (17) 参考文献 (18) 附录 (19)
一、设计任务： （1）液位监控：完成一个液位监控系统，要有流程图画面，报警画面，历史曲线、实时曲线、报表等个画面键可以灵活切换。 （2）通过组态软件，结合实验已有设备，按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用但闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制程序的液位单回路过程控制系统。 设计要求 (1)根据液位单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 (2)运用组态软件，正确设计液位但回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。 二、实验目的： （1）能根据具体对象及控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。 （2）能够根据过程控制系统A/D、D/A和开关I/O的需要，正确选用模块。 （3）能根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232转换与通讯模块。
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
目录 绪论 (1) 1 总体方案 (2) 2 水位控制硬件设计 (3) 2.1电路总体框架图 (3) 2.2LED数码管显示 (3) 2.3电机驱动及显示 (4) 2.4水位检测电路 (5) 2.5声光报警电路 (6) 3 软件部分 (7) 3.1程序框图 (7) 4 PROTUSE仿真显示 (8) 总结 (11) 参考文献 (12)
绪论 当今社会，科技以迅雷不及掩耳之势的速度发展着，人民生活水平也在不断的提高。自动水位控制将给人们生活带来巨大的方便。由于单片机有极高的可靠性，微型性和智能性，单片机已经广泛应用于我们生活和学习中，我们可以在许多领域见到单片机的身影，，小到玩具家电行业，大到车载、舰船电子系统，遍及计量测试、工业过程控制、机械电子、办公自动化、工业机器人、军事和航空航天等领域都可以见到单片机的身影。 单片机是一种集成电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器CPU随即存储器RAM，只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器、计时器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成的一个小而完善的计算机系统。 中央处理器CPU是单片微型计算机指挥、执行中心，由它读程序并执行指令。CPU 功能，是以不同方式来执行各种指令。有的指令涉及到各个寄存器之间的关系；有的指令涉及到单片机核心电路内部各功能部件的关系；有的则与外部器件发生关系。总的来说CPU是通过复杂的时序电路来完成不同的指令功能的。 对于本设计单片机结构简单实用性强，功能齐全，技术先进，使实现这设计不难实现。同时，C语言是单片机的重要“组成”，如果能掌握好C语言编程，这将很大程度上提高了开发效率。
中国矿业大学机电学院 机电综合实验中心实验报告 课程名称机电综合实验 实验名称水塔水位控制模拟系统 实验日期20１６、11、２0 实验成绩 指导教师 第一章绪论 1、1实验目得 学会使用组态软件(推荐选用组态王软件)与PLC(推荐选用ＳIMEIＮS S7-２ 0０)控制系统连接,采用下位机执行,上位机监视控制得方法,构建完成水塔水位 自动控制系统。 1、２实验要求 (1)阅读本实验参考资料及有关图样,了解一般控制装置得设计原则、方法与步 骤。 (2)调研当今电气控制领域得新技术、新产品、新动向,用于指导设计过程,使设 计成果具有先进与创造性。 (３)认真阅读实验要求，分析并进行流程分析,画出流程图。 (4)应用PLC设计控制装置得控制程序。 （5)设计电气控制装置得照明、指示及报警等辅助电路。 (6)绘制正式图样,要求用计算机绘图软件绘制电气控制电路图，用STEP
