摘要
摘要
本文介绍了采用PLC控制器和变频器调速的液位控制系统，控制系统的核心部件为PLC和变频器，并且通过基于CC4069B构成的液位测量装置对水箱水位取样，反馈到PLC的输入模块。系统由PLC进行逻辑控制，由变频器进行水泵的转速调节。变频器、可编程控制器作为系统的控制核心，对频率进行调节，通过PLC控制变频器,进而控制水泵的转速,从而实现了闭环自动调节的液位控制系统。解决水塔水位随着用水高峰期和楼层的高低而不同的问题，也解决了工业领域中有关液位技术的各个问题，使液位高精度地保持在给定的数值范围。
关键词：PLC；MM440变频器；液位测量；液位控制；CC4069B
河北师范大学职技学院学士学位论文
This paper introduces the use of PLC controllers and liquid level inverter speed control system, control system components for the core of PLC and inverter, and CC4069B-based liquid level measurement device consisting of water sampling for water tanks, fed back to the PLC input module . System carried out by the PLC logic control, by the frequency converter to adjust pump speed. Converter, programmable controller as the core control system for frequency regulation. Inverter through the PLC control, and speed control of pumps in order to achieve a closed-loop automatic adjustment of the liquid level control system. With the water cooling towers to resolve the peak water level and the level of floors and different problems to solve in the field of industrial technology in all of the liquid level, so that high-precision liquid level to maintain the value in a given range.
Keywords：PLC; MM440 Inverter; liquid level measurement; liquid level control; CC4069B
目录
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摘要 ................................................................................................................................................................ I Abstract......................................................................................................................................................... I I
第1章绪论 (1)
1.1 引言 (1)
1.2研究的意义和目的 (1)
1.3 本文的主要研究内容 (1)
第2章水箱液位控制系统 (3)
2.1水箱液位控制系统简介 (3)
2.2 水箱液位控制系统的工作原理 (4)
2.3 系统运行方式 (5)
2.4 故障处理 (5)
第3章液位测量装置 (6)
3.1 CC4069B简介 (6)
3.2测量水位电路的组成 (6)
第4章PLC控制原理 (8)
4.1 PLC简介 (8)
4.1.1可编程控制器的产生与发展 (8)
4.1.2 PLC的用途 (9)
4.1.3 PLC的特点 (9)
4.1.4 PLC的硬件组成 (9)
4.2 PLC的选型 (9)
4.2.1西门子S7-200PLC的系统配置 (9)
第5章变频器控制原理 (12)
5.1 变频器简介 (12)
5.2 变频器的一般分类、额定数据及特点 (12)
5.2.1按变换的环节分类 (12)
5.2.2按直流电源的性质分类 (12)
5.2.3根据电压的调制方式分类 (12)
