用PLC實(shí)現(xiàn)分段液位的控制（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）

用PLC實(shí)現(xiàn)分段液位的控制用PLC實(shí)現(xiàn)分段液位的控制（完整版）實(shí)用資料(可以直接使用，可編輯完整版實(shí)用資料，歡迎下載）來源：plc100The

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PLC

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Control

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Multiplex

Liquid

Level摘要：本文主要介紹如何使用PLC實(shí)現(xiàn)多段液位的設(shè)定、顯示、報(bào)警和液位的自動控制。關(guān)鍵詞：

PLC

液位

監(jiān)控

在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對貯槽、貯罐、水池等容器中的液位進(jìn)行監(jiān)控，以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高，目前已有許多企業(yè)采用先進(jìn)控制器對傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器（PLC）對液位進(jìn)行監(jiān)控的一種方法，其電路結(jié)構(gòu)簡單，投資少（可利用原有設(shè)施改造），監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)，適用于多段液位監(jiān)控場合。1．控制要求控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要將液位分為多段來設(shè)定，并分段顯示，當(dāng)液位為最低限時自動啟動料泵加液，液位到達(dá)設(shè)定值時發(fā)出聲光報(bào)警，并停泵；操作人員可通過確認(rèn)按鈕解除音響報(bào)警信號，閃爍燈光轉(zhuǎn)平光；系統(tǒng)具有手動/自動兩種控制方式，并設(shè)有試驗(yàn)功能。2．PLC選型目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進(jìn)的多種系列PLC，國內(nèi)也有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種PLC，故PLC系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價(jià)格懸殊。在此情況下，PLC的選擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價(jià)格比，選擇可靠性高，功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC。本文介紹以四段液位控制對象為例，據(jù)對多種因素的分析比較及監(jiān)控系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選用日本立石（OMRON）公司C20P型PLC。3．系統(tǒng)硬件配置為實(shí)現(xiàn)液位的手動/自動控制，需要輸入口12點(diǎn)，輸出口8點(diǎn)，選用C20P20點(diǎn)I/O單元的PLC，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負(fù)載能力強(qiáng)；液位檢測采用干簧管傳感器，手動/自動轉(zhuǎn)換、運(yùn)行/試驗(yàn)轉(zhuǎn)換和液位設(shè)定采用雙位旋鈕，手動啟泵、停泵和確認(rèn)、試驗(yàn)采用常開按鈕；輸出選用電子音響報(bào)警器和24V直流指示燈、繼電器。參見圖一系統(tǒng)硬件配置圖。

圖一

系統(tǒng)硬件配置圖

為節(jié)省輸入口數(shù)量，節(jié)省投資，本系統(tǒng)運(yùn)行/試驗(yàn)功能的轉(zhuǎn)換采用了對I/O模塊接線的優(yōu)化，使PLC輸入模塊中1個輸入節(jié)點(diǎn)起到2個輸入節(jié)點(diǎn)的作用，完成PLC工作在兩種方式下的I/O功能。參見圖二I/O模塊接線的優(yōu)化。

圖二

I/O模塊接線的優(yōu)化

系統(tǒng)正常運(yùn)行時，運(yùn)行/試驗(yàn)轉(zhuǎn)換旋鈕S接通1-3接點(diǎn)，各試驗(yàn)按鈕不起作用，液位信號由各干簧管傳感器傳輸給PLC；系統(tǒng)處于試驗(yàn)狀態(tài)時，S接通1-2接點(diǎn)，各傳感器輸入信號不起作用，此時可用各試驗(yàn)按鈕模擬各段液位信號傳輸給PLC。兩種控制方式下的兩個信號共用一個輸入節(jié)點(diǎn)，成倍提高I/O端口的利用率，節(jié)省I/O點(diǎn)數(shù)。4．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)4．1

控制程序流程圖

圖三

系統(tǒng)流程圖

4．2

編程說明

=1\*GB3①本系統(tǒng)為液位的雙位控制系統(tǒng)。液位可分四段設(shè)定和顯示，在最低液位時自動啟泵，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時自動停泵。

