河南城建学院
《计算机控制技术》课程设计题目：水塔水位的控制系统
班级
专业电气工程及其自动化
课程名称计算机控制技术
指导教师
电气与电子工程系
2012年6 月
原始资料：
水塔水位控制系统设计
基本要求：水位控制范围10～5cm
控制精度：0.4cm
显示：十进制数码
水塔模型：
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。介绍了PID控制的基本原理及数字PID算法，并根据算法的比较选择了增量式PID算法。建立了基于单片机编程语言的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，利用MATLAB应用软件对系统进行仿真得到图线。
系统由进出水阀门，单片机，A/D转换器，D/A转换器，传感器，显示电路和键盘电路等组成。整个过程保持进水阀的开度比例不变，由传感器检测电路连续不断地相应液位值，送入A/D 转换器中处理，输出的数字量送给单片机，控制显示电路实时显示实际液位值，由键盘输入设定值，控制器比较其值控制出水阀门的开度比例，以保持液位稳定在要求范围内。
关键词：水箱建模，液位控制，PID算法，增量式PID
目录
第1章绪论 (1)
第2章课程设计的方案 (2)
2.1概述 (2)
2.2系统组成总体结构 (2)
第3章硬件设计 (3)
3.1单片机最小系统设计 (3)
3.2传感器模块 (3)
3.3A/D转换和D/A转换模块 (3)
3.4键盘模块 (3)
3.5显示模块 (4)
第4章软件设计 (5)
4.1PID算法 (5)
4.2位置式PID控制系统 (6)
4.3增量型PID控制算法 (7)
4.4PID计算 (9)
4.5主程序控制流程 (10)
4.6显示部分 (11)
第5章系统测试与分析/实验数据及分析 (12)
5.1MATLAB程序 (12)
5.2MATLAB成象曲线 (12)
第6章课程设计总结 (13)
参考文献 (14)
附录：系统硬件原理图 (15)
第1章绪论
过程控制是自动技术的重要应用领域，它是指对液位、温度、流量等过程变量进行控制，在冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。尤其是液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，比如，民用水塔的供水，如果水位太低，则会影响居民的生活用水；工矿企业的排水与进水，如果排水或进水控制得当与否，关系到车间的生产状况；锅炉汽包液位的控制，如果锅炉内液位过低，会使锅炉过热，可能发生事故；精流塔液位控制，控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本等。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性质，极容易出现操作失误，引起事故，造成厂家的的损失。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到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。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。
液位控制是工业中创建的过程控制，它对生产的影响不容忽视。但荣液位控制系统具有非线性、滞后、耦合等特征，能够很好地模拟工业过程特征。对于液位控制系统，常规的PID控制由于采用固定的参数，难以保证控制适应系统的参数变化和工作条件的变化，得不到理想效果。
在本设计中以液位控制系统的水箱作为研究对象，水箱的液位为被控制量，选择了出水阀门作为控制系统的执行机构。针对过程控制试验台中液位控制系统装置的特点，建立了基于单片机编程语言的PID液位控制模拟界面和算法程序。虽然PID控制是控制系统中应用最为广泛的一种控制算法。但是，要想取得良好的控制效果，必须合理的整定PID的控制参数，使之具有合理的数值。
第2章 课程设计的方案
2.1 概述
本次设计主要是综合应用所学知识，设计单容水箱液位控制系统设计，并在实践的基本技能方面进行一次系统的训练。能够较全面地巩固和应用“单片机”课程中所学的基本理论和基本方法，并初步掌握计算机控制算法和PID 算法在现实中应用的基本方法。
2.2 系统组成总体结构
图2.1是基于单片机为控制器单容水箱液位控制系统的基本组成硬件框图。主要由液位传感器，进水阀门，出水阀门，A/D 转换电路，D/A 转换电路，键盘电路，显示电路，单片机（89C51）组成。液位传感器可精确快速的测量微小液位差，把差值转换为电参数的器件。单片机信号得经由计算机PID 算法计算传回。
