基于PLC水箱液位控制系统
摘要
本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。
本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。
关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验。
The liquid level control system based on PLC
ABSTRACT
The subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge.
Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC hardware control, PID tuning parameters and various parameters of the control performance comparison, the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction.
Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, to expand the critical proportion method, PID instruction, experimental.
目录
中文摘要............................................................................................................................................... I 英文摘要............................................................................................................................................... I 1 绪论.. (1)
1.1 PLC的产生、定义及现状 (1)
1.1.1PLC的产生、定义 (1)
1.1.2PLC的发展现状 (1)
1.2过程控制的发展 (2)
1.3本文研究的目的、主要内容 (3)
1.3.1本文研究的目的、意义 (3)
1.3.2本文研究的主要内容 (3)
2 FX2系列PLC和控制对象介绍 (4)
2.1 三菱PLC控制系统 (4)
2.1.1 CPU模块 (4)
2.1.2 I/O模块 (5)
2.1.3电源模块 (5)
2.2 过程建模 (5)
2.2.1 一阶单容上水箱对象特性 (5)
2.2.2 二阶双容下水箱对象特性 (10)
3 PID调节及串级控制系统 (14)
3.1 PID调节的各个环节及其调节过程 (14)
3.1.1比例控制及其调节过程 (15)
3.1.2比例积分调节 (15)
3.1.3比例积分微分调节 (16)
3.2 串级控制 (17)
3.2.1串级控制系统的结构 (17)
3.2.2串级控制系统的特点 (17)
3.2.3串级控制系统的设计 (18)
3.3 扩充临界比例度法 (19)
3.4 三菱FX2系列PLC中PID指令的使用 (20)
3.5在PLC中的PID控制的编程 (21)
3.5.1回路的输入输出变量的转换和标准化 (21)
3.6变量的范围 (23)
4 控制方案设计 (25)
4.1 系统设计 (25)
4.1.1上水箱液位的自动调节 (25)
4.1.2上水箱下水箱液位串级控制系统 (26)
4.2 硬件设计 (27)
4.2.1检测单元 (27)
4.2.3控制单元 (27)
4.3软件设计 (28)
5 运行 (29)
5.1 上水箱液位比例调节 (29)
5.2 上水箱液位比例积分调节 (29)
5.3 上水箱液位比例积分微分调节 (29)
致谢 (32)
参考文献 (33)
论文原创性声明
1 绪论
1.1 PLC的产生、定义及现状
1.1.1PLC的产生、定义
一、可编程控制器的产生
20世纪60年代，在世界技术改造的冲击下，要求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。1968年，美国最大的汽车制造商——通用汽车公司从用户角度提出了新一代控制器应具备的十大条件后，立即引起了开发热潮。
二、可编程控制器的定义
国际工委员会（IEC）曾于1982年11月颁布了可编程控制器标准草案第一稿，1985年1月又发表了第二稿，1987年2月颁布了第三稿。该草案中对可编程控制器的定义是“可编程控制器是一种数字运算操作的电子系统，专为在工业环境下应用而设计。它采用了可编程的存储器，用来在其内部存储执行逻辑运算、顺序控制、定时、计数和算术计算等面向用户的指令，并通过数字量和模拟量的输入和输出，控制各种类型的机械或生产过程。可编程控制器及其有关外围设备，都按易于与工业系统联成一个整体、易于扩充其功能的原则设计。
1.1.2PLC的发展现状
20世纪70年代中末期，可编程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，可编程控制器在先进工业国家中已获得广泛应用。这个时期可编程控制器发展的特点是大规模、高速度、高性能、产品系列化。这个阶段的另一个特点是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。
