液位控制系统设计说明
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 -
第１章绪论
21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，它作为自动控制中的一个核心器件在小型自动控制系统及信号采集方面已被广泛应用，技术也相对成熟，向着CMOS化、低功耗、小体积、大容量、高性能、低价格和外围电路内装化等几个方面发展趋势。单片机应用的重要意义还在于它从根本上改变了传统的控制系统设计思想和设计方法。从前必须由模拟电路或数字电路实现的大部分功能，现在已能用单片机通过软件方法来实现了。这种软件代替硬件的控制技术也称为微控制技术，是传统控制技术的一次革命。
在传统的液位控制系统中，存在着自动化程度低、调节精度差的缺点，已经不符合当今高效、低耗、低劳动强度的要求，同时会产生大量的污染。对于小型测控系统，一般可采用以单片机为核心、配以接口电路和外围设备，在编制应用程式的模式来实现。
下面将介绍一个简单的液位控制系统，可用于容器内液体存储，例工、农用蓄水池，居民社区水箱等方面。此系统采用以单片机为控制中心的技术，不仅能使控制系统具有精度高、功能强、经济性好的特点，还节约能源、利于环保。
第2章 设计方案
2.1 方案举例
方案一：液体流入容量控制方式。对输入容器的液体的管道进行监控，根据流入体积推算出容器内液体液位高度。
图2-1 液体流入容量控制系统结构框图
容量监控系统：对进入容器的液体体积进行监控。 管道控制系统：控制管道对液体的传输情况。
在液体向容器内部输入时，通过对容量的监控知道容器内的液体体积，在液体进入容器内部的体积到达目标时，控制输送液体的管道，使液流停止，最终达到目标液位。
方案二：简单的连通器控制方式。在目标容器内连接连通器，使多余的液体导入副容
图2-2 连通器控制系统结构框图
在目标液位位置给目标容器连接连通器，在观察到多余溢出的液体流入连通器内后，停止液体输送。
方案三：采用单片机技术来实现液位控制的功能。系统以AT89C51单片机为核心控制器件，它除具有灵活强大的控制功能，以便实时检测液位的传递信号、
控制液位到达
图2-3 基于单片机实现的液位控制系统结构框图
感应系统：将感应到的液位信号传递给单片机控制器。
控制指令：将控制信息传递给单片机，使液位到达预定位置。
显示系统：经过单片机辨别后，显示当前系统工作和液位位置指示灯。
电机与报警控制系统：单片机经过信息处理后，决定是否启动电机和报警
2.2 方案比较
方案一结构简单，操作方便。但是自动化程度低，精度不高，控制响应时间慢，且只能单独控制。
方案二结构简单，成本低廉。但精度不高，无法显示，浪费资源，自动化程度低。
方案三不仅结构简单，成本低廉，而且准确度高，自动化高，节省人力资源，更重要的是利用单片机控制后，由于其拥有多个引脚，在为添加功能时更改电路方便快捷，而且内部程序可以进行反复输入和擦除，在以后更改控制方法时只要更改程序内容就可以达到相对应目的，省时省力，及其节约成本。
2.3 方案确定
综合考虑以上方案的优缺点以及题目的基本要求和发挥要求，在本设计中，我采用了第三种方案，即采用单片机来实现液位控制的功能为我此次设计的方案。主控制器AT89C51单片机与MCS51系列单片机产品兼容，内部自带有4KB的Flash存储器及256KB RAM单元，不需另外扩展EEPROM及静态RAM，可以在线下载程序，易于日后的升级。
第3章硬件设计
该系统硬件设计总体思想是以单片机为控制系统，接受感应信息并进行处理后，将控
图3-1 硬件设计总体框图
控制系统：根据输入信息进行处理，并将控制数据传出。
感应系统：将感应到的液位信号传递给单片机控制器。
指示系统：经过单片机辨别后，显示当前系统工作和液位位置指示灯。
液位预选系统：将控制信息传递给单片机，使液位到达预定位置。
电机与报警控制电路：单片机经过信息处理后，决定是否启动电机和报警
3.1 控制系统