=2\*GB3②采用IL/ILC分支指令，通過0008旋鈕實(shí)現(xiàn)手動/自動兩種功能的選擇，當(dāng)0008旋鈕閉合時，自動指示燈亮，系統(tǒng)執(zhí)行IL/ILC分支內(nèi)程序，完成自動監(jiān)控；當(dāng)0008旋鈕打開時，手動指示燈亮，系統(tǒng)執(zhí)行分支外程序，通過0010、0011旋鈕實(shí)現(xiàn)手動啟泵、停泵。

=3\*GB3③液位由0004~0007旋鈕分最低、較低、較高、最高四段設(shè)定，系統(tǒng)設(shè)置由低到高的優(yōu)先權(quán)，即當(dāng)多個設(shè)定旋鈕同時閉合時，低液位設(shè)定優(yōu)先。

=4\*GB3④采用干簧管檢測液位時，當(dāng)液位到達(dá)檢測點(diǎn)時其觸點(diǎn)閉合，指示燈點(diǎn)亮；液位離開檢測點(diǎn)時其觸點(diǎn)打開，為保證相應(yīng)測量段指示燈不立即熄滅及不受液位波動的影響，每段指示燈的控制均采用KEEP保持指令，只有當(dāng)液位上升或下降到相鄰段時指示燈才熄滅。

=5\*GB3⑤當(dāng)液位到達(dá)檢測點(diǎn)時，液位指示燈閃爍，燈光閃爍因子采用內(nèi)部閃爍內(nèi)標(biāo)1902，以1S為周期閃爍；若液位到達(dá)設(shè)定值時，自動停泵，并設(shè)置電子音響報(bào)警，報(bào)警聲設(shè)計(jì)為響3S停2S，循環(huán)30S后自停，或在30S內(nèi)按0009確認(rèn)按鈕停音響，指示燈傳平光。電子音響報(bào)警和泵的啟停同樣考慮液位的波動影響，設(shè)計(jì)時采用KEEP保持指令和DIFU微分指令聯(lián)合使用。

=6\*GB3⑥首次開車時，液位低于或高于最低液位時，需先手動啟泵，再切換成自動運(yùn)行；或先進(jìn)入試驗(yàn)方式，按最低液位試驗(yàn)按鈕啟動料泵，再進(jìn)入自動運(yùn)行方式。4．3