上世纪80年代至90年代中期，是PLC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，PLC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，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机界面单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备的配套更加容易。目前，可编程控制器在机械制造、石油化工、冶金钢铁、汽车、轻工业等领域的应用都得到了长足的发展。
我国可编程控制器的引进、应用、研制、生产是伴随着改革开放开始的。最初是在引进
设备中大量使用了可编程控制器。接下来在各种企业的生产设备及产品中不断扩大了PLC的应用。目前，我国自己已可以生产中小型可编程控制器。上海东屋电气有限公司生产的CF系列、杭州机床电器厂生产的DKK及D系列、大连组合机床研究所生产的S系列、苏州电子计算机厂生产的YZ系列等多种产品已具备了一定的规模并在工业产品中获得了应用。此外，无锡华光公司、上海乡岛公司等中外合资企业也是我国比较著名的PLC生产厂家。可以预期，随着我国现代化进程的深入，PLC在我国将有更广阔的应用天地。
1.2过程控制的发展
进入90年代以来，自动化技术发展很快，并取得了惊人的成就，已成为国家高科技的重要分支。过程控制是自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产自动化中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、节约能源、改善劳动条件、保护环境卫生等方面起着越来越大的作用。
在本世纪40年代前后，工业生产大多处于手工操作的状态，人们主要是凭经验用人工去控制生产过程。生产过程中的噶参数靠人工观察，生产过程的操作也靠人工去执行。因此，当时的劳动效率是很低的。
40年代以后，生产自动化发展很快。尤其是近年来，过程控制技术发展更为迅速。纵观过程控制的发展历史，大致经历了下述几个阶段：
50年代前后，过程控制开始得到发展。一些工厂企业实现了仪表化和局部自动化。这是过程控制发展的第一阶段。这阶段主要的特点：检测和控制仪表普遍采用基地式仪表和部分组合仪表；过程控制结构大多数是单输入单输出系统；被控制参数主要是温度、压力、流量、液位四种参数；控制目的是保持这些参数的稳定，消除或减少对生产过程的主要扰动。
在60年代，随着工业生产的不断发展，对过程控制提出了新的要求；随着电子技术的迅速发展也为自动化技术工具的完善提供了条件，开始了过程控制的第二阶段。在仪表方面，开始大量采用单元组合仪表。为了满足定型、灵活、多功能的要求，有出现了组合仪表，它将各个单元划分为更小的功能块，以适应比较复杂的模拟和逻辑规律相结合的控制系统的需要。
70年代以来，随着现代工业生产的迅猛发展，仪表与硬件的开发，微型机算计的开发应用，使生产过程自动化的发展达到了一个新的水平。对全工厂或整个工艺流程的集中控制、应用计算机系统进行多参数综合控制，或者用多台计算机对生产过程进行控制和经营管理，是这一阶段的主要特征。过程控制发展到现代过程控制的新阶段，这是过程控制发展的第三阶段。在新型的自动化技术工具方面，开始采用微处理器为核心的智能单元组合仪表；在测量变送器方面，教为突出的成分在线检测与数据处理的应用日益广泛；在模拟式调节仪表方面，不仅Ⅲ型仪表产品品种增加，可靠性提高，而且是本质安全防爆，适应了各种复杂控制系统的要求。
1.3本文研究的目的、主要内容
1.3.1本文研究的目的、意义
为了解决人工控制的控制准度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们现在就引入了工业生产的自动化控制。在自动化控制的工业生产过程中，一个很重要的控制参数就是液位。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。随着现在工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经也不能够满足工业生产控制的需求，所以我们就又引入了可编程逻辑控制（又称PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及时。
液位控制系统它使我们的生活、生产都带来了不可想象的变化。它使在控制中更加的安全，节约了更多的劳动力，更多的时间。
在我国随着社会的发展，很早就实行了自动控制。而在我国液位控制系统也利用得相当的广泛，特别在锅炉液位控制，水箱液位控制。还在黄河治水中也的到了利用，通过液位控制系统检测黄河的水位的高低，以免由于黄河水位的过高而在不了解的情况下，给我们人民带来生命危险和财产损失。
1.3.2本文研究的主要内容
一、一个系统是否能达到预期的控制效果，其系统的数学模型相当的重要，直接关系到控制结果的正确与否。
二、在液位控制系统中，调节阀是否与所控制的液体发生化学反应等，直接的影响到控制结果。
三、控制方案的选取，一个好的方案会让系统更加完美，所以方案的选取也非常重要。
