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。 现今社会，自动化装置无所不在，在控制技术需求的推动下，控制理论本身 也取得了显著的进步。水塔水位的监测和控制，再也不需要人工进行操作。实践 证明，自动化操作，具有不可替代的应用价值。水塔水位自动控制器，具有适应 各种液体液位的检测和控制的功能，是可以投入实际生产的产品。 传感器是一种检测装置， 能感受到被测量的信息， 并能将检测感受到的信息， 按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处 理、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测首要环节以及自动控制 的关键部分。 本文将采用液面传感器来检测液面的水位的上下限，以便控制水 塔是否该停止进水或停止出水，达到合理使用水资源的目的。 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，无人 监控，实现无人值守。 为了达到节能的目的，提高供水系统的质量，考虑采用可编程控制器 ( PLC)、传感器技术来设计了一套实用的水塔水位控制方案。该方案在硬件的基 础上配合了软件的使用实现了低、高警戒水位的自动报警。该水塔水位控制系统 具有低成本、高使用价值的优点。 关键词: 可编程逻辑控制器（PLC） 水塔水位 ，自动控制 ，传感器。 ，
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目录
1 引言……………………………………………….….…..2 1.1 课题背景 .................…………………………………….3 1.2 水塔供水的发展…………………………………...……..4 2 水塔水位自动控制系统方案………………………..……5 2.1 系统方案论证……………………….…. ………………6 2.2 水塔水位自动控制系统……………………………..….6 3 电路设计........................…………………………………..6 3.1 原理框图....................……………………………………7 3.2 电容式传感器的应用及其原理……………….……..….8 3.3 电容式液位传感器结构示意图………………….….…..9 3.4 检测电路图……………………………………….…….10 3.5 检测电路分析…………………………………………..11 4 工作原理分析…
…………………………………………12 4.1 主电路图………………………………………………..13 4.2 控制电路图…………………………………………......14 4.3 工作原理……………………………………………......15 4.4 元件清单……………………………………………..…16 4.5 电源开关的选择……………………………………….17 总结………………………………………………………………..22
参考文献…………………………………………………………..23
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1 引言
1．1 课题背景
在一般住宅或大楼的顶楼常设置水塔或者水箱以提供充足的水压供给用户 使用， 另备有地下蓄水池用来自自来水公司提供的水源作为供顶楼的水塔或者水 箱进水使用。水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空 塔”“溢塔”现象发生，当今可编程序控制器（PLC）技术、传感器技术现已日 、 趋成熟，所以应考虑才用它们来对水塔水位自动的控制。
1．2 水塔供水的发展
