课设：液位控制器设计

液位控制系统课程设计目录第1章系统总体方案选择 (5)第2章系统结构框图与工作原理 (7)2.1 系统机构框图 (7)2.2 工作原理 (8)第3章各单元软硬件 (9)3.1 模拟控制对象系统 (9)3.2 控制台 (9)3.3 上位机及控制软件系统 (9)3.4 模拟量输入模块ICP-7017 (10)3.5 模拟量输出模块ICP-7024 (11)3.6 电动调节阀 (11)3.7 液位传感器 (12)第4章软件设计与说明 (13)4.1 用户窗口 (13)4.2 实时数据库 (16)第5章系统调试 (17)5.1 设备连接 (17)5.2 系统调试 (17)5.3 调试结果 (18)5.3 注意事项 (19)第6章总结 (20)附录程序清单 (21)第1章系统总体方案选择随着工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂。

对过程控制的要求越来越高。

过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。

由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。

为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方法是十分丰富的。

通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统，有复杂控制系统，也有满足特定要求控制系统。

在工业生产过程中，液体贮槽设备如进料罐、成品罐、中间缓冲容器、水箱等应用十分普遍，为保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡，因此工艺要求贮槽内的液位需维持在某个给定值上下，或在某一小范围内变化，并保证物料不产生溢出，要求设计一个液位控制系统。

对分析设计的要求，生产工艺比较简单要求并不高，所以采用管道流量控制系统进行设计。

管道流量控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控系统、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。

管道流量控制系统是最简单、最基本、最成熟的一种控制方式。

管道流量控制系统根据被控量的系统、液位管道流量控制系统等。

管道流量控制系统的结构比较简单，所需的自动化装置数量少，操作维护也比较方便，因此在化工自动化中使用很普遍，这类系统占控制回路的绝大多数。

毕业论文（设计）题目：液位系统的控制器设计系部名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：201 年月日摘要液位是工业过程生产中经常遇到的控制对象之一，对所需的液位控制对象进行精确的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。

因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。

近年来，随着控制理论的深入研究，出现了许多新的控制算法。

但是，以PID 为原理的各种控制器仍是过程控制中不可或缺的基本控制单元。

根据液位系统的特点，设计合适的PID控制器对其进行液位控制，不仅成本低，而且控制效果很好，具有较高的实用价值。

本文通过实验的方法，确立的被控对象的数学模型。

并采用多种方法确定被控对象的传递函数。

主要完成了以下工作：首先，通过实验测试法对水箱进行数学建模，并用MATLAB进行仿真，验证其数学模型的正确性。

接着，分析对比作图法和计算法分别得出的数学模型，通过仿真比较，确立最接近的数学模型。

然后对PID控制器的参数进行整定。

采用基于Ziegler－Nichols法,C-C工程法，稳定边界法对液位系统进行PID控制器参数的整定，并用MATLAB进行仿真。

分析对比了几种方法的性能。

关键字：液位系统，PID控制器，参数整定，MATLAB仿真Parameters Design of Liquid Level ControllerAbstractT he liquid level is one of the control objects which is often encountered in industrial production process. Giving the precise level control to the control objects, is related to the quality of the product, and is a guarantee of production and the important problem of safety. Thus, the liquid level control has important practical significance and broad application prospect.In recent years, with the in-depth research of the control theory , appeared a lot of new control algorithm. However, with PID as the principle of various controller is an indispensable basic process control control unit. According to the liquid level system characteristic, to design the appropriate PID controller for the liquid level control, not only the cost is low, but also has the good control effect and high practical value.In this paper, through the experimental method, established the mathematics model of the controlled object, and use a variety of methods to determine the transfer function of the controlled object. Mainly completed the following work: firstly, the mechanism of model analysis method. Through the experimental test on the tank for mathematical modeling, and using MATLAB simulation, verified the correctness of the mathematical model. Then, analysis and comparison of drawing and calculating method were derived by mathematical model, by simulation and comparison, the closest mathematical model establishment. Then the parameters of PID controller tuning. Ziegler based on the Nichols method, C-C engineering method, the stability boundary method for liquid level system PID controller parameter tuning, and using MATLAB simulation. Analysis and comparison of several methods for the performance.Keywords:Level system PID controller Parameter setting MATLAB simulation目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 研究的意义和目的 (1)1.3 PID控制算法的研究现状 (2)1.4 MATLAB简介 (3)2 液位控制系统的原理 (4)2.1 人工控制与自动控制 (4)2.2 水箱液位控制系统的原理框图 (5)3 被控对象的数学模型 (6)3.1 基本知识 (6)3.1.1 被控过程传递函数的一般形式 (6)3.1.2 建立过程数学模型的方法 (7)3.2 基于MATLAB的数字仿真 (12)3.2.1 利用MATLAB根据作图法建立一阶系统数学模型 (12)3.2.2 利用MATLAB根据计算法建立一阶系统数学模型 (15)4 控制系统参数的整定及MATLAB的数字仿真 (17)4.1 基本知识 (17)4.1.1 简单控制系统的设计 (17)4.1.2 简单控制系统的参数整定 (19)4.2 基于MATLAB的数字仿真 (26)4.2.1 C-C工程整定法对PID参数整定 (26)4.2.2 Z-N工程整定法对PID参数整定 (31)4.2.3 根据稳定边界法对PID参数整定 (33)5 系统调试、性能分析 (38)5.1 系统数学模型的确立 (38)5.2 几种参数整定方法性能分析 (39)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 引言液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，他在工业中的各个领域都有广泛的应用。