四、调节器参数的整定，一个系统有了好的方案，但是如果参数整定错误那也是功亏一篑。
2 FX2系列PLC和控制对象介绍
2.1 三菱PLC控制系统
FX2系列PLC是三菱电机公司1991年继F、F1、F2系列之后推出的产品，是目前运行速度最快的小型PLC之一。下面我们以小型FX2系列PLC为例介绍PLC的硬件组成。图2.1为PLC的原理图。
图2.1 PLC的原理图
2.1.1 CPU模块
CPU是PLC的核心组成部分，与通用微机的CPU一样，它在PLC系统中的作用类似于人体的神经中枢，故称为“电脑”。其功能是：
1、PLC中系统程序赋予的功能，接收并存储从编程器输入的用户程序和数据。
2、用扫描方式接受现场输入装置的状态，并存入映像寄存器。
3、诊断电源、PLC内部电路工作状态和编程过程中的语法错误。
在PLC进入运行状态后，从存储器中逐条读去用户程序，按指令规定的任务，产生相应的控制信号，去起闭有关控制电路。
2.1.2 I/O 模块
I/O 模块是CPU 与现成I/O 装置或其他外部设备之间的连接部件。PLC 提供了各种操作电平与驱动能力的I/O 模块和各种用途I/O 元件供用户选用。如输入/输出电平转换、电气隔离、串/并行转换、数据传送、误码校验、A/D 或D/A 变换以及其他功能模块等。I/O 模块将外部输入信号变换成CPU 能接受的信号，或将CPU 的输出信号变换成需要的控制信号去驱动控制对象，以确保整个系统正常的工作。
其中输入信号要通过光电隔离，通过滤波进入CPU 控制板，CPU 发出输出信号至输出端。输出方式有三种：继电器方式、晶体管方式和晶闸管方式。
2.1.3电源模块
根据PLC 的设计特点，它对电源并无特殊需求，它可使用一般工业电源。
2.2 过程建模
过程控制系统的品质，是由组成系统的过程和过程检测控制仪表各环节的特性和系统的结构所决定。在构成控制系统的分析和设计中，过程的数学模型是极其重要的基础资料。所以，建立过程的数学模型，对实现生产过程自动化有着十分重要的意义。可以这样说，一个过程控制系统的优劣，主要取决于对生产工艺过程的了解和建立过程的数学模型。
2.2.1 一阶单容上水箱对象特性
所谓单容过程，是指只有一个贮蓄容量的过程。单容过程还可分为有自衡能力和无自衡能力两类。
一、自衡过程的建摸
所谓自衡过程，是指过程在扰动作用下，其平衡状态被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠起自身重新恢复平衡的过程。
液位过程，图2.2所示为一个单容液位被控过程，其流入量1Q ，改变阀1的开度可以改变1Q 的大小。其流出量为2Q ，它取决于用户的需要改变阀2开度可以改变2Q 。液位h 的变化反映了1Q 与2Q 不等而引起贮罐中蓄水或泄水的过程.若1Q 作为被控过程的输入变量,h 为其输出变量,则该被控过程的数学模型就是h 与1Q 之间的数学表达式。
（a ）
图2.2液位被控过程及其阶跃响应
根据动态物料平衡关系有
dt dh
A Q Q =-21 （2-1）
将公式（2-1）表示成增量式为
dt h
d A Q Q ?=?-?21 （2-2）
式中： 1Q ?、2Q ?、h d ?——分别表示为偏离某一平衡状态
10Q 、20Q 、0h ?的增量；
A ——贮蓄截面积。 在静态时，21Q Q =，
0=dt dh ；当1Q 发生变化时，液位h 随之变化，贮蓄出口处的静压随之变化，2Q 也发生变化。由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h 与流量之间为非线形关系。但为了简化起见，经线形变化，则可近似认为2Q 与h 成正比关系，而与阀2的阻力2R 成反比，即 2
2R dh Q =
? （2-3） 式中：2R ——阀2的阻力，称为液阻。 为了求单容过程的数学模型，需消去中间变量2Q 。消去中间变量的方法很多，如可用代数代换法，可用信号流图法，也可用画方框图的方法。这里，介绍后一种方法。
X t 0 0
2
将式（2-2）、式（2-3）拉氏变换后,画出图2.3方框图。
图2.3方框图
单容液位过程的传递函数为
11)()()(001210+=+==
s T K Cs R R s Q s H s W （2-4） 式中：0T ——过程的时间常数，C R T 20=；
0K ——过程的放大系数，20R K =；
C ——过程的容量系数，或称过程容量。
被控过程都具有一定贮存物料或能量的能力，其贮存能力的大小，称为容量或容量系数。其物理意义:是：引起单位被控量变化时被控过程贮存两变化的大小。
图2.1（b ）所示为单容液位被控过程的阶跃响应曲线。
从上述分析可知，液阻2R 不但影响过程的时间常数
0T ，而且还影响过程的放大系数0K ，
而容量系数C 仅影响过程的时间常数。
在工业生产过程中，过程的纯时延问题是经常碰到的。如皮带运输机的物料传输过程，管道输送、管道反应和管道的混合过程等。下面以图2.4为例讨论纯时延过程的建模。
图2.4纯时延单容过程及其响应曲线
图2.4所示，流量1Q 通过长度为l 的管道流入贮罐。当进水阀开度产生扰动后，1Q 需要流经管道长度为l 的传输时间0t 后才流入贮罐，才使液位h 发生变化。具有纯时延单容过程的阶跃响应曲线如图2.4曲线2所示，它与无时延单容过程的阶跃响应曲线在形状上完全相同，仅差一纯时延0t 。
具有纯时延单容过程的微分方程和传递函数为 )(0100
t T Q K h dt h d T -=?+?