“自来水”被人们称之为“城市的生命线” 。当建筑技术的发展让人们的住所 平地而起，超高层大楼鳞次栉比耸立在现代城市里的时候，如何将水送到同样的 高度并不是一件轻而易举的事情。 “自来水”来之不易，也绝非自来。新中国成 立六十年来，我国的建筑供水事业走过了一条从沿承旧路、不断摸索再到自主创 新的发展之路。中国人在解决水与高度这一命题的过程中，发挥了自己的智慧与 创造，开辟了安全供水的新时代。 轱辘摇转，井绳结缠。自掘土挖坑打出第一眼水井开始，解决“水与高度” 的问题，便成为人类生活中最重要的内容之一。也许你并没有太注意，水塔供水 方式的产生，就如同互联网改变了我们的生活方式一样，从“ 辘轳井”汲水到 “自来水”的跨越已经成为人类生活进步的重要标志。时至今日，我国不少欠发 达地区还没有解决自来水的问题，还在致力于推动健康卫生的“自来水工程” 。 所谓水塔供水就是先用水泵把经过消毒的干净水抽到水塔顶部箱体内， 再依据水 塔自身高度产生的落差，自然形成水的压力，经过城市供水管线流到千家万户。 这种方式的自来水在地面建筑多为平房和低层楼房的时期无疑是完全可以 满足的。解放初期我国大多数城市大都是采取水塔供水的方式。但是随着城市楼 房的不断升高，供水压力的不足暴露无疑。面对越来越多的高层楼房拔地而起， 如何将自来水输送到高层楼房的顶层成为高层建筑供水技术的新命题。 1958 年，以人民大会堂、北京饭店、民族饭店、华侨大厦等“十大建筑” 的陆续竣工为标志，中国高层建
筑的“楼顶水箱供水”技术开启了新的时代。 反观新中国成立六十年的供水技术史，伴随着技术的发展，高层建筑供水设 计的理念也发生了很大的变化。从保证有水到节能、环保，再到安全、节约、健 康、舒适。今天的供水技术，已经实现了从人力到自动、从低层到高层、从原始 到专业的三大跨越，在给人们提供更加舒适便捷生活的同时，开辟了安全、健康 供水的新时代。 3
我供水行业六十年来，在供水范围经历了一个从小到大，从城市至农村，从 室外集中供应至室内分散供应， 从底层供水至层层供水， 从只供冷水至供冷热水、 直饮水，从简易到复杂、到全方位、优质供水。供水技术经历了水箱供水、气压 供水、变频供水、减压阀减压供水和无负压供水（或称管网叠压供水）等发展阶 段，这是一个既与国民经济的发展密切相关，又与人们生活紧密联系在一起的领 域，是一个不可缺少也无可替代的行业。 当前，供水行业面临着一个大幅度提高水质标准，全面改造供水工艺和供水 管网的关键时机，同时也面临着水资源贫乏、产业结构发生深刻变化的现状。如 何进一步推进节能、 节水技术， 防止垄断弊病， 向人们和各行业供应更好、 更多、 更优的水是我们的企求和 进入 21 世纪，我国建筑给排水设计行业在不断发展的过程中终于日臻成 熟，总体水平基本达到了国际的先进水平。我们通过新中国成立 60 年来不同阶 段对苏联、日本、欧美的学习，通过学习改造，兼收并蓄，逐步形成了自己的设 计体系和设计思想。 建筑给排水设计的发展也从为满足人民需求被动进步演变成 了科学发展地主动适应和引导人民的用水需求和习惯。节水、节能、环保和可持 续发展的思想成为建筑给排水设计的核心理念， 无负压供水技术就是响应国家节 能战略的产物。同时，建筑给排水在生活供水方面的理念经历了“卫生” “安全” 阶段，开始进入了“健康”的阶段。我们认为仅仅是没有细菌、没有有害物质的 生活用水是不够的，过度纯净的水对人体健康也没有好处，供水的更高要求是各 种元素有益无害，浓度适当，舒适健康。 本课题设计的目的
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2 水塔水位自动控制系统方案
2.1 系统方案论证
现代控制理论本质是时域法，是建立在状态空间基础上的，他不传递函数， 而是用状态向量方程做基本工具，从而大大简化了数学表达方式， ，因此原则上 可以分析多输入多输出、非线性以及时变系统。 自动控制技术的应用，推动了控制理论的发展，而自动控制理论的发展，有 指导了控制技术的应用，是其进一步完善，随着科学技术的发展，自动