PLC梯形圖

圖四

PLC梯形圖

參考文獻(xiàn)：1.OMRON可編程序控制器操作手冊水箱水位模糊控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)一．在MATLAB命令窗口中輸入sltank，便可打開如圖所示的模型窗口。圖1sltank仿真圖（1）打開MATLAB，輸入指令fuzzy，打開模糊邏輯工具箱的圖形用戶界面窗口，新建一個Mamdani模糊推理系統(tǒng)。（2）增加一個輸入變量，將輸入變量命名為水位誤差、誤差變化，將輸出變量命名為閥門開關(guān)速度。這樣就建立了一個兩輸入單輸出的模糊推理系統(tǒng)，保存為shuiwei1。圖2增加一個輸入變量（3）設(shè)計(jì)模糊化模塊；設(shè)水位誤差level的論域?yàn)閇2.953.05],誤差變化率rate的論域?yàn)閇-0.20.2]；兩個輸入量的模糊集為level設(shè)為為7個，rate設(shè)為5個：其中水位誤差level定為NB、NM、NS、ZE、PS、PM、PB；參數(shù)分別為[0.012.95]、[0.012.97],[0.012.99]、[0.013]、[0.013.01]、[0.013.03]、[0.013.05]，隸屬度均為高斯函數(shù)；圖3輸入量level的參數(shù)設(shè)定誤差變化率rate分別為負(fù)大，負(fù)小，不變，正小，正大。參數(shù)分別為，[0.03-0.2]、[0.03-0.1]、[0.030]、[0.030.1]、[0.03-0.2]，隸屬度函數(shù)均為高斯函數(shù)。圖4誤差變化率rate的參數(shù)設(shè)定閥門的開關(guān)速度設(shè)為七個等級：快關(guān)，中關(guān)，慢關(guān)，不動，慢開，中開，快開,其論域?yàn)閇2.953.05]。參數(shù)分別為；[2.942.952.96]、[2.9652.972.975]、[2.992.992.995]、[2.99933.001]、[3.0053.013.015]、[3.023.033.035]、[3.043.053.06]，隸屬函數(shù)為三角形函數(shù)。圖5輸出量valve的參數(shù)設(shè)定（4）設(shè)計(jì)模糊規(guī)則打開RuelEditor窗口，通過選擇添加模糊規(guī)則；1）If(levelisNBand(rateis負(fù)大then(valveis快關(guān)(12）If(levelisNBand(rateis負(fù)小then(valveis快關(guān)(13）If(levelisNBand(rateis不變then(valveis快關(guān)(14）If(levelisNBand(rateis正小then(valveis中關(guān)(15）If(levelisNBand(rateis正大then(valveis不動(16）If(levelisNMand(rateis負(fù)大then(valveis快關(guān)(17）If(levelisNMand(rateis負(fù)小then(valveis快關(guān)(18）If(levelisNMand(rateis不變then(valveis快關(guān)(19）If(levelisNMand(rateis正小then(valveis中關(guān)(110）If(levelisNMand(rateis正大then(valveis不動(111）If(levelisNSand(rateis負(fù)大then(valveis中關(guān)(112）If(levelisNSand(rateis負(fù)小then(valveis中關(guān)(113）If(levelisNSand(rateis不變then(valveis中關(guān)(114）If(levelisNSand(rateis正小then(valveis不動(115）If(levelisNSand(rateis正大then(valveis慢開(116）If(levelisZEand(rateis負(fù)大then(valveis中關(guān)(117）If(levelisZEand(rateis負(fù)小then(valveis慢關(guān)(118）If(levelisZEand(rateis不變then(valveis不動(119）If(levelisZEand(rateis正小then(valveis慢開(120）If(levelisZEand(rateis正大then(valveis中開(121）