课程设计名称：电子技术课程设计题目：液位控制器的电路模拟设计学期：2011-2012学年第2学期专业：自动化班级：姓名：学号：辽宁工程技术大学课程设计成绩评定表课程设计任务书一、设计题目液位控制器的电路模拟设计二、设计任务1.检测显示液位功能。

2.控制通道输出为双向晶闸管或继电器，一组转换触点为市电（220V 10A）3.实现与给定液位比较控制功能。

三、设计计划电子技术课程设计共1周。

第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第3～4天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计说明书。

四、设计要求1. 画出整体电路图。

2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。

3. 写出设计说明书。

指导教师：时间：2011年6月241. 方案论证1.1 设计方案1.2系统组成框图2.原理及技术指标3.单元电路设计及参数计算3.1电源电路3.2 水位检测和水位控制电路3.2.1水位检测电路3.2.2 水位控制电路3.3液位显示电路3.3.1液位显示部分结构流程图3.3.2液面显示原理3.4 电机开关控制电路3.5 电机状态显示电路3. 6报警电路4. 仿真5. 液面控制器总原理图6.设计小结7. 参考文献本液位控制器模拟电路系统具有水位手动控制、电机运转指示、超警戒报警等功能，由七部分组成，即液位检测电路、液位显示电路、液位控制电路、电机开关控制电路、电机状态显示电路、报警电路和电源电路。

它采用了二极管、三极管、稳压管、继电器、三端稳压电路等多种电子元件来实现以下为各部分电路及元件原理。

其中，液位检测电路是通过压电式单向测力传感器实现将水位变化产生的压力变化转换成电流信号，便于后期的处理。

水位控制电路是利用电压比较器的原理实现水位的确定，同时利用迟滞比较器的迟滞性来避免水位压力变化产生的跳闸现象和因水波波动而产生的不稳定信号，同时将比较结果输给下一级。

电机开关控制电路是将上一级的结果反映到继电器上，同时利用继电器的特性决定电机是否工作。

锅炉汽包水位控制系统概述蒸汽锅炉是企业重要的动力设备，其任务是供给合格稳定的蒸汽产品，以满足负荷的需要。

锅炉是一个十分复杂的控制对象，为保证提供合格的蒸汽产品以适应负荷的需要，与其配套设计的控制系统必须满足各主要工艺参数的需要。

保持锅炉汽包水位在正常范围内是锅炉运行的一项重要的安全性能指标，由于负荷、燃烧状况及给水流量等因素的变化，汽包水位会经常发生变化。

因此锅炉汽包水位应当根据设备的运行状况进行实时调节加以严格控制以保证锅炉的安全运行。

工业蒸汽锅炉汽包水位控制的任务是控制给水流量使其与蒸发量保持动态平衡，维持汽包水位在工艺允许的范围内，是保证锅炉安全生产运行的必要条件，锅炉汽包水位也是锅炉运行中一个重要的监控参数，它间接地体现了锅炉负荷和给水之间的平衡关系。