工作原理：控制进水阀门的流量，液位传感器检测液位，与设定值相比得到的差值经过A/D 转换，送入单片机中，经过PID 算法分析传回单片机，控制显示电路实时显示液位的实际值，信息数据经过D/A 转换控制出水阀门的开闭。
图2.1系统框图
传感器
液位信号
显示电路
A/D 转换电路
单 片 机
差动电路
键盘电路
出水阀门 P C 机
D/A 转换 复位电路 电路电路
第3章硬件设计
3.1单片机最小系统设计
本次设计中的最小系统模块中包括CPU、复位电路和晶振。
3.2传感器模块
本次设计中差压传感器选用柯普乐浮球液位传感器。它是一款根据浮力原理，并采用三线分压器原理对也未进行测量及信号得变送。浮球内磁钢的磁力线穿过导管，感应导管内干簧与电阻链，由此产生的电压与液位成正比例关系。工作原理简单应用范围广泛，对于液位的连续测量，能可靠稳定获取液位信号，不受被测介质的物理化学状态变化影响，支持信号源距离传送。适用范围：温度：-80℃~+200℃；压力：真空~100Mpa。耐腐蚀性强，适用于各种场合。误差在20mm 之内。
3.3A/D转换和D/A转换模块
该模块A/D转换选用ADC0809是M美国国家半导体公司生产的CMOS工艺8通道，8位逐次逼近式A/D转换器。其内部有一个8通道多路开关，它可以根据地址码锁存译码后的信号，只选通8路模拟输入信号中的一个进行A/D转换。是目前国内应用最广泛的8位通用A/D芯片。
DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。
3.4键盘模块
本次设计中采用的4*4的非编码键盘。矩阵式非编码键盘的电路原理图如图3.4所示。当没有键按下时，行线和列线之间是不相连。若第N行第M列的键被按下，那么第N行与第M列的线就被接通。如果在行线上加上信号，根据列线的状态，便可得知是否有键按下。如果在行线上逐行加上一个扫描信号（本实验中用的低电平），就可以判断按键的位置。常用的按键识别有两种方法：一种是传统的行扫描法；另一种是速度较快的线反转法。本实验中采用的是线反转法进行识键。
键盘在单片机系统中是一个很重要的部件。为了输入数据、查询和控制系统的工作状态，都要用到键盘，键盘是人工干预计算机的主要手段。
键盘可分为编码和非编码键盘两种。编码键盘采用硬件线线路来实现键盘编码，每按下一个键，键盘能自动生成按键代码，键数较多，而且还具有去抖动功能。这种键盘使用方便，但硬件较复杂，PC机所用的键盘就属于这种。非编码键盘仅提供按键开关工作状态，其他工作由软件完成，这种键盘键数较少，硬件简单，一般在单片机应用系统中广泛使用。
3
4
5
Title
N u mb er
Size B D ate:1-Ju l-2010
File:
D :\S tu dy \09-10
S1S2
S3
S13
S4S5
S6
S14
S7S8
S9
S15
S10
S11
S12
S16
P00P01P02P03
P04
P05
P06
P07
图3.1 键盘模块硬件原理图
3.5 显示模块
本设计采用三位LED 显示电路。即常用的七段显示器件：半导体数码管将十进制数码分成七个字段，每段为一发光二极管。半导体数码管（或称LED 数码管）的基本单元是PN 结，目前较多采用磷砷化镓做成的PN 结，当外加正向电压时，就能发出清晰的光线。单个PN 结可以封装成发光二极管，多个PN 结可以按分段式封装成半导体数码管。有动态显示和静态显示两种。为了便于实时显示，本设计采用动态显示。
第4章 软件设计
4.1 PID 算法
数字PID 控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在液位控制系统中也有着极其重要的控制作用。本章主要介绍PID 控制的基本原理，液位控制系统中用到的数字PID 控制算法及其具体应用。
一般，在控制系统中，控制器最常用的控制规律是PID 控制。常规PID 控制系统原理框图如图4.1所示。系统由模拟PID 控制器和被控对象组成。
图4.1 PID 控制系统原理框图
PID 控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差 e(t)=r(t)-c(t) (4-1)
将偏差的比例（P ）、积分（I ）和微分（D ）通过线性组合可以构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID 控制器。它的控制规律为
()1
()()()t
D P I
T de t u t K e t e t dt T dt ??