该系统控制主要为单片机控制。单片机是单片微型计算机的简称，是指集成在一个芯片上的微型计算机，它的各种功能部件，包括CPU、存储器、基本输入/输出接口电路、定时/计数器和终端系统等，都制作在一块集成芯片上，构成一个完整的微型计算机。3.1.1 AT89C51单片机
单片机实质上是一个芯片。它具有结构简单、控制功能强、可靠性高、体积小、价格低等优点，单片机技术作为计算机技术的一个重要分支，广泛的应用于工业控制、智能化仪器仪表、家用电器、电子玩具等各个领域。
ATMEL公司生产的AT89C51单片机采用高性能的静态80C51设计，并采用先进工艺制造，还带有非易失性Flash程序存储器。它是一种高性能、低功耗的8位CMOS 微处理芯片，市场应用最多。其主要特点如下：8KB Flash ROM，可以擦除1000次以上，数据保存10年。技术特点有：256字节内部RAM；电源控制模式；时钟可停止和恢复；空闲/掉电模式；6个中断源；4个中断优先级；4个8位I/O口；全双工增强型
TUAR；3个16位定时/计数器：T0、T1(标准80C51)和增加的T2（捕获和比较）；全静态工作方式：0～24MHZ；AT89C51单片机的基本结构请参见图3-2，各部分情况介绍如下：
中央处理器（CPU）：中央处理器是单片机的核心，完成运算和控制功能。AT89C51的CPU能处理8位二进制数或代码。
内部数据存储器（内部RAM）：AT89C51芯片中共有256个RAM单元，但其中后128单元被专用寄存器占用，能作为寄存器供用户使用的只是前128单元，用于存放可读写的数据。因此通常所说的内部数据存储器就是指前128单元，简称内部RAM。
内部程序存储器（内部ROM）：AT89C51共有8KB掩膜ROM，用于存放程序、原始数据或表格，因此称之为程序存储器，简称内部ROM。
定时器/计数器：AT89C51共有2个16位的定时器/计数器，以实现定时或计数功能，并以其定时或计数结果对计算机进行控制。
图3-2 AT89C51单片机结构框图
并行I/O口：AT89C51共有四个8位的I/O口（P0、P1、P2、P3），以实现数据的并行输入输出。
串行口：AT89C51单片机有一个全双工的串行口，以实现单片机和其它设备之间的串行数据传送。该串行口功能较强，既可作为全双工异步通信收发器使用，也可作为同步移位器使用。
中断控制系统：AT89C51单片机的中断功能较强，以满足控制应用的需要。AT89C51共有5个中断源，即外中断2个，定时/计数中断2个，串行中断1个。全部
中断分为高级和低级共二个优先级别。
时钟电路：AT89C51芯片的内部有时钟电路，但石英晶体和微调电容需外接。时钟电路为单片机产生时钟脉冲序列。系统允许的晶振频率一般为6MHZ 和12MHZ 。
从上述内容可以看出，AT89C51虽然是一个单片机芯片，但作为计算机应该具有的基本部件它都包括，因此实际上它已是一个简单的微型计算机系统了。 3.1.2 AT89C51的信号引脚
AT89C51是标准的40引脚双列直插式集成电路芯片，其引脚排列请参见图3-3。引脚功能见表3-1。
表3-1 AT89C51引脚功能
图3-3 MCS –51引脚
ALE ：在系统扩展时，ALE 用于控制把P0口输出的低8位地址锁存器锁存起来，以实现低位地址和数据的隔离。此外由于ALE 是以晶振六分之一的固定频率输出的正脉冲，因此可作为外部时钟或外部定时脉冲使用。
PSEN ：外部程序存储器读选通信
号。在读外部ROM 时PSEN 有效（低电平），以实现外部ROM 单元的读操作。
EA ：访问程序存储控制信号。当EA 信号为低电平时，对ROM 的读操作限定在外部
程序存储器；而当EA 信号为高电平时，则对ROM 的读操作是从内部程序存储器开始，并可延至外部程序存储器。
P1.0 1 P1.1 2 P1.2 3 P1.3 4 P1.4 5 P1.5 6 P1.6 7 P1.7 8 RST/VPD 9 RXD P3.0 10 TXD P3.1 11 INT0 P3.2 12 INT1 P3.3 13 T0 P3.4 14 T1 P3.5 15 WR P3.6 16 RD P3.7 17 XTAL2 18 XTAL1 19 VSS 20