采用PLC控制技术，能实现对锅炉运行过程的自动检测、自动控制等多项功能。

它的被控量是汽包水位，而调节量则是汽包给水流量，通过对汽包水位的实时检测并进行反馈，PLC对反馈信号和给定信号进行比较，然后根据控制算法对二者的偏差进行相应的运算，运算结果输出给执行机构从而实现给水流量的调节，使汽包内部的物料达到动态平衡，汽包水位变化在允许范围之内。

1．1 锅炉汽包水位的控制方案锅炉汽包水位控制系统采用三冲量控制系统，三冲量控制系统实际上是前馈一串级控制系统，它的主回路是一个定值调节系统，副回路是一个随动调节系统，主调节器按照对象操作条件及负荷情况而随时校正副调节器的给定值，从而使副参数能随时跟踪操作条件或负荷的变化而变化，最终达到保持主参数恒定的目的。

其中主变量是汽包液位，副变量是给水流量蒸汽流量信号作为前馈信号引入流程。

（见图1和图2）。

图1 汽包水位三冲量软件控制系统框图图2 汽包水位三冲量硬件控制系统框图2 一次仪表选型2.1PLC 及相关模块选型本设计PLC 选用FX2N 系列PLC 。

它是FX 系列PLC 中功能最强、速度最快的微型可编程控制器。

基础工程设计(论文)说明书题目：液位控制院（系）：电子工程与自动化学院专业：自动化学生姓名：XXXXXXXXXX学号：XXXXXXXXXXXXXXXXXX指导教师：XXXXXXXXXXXXXXXXX2012年7月7日摘要在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量控制的问题，例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工、化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要蓄液池，蓄液池的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出而浪费，也不能过少而无法满足需求。

因此，液位是工业过程生产中经常遇到的控制对象之一，对所需的液位对象进行精确的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全问题。

因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。

近年来，随着控制理论的深入研究，出现了许多新的控制算法。

液位高度是工业控制过程中一个重要参数，在动态状态下，采用合适的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。

PID控制是目前采用最多的控制方法。

根据液位系统的特点，设计合适的PID控制器对其进行液位控制，不仅成本低，而且控制效果好，具有较高的使用价值。

本文主要是利用双向水泵对水箱进行进水与排水控制，总之，是对水箱液位控制系统的设计，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PID算法、传感器等一系列知识。

选用合适的器件设备、控制方案和算法，为能最大限度地满足系统对控制精度、实时控制等控制品质的要求。

关键词PID控制工业过程控制液位AbstractIn people's life and industrial production, and many other areas often involve the issue of liquid level and flow control, such as residents living water supply, beverage, food processing, chemical production and production of a variety of industries such as processing, usually need a liquid storage pool, the liquid level of liquid storage pool need to maintain the right height, neither too overflow and waste, also cannot too little and can't meet the demand. As a result, liquid level is often encountered in the production of industrial process control objects, one of the required control object of liquid level accurately, relates to the quality of the product, is the guarantee production effect and the safety problems. Thus, liquid level control has important realistic meaning and broad application prospects.In recent years, with in-depth study of control theory, many new control algorithm. Liquid level height is an important parameter in industrial control process, under dynamic condition, adopt the appropriate methods to control the liquid level detection, and can get very good effect. PID control is one of the most control methods. According to the characteristics of the liquid level system, design a suitable PID controller for level control, not only low cost, and good control effect and has higher use value.This article mainly is to use the two-way water pump to control the feed water and drainage water tank, in a word, is the design of water tank level control system, involves the level of dynamic control, the modeling of the control system, PID algorithm, sensors and so on a series of knowledge. Choose the right components, equipment, control scheme and algorithm to maximize meet the control accuracy and real-time control system control quality requirements.Keywords PID control Industrial process control Liquid level目录1引言 .................................................................................. 错误！未定义书签。

液位控制器的设计1 引言在自动控制领域里,如果被控制对象是个比较复杂的非线性、时变而且又有大的滞后的系统的话,往往很难获得精确的数学模型,并且由于传统的经典控制方法是建立在数学模型的基础上的,没有数学模型,这些经典的控制方法是很难获得良好的动态和静态性能的。