=+
+
???
?
?
(4-2) 写成传递函数形式为
()1
()(1)()P D I U s G s K T s E s T s
=
=++ (4-3) 式中 P K ——比例系数；
I T ——积分时间常数； D T ——微分时间常数；
从系统的稳定性、响应速度、超调量和稳态精度等各方面来考虑，PID 控制器各校正环节的
作用如下：
1、比例环节
用于加快系统的响应速度，提高系统的调节精度。P K 越大，系统的响应速度越快，系统的调节精度越高，但易产生超调，甚至会导致系统不稳定。P K 取值过小，则会降低调节精度，使响应速度缓慢，从而延长调节时间，使系统静态、动态特性变坏。
积分
比例
微分
被控对象
u
(t)
e
(t)
r(t)
c (t)
2、积分环节
主要用来消除系统的稳态误差。I T 越小，系统的静态误差消除越快，但I T 过小，在响应过程的初期会产生积分饱和现象，从而引起响应过程的较大超调。若I T 过大，将使系统静态误差难以消除，影响系统的调节精度。
3、微分环节
能改善系统的动态特性，其作用主要是在响应过程中抑制偏差向任何方向的变化，对偏差变化进行提前预报。但D T 过大，会使响应过程提前制动，从而延长调节时间，而且会降低系统的抗干扰性能。
4.2 位置式PID 控制系统
由于计算机控制是一种采样控制，它只能根据采样时刻的偏差值计算控制量，因此式（4-2）中的积分和微分项不能直接使用，需要进行离散化处理。按模拟PID 控制算法的算式（3-2），现以一系列的采样时刻点kT 代表连续时间t ，以和式代替积分，以增量代替微分，则可作如下近似变换：
000(0,1,2,)()()()()()[(1)]()(1)k k t j j t kT k e t dt T e jT T e j de t e kT e k T e k e k dt T T ==????≈=????≈=????
??
----≈=??
??
∑∑? （4-4）
式中 T ——采样周期。
显然，上述离散化过程中，采用周期T 必须足够短，才能保证有足够的精度。为书写方便，将e(kT)简化表示成e(k)等，即省去O T 将式（4-4）代入式（4-2），可得离散的PID 表达式为
[]0()()()()(1)k
D
P j I
T T
u k K e k e j e k e k T T =??=+
+--???
?
∑ （4-5） 或
[]0
()()()()(1)k
P I D j u k K e k K e j K e k e k ==++--∑ （4-6）
式中 k ——采样序号，0,1,2,
k =；
u(k)——第 k 次采样时刻的计算机输出值； e(k)——第k 次采样时刻输入的偏差值； e(k-1)——第(k-1)次采样时刻输入的偏差值；
I K ——积分系数，/I P I K K T T =；
D K ——微分系数，/D P D K K T T =；
由z 变换的性质
1[(1)]()z e k z E z --= 1
()
[()](1)k
j E z z e j z -==-∑ 式（4-6）的z 变换式为
1
1
()()()[()()]1P I
D E z U z K E z K K E z z E z z
--=++-- （4-7） 由式（4-7）便可得到数字PID 控制器的z 传递函数为
11
()
()(1)()1I P D K U z G z K K z E z z
--=
=++-- （4-8） 或者
1121
1
()[(1)(1)]1P I D G z K z K K z z
---=
-++-- （4-9） 数字PID 控制器如图4.2所示。
图 4.2 数字PID 控制器的结构图
由于计算机输出的u(k)直接去控制执行机构（如出水阀门），u(k)的值和执行机构的位置（如阀门开度）是一一对应的，所以通常称式（4-5）或式（4-6）为位置式PID 控制算法。
图4.3 位置式PID 控制系统结构图
这种算法的缺点是，由于全量输出，所以每次输出均与过去的状态有关，计算时要对e(k)进行累加，计算机运算工作量大。而且，因为计算机输出的u(k)对应的是执行机构的实际位置，如计算机出现故障，u(k)的大幅度变化，会引起执行机构位置的大幅度变化，这种情况往往是生产实践中不允许的，在某些场合，还可能造成重大的生产事故，因而产生了增量式PID 控制的控制算法。所谓增量式PID 是指数字控制器的输出只是控制量的增量Δu(k)。
4.3 增量型PID 控制算法
当执行机构需要的是控制量的增量（例如驱动步进电动机）时，可由式（4-6）导出提供增量的PID 控制算式。根据递推原理可得
P K
1/(1)I K z --
1(1)D K z --
U(z) u(k)
E(z) e(k)
PID 位置算法 D/A
执行 机构
被控对象
A/D
r(k) + —
u(k)
e(k)
1
(1)(1)()[(1)(2)]k p I D j u k K e k K e j K e k e k -=-=-++---∑ （4-10.）