P2.0 21
P2.1 22 P2.2 23 P2.3 24 P2.4 25 P2.5 26 P2.6 27 P2.7 28 PSEN 29 ALE/PROG 30 EA/VPP 31 P0.7 32 P0.6 33 P0.5 34 P0.4 35 P0.3
36 P0.2
37 P0.1 38 P0.0 39 VCC 40
8051
RST：复位信号。当输入的复位信号延续2个机器周期以上高电平即为有效，用以完成单片机的复位初始化操作。
XTAL1和XTAL2：外接晶体引线端。当使用芯片内部时钟时，此二引线端用于外接石英晶体和微调电容；当使用外部时钟时，用于接外部时钟脉冲信号。
VSS：地线。
VCC：+5V电源。
由于工艺及标准化等原因，芯片的引脚数目是有限制的。例如AT89C51系列把芯片引脚数目限定为40条，但单片机为实现其功能所需要的信号数目却远远超过此数，因此就需要给一些信号引脚赋以双重功能。如果把前述的信号定义为引脚第一功能的话，则根据需要再定义的信号就是它的第二功能。最常用的是P3口线的第二功能详见表3-2。
表3-2 P3口各引脚与第二功能表
3.1.3
单片机最小系统以AT89C51单片机为核心，由单片机、时钟电路、复位电路等组成如图3-4所示。主要负责各个模块的初始化工作，读取并处理时间、按键响应、显示等。
单片机的工作就是执行用户程序、指挥各部分硬件完成既定任务。单片机能够工作的最小电路还包括时钟和复位电路。
时钟电路位单片机工作提供基本始终，复位电路用于将单片机内部各电路的状态恢复到初始值。
单片机是一个负载的同步时序电路，为了保证同步工作方式的实现，电路应在唯一的时钟信号控制下严格的按时序进行工作。时钟电路用于产生单片机工作所需要的时钟信号。时钟电路是由XTAL1和XTAL2之间跨接的晶体振荡器和微调电容构成。时钟电路中晶体振荡器的频率高则系统的时钟频率就高，所以该系统采用12MHz晶振，工作周期为1us。
无论是在单片机刚开始接上电源时，还是断电后或者发生故障后都要复位。单片机复位是使CPU和系统中的其他功能部件都恢复到一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。本系统中采用的是12MHz晶振，时钟频率为12MHz，每个机器周期为1us，需要加上持续2us以上时间的高电平。
复位电路有两种形式：手动按键复位和上电复位，在本系统中采用的是手动按键复位。如图3-4所示，R1、C3和KEY1组成系统手动按键复位电路。
图3-4 单片机最小系统
3.2 感应系统
为了使单片机在液位情况不同时进行判定，从而决定工作情况，我们要给单片机
传递液位的信息。感应系统目的就是将感应到的液位的信息传递给单片机，所以需要
在容器中放置能够感应出液位情况的感应器件，此系统中我们选用浮球液位计。
浮球液位计由浮球、插杆等组成。根据排开液体体积相等原理浮于液面，当容器
的液位变化时浮球也随着上下移动，由于磁性作用，浮球液位计的弹簧受磁性吸合，
把液面位置变化成电信号，通过磁耦合作用，使传感器内电阻成线性变化，由智能转
换器将电阻变化转换成4～20mA标准电流信号，传供给控制系统可实现液位的自动
检测、控制和记录。该仪器适用于石油、化工、电力、轻工及医药等行业污水处理及
各类常压和承压容器内介质液位的测量，尤其对于地下贮槽、贮罐的液位测量最为理想。
通过浮球液位计所传出的电流信号，传递给单片机。如图3-5所示，P1.0、P1.1、
P1.2、P1.3为液位检测信号传递的接口。P1.0端口接a位，P1.1端口b位，P1.2
端口接c位，P1.3端口接d位。
图3-5 信号传递系统
3.3 指示系统
为了得知控制系统运转时的情况，我们需要给整个系统添加装置来明示，表明系统的进程、液体的位置，此系统中，采用连接指示灯来提供我们液位控制的必要的信息。如图3-6所示，P0.0、P0.1、P0.2、P0.3、P0.4端口为单片机与液位位置和单片机工作指示灯的控制和通信的数据端口。在单片机工作期间，除了表明工作进行的工作指示D5 会一直保持亮的状态，其它指示灯会为表明液位的情况相应变亮，如表3-3所示。