而模糊控制是一种模仿人的智能的控制方法,它不依赖于对象的数学模型,而是通过对模糊信息的处理做出对复杂对象的控制。

模糊控制技术在复杂、大滞后、难以建立精确数学模型的非线性控制过程中表现出了优越的性能。

本文针对钢水液位控制系统的时变、非线性特性,设计出模糊控制器,并且将其应用到钢水的液位控制中。

2 钢水液位控制系统的组成在钢铁生产的连铸工艺流程中,钢水从钢包流入中间包,然后通过浸入式水口流入结晶器,结晶器中钢水液位的调节一般通过调节中间包内可以上下移动的导塞杆的位置来实现。

它的简化结构框图如图1 所示。

和传统的开环控制或PID 闭环控制方式不同的是,本系统的控制器采用模糊控制器（虚线框内部分） 。

图1 钢水液位控制系统2. 1 系统部件介绍钢水液位控制系统中的执行机构采用电液伺服驱动装置来驱动导塞杆的上下位移,从而实现液位的调节。

电液伺服驱动装置由伺服放大器和电液伺服阀组成。

本系统采用的伺服放大器是为动圈式电液伺服阀设计的专用配套放大器,它采用固体组件,集成度高,并备有多种附件插板可扩展电路功能,且能方便地与计算机相连。

其输入为电压信号,输出为电流信号。

电液伺服阀是电液伺服驱动装置中的一个核心部件,本系统采用DY系列伺服阀将电气部分和液压部分连接起来,用输入为毫安级电流去控制液体流动,来驱动活塞在液压缸中的位移,液压缸活塞的位移带动导塞杆上升或下降,从而实现液位的调节。

电液伺服驱动装置不仅能自动跟随控制器电输入信号而动作,而且起到信号功率放大作用。

液位信号的检测通过WY型差动变压器式位移传感器来实现,该传感器是基于变压器原理,通过一次线圈与二次线圈弱电磁耦合,使得铁心的位移变化量与电压信号成近似的线性关系。

液位控制系统设计说明书一、设计任务：液位监控：完成一个液位监控系统设计，（对象自己定）要求有流程图画面，报警画面，历史曲线，实时曲线，报表画面。

各画面间能实现灵活切换，所以画面都能实现动画效果或数据或曲线显示。

二、实验目的：1．熟悉组态王软件，达到熟练使用组态软件的常用工具。

2．学会完成组态工程的设计步骤。

3．锻炼动手能力和分析问题解决问题的能力。

三、实验步骤：1、系统设计：A．启动浏览器。

B．设备定义：把地理上分散的物理硬件在软件上变成集中的逻辑硬件。

C.变量定义：完成所有想到的变量定义，对于没有想到的后面设计过程遇到再定义。

D．画面绘制：完成各种需要画面的绘制。

1水泵的动画连接及其程序编写3液位灌定义4关闭按键的定义5历史曲线的按键定义F．配置系统程序编写if(\\本站点\运行状态==1){if(\\本站点\液位<=50&&\\本站点\运行状态==1){\\本站点\水泵=10;}if(\\本站点\液位>=950){\\本站点\水流=1;\\本站点\水泵=0;}}else{\\本站点\水泵=0;}if(\\本站点\水泵==1){\\本站点\液位=\\本站点\液位+20;}if(\\本站点\液位>0){\\本站点\液位=\\本站点\液位-10;}if(\\本站点\$时==0&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==1&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位1=\\本站点\液位;if(\\本站点\$时==2&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位2=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==3&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位3=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==4&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位4=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==5&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {}if(\\本站点\$时==6&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位6=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==7&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位7=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==8&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位8=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==9&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位9=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==10&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位10=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==11&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位11=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==12&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位12=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==13&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位13=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==14&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位14=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==15&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位15=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==16&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {}if(\\本站点\$时==17&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位17=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==18&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位18=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==19&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位19=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==20&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位20=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==21&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位21=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==22&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位22=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==23&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==0) {\\本站点\水位23=\\本站点\液位;}if(\\本站点\$时==0&&\\本站点\$分==0&&\\本站点\$秒==2) {}}四．系统运行画面五．实验总结：通过这次试验我们基本学会了组态王软件的操作，初步掌握其应用，在试验中我们出现过很多错误，但通过不懈的努力我们终于将其克服，在不断摸索，反复排查的过程中，我们的耐性得到了极大的锻炼，这对我们以后的工作学习都会有很大的帮助。