用式（4-6）减式（4-10），可得
()[()(1)]()P I u k K e k e k K e k =--++[()2(1)(2)]D K e k e k e k --+-
=()()[()(1)]P I D K e k K e k K e k e k ?++?-?- （4-11）
式中 ()()(1)e k e k e k ?=--
图4.4增量型PID 控制系统框图
式（4-11）称为增量式PID 控制算法。 图4.4给出了增量式PID 控制系统示意图。 可以将式（4-11）进一步改写为
()()(1)(2)u k Ae k Be k Ce k ?=--+- （4-12）
式中 (1)D P I T T A K T T =++、(12)D P T B K T
=+、/P D C K T T = 它们都是与采样周期、比例系数、积分时间常数、微分时间常数有关的系数。可以看出，由
于一般计算机控制系统采用恒定的采样周期T ，一旦确定了P K 、I K 、D K ，只要使用前后3次测量值的偏差，即可由式（4-11）或式（4-12）求出控制增量。
采用增量式算法时，计算机输出的控制增量Δu(k)对应的是本次执行机构位置（例如阀门开度）的增量。对应阀门实际位置的控制量，即控制量增量的积累0
()()k
j u k u j ==
?∑需采用一定的方法
来解决，例如用有积累作用的元件来实现；目前较多的是利用算式()(1)()u k u k u k =-+?通过执行软件来完成。
由图4.3、图4.4可以看出，就整个系统而言，位置式与增量式控制算法并无本质区别，或者仍然全部由计算机承担其计算，或者一部分由其它部件去完成。
增量式控制虽然只是算法上作了一点改进，却带来了不少优点：
（1）由于计算机输出增量，所以误动作时影响小，必要时可用逻辑判断的方法去掉。
（2）手动/自动切换时冲击小，便于实现无扰动切换。此外，当计算机发生故障时，由于输出通道或执行装置具有信号的锁存作用，故能仍然保持原值。
（3）算式中不需要累加。控制增量Δu(k)的确定仅与最近k 次的采样值有关，所以较容易通过加权处理而获得比较好的控制效果。
但增量式控制也有其不足之处：积分截断效应大，有静态误差；溢出的影响大。因此，在选择时不可一概而论，一般认为在以晶闸管作为执行器或在控制精度要求高的系统中，可采用位置控制算法，而在以步进电动机或电动阀门作为执行器的系统中，则可采用增量控制算法。
r(k) +
D/A
Δu(k)
PID 增量
算法
A/D
执行
机构
被控 对象
—u(t)
∫
Δu(t)
图4.5 PID 增量型控制算法流程图
4.4 PID 计算
因为单容水箱液位控制系统传函是一阶惯性环节。应用MA TLAB 仿真，直接调试，调节
p
k
和
i k ，
d k
被 控 对 象
离线计算
q
，
1
q ，2
q
，置()()120e k e k -=-=
将A/D 结果赋给()y k
求()()()e k r k y k =-
计算控制增量△()u k
D/A
()()21e k e k -=-
()()1e k e k -=
A/D
将△()u k 输出给D/A
采样时刻 到否？
否
到
4.5 主程序控制流程
图4.6 主程序流程图
出水阀保持原开度
系统初始化
读取水箱液位
液位值送显示
显示值等于设定值？
A/D 转换
按键扫描
有设定值？ 键盘键入
控制出水阀开度比例
读输入值
偏差计算PID
N Y
系统上电
4.6显示部分
该函数主要为各显示函数调用。其工作流程为先向LCD发送控制命令，再传送待显数据，最后刷新屏幕。其流程图如图4.7所示。
入口
发送命令
延时
发送数据
延时
显示
返回
图4.7 LCD显示函数流程图
4.7程序部分
Private Sub pid loop()
dfilter = 10 '数字滤波器
inputd = pv + (inputlast - pv) * (kd / 60)
inputlast = pv
inputdf = inputdf + (inputd - inputdf) * dfilter / 60
output = (sp - inputdf) * (kp / 100) + feedback
If output > 100 Then ' 出水阀开度取值范围是0-100%
output = 100
End If
If output < 0 Then
output = 0
End If
HScroll2.Value = 100 - output '自动模式下调节出水阀开度
Text6.Text = HScroll2.V alue '显示出水阀门开度值
feedback = feedback - (feedback - output) * ki / 60
End Sub
第5章系统测试与分析/实验数据及分析5.1MATLAB程序
图5.1 一节惯性环节MATLAB程序图
5.2MATLAB成象曲线
图5.2 一阶惯性环节MATLAB程序图
k=1和i k=0.5，d k=1.3
由图得p
第6章课程设计总结