表3-3 指示灯情况明示表
液位情况亮状态指示
灯
液体到达a
位
D1
液体到达b
位
D1,D2 液体到达c
位
D1,D2,D3
液体到达d
位D1,D2,D3,
D4
图3-6 指示系统
3.4 液位控制系统
在液位进入容器时，为了可以控制液体在容器内液位的高度，选择P2.0、P2.1、P2.2为预定液位的控制端口，在P2.0端口、P2.1端口、P2.2端口接入三个开关分别限定液体到达a位、b位和c位，如图3-7所示。开关闭合时单片机会进行判定，然后根据程序进行液位控制，使进入容器的液体停止在相应位置。如果在单片机起动后没有开关闭合，
那么液体直到d位才会停止。
图3-7 液位控制系统
3.5 电机与报警系统
单片机在接受和判断传输进来的信息后根据程序来控制电机的运转和警报的鸣响。如图3-7，P3.0、P3.1为电机和报警器的控制端口，P3.0端口连接电机控制电路，在端口发出高电平时，会启动光耦合器，使电路中得电磁继电器闭合，导通电机电路，使电机转动将液体送入容器。其工作状态如表3-4。
图3-7 电机与报警系统图
表3-4 电动机和报警器工作状态表
液位情况
液位控制开关情
况
电动机及报警状态
未检测到液
体无开关闭合
D6亮，电动机转，警报
不响
液体到达a
位a位开关闭合
D6灭，电动机停，警报
响
无开关闭合
D6亮，电动机转，警报
不响
液体到达b
位b位开关闭合
D6灭，电动机停，警报
响
无开关闭合D6亮，电动机转，警报
第4章 软件设计
系统软件设计的程序编写内容，可以监控液位的不同位置，在液位处于不同状态传递着不同信号而由程序控制指示灯、电机及报警器的状态。系统设制了三个按键，是控制液位位置的。整个系统的软件设计均采用C 语言开发，采用查询的方式进行液位和按键状态进行扫描，确保系统的实时性。系统框图如图4-1。
图4-1 控制系统框图
4.1 延时子程序
电路中我们用的12MHz 的晶体振荡器，所以一个机器周期为1us ，为了使电路中的报警器发出正常的鸣叫声，需要一个延时子程序。内容如下：
void delay(unsigned int z)
{
unsigned int x,y; for(y=110;y>0;y--); for(x=z;x>0;x--); }
其中Z 为自定义函数，在调用时插入语句“delay(z)”即可启动延时，而其中的延时时间为 Z ×110us 。
4.2 感应系统程序
由硬件系统可知，单片机的P1端口接入的是液位的感应端，由于感应端的关系，在感应高位的端口时低端的感应器一定感应到了液位，
所以端口会由于液位上涨依次接收到
电信号，相对应得函数程序，流程及其相应程序为：
P1==0xf0 //液位无感应无信号。
P1==0xf1 // a 位有感应信号。
P1==0xf3 //a 位、b 位有感应信号。
P1==0xf7
//a 位、b 位、c 位有感应信号。
P1==0xff
//四个液位档均有感应信号。
图4-2 液位感应流程图
4.3 指示系统程序
液位和单片机工作指示灯的控制和通信的数据接入单片机的P0端口。当端口处于高电平时指示灯就会变亮，而控制端口的高低电平就是单片机和其内部的程序，当感应到液位信号后，作出对应指令。
P0.4端口的工作指示灯在单片机工作时一直都要保持亮的状态，所以我们需要P0.4一直为高电平。
P4端口的函数指令、流程及其相应程序如下：
if(P1==0xf0) // 液位指感应无信号 P0=0xf0; // 只有工作指示灯亮
if(P1==0xf1) // a 位有感应信号 P0=0xf1;
// a 位指示灯亮
if(P1==0xf3) // a 位、b 位有感应信号 P0=0xf3;
// a 位、b 位指示灯亮
if(P1==0xf7) //a 位、b 位、c 位有感应信号 P0=0xf7;