控制技术 和理论已经广泛的应用于科技、石油、化工、电子、电力、航空、航天、核反应 等各个学科领域。 近年来，控制科学的范围还扩展到生物、医学、环境、经济管理和其他许多 社会领域，并为各个学科之间的相互渗透起了促进作用，可以毫不夸张的讲，自 动控制技术和理论已经成为现代社会的不可缺少的组成部分， 自动控制技术的应 用不仅是生产过程自动化， 从而提高生产率和产品质量， 降低成本提高经济效益， 改善劳动条件，而且在探索新能源，发展空间技术和创造社会文明等方面都具有 十分重要的意义。 本系统中具有水位监测系统，水位低于下限水位时，启动水泵抽水；水位高 于上限水位时，水泵停止抽水，实现水塔水位 的自动控制，并能自动完成上水 与停水的全部工作循环，保证水塔的水位高度始终处于较理想的范围。
2.2 水塔水位自动控制系统
水塔水位控制系统是我国住宅小区广泛应用的供水系统， 传统的控制方式在 控制精度地、能耗大额缺点，而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节系统 的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水系统的质量。而且 成本低，安装方便，经过了多次试验证明，灵敏度好，是节约水源，方便家庭和 单位控制水塔水位的理想装置。水塔水位控制系统采用直流电压检测水位，水位 在低于下线 B 点水位时水泵抽水，水位达到最高水位 A 时，水泵停止抽水，水 位降低到最低水位线 B 以下时回复运行抽水。从而实现自动控制。 5
该系统采用分立元件实现了水塔水位的自动控制，设计出一种低成本、高使 用价值的水塔水位控制器。采用分立元件的电路实现超高、低水位处理，自动控 制电机电路。 它能自动完成上水停水的全部循环，保证液面高度始终处于较理想的范围 内，它结构简单，制造成本低，灵敏度高，节约能源显著，适用于各种高层液位 储存的理想设备。
第三章 电路设计 设计
3.1 原理框图
3.2 电容式传感器的应用及其原理
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电容式液位传感器是将被测的非物理量的变化转化为电容器的电容量变化 的传感器。电容式液位传感器是用于测量非典物理量的经典式传感器之一.与其 他传感器相比，电容式液位传感器具有四大优点：（1）电容传感器具有较高的 灵敏度和较高的分辨力，电极间电测吸引力非常微小，保证了较高的测量精度； （2）电容式传感器响应时间短，动态响应速度快，可以直接用于生产线上的动 态测量；（3）从信号源取得能量少，有利于发挥其测量精度；(4)电容传感器结 构简单，可以不用有机材料和磁性材料构成，所以能够经
受相当大的温度变化和 辐射作用，可以在温度较高有各种辐射等恶劣环境下工作，易于实现接触测量。 因此电容传感器在精密测量中占有重要的地位。 传统电容式传感器测量系统中常用的信号变化如下框图如图（2.1）所示 ， 其中放大检波两次放大和两次滤波全是单独的元器件， 结构复杂连线多抗干扰性 差.
以平行板构成的电容 C=§s/§为例，电容敏感于被测量，根据其工作原不 同，可分为变面积，变介质，变介电常数三种。液位测量所用的电容式传感器属 于变介电常数型。 对于液位测量，从结构上考虑，则以圆柱形电容为好。圆柱形电容液位传感 器结构如下图（2.2）所示：
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若忽略边缘效应，再有介质的情况下，内外极筒见电容：
式中：h—极筒的高度（m）； --内极筒外径、外径筒内径（m）； --被测液体高度（m）； --空气介质常数， --被测介质常数；
可见，传感器电容量 C 与北测液体高度 h 呈线性关系。 当存在被测介质式，改变内外极筒见得介电常数，从而改变了电容量，这样 电容量与液体高度形成了确定关系，从而可以得出液体高度。这就是变介质常数 式电容传感器册页位的基本原理。