If(levelisPSand(rateis負(fù)大then(valveis慢關(guān)(122）If(levelisPSand(rateis負(fù)小then(valveis不動(123）If(levelisPSand(rateis不變then(valveis中開(124）If(levelisPSand(rateis正小then(valveis中開(125）If(levelisPSand(rateis正大then(valveis中開(126）If(levelisPMand(rateis負(fù)大then(valveis不動(127）If(levelisPMand(rateis負(fù)小then(valveis中開(128）If(levelisPMand(rateis不變then(valveis快開(129）If(levelisPMand(rateis正小then(valveis快開(130）If(levelisPMand(rateis正大then(valveis快開(131）If(levelisPBand(rateis負(fù)大then(valveis不動(132）If(levelisPBand(rateis負(fù)小then(valveis中開(133）If(levelisPBand(rateis不變then(valveis快開(134）If(levelisPBand(rateis正小then(valveis快開(135）If(levelisPBand(rateis正大then(valveis快開(1這35條模糊控制規(guī)則的權(quán)重都為1.圖6模糊控制規(guī)則的設(shè)定(5利用編輯器的File/SavetoWorkspace,將當(dāng)前的模糊推理系統(tǒng)，以shuiwei1保存到工作空間中。(6在如圖1所示的Simulink仿真系統(tǒng)中，打開FuzzyLogicController模糊邏輯控制器模塊對話框，在其FISFileorStructure參數(shù)對話框中輸入：shuiwei1。(7在如圖1所示的Simulink系統(tǒng)中，打開仿真參數(shù)設(shè)置窗口，正確設(shè)置仿真參數(shù)后，啟動仿真便可看到水位變化曲線。圖7水位變化曲線通過曲面觀察器也可以清晰的看見水箱液位模糊推理的輸入輸出關(guān)系。圖8SurfaceViewer總結(jié)：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，智能控制技術(shù)必會日趨完善，并且能夠在多領(lǐng)域應(yīng)用。飼料稱量和自動包裝中的PLC控制吳文君(湖南工業(yè)大學(xué),株洲412021摘要:飼料質(zhì)量計(jì)量和自動包裝是飼料工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)機(jī)械杠桿的稱重方法造成較大的機(jī)械誤差,影響稱量的速度和精度。介紹了應(yīng)用PLC作為動態(tài)稱量包裝測控設(shè)備,在硬件和軟件設(shè)計(jì)中采用了一些措施和動態(tài)控制方法,較好地解決了稱量速度與精度的矛盾,產(chǎn)中動態(tài)稱量計(jì)量的速度和精度的控制。關(guān)鍵詞:自動包裝系統(tǒng);稱量;動態(tài)誤差中圖分類號:S81819文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A-(03-03收稿日期:2006Ο04Ο13作者簡介:吳文君(1968-,女,湖南邵陽人,湖南工業(yè)大學(xué)講師,主要從事電子信息和自動化的教學(xué)和研究。PLCContandAutomaticPackagingWUWenΟjunHunanUniversityofTechnology,Zhuzhou412021,ChinaAbstract:Feedweightmeasurementandautomaticpackagingisimportantinfeedproduction.Tradi2tionalmechanicalleverweighingmethodscancauseamechanicalerror,thusdecreasethespeedandpreci2sion.DynamicpackagingmonitoringequipmentwithPLCcontrolwasintroducedwithitshardwareandsoft2waredesign.Continuousfeedproductiondynamicsweighingmeasurementwasachievedwiththismethodwhichprovidehigherspeedandbetterprecision.Keywords:automaticpackagingsystem;weighing;dynamicerror飼料質(zhì)量計(jì)量和自動包裝是飼料工業(yè)的重要生產(chǎn)環(huán)節(jié)。