s t s 0e 1T K (s)Q H(s)(s)W 0010-+==
（2-5） 式中：
0T ——过程的时间常数，C R T 20=；
0K ——过程的放大系数，20R K =；
0t ——过程的纯时延时间。
二、无自衡过程的建模
所谓无自衡过程，是指过程在扰动的作用下，其平衡状态被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身能力不能重新恢复平衡的过程。下面以图2.4所示为例，介绍其建模方法。
如果将图2.2所示贮罐的出口阀2换成定量泵，则为图2.5所示。这样，其流出量与液位h 无关。当流入量1Q 发生阶跃变化时，液位h 即发生变化。由于流出量是不变的，所以贮罐液位或等速上升直至液体溢出，或者等速下降直至液位被抽干，其阶跃响应曲线如图 2.5所示。
2.2.2 二阶双容下水箱对象特性
在工业生产过程中，被控过程往往是由多个容积和阻力构成，这种过程称为多容过程。 现在，以具有自衡能力的双容过程为例，来讨论其建立数学模型的方法。
图2.6（a ）所示为两只水箱串联工作的双容过程。其被控量是第二只水箱的液位2h ，输入量为1Q 与上述分析方法相同，根据物料平衡关系可以列出下列方程
为了消去双容过程的中间变量1h 、2Q 、
3Q ，将上述方程组进行拉氏变换，并画出方框
图如2.7所示。
式中：1R ——第一只水箱的时间常数，211R C T =；
2T ——第二只水箱的时间常数，322R C T =；
0K ——过程的放大系数，30R K =；
21,C C ——分别是两只水箱的容量系数。
图2.7所示为流量1Q 有一阶跃变化时，被控量2h 的响应曲线。与单容过程比较，多容过程受到扰动后，被控参数2h 的变化速度并不是一开始就最大，而是要经过一段时延之后才达到最大值。即多容过程对于扰动的响应在时间上存在时延，被称为容量时延。产生容量时延的原因主要是两个容积之间存在阻力，所以使2h 的响应时间向后推移。容量时延可用作图法求得，即通过2h 响应曲线的拐点D 作切线，与时间
过程的时间常数T 。对与无自衡能力的双容过程，可见图2.8，图中，被控量为2h ，输入量为1Q 。1Q 产生阶跃变化时，液位2h 并不立即以最大的速度变化，由于中间具有容积和阻力。2h 对扰动的响应有他、一定的时延和惯性。同上所述，所示过程的数学模型为
3 PID调节及串级控制系统
3.1 PID调节的各个环节及其调节过程
PID控制的原理和特点
工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID 控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。
（1）比例（P）控制
比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。
（2）积分（I）控制
在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（System with Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分（PI）控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。
（3）微分（D）控制
在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。
自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后（delay）组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分（PD）控制器能改善
系统在调节过程中的动态特性。
3.1.1比例控制及其调节过程
在人工调节的实践中，如果能使阀门的开度与被调参数偏差成比例的话，就有可能使输出量等于输入量，从而使被调参数趋于稳定，达到平衡状态。这种阀门开度与被调参数的偏差成比例的调节规律，称为比例调节。
比例调节规律及其特点
比例调节作用，一般用字母P 来表示。如果用一个数学式来表示比例调节作用，可写成： e K u p ?=? （3-1）
式中 u ?——调节器的输出变化值；
e ?——调节器的输入，即偏差；
p K ——比例调节器的放大倍数。
放大倍数P K 是可调的，所以比例调节器实际上是一个放大倍数可调的放大器。
比例调节作用虽然及时、作用强，但是有余差存在，被调参数不能完全回复到给定值，调节精度不高，所以有时称比例调节为“粗调”。纯比例调节只能用于干扰较小、滞后较小，而时间常数又不太小的对象。
3.1.2比例积分调节
对于工艺条件要求较高余差不允许存在的情况下，比例作用调节器不能满足要求了，克服余差的办法是引入积分调节。
因为单纯的积分作用使过程缓慢，并带来一定程度的振荡，所以积分调节很少单独使用，一般都和比例作用组合在一起，构成比例积分调节器，简称PI 调节器，其作用特性可用下式表示：
这里，表示PI 调节作用的参数有两个：比例度P 和积分时间I T 。而且比例度不仅影响比例部分，也影响积分部分，使总的输出既具有调节及时、克服偏差有力的特点，又具有克服余差的性能。
由于它是在比例调节（粗调）的基础上，有加上一个积分调节（细调），所以又称再调调节或重定调节。但是，积分时间太小，积分作用就太强，过程振荡剧烈，稳定程度低；积分时间太大，积分作用不明显，余差消除就很慢。如果把积分时间放到最大，PI 调节器就丧失了积分作用，成了一个纯比例调节器。
3.1.3比例积分微分调节
微分调节的作用主要是用来克服被调参数的容量滞后。在生产实际中，有经验的工人总是既根据偏差的大小来改变阀门的开度大小（比例作用），同时又根据偏差变化速度的大小进行调节。比如当看到偏差变化很大时，就估计到即将出现很大的偏差而过量地打开（关闭）调节阀，以克服这个预计的偏差，这种根据偏差变化速度提前采取的行动，意味着有“超前”作用，因而能比较有效地改善容量滞后比较大的调节对象的调节质量。
什么是微分调节？
微分调节是指调节器的输出变化与偏差变化速度成正比，可用数学表达式表示为：
由于实际微分器的比例度不能改变，固定为100%，微分作用也只在参数变化时才出现，所以实际微分器也不能单独使用。一般都是和其它调节作用相配合，构成比例微分或比例积分微分调节器。
PID 调节中，有三个调节参数，就是比例度P 、积分时间I T 、微分时间D T 。适当选取这三个参数值，就可以获得良好的调节质量。
由分析可知，PID 三作用调节质量最好，PI 调节第二，PD 调节有余差。纯比例调节虽然动偏差比PI 调节小，但余差大，而纯积分调节质量最差，所以一般不单独使用。
3.2 串级控制
随着现代工业生产的迅速发展，对于某些比较复杂的过程或者生产工艺、经济效益、安全运行、环境保护等要求更高的场合，单回路控制系统往往不能满足其需求。为了提高控制品质，在单回路控制方案的基础上，开发出了串级控制系统。
3.2.1串级控制系统的结构
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。结构图如图3.1所示。
前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
3.2.2串级控制系统的特点
在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。其特点有以下几点：
一、改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
二、能迅速克服进入副回路的二次扰动。
基于PLC的液位控制系统设计论文
题目：基于PLC的液位控制系统设计姓名： 学号： 系别： 专业： 年级班级： 指导教师： 2013年5月18日
毕业论文（设计）作者声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。矚慫润厲钐瘗睞枥庑赖。 本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。聞創沟燴鐺險爱氇谴净。 本毕业论文内容不涉及国家机密。 论文题目： 作者单位： 作者签名： 年月日