在该系统的构想之初有不少困惑。主要是关于PID算法不知道如何应用到设计中。这次课设还要求有计算机仿真，一涉及到各门学科相联系应用于实践的设计，心里就开始发怵。因为在学习上都是单纯的学习某一门知识，知道怎么解题，如何理解题目的思路，对解题的用途投注了太少的注意力，以至于很多知识可能理解，会用，但是却不知道怎么把它用到设计里去。又或者是一些选修课，本来上课讲的内容就少，还一知半解，到用着的时候只能干瞪眼，或者重新去学了。
课程设计深刻的结合了所学综合了各门学科，像单片机，计算机控制，protel，MA TLAB等，都需要我们在平时去关注去学习运用的。以前不是特别明白的地方也通过实践弄懂了。总的来说，这次课程设计使我感受到了理论与实践相结合的目的及其重要意义，不但使我对所掌握的知识有了更深刻的认识，还提高了我的动手查阅资料的能力而且还锻炼了自己的独立思考能力。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，这对于我掌握，理解学习过的知识有很大的帮助，对于思维、逻辑及其理论知识的运用等多方面有了更加进一步的掌握。
遇到不懂的地方就要问，老师都会热情的帮助我们，不要怕问题简单幼稚，怕下不来面子，要知道谁都是从不懂到懂的，才能对自己有所助益，进步才能更加迅速。
在这里我也感谢所有给予我关心帮助的老师和同学，希望以后有更多的机会来锻炼自己的综合素质，为以后的学习、生活打下良好的基础，在这次课设中也暴露了自己的一些缺点，基础知识不够扎实，我会在以后的日子里加以改正，来提高自己综合能力。
参考文献
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[2] 陶永华，尹怡欣，葛芦生. 新型PID控制及其应用.北京：机械工业出版社,1998.9:1-8
[3] 张毅刚.单片机原理及接口技术[M] .哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社,2007：55-66
[4] 胡文金.单片机应用技术实训教程.重庆：重庆大学出版社,2005:5-21
[5] 王春鸣，陈刚，张素贞. 专家PID控制器. 石油化工自动化,2002，（5）:25-27
附录：系统硬件原理图
B
C
D
D
C B P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78
P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.5/T115P3.6/WR 16P3.7/RD
17
P0.7/AD7
32
P0.6/AD633P0.5/AD534P0.4/AD435P0.3/AD336P0.2/AD237P0.1/AD138P0.0/AD039P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427P2.7/A15
28
XTAL1
19XTAL2
18RET
9PSEN 29ALE 30EA
31
U1AT89C51
C130pF C230pF X112MHz +
C3
10uF S0SW-PB R1
10k
+5V
GND S1S2S3S4
R2R3R4R5R6R7R8R9
12345678a b c d e f g dp 3.8a b c d e f g D2
12345678a b c d e f g dp 3.8a b c d e f g D3
12345678
a b c d e f g dp 3.8a b
c
d e f g D4
Q PNP Q PNP Q PNP
R1210K R1310K
R1410K
+5V S?SW-PB S?SW-PB
S?SW-PB
S?SW-PB
S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB S?SW-PB
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
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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
电气工程学院 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统 系别： 年级专业： 学号： 学生姓名： 指导教师：
电气工程学院《课程设计》任务书课程名称：电气控制与PLC课程设计 基层教学单位：电气工程及自动化系指导教师：