5.2.4根据输入电源的相数分类 (13)
5.2.5变频器的额定数据 (13)
5.3 变频器的选型 (13)
5.3.1MM440通用型变频器的特点 (14)
第六章总体设计 (16)
6.1电动机的参数 (16)
6.2变频器的参数 (16)
6.3电动机控制要求 (16)
6.4 MM440和S7-200的输入输出变量约定 (17)
6.4.1 MM440变频器数字输入变量约定 (17)
6.4.2S7-200PLC数字输入输出变量约定 (17)
6.5操作步骤 (19)
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结论 (23)
参考文献 (24)
致谢 (25)
第1章绪论
第1章绪论
1.1 引言
可编程控制器（英文全称Programmable Logic Controlle）简称PLC[1]，是现代工业控制的基础部件，是工厂自动化（FA Factory Automation）的支柱之一。它是自动控制技术与通讯技术三者有机结合的产品，即工业专用计算机。它既有计算机控制系统的可编程特点（控制功能由软件实现），又具有继电器控制系统的优良的抗电噪能力（适应工业控制的各种恶劣的工作环境）。可编程序控制器还具有很强的连网能力和很高的可靠性，不仅可以单机使用，而且可以与计算机结合组成集散式控制系统。
PLC在工业生产过程的自动化控制领域得到了越来越广泛的应用。液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业中的各个领域都有广泛的应用。在工业生产过程中，有很多地方需要对控制对象的液位进行控制调节。使液位高精度地保持在给定的范围。如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。在城市供水系统中，水塔的水位直接影响住户的用水问题。
在本文中，以液位控制系统的水箱为研究对象，水箱的液位为被控量，PLC和变频器起调节器的功能，通过由集成块CC4069B[2]构成的水箱水位测量系统，而得知水位的状态，并且反馈到PLC的数字输入模块，通过执行程序直接控制变频器[3]，变频器控制电机转速，从而达到控制水位的目的。
1.2研究的意义和目的
在现代社会中，城市的供水系统、化工及工业锅炉自动控制系统中，有许多问题最终都可归结为“水箱系统”的液位控制问题。对水箱系统的液位控制问题进行认真和透彻的研究，对从事自动控制系统的工程技术人员来说，具有很重要的意义。
本文采用由集成块CC4069B构成的水箱水位测量装置，不仅可以准确的反映水箱水位的情况，可见性强，而且还可以及时的反馈到PLC的输入，使PLC及时的做出相应的措施。电路简单明了，费用低，可以大规模的推广。
本文采用的PLC[1]和变频器调速液位控制系统，与传统的恒速泵供水液位控制系统相比，具有供水质量高、灵活性强、耗电省、电机起动、制动平稳、占地面积少、原材料消耗省等优点，从而获得了广泛的应用。
1.3 本文的主要研究内容
1.通过解决水箱水位的问题，进而可以解决人民生活及工业中液位不稳的问题；
2.突破现有的液位控制技术现状，开拓技术新思路；
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3.合理运用所学的专业理论知识，锻炼解决实际问题的能力；
4.本课题的主要内容是基于PLC实现的一台变频器控制一台水泵的液位控制系统，并对其进行一定的研究设计，使其具有更高的可靠性。
5．本文以普通水箱液位系统为背景，介绍了该系统控制器的硬件设计和软件实现。
第2章水箱液位控制系统
第2章水箱液位控制系统
2.1水箱液位控制系统简介
该液位控制系统系统以1台0.65KW的水泵变频运行为例。以变频器、可编程控制器作为系统控制的核心部件，系统的主要目标是控制水箱的液位。其主要的干扰源为随机流入水箱中的水使水位上涨，超过警戒水位；同时出于某种考虑，不能使水位低于某个值。以PLC和变频器为控制核心，组成闭环控制系统，如图2.1所示
液位测量装置
图2-1 液位控制系统结构图
水箱的液位变化范围为h=0-100mm,通过液位传感器（集成块CC4069B构成的水箱水位测量装置），准确的测量出水箱的液位，并且反馈给PLC的输入，PLC根据
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水箱的水位，自动调用相应的程序，控制变频器输出一定的频率控制电机，这样就能使被控对象的液位值稳、快、准地稳定在所给定的液位范围内，稳态液位误差不超过5mm。
2.2 水箱液位控制系统的工作原理
系统主要由西门子S7-200系列PLC、MM440变频器、液位测量装置及水泵等组成，电机直接从变频器上引出，它的转速完全由变频器的输出决定。