飼料稱量和自動包裝的準(zhǔn)確與否將直接影響到企業(yè)的信譽(yù)和經(jīng)濟(jì)效益。過去采用機(jī)械稱量、人工裝袋,勞動強(qiáng)度大、速度慢、精度低。近幾年,采用電子稱量裝置雖然可使其靜態(tài)稱量精度大大提高,但在飼料加工連續(xù)生產(chǎn)過程中,其動態(tài)精度仍不能保證。因此,在快速自動稱量中如何提高動態(tài)稱量精度,一直是飼料加工企業(yè)急需解決的難題。筆者在對一家飼料公司設(shè)備進(jìn)行飼料自動化改造中,應(yīng)用PLC作為動態(tài)稱量包裝測控設(shè)備,在硬件和軟件設(shè)計(jì)中采用了一些措施和動態(tài)控制方法,較好地解決了稱量速度與精度的矛盾,實(shí)現(xiàn)了飼料連續(xù)生產(chǎn)中動態(tài)稱量計(jì)量的精度。1系統(tǒng)總體框圖及工作原理用稱量傳感器、放大器和PLC組成測控系統(tǒng)來完成飼料的稱量、計(jì)量、包裝的生產(chǎn)工藝過程,見圖1。該系統(tǒng)以PLC為核心,配以稱重傳感器、放大器、各種電動執(zhí)行器和機(jī)械裝置,實(shí)現(xiàn)飼料的動態(tài)在線稱量計(jì)量和包裝工作[1]。稱斗的上方是成品倉,該倉中的原料是來至飼料混合工序生產(chǎn)的飼料散狀成品料。成品倉下是一臺電動機(jī)驅(qū)動的螺旋圖1定量稱量和自動包裝系統(tǒng)組成框圖Fig.1Compositiondiagramofquantitativeweighingandpackagingsystem進(jìn)料裝置,啟動電動機(jī),則該成品倉中的粉狀飼料就隨著傳輸絞籠的旋轉(zhuǎn)而進(jìn)入稱斗中稱量。稱斗上裝有二個S梁式應(yīng)變式拉力傳感器,稱斗的質(zhì)量信號直接由該傳感器組轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的電壓信號,經(jīng)放大器把該電壓信號放大后送入PLC模擬量模塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,當(dāng)達(dá)到預(yù)定值時,PLC控制停止下78吳文君飼料稱量和自動包裝中的PLC控制料,然后PLC控制開稱斗門,并控制打包機(jī)自動裝袋后由傳送帶送出。于是,就完成了飼料稱量打包的自動化過程[2]。系統(tǒng)采用二級給料方式。粗給料流量大,用短時間加入額定重量的90%~95%。細(xì)給料流量小,為額定重量的5%~10%。這樣即可保證速度,又可保證精度。工作流程見圖2。2Fig.2Workflowchart在每個稱量循環(huán)中,關(guān)稱斗后測皮的質(zhì)量,以消除由于物料的粘附引起的稱量誤差;停機(jī)時設(shè)置處理功能,保證停機(jī)排空稱斗內(nèi)物料。一方面可保證下次開機(jī)時稱斗無料,且避免了物料較長時間停留在稱斗內(nèi)吸濕而凝結(jié)在稱斗壁上,細(xì)加料信號設(shè)置后,待其穩(wěn)定,然后進(jìn)行實(shí)測,得到誤差,以使下一個循環(huán)進(jìn)行補(bǔ)償校正[3]。系統(tǒng)功能為:(1對裝袋質(zhì)量實(shí)現(xiàn)自動控制,其設(shè)定值可由編程器設(shè)置;(2對每次放料后稱斗的皮重進(jìn)行檢測修正;(3對稱量誤差進(jìn)行自動補(bǔ)償;(4實(shí)現(xiàn)自動包裝;(5故障檢測、報(bào)警。系統(tǒng)質(zhì)量設(shè)定值為:50.00kg,動態(tài)誤差為:+0.5kg,包裝速度:4~6袋/min。2系統(tǒng)主要組成2.1稱量傳感器目前,在稱質(zhì)技術(shù)領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用電阻應(yīng)變式傳感器,分為金屬絲電阻應(yīng)變式和半導(dǎo)體應(yīng)變式2種[4]。