目录 摘要............................................................................................................. 1残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。引言............................................................................................................. 1酽锕极額閉镇桧猪訣锥。 1.研究现状分析 ................................................................................... 2彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。 1.1题研究背景、意义和目的 ...................................................... 2謀荞抟箧飆鐸怼类蒋薔。 1.2液位控制系统的发展状况 ...................................................... 3厦礴恳蹒骈時盡继價骚。 1.3课题研究的主要内容................................................................ 4茕桢广鳓鯡选块网羈泪。 2.控制方案设计 ................................................................................... 4鹅娅尽損鹌惨歷茏鴛賴。 2.1系统设计 ...................................................................................... 4籟丛妈羥为贍偾蛏练淨。 2.2单容水箱对象特性 .................................................................... 6預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。 3.硬件配置 .............................................................................................. 8渗釤呛俨匀谔鱉调硯錦。 3.1控制单元 ...................................................................................... 8铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。 3.2检测单元 ...................................................................................... 9擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。 3.3执行单元 ...................................................................................... 9贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。 4.软件设计 .............................................................................................. 9坛摶乡囂忏蒌鍥铃氈淚。 4.1STEP 7-Micro/WIN编程软件简介 ........................................ 9蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。 4.2参数设定及I/O分配 .............................................................. 10買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。 5.程序编程和系统仿真.................................................................. 12綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。 5.1程序设计 .................................................................................... 12驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。 5.2程序仿真和分析....................................................................... 13猫虿驢绘燈鮒诛髅貺庑。 6.结论....................................................................................................... 16锹籁饗迳琐筆襖鸥娅薔。参考文献................................................................................................ 17構氽頑黉碩饨荠龈话骛。附录........................................................................................................... 19輒峄陽檉簖疖網儂號泶。致谢........................................................................................................... 22尧侧閆繭絳闕绚勵蜆贅。
水箱液位控制系统设计说明
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
基于智能仪表和PLC系统的液位控制系统设计
本科生毕业论文（设计） 题目：基于智能仪表和PLC的液位控制系统设计 院系： 专业： 学生姓名： 学号： 指导教师： （职称）
摘要 微电子技术和计算机技术的不断发展，引起了仪表结构的根本性变革，以微型计算机（单片机）为主体，将计算机技术和检测技术有机结合，组成新一代“智能化仪表”，在测量过程自动化、测量数据处理及功能多样化方面与传统仪表的常规测量电路相比较，取得了巨大进展。智能仪表不仅能解决传统仪表不易或不能解决的问题，还能简化仪表电路，提高仪表的可靠性，更容易实现高精度、高性能、多功能的目的。 可编程控制器(Programmable Logic Controller---PLC)是一种应用广泛非常的自动控制装置，它将传统的继电器控制技术、计算机技术和通讯技术融为一体，具有控制能力强、操作灵活方便、可靠性高、适宜长期连续工作的特点，非常适合液位控制的要求。 本文介绍了基于智能仪表、西门子S7-300型可编程控制器（PLC）、组态软件的液位控制系统的设计方案。系统采用PID算法，实现液位的自动控制。利用组态软件设计人机界面，通过串行口和可编程控制器通信，实现控制系统的实时监控、现场数据的采集与处理。 实验证明，控制系统效果比较令人满意，具有较大的工程实用价值。 关键词：液位控制；智能仪表；可编程控制器；PID；人机界面