// a 位、b 位、c 位指示灯亮
if (P1==0xff) //四个液位档均有感应信号
P0=0xff; //四个液位指示灯全亮
4.4 电机和警报系统程序
单片机的P3.0、P3.1为电机和报警器的控制端口,利用程序语言将这两个端口定义出来，更为方便简单的控制，例：
sbit P30=P3^0; //电机端口，将P3.0接口定义为P30。 sbit P31=P3^1;
//报警器端口，将P3.1接口定义为P31。
相应端口为高电平时会导致电机启动，报警器鸣叫，系统流程图如下：
P30=1;
//电机指示灯D6亮，电机启动
P31=0;
//报警器不响
P30=0;
//电机指示灯D6灭，电机停
P31=1;
//报警器响
图4-4 电机和警报系统流程图
4.5 液位预选系统程序
P2.0、P2.1、P2.2为液位预选控制的数据传送端口，不同的感应端口接收到信号后，
a位控制：
if(P1==0xf1) // a位有感应信号
{
P0=0xf1; // a位指示灯亮
if(P20==0) // a位预选开关按下
{
P30=0; // 电机停
P31=1; // 报警
}
}
b位控制：
if(P1==0xf3) // a位、b位有感应信号{
P0=0xf3; // a位、b位指示灯亮
if(P21==0) // b位预选开关按下
{
P30=0; // 电机停
P31=1; // 报警
}
}
c位控制：
if(P1==0xf7) // a位、b位、c位有感应信号{
P0=0xf7; // a位、b位、c位指示灯亮
if(P22==0) // c位预选开关按下
{
P30=0; // 电机停
P31=1; // 报警
}
}
液位达到d位时，点机会自动停止，报警器鸣叫，程序如下：
if (P1==0xff) // a位、b位、c位、d位均有感应信号{
P0=0xff; // a位、b位、c位、d位水指示灯全亮{
P30=0; //电机停
P31=1; //报警
}
}
4.6 系统主流程图
系统的软件主流程图如图4-6所示。
过程控制系统课程设计报告报告实验报告
成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》 名称：单容水箱液位过程控制 班级：2011级自动化过程控制方向 姓名： 学号：
目录 前言 一．过程控制概述 (2) 二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3) 三．系统组成与工作原理 (5) （一）外部组成 (5) （二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5) （三）其它模块和功能 (8) 四．调试过程 (9) （一）P调节 (9) （二）PI调节 (10) （三）PID调节 (11) 五．心得体会 (13)
前言 现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。 首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。通过对基础训练设施的 集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、 电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。 其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。 第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
水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
一种简单实用的水位自动控制系统设计
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.