7-Micro／Wｉn３2编程软件编写梯形图。 1、3 实验内容 （1）当水池水位低于水池低水位界(S４为ON表示),阀Ｙ打开进水（Y为ON)定时器开始定时; （２)阀Y打开4秒后,如果Ｓ4还不为OFＦ,那么阀Y指示灯闪烁,表示阀Y没有进水,出现故障; (３)Ｓ3为ON后，阀Y关闭(Y为OFF)。当S4为ＯFＦ时,且水塔水位低于水塔低水位界时S2为ON,电机M运转抽水。当水塔水位高于水塔高水位界时电机Ｍ停止。 １、４课程设计器材: (1)TKPLＣ－1型实验装置一台 (2)安装了STEP7－Ｍicro/ＷＩN32编程软件与组态软件得计算机一台。 (3）PＣ／PPI编程电缆一根。 （4)连接导线若干。 1、５ PLC得介绍 可编程逻辑控制器(PｒogrａmmabｌｅＬoｇｉｃ Controller,PLC），它采用一类可编程得存储器,用于其内部存储程序,执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数与算术操作等面向用户得指令，并通过数字或模拟式输入／输出控制各种类型得机械或生产过程。 1、5、1基本结构 PLC实质就是一种专用于工业控制得计算机，其硬件结构基本上与微型计算机相同,如图所示： 1、５、2 PLＣ得特点
轻工职业技术学院 PLC课程设计 名称：水塔水位控制PLC课程设计 院系：机电工程系 班级：普高11机电（2）班 姓名：涛
目录 1.课程设计目的 (3) 2.课程设计题目和要求 (3) 2.1设计题目 (3) 2.2控制要求 (3) 3.设计容 (3) 3.1PLC的构成 (3) 3.2PLC的工作原理 (4) 3.3梯形图程序设计及工作过程分析 (6) 3.4水塔水位控制系统PLC软件设计 (7) 3.41工作过程 (7) 3.42程序流程图 (8) 3.43梯形图 (9) 3.44水塔水位控制系统梯形图的对应指令表 (10) 4．设计总结 (11) 参考文献 (11)
1.课程设计目的 （1）通过对工程实例的模拟，熟练的掌握PLC的编程和程序调试方法。 （2）进一步熟悉PLC的I/O连接。 （3）熟悉水塔水位控制的编程方法。 2.课程设计题目和要求 2.1设计题目 水塔水位控制系统 2.2控制要求 1.因电动机功率较大，为减少起动电流，电动机采用定子串电阻降压启动，并要错开起动时间（间隔时间为5s）。 2.为防止某一台电动机因长期闲置而产生锈蚀，备用电动机可通过预置开关随意设置。如果未设置备用电动机组号，则系统默认为5号电动机组为备用。 3.每台电动机都有手动和自动两种控制状态。在自动控制状态时，不论设置哪一台电动机作为备用，其余的4台电动机都要按顺序逐台起动。 4.在自动控制状态下，如果由于故障使某台电动机组停车，而水塔水位又未达到高水位时，备用电动机组自动降压起动；同时对发生故障的电动机组根据故障性质发出停机报警信号，提醒维护人员及时排除故障。当水塔水位达到高水位时，高液位传感器发出停机信号，各个电动机组停止运行。当水塔水位低于低水位时，低液位传感器自动发出开机信号，系统自动按顺序降压起动。 5.因水泵房距离水塔较远，每台电动机都有就地操作按钮和远程操作按钮。 6.每台电动机都有运行状态指示灯（运行、备用和故障）。 7.液位传感器要有位置状态指示灯。 3主要容 3.1 PLC的构成
摘要 在过程工业中被控制量通常有以下四种: 液位、压力、流量、温度。而液位不仅是工业过程中常见的参数，且便于直接观察，也容易测量。过程时间常数一般比较小。以液位过程构成实验系统,可灵活地进行组态，实施各种不同的控制方案。液位控制装置也是过程控制最常用的实验装置。国外很多实验室有此类装置，如瑞典LUND大学等。很多重要的研究报告、模拟仿真均出自此类装置! 本次设计也是基于这套水箱液位控制装置来实现的。这套系统由多个水箱，液位检测变送器，电磁流量计，涡轮流量计，自动调节阀，控制面板等喝多器件构成。 液位控制的发展从七十年代到九十年代经历了几个阶段，控制理论由经典控制理论到现代控制理论，再到多学科交叉；控制工具由模拟仪表到DCS，再到计算机网络控制；控制要求与控制水平也由原来的简单、安全、平稳到先进、优质、低耗、高产甚至市场预测、柔性生产。而其中应用最广泛的就是PID 控制器。 这次首先是用一天半的时间让我们熟悉各种建模的方法。学会建立了最初的四种模型。接着后几天就是开始熟悉各种控制系统，以及运用它们去控制水箱的液位，从而更加深刻的理解控制的概念。并且在过程中，要熟练学会调整PID的参数，学会使用MATLAB等。 关键词：水箱液位；PID控制；串级控制；前馈控制；经验凑试法
目录 1引言 (1) 2 实验设备 (2) 2.1 THJ-FCS型或THJ-3型高级过程控制系统实验装置 (2) 2.2计算机及相关软件。 (6) 2.2.1 SIMATIC WinCC简介 (6) 2.2.2 监控界面 (7) 3 设备工作原理及运行过程 (8) 3.1 设备工作原理 (8) 3.2 控制系统流程图 (9) 3.3系统投运及步骤 (10) 4 参数整定与结果分析 (12) 4.1 参数整定 (12) 4.1.1 比例（P）调节 (12) 4.1.2 比例积分（PI）调节 (14) 4.1.3 比例积分微分（PID）调节 (17) 4.2 结果分析 (19) 总结 (20) 参考文献 (21)