Abstract Nowadays intelligent measuring appliance is improving more and more quickly.It has been used in more an more place of our life.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient. Microelectronics and computer technology continues to develop, led to fundamental changes in the structure of instruments to micro-computer (single chip) as the main body, the computer technology and the organic integration of detection technology to form a new generation of "smart meters" in Measurement of process automation, measurement data processing and functional diversification of the traditional instrument, compared to conventional measuring circuit, tremendous progress has been made. PLC is a very useful control installment . It is widely used in a lot of control system in ourlives. It is the product of the computer,control,communication technology.It can make Electric circuit much easier than before.And the control can be realized much more precise and convenient.It very suits the control of water level. It will relay the traditional control technology, computer and communication technologies together with the control, and operation of flexible convenient, high reliability, suitable for continuous long-term characteristics of the work, very suitable for liquid level control requirements. This thesis mainly introduces a design of water level control system with intelligent measuring appliance,SIMATIC programmable logic controller (PLC) and configuration soft. This system adopts increment type Proportional-Integral-Differential arithmetic to realize the water level automation. For convenience to monitor the system and process data in actual time, we have designed Human Machine Interface（HMI）with configuration soft. The result of experimentation indicates that this system could run quickly, accurately and stably which accords with our aim perfectly. This system has been used widely in the temperature control system field for its low cost and high stabilization advantages.Experiment proved that the control system more satisfactory results, with more practical engineering value. Keywords: Water Level Control；Intelligent measuring appliance；PLC；PID；HMI
基于PLC的液位控制系统设计
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
PLC水箱水位控制
自动化系统集成与调试实训报告 自动化系统集成与调试 实训报告 本课程为自动化集成与调试，实际上就是让我们用PLC控制水箱打水。由于实训前接触过类似的程序与硬件，所以做起来相对简单。第一周实训，一开始长江老师让我们重新复习之前所学。我们组并没有急着开始做项目，而是认真的检查电源，传感器，变频器等硬件是否完好。然后再由徐同学与李同学完成硬件的接线，张组长则与吴同学完成程序的编写。 一、接线图： S7-300模拟量输入输出模块、S7-300数字量输入输出模块、传感器以及变频器的接线（注意：用灰色细线将变频器3号端子接PLC数字量输出端子，变频器7号端子接PLC的M端，变频器9号端子接PLC模拟量输出端子，变频器10号端子接PLC模拟量COM端；用红、蓝、黑三种粗线将水箱抽水泵和变频器的U、V、W、PE端子对应接好）。 二、项目要求： 我们所做的项目如下 （一）项目一、PLC控制变频器打水 本项目总任务是通过PLC、变频器控制水泵打水。 任务一、G110变频器参数设置及快速调试 任务二、PLC控制变频器打水的组态、编程及仿真 任务三、S7-300模拟量输出模块与接线 任务四、现场实际调试与运行
（二）项目二、水箱液位的测量 本项目总任务是通过PLC、变频器控制实现水箱液位的测量 任务一、水箱液位测量的组态、编程及仿真 任务二、现场接线 任务三、现场实际调试与运行 （三）项目三、水箱液位两位式调节 本项目总任务是通过PLC、变频器、传感器监测水位控制水泵打水，当测量值大于高限值，变频器停止，水泵停止打水；当测量值小于低限值，变频器启动，水泵打水，当测量值在高限值与低限值之间时，变频器保持原状态。 任务一、水箱液位两位式调节的组态、编程及仿真运行 任务二、水箱液位两位式调节现场实际调试与运行 （四）项目四、水箱液位PID控制 总任务是调用PID模块使变频器的频率自动调节 任务一、了解PID调节的原理 任务二、水箱液位PID控制的组态、编程及仿真 任务三、水箱液位PID控制的现场接线 任务四、箱液位PID控制的现场调试与运行 （五）项目五水箱液位的WinCC监控 通过WinCC的新建变量与PLC S7-300的程序地址的连接，达到用WinCC监控水箱水位的目的。任务一、WINCC的新建工程及项目组态 一、创建新项目 二、组态变量 任务二、创建过程画面并运行调试 第一阶段：WinCC控制变频器打水 第二阶段：两位控制 第三阶段：PID控制 第四阶段：变量记录 一、过程值归档 二、输出过程值归档 第五阶段：报警记录 一、组态报警 二、组态模拟量报警 （六）项目六、反馈控制系统 1、负反馈控制系统： 由信号正向通路和反馈通路构成闭合回路的自动控制系统，又称反馈控制系统。 反馈控制系统是基于反馈原理建立的自动控制系统。所谓反馈原理，就是根据系统输出变化的信息来进行控制，即通过比较系统行为（输出）与期望行为之间的偏差，并消除偏差以获得预期的系统性能。在反馈控制系统中，既存在由输入到输出的信号前向通路，也包含从输出端到输入端的信号反馈通
水箱自动控制系统设计原理图及程序
课程：创新与综合课程设计 电子与电气工程学院实践教学环节说明书 题目名称水箱水位自动控制装置 学院电子与电气工程学院 专业电子信息工程 班级 学号 学生姓名 起止日期13周周一~14周周五
水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。 本次课程设计思路是以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。 一、设计题及即要求 1、设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下： 2、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。 （1）水箱1 的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2 的长
×宽×高为40×30 × 40 cm（相同容积亦可）；水箱1 的放在地面，水箱2 放置高度距地0.8-1.2m。 （2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤1cm。 （3）水箱 2 中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置； （4）实时显示水箱2 中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。 3、发挥部分： （1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤0.3 cm。 （2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10 米。远程控 制器上能够同步实现超限报警显示。 （3）其他创新。 二、设计思路： 以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本