机电控制系统课程设计
JIANG SU UNIVERSITY 机电系统综合课程设计 ——模块化生产教学系统的PLC控制系统设计 学院：机械学院 班级：机械 (卓越14002) 姓名：张文飞 学号： 3140301171 指导教师：毛卫平 2017年 6月
目录 一： MPS系统的第4站PLC控制设计 (3) 1.1第四站组成及结构 (3) 1.2 气动回路图 (3) 1.3 PLC的I/O分配表，I/O接线图（1、3、6站电气线路图） (4) 1.4 顺序流程图&梯形图 (5) 1.5 触摸屏控制画面及说明，控制、信息软元件地址表 (10) 1.6 组态王控制画面及说明 (13) 二： MPS系统的两站联网PLC控制设计 (14) 2.1 PLC和PLC之间联网通信的顺序流程图（两站）&从站梯形图 (14) 2.2 通讯软元件地址表 (14) 三：调试过程中遇到的问题及解决方法 (18) 四：设计的收获和体会 (19) 五：参考文献 (20)
一：MPS系统的第4站PLC控制设计 1.1第四站组成及结构： 由吸盘机械手、上下摆臂部件、料仓换位部件、工件推出部件、真空发生器、开关电源、可编程序控制器、按钮、I/O接口板、通讯接口板、多种类型电磁阀及气缸组成，主要完成选择要安装工件的料仓，将工件从料仓中推出，将工件安装到位。 1．吸盘机械手臂机构：机械手臂、皮带传动结构真空吸嘴组成。由上下摆臂装置带动其旋转完成吸取小工件到放小工件完成组装流程的过程。 2．上下摆臂结构：由摆臂缸（直线缸）摆臂机械装置组成。将气缸直线运动转化为手臂旋转运动。带动手臂完成组装流程。 3．仓料换位机构：由机构端头换仓缸带动仓位装置实现换位（蓝、黑工件切换）。 4．推料机构：由推料缸与机械部件载料平台组成。在手臂离开时将工件推出完成上料。 5．真空发生器：当手臂在工件上方时，真空发生器通气吸盘吸气。 5．I/O接口板：将桌面上的输入与输出信号通过电缆C1与PLC的I/O相连。 6．控制面板：完成设备启动上电等操作。（具体在按钮上有标签说明）。
水塔水位控制系统课程设计报告
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
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
液位自动控制系统设计及调试
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
液位控制系统设计说明
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 -
汽包水位自动控制系统设计
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:
控制系统仿真课程设计
控制系统仿真课程设计 （2010级） 题目控制系统仿真课程设计学院自动化 专业自动化 班级 学号 学生姓名 指导教师王永忠/刘伟峰 完成日期2013年7月
控制系统仿真课程设计（一） ——锅炉汽包水位三冲量控制系统仿真1.1 设计目的 本课程设计的目的是通过对锅炉水位控制系统的Matlab仿真，掌握过程控制系统设计及仿真的一般方法，深入了解反馈控制、前馈-反馈控制、前馈-串级控制系统的性能及优缺点，实验分析控制系统参数与系统调节性能之间的关系，掌握过程控制系统参数整定的方法。 1.2 设计原理 锅炉汽包水位控制的操作变量是给水流量，目的是使汽包水位维持在给定的范围内。汽包液位过高会影响汽水分离效果，使蒸汽带水过多，若用此蒸汽推动汽轮机，会使汽轮机的喷嘴、叶片结垢，严重时可能使汽轮机发生水冲击而损坏叶片。汽包液位过低，水循环就会被破坏，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，甚至爆炸。 常见的锅炉汽水系统如图1-1所示，锅炉汽包水位受汽包中储水量及水位下汽包容积的影响，而水位下汽包容积与蒸汽负荷、蒸汽压力、炉膛热负荷等有关。影响水位变化的因素主要是锅炉蒸发量（蒸汽流量）和给水流量，锅炉汽包水位控制就是通过调节给水量，使得汽包水位在蒸汽负荷及给水流量变化的情况下能够达到稳定状态。 图1-1 锅炉汽水系统图