液位测量装置用于检测水箱的水位，它有6个水位探头，分别用于检测水箱控制范围的1/6水位、2/6水位、3/6水位、4/6水位、5/6水位和6/6水位。当某时刻用水量大（小）时，水箱水位下降（上升），当下降到某一水位时，该水位的探头就会将水箱水位的情况及时的反映给PLC，PLC会调用相应的程序控制变频器，将数据处理的结果以频率的形式输出（0—50HZ之间变化）。从而控制水泵的进水量，达到控制水箱水位的目的。
系统控制流程图如图2.2所示。
图2-2系统控制流程图
第2章水箱液位控制系统
2.3 系统运行方式
该系统有手动和自动两种运行方式：
（1）手动运行：下按钮启动或停止水泵，可控制水泵的启停。但此种方式时水泵总是工作在工频状态，该方式主要供检修及变频器故障时用。
（2）自动运行：合上自动开关后，水泵经变频器通电，变频器输出频率从0Hz 上升，同时PLC接收到自传感器的标准的水位信号，经分析来控制变频器的输出频率。若有电源瞬时停电的情况，则系统停机；待电源恢复正常后，系统自动恢复运行，直至在水位稳定。
2.4 故障处理
（1）故障报警：当出现缺相、变频器故障、液位下限、超压、差压等情况时，系统会自动停机，并发出声响报警信号，通知维修人员前来维修。此外，变频器或PLC故障时，系统自动停机，此时可切换至手动方式保证系统不间断供水。
（2）水泵检修：为维护和检修水泵，要求在系统正常供水状态下，系统设有备用水泵，这样就不会影响系统正常运行。
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第3章液位测量装置
本文应用的液位测量装置打破以往的压力传感器或声波传感器等装置，它是基于CMOS集成电路CC4069B构成的，该集成块有较强的通用性和稳定性，且原理简单易懂。
3.1 CC4069B简介
CC4069B内部结够是六个反相器（如图3-1所示），用它可以设计成振荡器、线性放大器、单次脉冲发生器、防抖动电路、多位互锁开关及反复开关等许多有用的电路。
图3-1 CC4069B内部电路
3.2测量水位电路的组成
本文基于CC4069B及其外围元器件构成水箱的测量和显示电路。其中?、?、⑨、⑤、③、①引脚为反相器的输入，外接水位探头，分别用于检测水箱给定水位的1/6水位、2/6水位、3/6水位、4/6水位、5/6水位、6/6水位。当水淹到某一水位深头时，该探头间的间隙被接通，进而使集成块的相应输入引脚为低电平，经反相器反相为高电平反输出，使反应水位高度的相应发光二极管导通发光，以示水位已达到某位置。由文献[2,27～48]可知。另外反相器的输出引脚?、⑩、⑧、⑥、④、②连接PLC的输入模块。从而使变频系统驱动水泵以相应的转速控制进水量，最终达到保持水箱水位的目的。其原理如下图3-2：
VDD为电源，12伏；
输入引脚电阻，100欧
输出引脚电阻，200欧
二极管为普通红色发光二极管
第3章液位测量系统
图3-2 液位测量装置原理图
水位探头
水箱
图3-2液位测量装置
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第4章 PLC控制原理
4.1 PLC简介
4.1.1可编程控制器的产生与发展
可编程序控制器（Programmable Controller）缩写为PC。由于早期的可编程控制器主要用于计数、定时以及开关量的逻辑控制，且为了和个人计算机（Personal Computer）相区别，把可编程控制器缩写为PLC（Programmable Logic Controlle）。
可编程控制器一直在发展，因此直到目前为止，还未能对其下最后的定义。可编程控制器是生产力发展的必然产物。可编程控制器诞生之前，工业电气控制主要使用低压电器构成的继电接触器电路，它是以接线逻辑实现控制功能的。这样的控制设备一经生产出来，功能就固定了，若要改变控制器内部的硬件接线，使用起来不灵活，也很麻烦。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司（GM）为了适应生产工艺不断更新的需要，要寻找一种比继电器更可靠，功能更齐全，响应速度更快的新型工业控制器，并从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件，立即引起了开发热潮。这十大条件中比较产要的是：编程方便，可现场修改程序；维修方便，采用插件式结构；可靠性高于继电器控制装置；体积小于继电器控制盘；数据可直接送入管理计算机；成本可与继电器控制盘竞争；扩展时原系统改变最少。
条件中最根本的一条是采取缔程序修改方式改变控制功能，这是从接线逻辑向存储逻辑进步的重标志。
