畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開(kāi)題報(bào)告信息與電子工程系工業(yè)電氣自動(dòng)化技術(shù)專(zhuān)業(yè)03級(jí)（1）班課題名稱(chēng)：基于PLC的液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：指導(dǎo)教師：報(bào)告日期：1、文獻(xiàn)綜述“過(guò)程控制”是一門(mén)與工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程聯(lián)系十分密切的科目。隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，過(guò)程控制也在日新月異的發(fā)展。它不僅在傳統(tǒng)工業(yè)改造中，起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且正在成為新建的規(guī)模大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中不可缺少的組成部分(1)在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,液位變量是一個(gè)常見(jiàn)而廣泛的過(guò)程參數(shù)之一。液位控制裝置具有非線性、滯后、耦合等特點(diǎn),難以對(duì)其進(jìn)行精確控制.在眾多的控制算法中,模糊控制是行之有效的控制方法之一。但在模糊控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程中,存在大量繁瑣的工作,如控制器結(jié)構(gòu)的確定,隸屬函數(shù)的選取、各種規(guī)則的獲取,參數(shù)的調(diào)整等.本文利用PID模糊控制。信號(hào)處理是過(guò)程控制中的重要組成部分。步入21世紀(jì)之后,社會(huì)進(jìn)入數(shù)字化的時(shí)代,而數(shù)字信號(hào)處理器(digitalsignalprocessor)正是這場(chǎng)數(shù)字化革命的核心。數(shù)字信號(hào)處理是利用專(zhuān)用或通用數(shù)字信號(hào)處理芯片,通過(guò)數(shù)字計(jì)算的方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理與模擬信號(hào)處理相比數(shù)字信號(hào)處理具有精確,靈活,抗干擾能力強(qiáng),可靠性好和易于大規(guī)模集成等特點(diǎn)。目前，集成電路的設(shè)計(jì)由于電流模式電路技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用而獲得了新的生長(zhǎng)點(diǎn)，模擬VLSI的最新進(jìn)展使得開(kāi)發(fā)和實(shí)現(xiàn)電流模式信號(hào)處理成為可能.電流模式技術(shù)和方法對(duì)于諸如放大器、變換器、A/D和D/A、采樣數(shù)據(jù)和連續(xù)時(shí)間濾波器、自校正系統(tǒng)，編程系統(tǒng)、ANN(人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))和神經(jīng)計(jì)算機(jī)等許多問(wèn)題提供了最有吸引力的途徑，并將對(duì)微電子學(xué)與信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)與AI,控制與機(jī)器人等領(lǐng)域的發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。信號(hào)的獲取需要傳感器，適用于測(cè)液位的傳感器有很多種，主要有熱敏電阻傳感器、電容式液位傳感器、電感式液位傳感器等。它們各有特點(diǎn)，可根據(jù)液面特性選擇。模擬量輸入通道因檢測(cè)系統(tǒng)本身的特點(diǎn)、實(shí)際應(yīng)用的要求等因素的不同，可以有不同的形式。比如，對(duì)于高速系統(tǒng)，特別是需要同時(shí)得到系數(shù)眾多數(shù)據(jù)的系統(tǒng)，可采用并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)。但通道越多，成本越高，而且會(huì)使系統(tǒng)體積大，也給系統(tǒng)較準(zhǔn)帶來(lái)困難，通常采用的結(jié)構(gòu)是多路通道共享采樣/保持和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路。信號(hào)處理器的功能是對(duì)來(lái)現(xiàn)場(chǎng)的多路模擬信號(hào)濾波、隔離、電平轉(zhuǎn)換、非線性補(bǔ)償、電流電壓轉(zhuǎn)換等。多路開(kāi)關(guān)將多路信號(hào)按一定順序要求切換到放大器的輸入端。放大器是將傳感器輸出的弱信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換器所需電平。采樣保持器的作用，一是保證A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中被轉(zhuǎn)換的模擬量保持不變，以提高轉(zhuǎn)換精度；二是可將多個(gè)相關(guān)的檢測(cè)點(diǎn)在同一時(shí)刻的狀態(tài)量保持下來(lái)，以供分時(shí)轉(zhuǎn)換和處理，確保每個(gè)檢測(cè)量在時(shí)間上的一致性。若模擬輸入電壓信號(hào)變化緩慢，A/D轉(zhuǎn)換精度能夠滿足要求，則S/H可省不用。A/D將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，以使計(jì)算機(jī)能夠接收。A/D轉(zhuǎn)換器的種類(lèi)很多，按工作原理可分為比較式和積分式兩大類(lèi)。比較式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理實(shí)質(zhì)上是將被轉(zhuǎn)換的模擬量與轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。積分式A/D轉(zhuǎn)換通過(guò)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行積分，將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成中間量（時(shí)間或頻率），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。積分式A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量的平均值，它的抗干擾能力強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，但速度較慢。逐次逼近式屬于閉環(huán)比較式，速度快，準(zhǔn)確度高，應(yīng)用廣泛。積分式A/D轉(zhuǎn)換通過(guò)對(duì)被測(cè)量進(jìn)行積分，將被測(cè)量轉(zhuǎn)化成中間量（時(shí)間或頻率），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。