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3.3
电容式液位传感器结构示意图
3.4 检测电路图
检测电路图结构如下图（2.3）所示
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3.5
检测电路分析
电容传感器 cx 与 R7、R8 组成交流测量电桥。IC1.1 和 IC1.2 构成振荡器， 经 IC1.3 放大，IC2.1 和 IC2.2 组成的 RS 触发器整形，再经晶体管 VT1 和 VT2 电流放大为电桥提供电源， 测量桥输出地信号加载比较器 IC3.1 和 IC3.2 和运算 放大器 A1 构成的检波器上，检波器将交流信号的幅度变化转化为正比于传感器 Cx 的直流电平，调节 RP2 可调整同相信号部分的衰减系数直流放大器 A2、A3 将 信号电压放大到所需的电平，RC 滤波器抑制放大的直流信号中的交流分量。电 位器 RP3 为直流放大器调平衡已放大的信号加在水位上限比较器上，A4 的同相 输入点和水限比较器 A5 的反相输入端，A4 的阀值电压高于 A5 的阀值电压，他 们分别由 RP4 、RP5 调整，由于二极管 VD1VD2 的限幅作用，A4 和 A5 输出低电 平不低于-0.7V
第四章 工作原理分析
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4.1 主电路图
4.2
控制电路图
4.3 工作原理
将 QS 打到自动控制位置时,当蓄水池中无水时，信号电压低于 A5 的阀值电 压 A4 输出低电平，A5 输出高电平，该液位信号经直接加载触发器的 IC4 的 KJ 输入端，既 K=0，J=1，JK 触发器 IC4 输出高电平 VT3 和晶闸管 VS 导通线圈 KA 得电，常开主触点闭合 KM 线圈得电，水泵电动机开始工作向水池加水。 当水位上升，传感器电容增大，水位测量电路输出电压增高，到达低液位标 志是
，A5 输出低电平,A4 仍输出低电平既 K=0，J=0，JK 触发器 IC4 输出状态不 变，KA 线圈继续得电保证线圈 KM 得电，水泵继续工作。
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当水位到达上限位标注时，A4 输出高电平，A5 仍输出低电平，既 K=1，J=0， JK 触发器 IC4 输出状态到低电平，VT3 截止，VT4 关断，线圈 KA 断电，常开主 ， 触点复位线圈 KM 断电，水泵停止工作。 在水消耗过程中水位变低，A4 输出低电平，触发器 IC4 的 K=0，J=0,IC4 输 出状态不变，直至水位下降到低位标志时触发器 IC4 的 K=0，J=1，IC4 的输出高 电平线圈 KA 得电，常开主触点闭合 KM 线圈得电，重新接通水泵电机。 将 QS 打到手动位置时，按下启动按钮 SB1，线圈 KM 得电并自锁，常开主触 点闭合电动机水泵工作，向水塔中抽水，当按下停止按钮 SB0 时线圈线圈 KM 断 电，触点复位，电动机水泵停止工作，停止抽水。 电容传感器是垂直放入水池与水绝缘的导体传感器的长度与储水池的深度 有关，其位置相对水池中的个点无严格要求但是传感器的位置必须固定，以保证 在运行过程中电容不发生改变，如果储水池由混泥土制成，必须在水池中垂直放 入两个导体，彼此之间隔一定的距离。 自动抽水控制系统有±15V 双极性稳压电源供电，用于作为检测电路的电源消 耗的电流不大于 2X100mA.
4.4 元件清单
熔断器是低压配电系统和电力拖动系统中的保护电器， 在使用时串接在所保
护的电路中。当电路出现短路或严重过载是，其内部低熔点的熔丝或熔片将 自动熔断，将电路切断。 熔断器由熔体、安装熔体的熔管和熔座三部分组成。
1.