在给水流量及蒸汽负荷发生变化时，锅炉汽包水位会发生相应的变化，其分别对应的传递函数如下所示： （1）汽包水位在给水流量作用下的动态特性 汽包和给水可以看做单容无自衡对象，当给水增加时，一方面会使得汽包水位升高，另一方面由于给水温度比汽包内饱和水的温度低，又会使得汽包中气泡减少，导致水位降低，两方面的因素结合，在加上给水系统中省煤器等设备带来延迟，使得汽包水位的变化具有一定的滞后。因此，汽包水位在给水流量作用下，近似于一个积分环节和惯性环节相串联的无自衡系统，系统特性可以表示为 ()111()()(1)K H S G S W S s T s ==+ （1.1） （2）汽包水位在蒸汽流量扰动下的动态特性 在给水流量及炉膛热负荷不变的情况下，当蒸汽流量突然增加时，瞬间会导致汽包压力的降低，使得汽包内水的沸腾突然加剧，水中气泡迅速增加，将整个水位抬高；而当蒸汽流量突然减小时，汽包内压力会瞬间增加，使得水面下汽包的容积变小，出现水位先下降后上升的现象，上述现象称为“虚假水位”。虚假水位在大中型中高压锅炉中比较显著，会严重影响锅炉的安全运行。“虚假水位”现象属于反向特性，变化速度很快，变化幅值与蒸汽量扰动大小成正比，也与压力变化速度成正比，系统特性可以表示为 222()()()1f K K H s G s D s T s s ==-+ （1.2） 常用的锅炉水位控制方法有：单冲量控制、双冲量控制及三冲量控制。单冲量方法仅是根据汽包水位来控制进水量，显然无法克服“虚假水位”的影响。而双冲量是将蒸汽流量作为前馈量用于汽包水位的调节，构成前馈-反馈符合控制系统，可以克服“虚假水位”影响。但双冲量控制系统要求调节阀具有好的线性特性，并且不能迅速消除给水压力等扰动的影响。为此，可将给水流量信号引入，构成三冲量调节系统，如图1-2所示。图中LC 表示水位控制器（主回路），FC 表示给水流量控制器（副回路），二者构成一个串级调节系统，在实现锅炉水位控制的同时，可以快速消除给水系统扰动影响；而蒸汽流量作为前馈量用于消除“虚假水位”的影响。
单片机水位控制系统课程设计
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
液位控制系统设计
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.wendangku.net/doc/2b9857471.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
单容液位控制系统设计
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
控制系统仿真课程设计
控制系统数字仿真课程设计 1．课程设计应达到的目的 1、通过Matlab仿真熟悉课程设计的基本流程； 2、掌握控制系统的数学建模及传递函数的构造； 3、掌握控制系统性能的根轨迹分析； 4、学会分析系统的性能指标； 2．课程设计题目及要求 设计要求 1、进行系统总体设计，画出原理框图。（按给出的形式，自行构造数学模型，构造成1 个零点，三个极点的三阶系统，主导极点是一对共轭复根） G（s）=10(s+2)/(s+1)(s2+2s+6) 2、构造系统传递函数，利用MATLAB绘画系统的开环和闭环零极点图；(分别得 到闭环和开环的零极点图)参考课本P149页例题4-30 clear; num = [10,20]; den =[1 3 8 6]; pzmap(num,den) 3、利用MATLAB绘画根轨迹图，分析系统随着根轨迹增益变化的性能。并估算超 调量=16.3%时的K值（计算得到）。参考课本P149页例题4-31 clear num=[10,20]; den=[1 3 8 6]; sys=tf(num,den); rlocus(sys) hold on jjx(sys); s=jjx(sys); [k,Wcg]=imwk(sys)
set(findobj('marker','x'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); set(findobj('marker','o'),'markersize',8,'linewidth',1.5,'Color','k'); function s=jjx(sys) sys=tf(sys); num=sys.num{1}; den=sys.den{1}; p=roots(den); z=roots(num); n=length(p); m=length(z); if n>m s=(sum(p)-sum(z))/(n-m) sd=[]; if nargout<1 for i=1:n-m sd=[sd,s] end sysa=zpk([],sd,1); hold on; [r,k]=rlocus(sysa); for i=1:n-m plot(real(r(i,:)),imag(r(i,:)),'k:'); end end else disp; s=[]; end function [k,wcg]=imwk(sys) sys=tf(sys) num=sys.num{1} den=sys.den{1}; asys=allmargin(sys); wcg=asys.GMFrequency; k=asys. GainMargin;
(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。