水塔水位控制报告 班级： 姓名： 学号： 指导教师： 评语：平时（40）修改（30）报告（30）总成绩兰州交通大学自动化与电气工程学院xx年7月1日1引言该设计是针对水塔水位控制系统的要求所做。随着社会的发展，科技的进步以及人们生活水平的逐步提高，各种方便与生活的自动控制系统开始进入了我们的生活，单片机作为微型计算机发展的一个重要分支，具有高可靠性、高性能价格比、低电压、低功耗等优势，以其为核心的自动控制系统赢得了广泛的应用。该课程设计的题目是基于单片机的水塔水位控制，其目的重在于单片机技术的应用，由单片机实现自动运行，使水塔内水位始终保持在一定范围，以保证连续正常地供水。该课程设计给出以AT89C51单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、处理和报警等功能，并在Proteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性好。在此水塔水位控制系统中，单片机充当着主要的角色。它控制整个系统的运行，可以完成水位高低的控制。检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保
持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。2设计方案及原理2、1设计原理单片机水塔水位控制原理如图2、1所示，图中虚线表示容许水位变化的上下线，在正常情况下，应保持水位在虚线范围之内。其中A棒处于下限水位，C棒处于上限水位，B棒在上下水位之间。A棒接+5V电源，B棒、C棒各通过一个电阻与地相连。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动以达到对水位控制之目的。供水时，水位上升，当达到上限时，由于水的导电作用， B、C棒连通+5V。因此，b、c两端均为1状态，这时应停止电机和水泵的工作，不再给水塔供水。 当水位处于上下限之间时，B棒与A棒导通。因C棒不能与A 棒导通，b端为1状态，c端为0状态。这时，无论是电机已在带动水泵给水塔加水，水位在不断上升；或者是电机没有工作，用水使水位在不断下降。都应继续维持原有的工作状态。 当水位降到下限时，B，C棒都不能与A棒导电，因此，b，c 两端均为0状态。这时应启动电机，带动水泵工作，给水塔供水。 图2、1 水塔水位控制原理图3设计方案本设计为一个实际应用系统的水塔水位控制部分。在此水塔水位控制系统中，检测信号来自插入水中的3个金属棒，以感知水位变化情况。工作正常情况下，应保持水位在某一范围内，当水位变化发生故障的时候，及时关断电机电源，发出声、光报警信号。
毕业论文题目：水塔水位PLC控制程序 姓名：谢晓良 学号：27 专业：数控维修 指导老师：缪国平 江苏信息职业技术学院日期：2010年10月1号
目录 摘要 (3) 前言 ............................ 错误！未定义书签。可编程控制器的产生 (3) PLC的发展 (5) PLC的基本结构 (6) PLC特点 (11) PLC的工作原理 (12) 梯形图程序设计及工作过程分析 (14) 水塔水位系统PLC硬件设计 (17) 要求独立完成水塔水位控制PLC系统设计与调试。 (17) 水塔水位系统控制电路 (18) 输入/输出分配 (19) 列出水塔水位控制系统PLC的输入/输出接口分配表 (19) 水塔水位系统的输入/输出设备 (20) 水塔水位控制系统PLC软件设计 (21) 工作过程 (21) 程序流程图 (22) 梯形图 (23) 水塔水位控制系统梯形图的对应指令表 (24) 结束语.......................... 错误！未定义书签。参考文献 . (26)
水塔水位控制PLC系统设计 摘要 在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量和控制。水位控制在日常生活中应用也相当广泛，比如水塔、地下水、水电站等情况下的水位控制。而水位检测可以有多种实现方法，如机械控制、逻辑电路控制、机电控制等。本文采用PLC进行主控制，在水箱上安装一个自动测水位装置。利用水的导电性连续地全天候地测量水位的变化，把测量到的水位变化转换成相应的电信号，主控台应用MCGS组态软件对接收到的信号进行数据处理，完成相应的水位显示、故障报警信息显示、实时曲线和历史曲线的显示，使水位保持在适当的位置。 关键词：水位控制、三菱PLC fx2n 前言 可编程控制器的产生 可编程控制器是二十世纪七十年代发展起来的控制设备，是集微处理器、储存器、输入/输出接口与中断于一体的器件，已经被广泛应用于机械制造、冶金、化工、能源、交通等各个行业。计算机在操作系统、应用软件、通行能力上的飞速发展，大大加强了可编程控制器通信能力，丰富了可编程控制器编程软件和编程技巧，增强了PLC过程控制能力。因此，无论是单机还是多机控制、是流水线控制还是过程控制，都可以采用可编程控制器，推广和普及可编程控制器的使用技术，对提高我国工业自动化生产及生产效率都有十分重要的意义。