规格的选择：
（1）熔体额定电流的选择 1.对于变压器、电炉和照明等负载，熔体的额定电流应略大于或等于负载电 流； 2.对于输配电线路，熔体的额定电流应略大于或等于线路的安全电流； 3.在电动机回路用作短路保护时，应考虑电动机的启动条件，按电动机启动 12
时间的长短来选择熔体的额定电流。电动机末端回路保护，选用 aM 型熔断器， 熔断体的额定电流 In 稍大于电动机的额定电流； 4.电容补偿柜回路的保护，选用 gG 型熔断器，熔断体的额定电流 In 约等于 线路计算电流 1.8~2.5 倍；如选用 aM 型熔断器，熔断体的额定电流 In 约等于线 路电流的 1~2.5 倍。 5.线路上下级间的选择保护， 上级熔断器与下级熔断器的额定电流 In 的比等 于或大于 1.6，就能满足防止发生越级动作而扩大故障停电范围的需要。≥≥ 6.保护半导体器件用熔断器，熔断器与半导体器件串联，而熔断器熔体的额 定电流用有效值表示，半导体器件的额定电流用正向平均电流表示，因此，应按 下式计算熔体的额定电流： IN
R≥1.57 INR≈1.6 INR 式中 7.降容使用 在 20℃ 的环境下，我们推荐熔断体的实际工作电流不应超过额定电流值。 选用熔断体时应考虑到环境及工作条件， 如封闭程度、 空气流动连接电缆尺寸 （长 度及截面）瞬时峰值等方面的变化；熔断体的电流承载能力实验是在 20℃ 环境 温度下进行的，实际使用时受环境温度变化影响。环境温度越高，熔断体的工作 温度就越高， 其寿命也就越短。 相反， 在较低的温度下运行将延长熔断体的寿命。 来源：输配电设备网 8.在配电线路中，一般要求前一级熔体比后一级熔体的额定电流大 2~3 倍， 以防止发生越级动作而扩大故障停电范围。 INR 表示半导体器件的正向平均电流。
（2）熔断器的选择 1、UN 熔断器≥UN 线路。 2、IN 熔断器≥IN 线路 3、熔断器最大分断能力应大于被保护线路上的最大短路电流
2.
类型的选择 ： 应根据使用场合选择熔断器。 电网配电一般用刀型触头熔断器 （如 HDLRT0
RT36 系列） 电动机保护一般用螺旋式熔断器； ； 照明电路一般用圆筒帽形熔断器； 保护可控硅元件则应选择半导体保护用快速式熔断器。 常用的熔断器有： 1、RC1A 系列瓷插式熔断器、 13
2、RL1
系列螺旋式熔断器
3、RM10 系列无填料封闭式熔断器。 次外，还有 RT0 系列有填料封闭管式熔断器、RLS、RS0 系列快速熔断器、 自复式熔断器等。本设计采用 RL1 系列螺旋式熔断器。RL1 系列螺旋式熔断器 结构如下图（2.4）所示
图（2.4）RL1 系列螺旋式熔断器
4.5 电源开关的选择
开关是用于接通和断开电路的电器。常用的开关有刀开关、铁壳开关、组合 开关和自动空气开关。 刀开关 它分单级、双级和三级。适用于接通和断开有电压而无负载电流的电路。因 而结构简单、操作方便、价格便宜，在一般的照明电路小于 5.5KW 电动机的控 制电路中常被采用。用于照明电路是可选用额定电压 220V 或 250V，额定电流 等于或大于电路最大工作电流的两极开关；用于电动机的直接启动时，可选用额 定电压 280V 或 500V，额定电流等于或大于电动机额定电流 3 倍的三级开关。 在安装刀开关时刀口应朝上，防止热空气拉弧或重力闸。 铁壳开关 它又叫封闭式负荷开关。是带有熔断器的刀开关放在用铸铁或薄钢板冲压 14
而成的铁壳中。 铁壳开关配用的熔断器，额定电流为 60A 及以下者，配用瓷插式熔断器； 额定电流为 100A 以下者，配用无填料封闭管式熔断器。 组合开关 也称转换开关，多用于机床控制线中作为电源的引入开关，也可以用作不 频繁地接通和断开电路‘接线电源和负载以及控制 5KW 及一下的小容量异步电 动机正反转、星三角启
动。 自动空气开关 又叫自动空气断路器，它能对电路进行短路 、欠压、严重过载保护，同时 也可作不频繁地启动电动机。
本设计采用,梅兰日空气开关梅兰日兰断路器 C65—4P16A 4P16A 结构如下图（2.5）所示
。 断路器
C65—
图（2.5）断路器 C65—4P16A
交流接触器
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交流接触器是一种自动控制电器可频繁接通和切断电路。它主要由电磁部 分、触头部分及灭弧罩组成。灭弧罩用陶瓷制成的，盖在三个主触头上，使产生 的电弧迅速熄灭，不外溅。 当线圈通电时，静铁芯产生电磁吸力，将铁芯吸合，由于触头系统是于动铁 芯联动的，因此动铁芯带动三条动触片同时运行，触点闭合，从而接通电源。当 线圈失电时，吸力消失，动铁芯联动部分依靠弹簧的反作用力而分离，使主触头 断开，切断电源。同时交流接触器具有欠压保护。
1.选择接触器
1 选择接触器主触头的额定电压：应等于或大于负载的饿额定电压。 2 选择接触器触头的额定电流：被选用接触器触头的额定电流应不小于负载 电路的额定电流。也可根据所控制的电动机最大功率进行选择。如果接触器是用 来控制电动机的频繁启动、正反或反接制动等场合，应将接触器的主初头额定电 流降低使用，一般可降低一个等级。 3 根据控制电路要求确定吸引线圈工作电压和辅助触点 容量：如果控制线 路比较简单，所用接触器的数量较少，则交流接触器线圈的额定电压一般直接选 用 380V 或 220V。如果控制线路比较复杂，使用的电器又比较多，为了安全起 见，线圈的额定电压选低一些，这时需要加一个控制变压器
本设计采用,CJ10 系列交流接触器，CJ10 系列交流接触器如下图（2.6）所 示
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图（2.6）CJ10 系列交流接触器
热继电器