课程设计名称：电子技术课程设计题目：液位控制器的设计专业：自动化班级： 09-5班姓名：余光瑞学号： 0905010523课程设计成绩评定表课程设计任务书一、设计题目液位控制器的设计二、设计任务1.检测显示液位功能。

2.可进行设定液位输入。

3.实现与给定液位比较控制功能。

三、设计计划电子技术课程设计共1周。

第1天：选题，查资料；第2天：方案分析比较，确定设计方案；第3～4天：电路原理设计与电路仿真；第5天：编写整理设计说明书。

四、设计要求1. 画出整体电路图。

2. 对所设计的电路全部或部分进行仿真，使之达到设计任务要求。

3. 写出设计说明书。

指导教师：回立川时间：2011年6月12日水位控制器是近年来开发的一项新技术，它是传感器、硬件、软件等几项技术紧密结合的产物，作为水塔水位控制装置，其主要任务是保证水塔的安全、稳定、经济的运行，减轻工作人员的劳动强度。

采用集成电路，能对水塔水位进行自动检测、自动控制等多项功能。

由于我国水位测量操作水平落后，工作人员过多，但是现在水位控制器为水位控制开辟了广阔的前景。

关键词：水塔水位；自动控制；传感器第1章水位自动控制装置设计方案论证 (1)1.1水位自动控制装置的应用意义 (1)1.2水位自动控制装置设计的要求及技术指标 (1)1.3总体设计方案框图及分析 (1)第2章水位自动控制装置各单元电路设计 (2)2.1信号产生部分 (3)2.2 信号处理部分 (3)2.3 水位显示电路 (5)2.4 电机控制电路 (7)2.5 报警控制电路 (9)第3章水位自动控制装置整体电路设计 (11)设计总结 (12)致谢 (13)参考文献 (14)辽宁工程技术大学电子技术课程设计第1章水位自动控制装置设计方案论证1.1水位自动控制装置的应用意义水位控制器是近年来开发的一项新技术，它是传感器、硬件、软件等几项技术紧密结合的产物，作为水塔水位控制装置，其主要任务是保证水塔的安全、稳定、经济的运行，减轻工作人员的劳动强度。

自动水位控制器课程设计一、课程目标知识目标：1. 让学生理解自动水位控制器的基本工作原理，掌握水位控制系统的组成及功能。

2. 使学生了解并掌握液位传感器、控制电路和执行元件的相关知识。

3. 帮助学生掌握水位控制器的安装、调试和故障排查方法。

技能目标：1. 培养学生运用所学知识分析和解决实际问题的能力，能独立完成水位控制系统的搭建和调试。

2. 提高学生的动手操作能力，学会使用相关工具和仪器进行水位控制器的安装与维护。

3. 培养学生的团队协作能力，能在小组合作中发挥各自专长，共同完成项目任务。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制系统感兴趣，激发他们探究未知领域的热情。

2. 培养学生严谨、负责的学习态度，养成良好的操作习惯。

3. 增强学生的环保意识，让他们认识到自动水位控制器在节能减排方面的作用。

本课程针对高年级学生，结合学科特点，注重理论与实践相结合，旨在提高学生的实际操作能力和创新思维。

课程目标明确，分解为具体的学习成果，便于教师进行教学设计和评估。

通过本课程的学习，学生将能够掌握自动水位控制器的基本原理，具备实际应用能力，并在实践中培养团队协作、环保等价值观。

二、教学内容1. 自动水位控制器原理及结构：介绍自动水位控制器的工作原理、系统组成及其功能，对应教材第三章第一节。

2. 液位传感器及其应用：讲解液位传感器的种类、原理及在自动水位控制系统中的应用，对应教材第三章第二节。

3. 控制电路设计：分析水位控制器的控制电路设计原理，介绍常见的控制电路及其特点，对应教材第三章第三节。

4. 执行元件及其选用：介绍执行元件的种类、性能和选用原则，分析在自动水位控制系统中的应用，对应教材第三章第四节。

5. 水位控制器安装与调试：详细讲解水位控制器的安装步骤、调试方法及注意事项，对应教材第三章第五节。

6. 故障排查与维护：分析自动水位控制系统中可能出现的故障及其原因，教授故障排查方法和维护技巧，对应教材第三章第六节。