積分式A/D轉(zhuǎn)換測(cè)量的平均值，它的抗干擾能力強(qiáng)，準(zhǔn)確度高，但速度較慢。積分式A/D轉(zhuǎn)換器可分電壓-時(shí)間（V-T）轉(zhuǎn)換式和電壓-頻率（V-F）轉(zhuǎn)換式，每一種根據(jù)轉(zhuǎn)換的特點(diǎn)又分為若干類(lèi)。模擬量輸出通道有以下兩種基本結(jié)構(gòu)（1）多通道獨(dú)立D/A轉(zhuǎn)換形式。由于目前D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般帶來(lái)數(shù)據(jù)鎖存器，所以這種連接方式的不需要采樣保持器。一旦數(shù)據(jù)送入D/A轉(zhuǎn)換器只要沒(méi)有新的數(shù)據(jù)輸入，它就保持原來(lái)的輸出值。這種結(jié)構(gòu)的組成包括I/O接口、D/A轉(zhuǎn)換器、隔離級(jí)、輸出級(jí)、執(zhí)行器。多通道獨(dú)立D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠、精度高且各個(gè)通道互相獨(dú)立而互不影響。缺點(diǎn)是使用較多D/A轉(zhuǎn)換器，投資較高。工業(yè)控制中多采用此種形式。（2）多通道共享D/A轉(zhuǎn)換形式。這種形式由于D/A轉(zhuǎn)換器是共用的，所以每一個(gè)模擬量輸出通道都需要一個(gè)采樣保持器S/H,采樣保持器的作用是將D/A轉(zhuǎn)換器輸出的離散模擬量轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器件能接受的連接信號(hào)，即把上一時(shí)輸出的采樣值保持到下一次輸出。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器。由于公用一個(gè)D/A，在CPU控制下分時(shí)工作，D/A轉(zhuǎn)換器依次把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)給各路輸出采樣保持器，而保持器不能長(zhǎng)久保持信號(hào)不變，因此這種結(jié)構(gòu)精度較差，只適用轉(zhuǎn)換數(shù)字要求不高、通路較多的情況。D/A轉(zhuǎn)換器中包含由電阻（或電容）和開(kāi)關(guān)組成的網(wǎng)絡(luò)。模擬參考電壓在網(wǎng)絡(luò)的輸入端。被轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)中開(kāi)關(guān)的閉合，改變網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)輸出與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬電流或電壓。這樣就實(shí)現(xiàn)了數(shù)-模轉(zhuǎn)換。DAC的種類(lèi)很多，絕大多數(shù)DAC都為電流輸出，有的兼有電流和電壓輸出；輸出模擬量和輸入數(shù)字量之間的函數(shù)關(guān)系既有線性的，也有非線性的；數(shù)字信號(hào)輸入方式有并行的，也有串行的；多數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器既可對(duì)普通二進(jìn)制數(shù)碼進(jìn)行單極性轉(zhuǎn)換，又可以通過(guò)改變外部接線，對(duì)補(bǔ)碼、反碼、偏移二進(jìn)制碼或符號(hào)-數(shù)值碼進(jìn)行雙級(jí)性轉(zhuǎn)換。實(shí)際產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)不一定包括圖中所有部分，但虛線中的部分則應(yīng)是必備的。2、研究?jī)?nèi)容基于PLC的液位控制系統(tǒng)在實(shí)際的生產(chǎn)應(yīng)用中非常廣泛。本項(xiàng)目要使用浙大中控設(shè)計(jì)生產(chǎn)的AE2000A型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)、AE2000A型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)儀表控制臺(tái)和西門(mén)子PLC（S7-300系列）控制系統(tǒng)等。本項(xiàng)目要求學(xué)生以PLC為核心，整定液位系統(tǒng)的PID控制參數(shù)，并應(yīng)用PLC語(yǔ)句編程來(lái)控制液位的高度。S7-300PLC系列是緊湊型可編程序控制器，設(shè)計(jì)要求給出PLC液位控制系統(tǒng)的梯形圖和程序，這就要求學(xué)生在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成PID參數(shù)的計(jì)算和PLC系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，最后要求給出一套設(shè)計(jì)圖和設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。3、初步方案這里采用的是水箱液位的PID調(diào)節(jié)，有兩級(jí)水箱?？刂埔粋€(gè)水箱的是單回路反饋PID控制。單回路系統(tǒng)是指在一個(gè)調(diào)節(jié)對(duì)象上用一個(gè)PID調(diào)節(jié)器來(lái)保持參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個(gè)測(cè)量信號(hào)，其輸出也只控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。兩個(gè)水箱的液位通過(guò)串級(jí)反饋回路來(lái)控制。系統(tǒng)具體裝置如下圖所示。系統(tǒng)運(yùn)行前要把需要控制液位的水箱水路上的手動(dòng)閥門(mén)全部打開(kāi)，打開(kāi)水箱的出水閥至適當(dāng)位置。系統(tǒng)通過(guò)PLC控制液位的高度，實(shí)現(xiàn)方法是，通過(guò)液位傳感器把檢測(cè)到的信號(hào)變成相應(yīng)的電信號(hào)傳到PLC的模擬量輸入通道中，由PLC經(jīng)過(guò)PID算法計(jì)算得出輸出信號(hào)，經(jīng)過(guò)信號(hào)處理輸出到執(zhí)行器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中控制閥門(mén)的開(kāi)度，使液位達(dá)到指定的高度，這個(gè)過(guò)程需要一定的時(shí)間。輸出的信號(hào)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度成正比?？刂埔x擇控制參數(shù)，合適的控制參數(shù)可以帶來(lái)滿意的控制效果，反之，控制器參數(shù)選擇不合適，則會(huì)使控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期效果。所以PID參數(shù)的選擇是很重要的，要很好地去整定。系統(tǒng)可以設(shè)定比例、積分、微分的參數(shù)，觀察控制