热继电器常用来对电动机进行过载保护。电动机在运行过程中，由于种种原 因，如长期过载、频繁启动、欠压运行、断相运行等均会使流过电动机的电流超 过额定值。若过电流的数值不足以使电路中的熔断器熔断，电动机绕组就会因过 电流而导致发热，影响电动机的寿命，甚至烧毁电动机。这时就需要热继电器进 行过载保护。通常热继电器的动作电流应等于电动机的额定电流
1.热继电器的选择
1.类型的选择： 类型的选择：一般情况下，可选用两相结构的热继电器，但当三相电压的均 衡性较差，工作环境恶劣或无人看管的电动机，宜选用三相结构的热继电器。对 于三角形接线的电动机，应选用带断保护装置的热继电器 2.热继电器额定电流的选择：热继电器的额定电流应大于电动机额定电流。 然后根据该额定电流来选择热继电器的型号。 3.热元件额定电流的选
择和整定： 热元件的额定电流应略大于电动机额定电 流。当电动机启动电流为其额定电流的 6 倍及启动时间不超过 5S 时，热元件的 整定电流调节到等于电动机额定电流；当电动机的启动时间较长、拖动冲击性负 载不允许停止时。热元件整定电流调节到电动机额定电流的 101—105 倍
本设计采用,JR10 系列热继电器如下图（2.7）所示
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（20）
图（2.7）JR10 系列热继电器
元件型号、个数清单
名 称
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2 0 A 2 4 V
总结
毕业论文是我学习阶段的一次非常难得的理论与实际相结合的机会， 通过这 次比较完整的水塔水位的自动控制系统设计，我摆脱了单纯的理论知识学习状 态，和实际设计的结合锻炼了我的综合运用所学的专业基础知识，解决实际工程 问题的能力，同时也提高了我查阅文献资料、设计手册、设计规范以及电脑制图 等其他专业能力的水平，而且通过对整体的掌控，对局部的取舍，以及对细节的 斟酌处理，都是我的能力得到了锻炼，经验得到了丰富，抗压能力及耐力也都得 到了不同程度的提升。这是我们都希望看到的也是我们进行毕业设计的目的所 在。 虽然毕业设计对于我来说很困难，过程繁琐但我的收获却更加丰富。各种系 统的适用条件，各种设备的选用标准，我都是随着设计的不断深入而不断熟悉并 学会应用的， 和老师的沟通交流更是我从经济的角度对设计有了新的认识也对自 己提出了新的要求，提高虽然有限，但却是全面的，正是这一次设计让我积累了 一定的实际经验，是我的头脑更好的被知识武装了起来，也必然会让我在未来的 工作学习中表现出更高的应变能力，更强的沟通能力和理解力。 顺利如期的完成了本次设计给了我很大的信心， 让我了解专业知识的同时也 对本专业的发展前途充满信心，无论给水系统还是排水系统，我都采用了一些新 的技术和设备他们有着很多的优越性但也存在一定的不足， 这些不足在一定程度 上限制了我的创造力。比如我的设计在节约水源上有很大的不足，在这个能源紧 缺节能被高度重视的社会中这无疑很让我自身感到遗憾， 可这些不足正是我们去 更好的研究更好的创造的最大动力， 只有发现问题， 面对问题才有可能解决问题， 不足和遗憾不会给我打击只会更好的鞭策我前行， 今后我更会关注新技术新设备 工艺的出现，并争取尽快的掌握这些先进的知识，更好地为祖国奉献。 19
参考文献
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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。
水位自动控制系统就是将水位信号转换为开关信号，再用这个开关信号去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，就可以达到水位自动控制的目的。水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。现有多种成熟的设计方案，如GKY1X单台泵系统、GKY2X双台泵系统等等，在网上可以查到各种各样的设计原理图。水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为开关信号这一部分。现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。这些方式检测原理不同，因而水位自动控制的原理也不同。下面，我们根据液位传感器的检测方式来讲解水位自动控制系统的原理，这是决定水位自动控制系统使用寿命和可靠性的主要因素。 一、电极式液位控制原理 电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合，水泵就开始抽水。图1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。即使采用不锈钢做电极，也需要2-3个月清理一下，在污水中电极的使用寿命就更短了。 图1 二、UQK/GSK干簧管液位控制原理 干簧管将电极触点密封在玻璃管内，这样就不直接接触液体了，所以电极不会吸附杂质，使用寿命提高。干簧管的特点就是接近磁铁，触点就会吸合。所以我们将干簧管固定在管壁内固定的位置。浮子里装上磁铁，随着浮力沿着管壁上下滑动，见图2。当浮子经过干簧管时，触点吸合。干簧管触点一般直接驱动交流接触器，可以控制水泵启动。GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。
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.
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