水塔水位控制 一、实验目的 1.掌握置位较复杂逻辑程序的编写方法 2.掌握水塔水位控制系统的接线、调试、操作方法 二、 三、面板图 四、控制要求 1.各限位开关定义如下： S1定义为水塔水位上部传感器（ON：液面已到水塔上限位、OFF：液面未到水塔上限位）S2定义为水塔水位下部传感器（ON：液面已到水塔下限位、OFF：液面未到水塔下限位）S3定义为水池水位上部传感器（ON：液面已到水池上限位、OFF：液面未到水池上限位）S4定义为水池水位下部传感器（ON：液面已到水池下限位、OFF：液面未到水池下限位）； 2.当水位低于S4时，阀Y开启，系统开始向水池中注水，5S后如果水池中的水位还未达到S4，则Y指示灯闪亮，系统报警。
3.当水池中的水位高于S3、水塔中的水位低于S2，则电机M开始运转，水泵开始由水池向水塔中抽水。 4.当水塔中的水位高于S1时，电机M停止运转，水泵停止向水塔抽水。 五、功能指令使用及程序流程图 1.较复杂逻辑程序的编写方法 在编写较复杂逻辑程序时，应遵循以下原则及顺序： 1)确定系统所需的动作及次序。 第一步是设定系统输入及输出数目，可由系统的输入及输出分立元件数目直接取得。 第二步是根据系统的控制要求，确定控制顺序、各器件相应关系以及作出何种反应。 2)将输入及输出器件编号 每一输入和输出，包括定时器、计数器、内置继电器等都有一个唯一的对应编号，不能混用。 3)画出梯形图。 根据控制系统的动作要求，画出梯形图。梯形图设计规则如下： a.触点应画在水平线上，不能画在垂直分支上。应根据自左至右、自上而下的原则和对输出线圈的几种可能控制路径来画。 b.不包含触点的分支应放在垂直方向，不可放在水平位置，以便于识别触点的组合和对输出线圈的控制路径。 c.在有几个串联回路相并联时，应将触头多的那个串联回路放在梯形图的最上面。在有几个并联回路相串联时，应将触点最多的并联回路放在梯形图的最左面。这种安排，所编制的程序简洁明了，语句较少。 d.不能将触点画在线圈的右边，只能在触点的右边接线圈。 2.程序流程图 六、端口分配及接线图 1.I/O端口分配功能表
目录： 第一章目录 (1) 第二章摘要 (2) 第三章设计方案及设计原理 (2) 第四章电路总图 (8) 第五章元器件清单 (9) 第六章总结 (10) 第七章参考文献 (11) 第八章附录 (11)
第二章摘要 水塔水位自动控制器主要用途是配合水泵，根据水塔水位高低的变化来启动及停止。适用于工农业及民用自动供水。 本电路包括水位检测电路，水位范围测量电路，水泵开关电路，显示电路和电源电路5部分。水位测量电路的功能是利用水的导电性检测水位的变化，水位范围测量电路的功能是利用比较器的原理实现水位范围的确定，应根据水井涌水量来调节中水位探头及高水位探头之间的距离，应调节在水塔水满后，而水泵不应离水工作为宜，同时利用迟滞比较器的迟滞特性避免跳闸现象。水泵开关电路的功能是完成控制电路和水泵是否工作，显示电路的功能是显示水泵是否在工作。电源电路则为以上电路提供直流电源。 本控制器适用于家庭住宅、学校、工厂、宾馆、办公、楼宇的自来水水塔（水池）式增压供水与江河井水控制，以及供水、消防、轻工、印染、化纤、造纸、化工、食品、饮料、酿造、制糖、养殖、工矿、农业、水处理等行业的给排水和其它生产用液体供给排放自动化控制或上、下限位报警。
第三章设计方案及设计原理： 第一节综合图： 由电源电路给各个电路提供直流电源，通过检测电路对水塔水位及范围的测量，产生不同的电位Vs,利用迟滞比较器的特性，控制继电器的工作状态，从而实现对水泵工作状态的自动控制。
第二节主要单元电路设计： 一水位测量电路和水位范围测量电路
置来实现水位范围的控制。水位测量电路如图中右边所示，它由两部分组成： 1.电阻R1，R2和稳压管D1、D2构成的参考电压产生电路： 2.由迟滞比较器构成的水位范围测量电路。 参考电压产生电路产生两个稳定的电压，分别代表水位范围的上限值S2和下限值S1。由于参考电源产生电路输出端接入比较器的输入，为了防止出现输出电流不稳导致参考电源不稳定的情况，电路采用电阻和稳压管相结合的方式构成。其中稳压管的稳定电压均为+8V，而输出 Vref1=+8V Vref2=12V－8V＝4V 水位范围测量电路的功能有两个： 1.确定实际水位和水位控制范围的大小关系; 2.防止出现跳闸现象。 首先，Vref1和Vref2分别输入到运算放大器的同相输入端，而Vs则同时输入到这两个运算放大器的反相输入端。