前者具有精度高、溫度影響小、線度和重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn),但價(jià)格較高,輸出靈敏度低;后者性能與前者相反,在精度和溫度特性方面較前者差一個數(shù)量級,而輸出靈敏度比前者高一個數(shù)量級,價(jià)格為前者的一半。根據(jù)實(shí)際控制要求和工作環(huán)境,選用T-BX型半導(dǎo)體應(yīng)變式傳感器,該傳感器為S型結(jié)構(gòu),拉壓兩壓,系統(tǒng)中選用兩個傳感器,采用串聯(lián)方法。2.2控制器為實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確計(jì)量,本系統(tǒng)除開關(guān)量控制外,還需要較高分辨率的模擬量通道,綜合比較各種產(chǎn)品后,選用了西門子S7-200(CPU224小型PLC外加擴(kuò)展模塊構(gòu)成系統(tǒng)控制器[5]。系統(tǒng)中開關(guān)量輸入信號有啟動按鍵、停機(jī)鍵、斗門狀態(tài)、夾袋夾緊和氣源壓力開關(guān)等檢測信號;開關(guān)量輸出有粗細(xì)進(jìn)料氣缸、放料氣缸、夾袋氣缸等控制信號和一些顯示、報(bào)警輸出信號。模擬量輸入模塊EM231接收傳感器質(zhì)量輸入信號,其中稱量斗門關(guān)閉和夾袋夾緊檢測用接近開關(guān),緩沖料門、稱重斗門和夾袋由電磁閥帶動氣缸來控制[6]。控制系統(tǒng)部分I/O接線圖見圖3,主要輸入輸出地址分配如下:啟動按鍵輸入SB0I0.0輸入I0.1S2I0.3SI.4粗進(jìn)料控制輸出YV1Q0.0細(xì)進(jìn)料控制輸出YV2Q0.1卸料控制輸出YV3Q0.2夾袋控制輸出YV4Q0.3進(jìn)料絞籠電機(jī)控制KM1Q0.4皮帶運(yùn)輸機(jī)控制KM2Q0.5氣泵電動機(jī)KM3Q0.5稱量完畢顯示Q0.7運(yùn)行輸出標(biāo)志Q1.0報(bào)警輸出信號Q1.1圖3PLCI/O接線圖Fig.3PLCI/Owiringdiagram2.3影響系統(tǒng)靈敏度的因素及解決辦法影響系統(tǒng)靈敏度的主要因素是檢測電路的內(nèi)部噪聲和外88包裝工程PACKAGINGENGINEERINGVol.27No.32006.06部干擾電壓Un,它與放大器所工作的頻帶相關(guān)。在研制中,通過選擇低噪聲器件,在滿足采集速度所需足夠?qū)挼念l帶的前提下,通過選配電阻來提高放大電路本身的共模抑制能力,整個檢測系統(tǒng)采用雙層屏蔽,采樣時間定為工頻周期整數(shù)倍等項(xiàng)措施,使整個系統(tǒng)獲得了能分辨5g質(zhì)量的靈敏度。2.4影響準(zhǔn)確度的主要因素及解決辦法影響準(zhǔn)確度的主要因素是整個檢測系統(tǒng)的非線性和漂移ΔUi。其中系統(tǒng)的非線性,在選配元器件校正的基礎(chǔ)上,采用了軟件修正[而對于隨溫度和時間產(chǎn)生的漂移電壓ΔUi,主要采用元器件的老化、測試與分選工藝,篩選掉漂移電壓大的,然后選配溫度系數(shù)進(jìn)行補(bǔ)償,使整個系統(tǒng)的靜態(tài)精度達(dá)到了0.07%,為實(shí)現(xiàn)動態(tài)稱量精度奠定了基礎(chǔ)。3結(jié)語采用PLC,、計(jì)量準(zhǔn)確、工作可靠,,滿足了在線快速動態(tài)質(zhì)量計(jì)量的要求,對水泥、食鹽、面粉等的稱量包裝有借鑒作用和推廣價(jià)值。另外原系統(tǒng)上加裝一些I/O模塊,還可以實(shí)現(xiàn)其它設(shè)備的進(jìn)一步控制。參考文獻(xiàn):[1]劉乘,李曉明.PLC在包裝機(jī)械上的應(yīng)用[J].包裝工程,2004,25(2:50-511[2]陳艷.混和式定量原理在包裝機(jī)中的應(yīng)用[J].糧食加工與食品機(jī)械,1999,23(2:22-231[3]王欣,秦斌,等.S7-200plc的應(yīng)用[J,(181[4]..化學(xué)分析計(jì)量[J],(4:-1[5](1西門子S7-200參考手冊[K]1(余不[6]林敏.S7-200PLC在水泥袋裝秤重計(jì)量系統(tǒng)中的應(yīng)用.電氣自動化[J].2002,9(5:43-451(上接第86頁圖3基于不同顏色空間彩色藥片分割結(jié)果Fig.3Imagesegmentationresultsbasedondifferentcolorspaces4結(jié)語因?yàn)闆]有一種經(jīng)典顏色空間適用于各種不同圖像分割,本文提出了一種建立新的混合顏色空間方法,它從經(jīng)典顏色空間分量中挑選出對某種圖像有相關(guān)性小且辨識能力好的顏色分量組成。