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
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：
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
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
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:
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
水池水位自动控制系统设计与制作 摘要 根据物体在水中漂浮的性质，可以用一个浮球来感知水塔里水位的升降，用来控制水泵，使水泵能自动对水池上水，水满时能自动断电停止，真正做到了水池的全自动控制功能，解决了人们日常用水的诸多不便。 本毕业论文范文写的是水池水位自动控制电路的作用是根据水位的高低，自动地控制水泵的启动与停止。水泵和水位的高低是相互反馈的。这样就可以实现水位自动控制的目的。我所设计的水位制动控制装置是有以下几部分组成：水位自动控制电路，高低水位报警器，数码显示。水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米），当水位低至2米时使水泵启动上水；当水位升至6米时，使水泵停止工作。因特殊情况水位超限（如高至7米、低于2米）报警器报警。设有手动按键，便于随机控制。由数码管直观显示当前水位。本系统可以随时的控制水位的高低，防止过量放水或来水无人打开关。 关键词：水池；浮子开关；自动上
Abstract According to the nature of an object floating in the water, you can use a float to sense the water level in the lift tower to control the pump, the pump automatically to the water tower, Sheung Shui, water, power off automatically when full stop pumping water tower, and truly automatic control tower to solve the inconvenience of daily water. Pham Van of the thesis is written in the role of water level automatic control circuit is based on the level of the water level, automatic control of pump start and stop. Pumps and water level is the level of mutual feedback. This level can automatically control. I designed the brake control device is the water level has the following components: automatic water level control circuit, high and low water level alarm, digital display. Automatic water level control within a certain range (eg. 2-6 meters), when the water level as low as 2 meters, the Sheung Shui to start the pump; when the water level to 6 meters, the pump stopped working. Water level gauge due to special circumstances (such as up to 7 meters, as low as 2 meter) alarm to the police. With manual buttons, easy to stochastic control. Visual display by the LED current level. The system can control the water level at any level, to prevent excessive drainage or runoff and no open relations Keywords:water tower; float switch; automatic pumpin
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
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
课题名称：水箱水位控制系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 姓名：
水箱水位控制系统设计 摘要 本设计主要基于单片机的硬件电路设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述。在设计中对水塔水位控制原理进行分析,选用AT89C51单片机作为控制水塔水位的处理芯片,由AT89C51的P1口直接来控制.设计方案采用模块化程序设计方法,结合程序流程图,编写程序代码,最后利用KEIL公司的u Vision3软件及伟福仿真软件进行仿真实验,达到单片机自动控制水塔水位变化的目的. 关键词：单片机，水塔水位控制原理，AT89C51，伟福仿真软件