早期的可编程控制器主要由分立元件和中小规模集成电路组成，它采用了一些计算机技术，但简化了计算机的内部电路，对工业现场环境适应性较好，指令系统简单，一般只具有逻辑运算的功能。随着微电子技术和集成电路的发展，特别是微处理器和微计算机的迅速发展，在20世纪70年代中期，美、日、德等国的一些厂家在可编程控制器中开始更多地引、入微机技术，微处理器及其他大规模集成电路芯片成为其核心部件，使可编程控制器具有了自诊断功能，可靠性有了大幅提高，性能价格比产生了新的突破性。到20世纪80年代，可编程控制器都采用了微处理器（CPU）、只读存储器（ROM）、随机存储器（RAM）或是单片机作为其核心，处理速度大大提高，不仅增加了多备战特殊功能，体积还进一步缩小。20世纪90年代末，PLC几乎完全计算机化，其速度更快，功能更强，各种智能模块不断被开发出来，使其不断地扩展着它在各类工业控制过程中的作用。
现在PLC不仅能进行逻辑控制，在模拟量闭环控制、数字量的智能控制、数据采集、监控、通信联网及集散控制系统等各方面都得到了广泛的应用。如今，大、中、型。甚至小型PLC都七有A/D、D/A转换及算术运算功能，有的还具有PID功
第4章 PLC的控制原理
能。这些功能使PLC在模拟量闭环控制、运动控制、速度控制等方面具有了硬件基础；许多PLC具有输出和接收高速脉冲的功能，配合相应的传感器及伺服设备，PLC 可实现数字量的智能控制；PLC配合扣编程终端设备，可实时显示采集到的现场数据及分析结果，为系统分析、研究工作提供依据，利用PLC的自检信号心理学可以实现系统监控；PLC具有较强有力的通信功能，可以与计算机或其他智能装置进行通讯及联网，从而能方便地实现集散控制。功能完备的PLC不仅能满足控制要求，还能满足现代化大生产管理的需要。
近年来，可编程控制器的发展更为迅速，更新换代周期减短了许多。展望未来，可编程控制器在规模和功能上将向各个方向发展：一是大型可编程控制器向高速、大容量和高性能方向发展，；二是发展简易经济的超小型可编程控制器，以适应单机控制及小型设备自动化的需要。另外，不断增强PLC工业过程控制的功能（模拟量控制能力）。研制采用工业标准总路线，使同一工业控制系统中能连接不同的控制设备，增强可编程控制器的联网通信功能，便于分散控制与集中控制的实现，大力开发智能I/O模块、增强可编程控制器的功能也具有重要的意义。
4.1.2 PLC的用途
顺序控制，运动控制，闭环过程控制，数据处理，通信和联网等用途。
4.1.3 PLC的特点
可靠性高，抗干扰能力强；适应性强，应用于灵活；编程方便，易于使用；功能强，扩展能力强；PLC控制系统设计、安装、调试方便；维修方便，维修工作量少；PLC体积小，重量轻，易于实现机电一体化。
4.1.4 PLC的硬件组成
中央处理器（CPU）；存储器；输入、输出接口；电源；扩展接口；通信接口；智能I/O接口；编程工具；智能单元9部分组成。
4.2 PLC的选型
本系统选用西门子公司生产的一种小型整体式结构可编程控制器S7-200系列，该产品出现于20世纪90年代，到目前已经历过两代，S7-21*系列是第一代产品，S722*系列是第二代产品。S7系列PLC凭借其强大的组网能力、功能完善的编程软件、种类齐全的功能模块和良好的人机界面，成为众多用户首选的PLC产品。S7-200系列PLC广泛用于集散自动化系统，使用范围覆盖机床、机械、电力设备、民用设备环境保护等自动化控制领域。
4.2.1西门子S7-200PLC的系统配置
西门子S7-200PLC的系统配置由PC机、S7-200系列的CPU224、SM321、SM322、PC/PPI电缆、STEP7-Micro/WIN32软件
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图3-1 PLC系统配置
1．个人计算机（PC）
个人计算机（PC）或编程器需装上STEP7-Micro/WIN32编程软件后，才可供用户进行程序的编制、编辑、调试和监视等。要求个人计算机CPU为80586或更高的处理器，16M内存（最低要求：CPU80486，8M内存）
2．.S7-200PLC （CPU224 ）
3-2 CPU224
（1）CPU模块的顶部端子盖内：电源及输出端子
（2）底部端子盖内：输入端子及传感器电源
第4章 PLC的控制原理
（3）中部右侧前盖内：CPU工作方式开关（RUN/STOP）、模拟调节电位器和扩展I/O接口
（4）左侧：状态指示灯LED、存储卡、及通讯口
（5）状态指示灯----显示CPU的工作方式、本机I/O的状态、系统错误状态。存储卡（EEPOM卡）可以存储CPU程序。
（6）RS-485的串行通讯端口——PLC主机实现人---机对话、机---机对话的通道。实现PLC与上位计算机的连接，实现PLC与PLC、编程器、彩色图形显示器、打印机等外部设备的连接。
（7）扩展接口——PLC主机与输入、输出扩展模块的接口，作扩展系统之用。主机与扩展模块之间由导轨固定，并用扩展电缆连接。
3．数字量输入模块SM321和输出模块SM322
数字量输入模块SM321用于连接外部的机械触点和电子数字式传感器。例如二线式光电开关和接近开关等。娄字量输入模块将从现场传来的外部数字信号的电平转换为PLC内部的信号电平。