摘要 目前，大量的高位生活用水和工作用水逐渐增多。因此，不少单位自建水塔储水来解决高层楼房的用水问题。最初，大多用人工进行控制，由于人工无法每时每刻对水位进行准确的定位监测，很难准确控制水泵的起停。要么水泵关停过早，造成水塔缺水；要么关停过晚，造成水塔溢出，浪费水资源，给用户造成不便。利用人工控制水位会造成供水时有时无的不稳定供水情况。后来，使用水位控制装置使供水状况有了改变，但常使用浮标或机械水位控制装置，由于机械装置的故障多，可靠性差，给维修带来很大的麻烦。因此为更好的保证供水的稳定性和可靠性，传统的供水控制方法已难以满足现在的要求。 本文采用的是三菱FXZN型PLC可编程控制器作为水塔水位自动控制系统核心，对水塔水位自动控制系统的功能性进行了需求分析。主要实现方法是通过传感器检测水塔的实际水位，将水位具体信息传至PLC 构成的控制模块，来控制水泵电机的动作，同时显示水位具体信息，若水位低于或高于某个设定值时，就会发出危险报警的信号，最终实现对水塔水位的自动。 关键词：水位自动控制、三菱FX2N、水泵、传感器
目录 摘要 ............................................................................................................................................................................ I 目录 ........................................................................................................................................................................... I I 第一章绪论 (1) 1.1本课题的选题背景与意义 (1) 1.2可编程逻辑控制器简述 (1) 第二章水塔水位控制系统硬件设计 (2) 2.1基于PLC的水塔水位控制系统基本原理 (2) 2.2水塔水位控制系统要求 (3) 2.3水塔水位控制系统主电路设计 (4) 2.4 系统硬件元器件选择 (5) 2.5 I/O口的分配及PLC外围接线 (6) 第三章水塔水位系统的PLC软件设计 (10) 3.1 水位控制系统的流程图 (11) 3.2 PLC 控制梯形图 (12) 3.3 水位控制系统的具体工作过程 (20) 第四章总结 (21) 参考文献 (22)
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
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。
电气工程学院课程设计说明书 设计题目：水塔水位PLC自动控制系统系别：电气工程及其自动化 年级专业： 13级应电2班 组员：贾猛、孟令军、修圣虎、李晶指导教师：郭忠南
随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的日益提高，微电子技术的飞速发展，在继电器控制系统的基础上产生了一种新型的工 业控制装置——可编程控制器（PLC）。随着科技的发展和现实暴露的一些问题，以便能更快捷更方便的完成一些任务，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：PLC(Programmable Logic Controller) 自动化水塔水位三菱PLC
第一章研究背景 (1) 1.1可编程控制器的产生及发展 (1) 1.2PLC的基本结构 (2) 1.3PLC的特点 (5) 1.4PLC的工作原理 (6) 1.5梯形图程序设计及工作过程分析 (8) 第二章水塔水位自动控制系统方案设计 (10) 第三章水塔水位自动控制系统硬件设计 (12) 3.1水塔水位控制系统设计要求 (12) 3.2水塔水位控制系统主电路 (12) 3.3水泵电机的选择 (13) 3.4水位传感器的选择 (13) 3.5可编程序控制器的选择 (14) 3.6PLC I/O口分配 (14) 3.7PLC控制电路原理图 (15) 第四章水塔水位自动控制系统软件设计 (17) 4.1程序流程图 (17) 4.2梯形图 (18) 第五章设计总结 (23)
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 -
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。
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/b416112935.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