目录 前言 (1) 第1章设计内容 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案设计 (2) 第2章硬件电路设计 (3) 2.1 系统框图设计 (3) 2.2 系统原理 (4) 第3章水塔水位控制系统的硬件电路设计 (5) 3.1 水位检测电路 (5) 3.2 水位显示电路 (5) 3.3电机控制电路 (6) 3.4振荡电路和复位电路 (7) 3.5声光报警电路 (7) 第4章软件程序设计 (8) 4.1 系统主程序流程图 (8) 4.2编写C程序 (9) 第5章硬件制作与调试 (10) 结论 (11) 附录 (12) 仿真总图 (12) 源代码 (13)
前言 水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，在我们的生活中起到了重要的作用，而水基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。塔里面的水位控制是一个水塔发挥作用的关键。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机来进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并编写程序加以控制，从而实现电机的调速。最后，使用液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。该系统通过了报警模块来实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。 液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。
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)
二．系统分析 2.1系统工作原理 浮球杠杆式液位自动控制系统原理示意图 工作原理：当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。例如，当液面升高时，浮子位置亦相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，知道电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度，反之，若水箱液面下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入的水量，使液面升到给定的高度。
2.2系统分解 水位自动控制系统由浮子，杠杆，直流电动机，阀门及水箱控制部分构成。根据不同的需要可以对各部分进行不同的设计。该系统结构简单，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。 液位控制系统原理方框图如下所示： 图2 2.3．数学模型 2.3.1浮子、杠杆、电位计（比例环节） 浮球杠杆测量液位高度的原理式 U o=U 总 b??al 式中Uo为电位计的输出电压，U 总 为电位计两端的总电势，b a为杠杆的长度比，??为高度的变化，l为电位计电阻丝的中点位置到电阻丝边缘的长度。 则：
G1s=K1 2.3.2微分调理电路（微分环节） 由于水面震荡，导致浮子不稳定，在电位计的输出电压与电动机的输入端之间接一个微分调理电路，对输入的电压进行调理传递函数为 G2s=K2s 2.3.3电动机（惯性环节） 查资料知电动机的传递函数： G3s= K3 Ts+1 2.3.4减速器（比例环节） 这是一个比例环节，增益为减速器的减速比。 故，传递函数为 G4s=K4 2.3.5控制阀（积分环节） 这是一个积分环节， 故，传递函数为 G5s=K5 s 2.3.6水箱（积分环节） 这是一个积分环节，实际液位Y是流入量Q in与流出量Q out的差值?Q对时间t的积分。
等级: 课程设计 课程名称电气控制与PLC课程设计 课题名称液位自动控制系统设计与调试 专业 班级 学号 姓名 指导老师
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 课程设计时间 教研室意见审核人： 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围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
第一章液位自动控制系统原理 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。 应用范围 在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。 图1.1 中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传递函数，是被控对象的传递函数。图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属 于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态特性的了解。由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。