数字量输出模块SM322用于驱动电磁阀、接触器、小功率电动机、灯和电动机起动器等负载。本系统将它用于驱动变频器。数字输出模块将S7-200的内部信号电平转化为控制过程所需的外部信号电平。
4．STEP7-Micro/WIN32编程软件
STEP7-Micro/WIN32编程软件的基本功能是创建、编辑、调试用户程序、组态系统等。编程软件的使用环境：支持Windows的应用软件。
5．通讯电缆
通讯电缆是PLC用来与个人计算机（PC）实现通讯的。本课题用是PPI协议，PPI协议是西门子公司专为S7-200系列PLC开发的通讯协议。内至于CPU中。PPI 协议物理上基于RS-485口，通过屏蔽双胶线就可以实现PPI通讯。
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第5章变频器控制原理
5.1 变频器简介
变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。我们现在使用的变频器主要采用交—直—交方式（VVVF变频或矢量控制变频），先把工频交流电源通过整流器转换成直流电源，然后再把直流电源转换成频率、电压均可控制的交流电源以供给电动机。变频器的电路一般由整流、中间直流环节、逆变和控制4个部分组成。整流部分为三相桥式不可控整流器，逆变部分为IGBT三相桥式逆变器，且输出为PWM波形，中间直流环节为滤波、直流储能和缓冲无功功率。
5.2 变频器的一般分类、额定数据及特点
5.2.1按变换的环节分类
（1）交—交变频器
交—交变频器是将工频交流直接变换成频北电压可调的交流电（转换前后的相数相同），又称直接式变频器。
（2）交—直—交变频器
交—直—交变频器是先把工频交流通过整流器变换成直流电，然后再把直流变换成频率电压可调的交流电，又称间接式变频器。交—直—交变频器是目前广泛应用的通用型变频器。
5.2.2按直流电源的性质分类
（1）电流型变频器
电流型变频器的特点是中间进流环节采用大电感器作为储能环节来缓冲无功功率，即扼制电流的变化，使电压波型接近正弦波。由于该直流环节内阻较大，故将其称为电流源型变频器。电流型变频器的特点是能扼制负载电流频繁且急剧地变化，常应用于负载电流变化较大的场合。
（2）电压型变频器
电压型变频器的特点是中间直流环节的储能元件采用大电容器作为储能环节来缓冲无功功率，直流环节电压比较平稳，内阻较小，相当于电压源，故称其为电压型变频器，常应用于负载电压变化较大的场合。
5.2.3根据电压的调制方式分类
（1）脉宽调制变频器
脉宽调制变频器电压的大小是通过调节脉冲占空比来实现的，中、小容量的通用变频器几乎全都采用此类调制方式。
（2）脉幅调制变频器
第5章 变频器控制原理
脉宽调制变频器电压的大小是通过调节直流电压的幅值来实现的。
5.2.4根据输入电源的相数分类
（1）三进三出变频器
三进三出变频器的输入侧和输出侧都是三丰交流电。绝大多煤田数变频器都属于此类。
（2）单进三出变频器
单进三出变频器的输入侧为单相交流电，输出侧是三相交流电。家用电器里的变频器均属此类，通常容量较小说。
5.2.5变频器的额定数据
（1）输入侧的额定数据
① 输入电压U IN 即电源侧的电压。在我国，低压变频器的输入电压通常为380V （三相）和220V （单相）。中、高压变频器的输入电压通常为0.66KV 、3KV 、6KV （三相）。此外，变频器还对输入电压的允许波动范围做出规定，如10±%、-15%~+10%等。
② 相数有单相、三相。
③ 频率fIN 即电源频率（常称工频），我国为50HZ 。频率的允许波动范围通常规定为%5±。
（2）输出侧的额定数据
① 额定电压UN 。因为变频器的输出电压要随频率的变化而变化，所以UN 定义为输出的最大电压。通常，它总是与输入电压UIN 相等。
② 额定电流IN 。变频器允许长时间输出的最大电流。
③ 额定容量SN 。由额定线电压UN 和额定线电流IN 和乘积决定，即 SN=UN ?IN
变频器额定容量为在连续不变的负载中，允许配用的最大负载容量。必须注意，在生产机械中，负载的容量主要是根据发热状况来定的。在变动的负载、断续的负载及短时负载中，其温升不超过允许值，在由变频器构成的控制系统中，因电动机是允许短时间（几分钟或几十分钟）过载的。所以在选用变频器时，应充分考虑负载的工况。
④ 过载能力指变频器的输出电流允许超过额定值的倍数和时间。大多数变频器的过载能力规定为150%/1min 。可见，变频器的允许过载时间与电动机的允许过载时间相比，变频器的过载能力是很低的
5.3 变频器的选型
本文要给大家介绍的是由西门子公司生产的MM440（MICROMASTET 440）[3]
变频器，是用于控制三相交流电动机速度的变频器系列，本系列有多种型号供用户选用。恒定转矩(GT)控制方式额定功率范围从120W~200KW ，可变转矩(VT )控制方
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式可达到250KW。MM440变频器系列如图:
图5-1 MM440变频器系列
MM440变频器由微处理器控制，采用具有现代先进技术水平的绝缘栅双极晶体管（IGBT）作为功率输出器件。因此，它们具有很高的运行可靠性和功能的多样性。其脉冲宽度调制的开关频率是可选的，因而降低了电动机运行的噪声，具有全面而完善的保护功能，为变频器和电动机提供了良好的保护。
MM440变频器具有默认的工厂设置参数，它是给数量众多的简单的电动机控制系统供电的理想变频驱动装置。由于MM440变频器具有全面而完善的控制功能，在设置相关参数以后，它也可用于更高级的电动机控制系统。MM440变频器既可用于单机驱动系统，也可集成到自动系统中。
5.3.1MM440通用型变频器的特点
1．MM440变频器的主要特性
（1）易于安装，易于参数设置和调试；
（2）具有牢固的EMC设计；
（3）可由IT（中性点不接地）电源供电；
（4）对控制信号的响应是快速和可重复的；
（5）参数设置的范围很广，确保变频器可对广泛的应用对象进行配置；
（6）电缆连接方便；
（7）具有多个继电器输出；
（8）具有多个模拟量输出（0～20mA）；
（9）有六个带隔离的数字输入，并可切换为NPN/PNP接线；
第5章变频器控制原理
（10）有两个模拟量输入：
AIN1--0～10V,0～20mA和-10～+10V,
AIN2---0～10V,0～20mA。
（11）两个模拟输入可作为第7和第8个数字输入；
（12）BiCo（二进制互连接）技术；
（13）采用模块化设计，配置非常灵活；
（14）脉宽调制的频率高，因而电动机运行噪音低；
（15）具有详细的变频器状态信息和全面的信息功能；
（16）有多种可选件供用户选用，有用于PC通信的通信模块，基本操作面板（BOP）,高级操作面板（AOP），用于进行现场总线通信的ProfiBUS通信模块。2.MM440变频器的保护特性
（1）具有过电压、欠电压保护；
（2）具有变频器过热保护；
（3）具有接地故障保护；
（4）具有短路保护；
（5）具有I2t电动机过热保护；
（6）具有PTC/KTY电动机保护。
3.MM440变频器的调试方法
变频器参数不仅能用基本操作板（BOP）、高级操作板（AOP）修改，还能通过串行通信接口进行修改。用BOP可以修改和设定系统参数，使变频器具有期望的功能，例如斜坡时间、最小和最大频率等。选择的参数好和设定的参数值在5位数字的LCD（可选件）上显示：
r????表示一个用于显示的只读参数；
p????是一个设定参数。
p0010表示启动“快速调试”。如果p0010被访问以后没有设置为0，变频器将不运行。如果p3900＞0，这一功能是自动完成的。
p0004的作用是过滤参数，据此可以按照功能去访问不同的参数。
在某些情况下，当修改参数的数值时，BOP上显示“busy”，这种情况表示正忙于处理优先级更高的任务，最多可达5秒。
变频器的参数有三个用户访问级，即标准访问级、扩张访问级和专家访问级。访问的等级有参数p0003来选择，对于大多数对象，只要访问标准级（p0003=1）和扩展级（p0003=2）参数就足够了。有些第四访问级的参数只是用于内部的系统设置，因而是不能修改的。第四访问级参数只有得到授权的人员才能修改。本次设计变频器参数设置选用基本操作板（BOP）。
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第6章总体设计
6.1电动机的参数[3]
本文选用电机型号为JW7114R交流笼型异步电动机，其额定参数如下：
额定功率：0.65kW；
额定电压：380v；
额定电流：1.5A；
额定转速：1500r/min;
额定频率：50Hz。
6.2变频器的参数[3]
变频器选用西门子的MM440系列的C型变频器，其参数如下：
电源电压：AC200~240V，单相输入、三相输出；
额定功率：3~3.5kW;
输入频率：47~63Hz；
输出频率：0~650Hz；
功率因数：0.98;
过载能力：150%，60S；
固定频率：15个，可编程；
数字输入：6个，可编程：
模拟输入：2个，可编程：
环境温度：-10~40℃；
相对湿度：≤95%，无结露。
6.3电动机控制要求
按下电动机运行按钮后，水泵经变频器通电，变频器输出频率从0Hz上升，同时PLC接收到自传感器的标准的水位信号，经分析来控制变频器的输出频率。当水位淹到1/6探头时，PLC会控制变频器输出50Hz的频率来驱动水泵以1500转来给水箱供水；当水箱水位淹到2/6水位时，PLC会控制变频器输出40Hz的频率来驱动水泵以1200转来给水箱供水，当水箱水位淹到2/6水位时，PLC会控制变频器输出40Hz的频率来驱动水泵以1200转来给水箱供水；当水箱水位淹到3/6水位时，PLC 会控制变频器输出30Hz的频率来驱动水泵以900转来给水箱供水；当水箱水位淹到4/6水位时，PLC会控制变频器输出20Hz的频率来驱动水泵以600转来给水箱供水；当水箱水位淹到5/6水位时，PLC会控制变频器输出10Hz的频率来驱动水泵以300转来给水箱供水；当水箱水位淹到6/6水位时，PLC会控制变频器输出0Hz的频率来驱动水泵以0转来给水箱供水。在此期间水位在任意时刻都可能上升或下降，PLC
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 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
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)
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
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
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 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、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:
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
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/c19641137.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
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
基于PID的上水箱液位控制系统设计 过程控制系统课程设计 基于PID的上水箱液位控制系 统设计
一、课程设计任务书 1.设计内容 针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。 2.设计要求 1、以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。 2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤120s； 3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线； 4、选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数； 5、通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试； 6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论； 7、设计完成后，提交打印设计报告。
3.参考资料 1.邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.2003 2.崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内） 3.廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.2007 4.吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.2007 4.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日） 时间设计内容 2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬 件系统设计 2010年12月28日～ 2010年12月29日 编制PLC控制程序，并上机调试； 2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工 程文件 2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定 2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体 定值控制 2011年1月7日～ 2011年1月9日 写设计报告书 5.设计时间及地点 设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00 下午：1：00～4：00 设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310） 电气工程学院机房（320）
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。