基于PLC的液位控制
摘要 本次课程设计的课题是基于PLC的水箱液位控制系统的设计。涉及到的主要内容包括：水箱的特性确定与实验曲线分析，S7-300可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和应用PLC语句编程来控制水箱水位。 关键词：S7-300西门子PLC、控制对象特性、PID控制算法、压力变送器、电动调节阀、变频器，PID指令。 目录
摘要............................................................................................................................................. I 第1章引言 . (1) 1.1 实验目的 (1) 1.2 实验原理 (1) 1.3 设计方案的确定 (2) 第2章系统硬件介绍 (2) 2.1 西门子PLC控制系统简介 (2) 2.3模拟量输入模块 (3) 2.4模拟量输出模块 (3) 2.5 电源模块 (4) 第三章系统硬件控制设计 (5) 3.1 系统设计 (5) 3.2 硬件设计 (6) 3.2.1 检测单元 (6) 3.2.2 执行单元 (7) 第四章软件设计 (8) 4.1 FC105 介绍： (8) 4.2 FC 106 介绍： (8) 4.3 FB41 介绍 (9) 4.4 软件控制流程图： (10) 第五章程序实现 (10) 5.1 step 7 软件编程： (10) 5.2程序调试与结果 (15) 5.3 过程中出现的问题与解决办法 (15) 第6章实验心得与体会 (19) 附录：程序清单 (20) 参考文献 (24)
单片机水箱水位控制系统设计
单位代码0 2 学号 分类号TH6 密级 课程设计说明书 水箱水位控制系统设计 院（系）名称机械工程学院 专业名称机械设计制造及其自动化学生姓名 指导教师 2015年10 月27 日
黄河科技学院课程设计任务书 机械工程学院机械系机械设计制造及其自动化专业12 级1 班学号1200000000 姓名指导教师 题目: 水箱水位控制系统设计 课程:单片机应用技术 课程设计时间2015 年10 月13 日至10 月27 日共 2 周课程设计工作内容与基本要求(设计要求、设计任务、工作计划、所需相关资料)（纸张不够可加页） 1. 设计要求 在高塔的内部我们设计一个简易的水位探测传感器用来探测三个水位，即低水位，正常水位，高水位。低水位时送给单片机一个高电平，驱动水泵加水，红灯亮；正常范围的水位时，水泵加水，绿灯亮；高水位时，水泵不加水，黄灯亮。 2. 设计任务与要求（完成后需提交的文件和图表等） 1〉系统硬件电路设计 根据该系统设计的功能要求选择所用元器件，设计硬件电路。要求用Proteus 绘制整个系统电路原理图。 2〉软件设计 根据该系统设计的功能要求进行软件设计，要求用VISIO软件绘制整个系统及各部分的软件流程图。并根据流程图编写程序并汇编调试通过。列出软件清单，软件清单要加以注释。 3〉Proteus仿真 用Proteus对系统软硬件进行仿真调试通过。 4〉软硬件实际调试 5〉编写设计说明书一份，内容包括任务书、设计方案分析、硬件设计部分要绘制整个系统电路原理图，对各部分电路设计原理做出说明。软件设计部分要绘制整个系统及各部分的软件流程图，并列出软件清单，软件清单要求加注释，并在各功能块前加程序功能注释。调试结果整理分析及设计调试的心得体会。3．工作计划（进程安排） 第1周基本完成软、硬件的设计（分散在教学过程中完成）。第二周2天绘
基于PLC的液位控制系统设计
题目：基于PLC的液位控制系统设计姓名：朱峰 学号：200913010027 系别：物理与电子工程系 专业：电子信息工程 年级班级：2009级1班 指导教师：郭荣艳副教授 2013年5月18日
毕业论文（设计）作者声明 本人郑重声明：所呈交的毕业论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。 本人完全了解有关保障、使用毕业论文的规定，同意学校保留并向有关毕业论文管理机构送交论文的复印件和电子版。同意省级优秀毕业论文评选机构将本毕业论文通过影印、缩印、扫描等方式进行保存、摘编或汇编；同意本论文被编入有关数据库进行检索和查阅。 本毕业论文内容不涉及国家机密。 论文题目：基于PLC的液位控制系统设计 作者单位：物理与电子工程系 作者签名：（学号：200913010027） 年月日
目录 摘要 (1) 引言 (1) 1.PLC简介与系统方案及原理 (2) 1.1液位控制系统方案 (2) 1.2系统的工作原理 (2) 2.器件的选取及其特点 (3) 2.1西门子S7-200PLC简介 (3) 2.2 NS8触摸屏简介 (4) 2.3浮球式液位变送器简介 (5) 3.硬件电路的设计 (6) 3.1 PLC与触摸屏的连接 (7) 3.2直流电动机控制电路的设计 (7) 3.3控制电路与PLC接线的设计 (8) 3.4液位传感器与PLC的连接 (9) 4.系统软件的设计 (9) 5.软件调试 (10) 6.结束语 (12) 参考文献 (12) 附录 (13) 附录1：硬件电路连接示意图 (13) 附录2：输入/输出元件及控制功能表 (14) 附录3：系统主要程序 (15) 致谢 (17)
(完整版)水位控制系统设计
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。
基于PLC水箱液位控制系统
摘要 本次毕业设计的课题是基于PLC的液位控制系统的设计。在设计中，笔者主要负责的是数学模型的建立和控制算法的设计，因此在论文中设计用到的PID算法提到得较多，PLC方面的知识较少。 本文的主要内容包括：PLC的产生和定义、过程控制的发展、水箱的特性确定与实验曲线分析， FX2系列可编程控制器的硬件掌握，PID参数的整定及各个参数的控制性能的比较，应用PID控制算法所得到的实验曲线分析，整个系统各个部分的介绍和讲解PLC的过程控制指令PID指令来控制水箱水位。 关键词：FX2系列PLC，控制对象特性，PID控制算法，扩充临界比例法，PID指令，实验。 The liquid level control system based on PLC ABSTRACT The subject of graduation design is based on PLC, liquid level control system design. In the design, the author is mainly responsible for the mathematical model and control algorithm design, so the design used in the paper referred to was more PID algorithm, PLC in less knowledge. Main contents of this article: PLC creation and definition, process control, development, and water tanks and experiment to determine the characteristics curve analysis, FX2 series PLC hardware control, PID tuning parameters and various parameters of the control performance comparison, the application PID control algorithm obtained experimental curve analysis, the entire system, introduce and explain the various parts of the PLC process control commands to control the tank level PID instruction. Keywords：FX2 series PLC, the control object characteristics, PID control algorithm, to expand the critical proportion method, PID instruction, experimental.