摘要 水塔水位控制系统，根据水位传感器得知水塔内水位情况，水位传感器分为上限位传感器和下限位传感器，还有一个直接接上5V的传感器。当水塔上限位和下限位传感器电位为0时，电机运转，期间电机状态不变，直到下限位传感器和上限位传感器的电位不为0时，电机停转。当发生下限位传感器电位为0而上限位传感器电位不为0时，电机停转并报警。水塔水位控制电路设有光耦合器，通过光耦合器的通断控制电机运转与停转。同时设有LED 灯和蜂鸣器，报警时LED灯闪烁和蜂鸣器响。水塔水位控制器系统有四种状态，分别为电机运转状态、电机停转状态、保持状态和报警状态。各种状态皆由水位传感器传来的信号来判定并由单片机输出信号来执行，由此使得水位控制在上限位和下限位之间。 水塔水位控制系统的原理 1、功能要求 1）水塔水位下降至下线水位时，启动水泵上水。 2）水塔水位上升至上线水位时，关闭水泵。 3）水塔水位在上、下限水位之间时，水泵保持原状态。 4）供水系统出现故障时，自动报警。 2、基本原理 图1 水塔水位检测原理图 水塔水位控制原理图见图(1)，图中两条虚线表示正常工作情况下水位升降的上下限，在正常供水时，水位应控制在两条虚线代表的水位之间。B测量水位下限，C测量水位上限，A接+5V，B、C接地。 在水塔无水或水位低于下限水位时，B、C为断开，B、C两点电位为零(低电平“0” )，需要水泵供水，单片机输出低电平，控制电机工作供水。水位上升到B点，B接通，B点电位变为高电平“1”，C开关仍断开，C点仍为低电平，维持现状水泵继续供水。当水位上升到C点时，C接通。这时B、C均接通，B、C两点都为高电平，表示水塔水位已满，需水泵停止供水，单片机输出高电平，电机断电停止供水。水塔水位开始下降，水位在降到B点之前，B点电位为高、C点电位为低，单片机输出控制电平维持不变，仍为高。当水位降到B 点以下，B、C两点电平都为低时，单片机输出控制电平又变低．水泵供水。 B和p1.0、C和P1.1之间接4.7k 的电阻（下拉电阻），目的是为了保护单片机。单片机9
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。
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
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
昌吉学院? ?毕业设计论文 题目水箱液位控制系统的设计 ? 系别物理系 专业能源工程及自动化 班级物理系B1105班 学生陈希嘉 学号 11258６２０19 指导教师李斌 ? 第一章 .............................................................................................................. 错误!未定义书签。 1.1过程控制的发展背景?错误!未定义书签。 1.1.１液位控制系统设计的意义?错误!未定义书签。 1.2研究的目的和意义?错误!未定义书签。 1．3液位串级控制系统的介绍.............................................................. 错误!未定义书签。 1.４PLＣ的产生和定义 (5)
1.4．1可编程控制器的产生.......................................................... 错误!未定义书签。 １．4.2可编程控制器的定义........................................................ 错误!未定义书签。 1.４.3 PＬC的发展现状................................................................ 错误!未定义书签。第二章水箱液位控制系统总体方案的设计?错误!未定义书签。 2.1对水箱液位控制系统的内容进行论述............................................ 错误!未定义书签。 ２．2此控制系统的总体方框图?错误!未定义书签。 2.3控制算法............................................................................................ 错误!未定义书签。 2.3．1PＩD算法?错误!未定义书签。 2．3.２PLC中的PID实现?错误!未定义书签。 2.3.３PID控制的各种常见的控制规律如下：............................ 错误!未定义书签。 2.3．４选择适合本系统的控制规律............................................. 错误!未定义书签。 2．4ＰＬC的组成及原理?错误!未定义书签。 ２.5PＬＣ硬件配置................................................................................. 错误!未定义书签。 ２.5.1CＰＵ的选择......................................................................... 错误!未定义书签。
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。