当水位低于S1时，Vs＝13V>Vp2＝4V，V1和V2输出都为高电平；当水位高于S1低于S2时，Vp2（4V） 水塔水位控制系统PLC 设计 1、水塔水位控制系统PLC 硬件设计 1.1、水塔水位控制系统设计要求 水塔水位控制装置如图1-1所示 图1-1 水塔水位控制装置 水塔水位的工作方式： 当水池液位低于下限液位开关S4，S4此时为ON ，水阀Y 打开（Y 为ON ），开始往水池里注水，定时器开始定时，4秒以后，若水池液位没有超过水池下限液位开关时（S4还不为OFF ），则系统发出报警（阀Y 指示灯闪烁），表示阀 S1---表示水塔的水位上限，S2---表示水塔的水位下限，S3---表示水池水位上限， S4---表示水池水位下限，M1为抽水电机，Y 为水阀。 Y没有进水，出现故障；若系统正常，此时水池下限液位开关S4为OFF,表示水位高于下限水位。当水位液面高于上限水位，则S3为ON，阀Y关闭（Y为OFF）。 当S4为OFF时，且水塔水位低于水塔下限水位时（水塔下限水位开关S2为ON），电机M开始工作，向水塔供水，当S2为OFF时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位时（水塔上限水位开关S1为OFF），电机M停止。（注：当水塔水位低于下限水位，同时水池水位也低于下限水位时，水泵不能启动） 1.2 水塔水位控制系统主电路 水塔水位控制系统主电路如图1-2所示： L1L2L3 SQ FU KM FR M 3~ 图1-2 水塔水位控制系统主电路 1.3、I/O接口分配 水塔水位控制系统PLC的I/O接口分配如表1-1所示。 表1-1 水塔水位控制系统PLC的I/O接口分配表 符号地址绝对地址数据类型说明 1 S1 I0.1 BOOL 水塔上限水位 2 S2I0.2 BOOL 水塔下限水位 3 S3I0.3 BOOL 水池上限水位 河南科技学院机电学院电子课程设计报告（论文） 题目：水位控制器 专业班级: 电气工程及其自动化132班 姓名：************ 时间：2014.12.28～2015.01.10 指导教师：张伟邓丽媛 完成日期：2015年01月10日 水位控制器设计任务书 1．设计目的与要求 设计一个水塔或锅炉水位控制电路，准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能： （1）多点水位实时采集和显示功能； （2）当水位低时，启动水泵自动加水，达到高水位时自动停止水泵； （3）当达到警戒水位（高水位或低水位）时，电路能够自动报警提示； （4）具备报警消音控制功能； （5）所设计的电路具有一定的抗干扰能力。 2．设计内容 （1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系； （2）确定元器件及元件参数； （3）进行电路模拟仿真； （4）SCH文件生成与打印输出。 3．编写设计报告 写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。 4．答辩 在规定时间内，完成叙述并回答问题。 目录 1 引言 (1) 2 总体设计方案 (1) 2.1 设计思路 (1) 2.1.1水位控制系统的流程图 (2) 2.1.2水位控制系统的流程 (2) 2.2总体设计框图 (2) 3 设计原理分析 (2) 3.1逻辑关系表 (2) 3.2控制原理 (3) 3.3 总控制电路 (3) 3.4局部仿真电路 (3) 3.5显示电路 (3) 4 总结与体会 (4) 参考文献 (5) 附录1 (6) 附录2 (7) 引言 随着现代科技的发展，智能化是未来科技发展的趋势。而且水是人类不可缺少的一部分，所以自动供水是非常重要的。水位控制乃为自动供水的核心。本文采用简单的数模电知识，运用逻辑电路控制电路。 总体设计方案 下图1为水位控制原理图。在水箱内的不同高度安装1根水位监测器，以感知 水位变化情况，能用数码管显示水箱的液位，液位分1，2，3档，当检测到水位低 于1档时，发出缺水报警，并通过继电器打开电磁阀M1M2向水箱供水，当水位超过1 档时，停止缺水报警，但M2继续供水，当水位超过2档时，M1开始供水，M2停止工 作直到水位达到3档为止，关闭电磁阀。接＋5V电源，1，2，3各通过一个霍尔元件， 当磁悬浮球经过霍尔元件时使霍尔元件表面产生压差并对外产生一个电压信号经 过处理后进入控制性系统。 设计思路 图 1 图 2 毕业设计 水塔智能水位控制系统设计 摘要 水塔水位的控制系统是我国供水系统较为常用的，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定的范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而智能控制系统的成本低，安装方便，灵敏性好，是节约水源，方便生活的水塔水位控制的理想装置。 