液位自动控制系统设计
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。
基于PLC水位控制
摘要 汽包水位是影响锅炉安全运行的一个重要参数，汽包水位过高或者过低的后果都非常严重，因此对汽包水位必须进行严格控制。PLC技术的快速发展使得PLC广泛应用于过程控制领域并极大地提高了控制系统性能，PLC已经成为当今自动控制领域不可缺少的重要设备。 本文从分析影响汽包水位的各种因素出发，重点分析了锅炉汽包水位的“假水位现象”，提出了锅炉汽包水位控制系统的三冲量控制方案。按照工程整定的方法进行了PID参数整定，并进行了仿真研究。根据控制要求和所设计的控制方案进行硬件选型以及系统的硬件设计，利用PLC编程实现控制算法进行系统的软件设计，最终完成PLC在锅炉汽包水位控制系统中应用。 关键词：汽包水位三冲量控制PLC PID控制
ABSTRACT The steam drum water level is a very important parameter for the boiler safe operation, both high and low steam drum water level may lead to extremely serious consequence; therefore it must be strictly to be controlled. With the rapid development of PLC technology, it can widely be applied to the process control domain and enhances the performance of control system enormously. PLC has already become the essential important equipment in automatic control domain. Based on the analysis of all kinds of factors which influence steam drum water level, “unreal water level phenomenon”is analyzed specially, and three impulses control plan for steam drum water level control system is proposed. PID parameters are regulated by engineering regulation method, and simulation study is done. According to the needs of control, the selection of control requirements hardware and system hardware design as well as system software design are carried out. Finally the application of PLC in boiler steam drum water control system is completed. Key words:Steam drum water level Three impulses control PLC PID control
基于PLC的变频器液位控制设计
基于PLC的变频器液位控制设计 随着电力电子技术以及工业自动控制技术的发展，使得交流变频调速系统在工业电机拖动领域得到了广泛应用。另外，由于PLC的功能强大、容易使用、高可靠性，常常被用来作为现场数据的采集和设备的控制。本设计就是利用变频器和PLC实现水池水位的控制。 变频器技术是一门综合性的技术，它建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上。它与传统的交流拖动系统相比，利用变频器对交流电动机进行调速控制，有许多优点，如节电、容易实现对现有电动机的调速控制、可以实现大X围内的高效连续调速控制、实现速度的精确控制。容易实现电动机的正反转切换，可以进行高额度的起停运转，可以进行电气制动，可以对电动机进行高速驱动。完善的保护功能:变频器保护功能很强，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别(如电网瞬时电压降低，电网缺相，直流过电压，功率模块过热，电机短路等)，并立即封锁输出电压。这种“自我保护”的功能，不仅保护了变频器，还保护了电机不易损坏。 PLC特点：第一，可靠性高、抗干扰能力强，平均故障时间为几十万小时。而且PLC采用了许多硬件和软件抗干扰措施。第二，编程简单、使用方便目前大多数PLC采用继电器控制形式的梯形图编程方式，很容易被操作人员接受。一些PLC还根据具体问题设计了如步进梯形指令等，进一步简化了编程。第三，设计安装容易，维护工作量少。第四，适用于恶劣的工业环境，采用封装的方式，适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。第五，与外部设备连接方便，采用统一接线方式的可拆装的活动端子排，提供不同的端子功能适合于多种电气规格。第六，功能完善、通用性强、体积小、能耗低、性能价格比高。 在应用PLC系统设计时，应遵循以下的基本原则，才能保证系统工作的稳定。 （1）最大限度地满足被控对象的控制要求； （2）系统结构力求简单； （3）系统工作要稳定、可靠； （4）控制系统能方便的进行功能扩展、升级； （5）人机界面友好。