本设计介绍的是一种由AT89C51单片机为主控元件的电压传感器的水塔水位测量系统。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。测量时首先由安装在塔底的压力传感器感应被测水位高度并将其转换成电信号，经过信号调理电路进行滤波、放大，输出相应的直流电压信号，然后输入到串行的A/D转换器中进行模-数转换，模-数转换以后得到的数字信号直接送入单片机，经过单片机分析处理后根据相应的结果通过继电器对水泵电机进行控制，从而进行对水位的控制，于此同时将测量结果显示出来。关键词:单片机;压力传感器;水位控制 Water tower’s intelligent water leve l control system design Abstract Water tower’s water level control system is relatively commonly used in the Chinese water supply system; the main problem of the water tower’s water supply is the water level in the water tower should always remain within a certain range,to avoid the “empty tower”, “overflow” tower phenomenon. Traditional control mode exist the shortcoming of control precision low, energy consumption big, and the cost of intelligent control system is low, easy installation, and good sensitivity, it is the ideal device to save water, to facilitate the life of the water tower’s water level control. This design introduces is AT89C51 microcontroller as a master component of the voltage sensor of the water tower’s water level measurement system. The pressure sensor is generally composed by the elastic sensing element and displacement sensitive components. The role of the elastic sensing element is to make tested pressure in a certain area and converted to displacement or strain, then the displacement sensitive components or strain gauge is converted to a certain relationship with the pressure of the electrical signals. First the pressure sensor installed in the bottom of the sensor measured the height of water level measurements and converted into electrical signals, after the signal conditioning circuit filtering，amplification, output DC voltage signal, the enter the serial A/D converter for analog-digital conversion, after analog-digital conversion, the digital signal directly into the microcontroller, after microprocessor analysis processing according水塔水位控制系统PLC设计说明书
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