在藥片泡罩包裝檢測系統(tǒng)中,基于混合顏色空間圖像分割結(jié)果比其它經(jīng)典空間好,該方法邊緣定位精度高,有效的克服了寬邊沿的問題。今后還因進(jìn)一步提高底板壓紋缺陷的識別精度。參考文獻(xiàn):[1]蔡葉菁,彭濤,何靜,等.機(jī)器視覺在包裝檢測過程中的應(yīng)用研究[J].包裝工程,2003,24(2:45-48.[2]郭凌華.對標(biāo)準(zhǔn)色度學(xué)系統(tǒng)顏色空間的理解[J].包裝工程,2003,24(2:13-16.[3]彭濤,蔡葉菁,何靜,等.鋁塑泡罩包裝機(jī)器視覺在線檢測系統(tǒng)[J].包裝工程,2002,23(6:154-155.[4]TIMOTHYS.Newman1ASurveyofAutomatedVisualInspection[J].ComputerVisionandImageUnderstanding,1995,(61:231-2621[5]CHENGHD,JIANGXH1ColorImageSegmentation:AdvancesandProspects[J].PatternRecognition,2001,(34:2259-22811[6]JOMEDerganc1Real-TimeAutomatedVisualInspectionofColorTabletsinPharmaceuticalBlisters[J].Real-TimeImaging,2003,(9:113-1241[7]NICOLASVandenbroucke1ColorImageSegmentationbyPixelClassi2ficationinanAdaptedHybridColorSpace.Applicationtosoccerim2ageanalysis[J].ComputerVisionandImageUnderstanding,2003,(9:190-2161[8]TOPIMaenpaa1ClassificationWithColorandTexture:JointlyorSeparately[J].PatternRecognition,2004,(37:1629-1640198吳文君飼料稱量和自動包裝中的PLC控制施耐德TwidoPLC在短纖倍捻機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用1.概述短纖倍捻機(jī)作為一種加捻設(shè)備，實(shí)現(xiàn)一轉(zhuǎn)兩捻，效率比傳統(tǒng)捻線機(jī)成倍提高，卷裝容量增大，加捻質(zhì)量大幅度提高，主要具有以下特點(diǎn)：高品質(zhì)錠子在高速運(yùn)轉(zhuǎn)下的持久穩(wěn)定性；二級傳動機(jī)構(gòu)，使受力更合理，加捻范圍更廣；油浴式齒輪箱，特殊的導(dǎo)紗曲線，使卷繞成形良好；卷繞張力可以在超喂羅拉上任意調(diào)節(jié)，因此也適用于染色用松馳柔軟的卷繞。本文著重介紹施耐德TwidoPLC在短纖倍捻機(jī)控制系統(tǒng)中的應(yīng)用。2．工藝短纖倍捻機(jī)主要分為卷繞，恒動和錠子三個部分，如下圖捻度計(jì)算公式：捻度=2*V錠子角速度/V紗線線速度通過保證錠子角速度和紗線線速度的恒定來保證捻度的恒定。因此，主要控制對象為卷繞和恒動部分。3．系統(tǒng)(1)系統(tǒng)配置本系統(tǒng)采用施耐德全套專業(yè)解決方案，主要由以下幾個部分構(gòu)成：PLC本體TWDLMDA20DRT＋模擬量輸出模塊TWDAMO1HT＋變頻器ATV31＋四行文本屏TSX08Ｈ04M。a)可編程序邏輯控制器（PLC）型號：TWDLMDA20DRT；CPU模塊，DC24V供電，12點(diǎn)DC輸入，2點(diǎn)晶體管輸出，6點(diǎn)繼電器輸出，自帶2路高速計(jì)數(shù)（20KHz），最大可擴(kuò)展7個擴(kuò)展模塊，并支持雙字和浮點(diǎn)運(yùn)算。本模塊在系統(tǒng)中擔(dān)任重要的控制角色，用于控制各種動作，PID運(yùn)算和參數(shù)計(jì)算等等。b)模擬量輸出模塊型號：TWDAMO1HT；模擬量輸出模塊，1路/模塊，12位精度。用于變頻器頻率給定。c)人機(jī)界面型號：TSX08H02MK；2行中文圖形顯示器，帶運(yùn)行電纜。用于參數(shù)設(shè)定，顯示，故障報(bào)警。變頻器ATV31，用于控制控制錠子電機(jī)和卷繞電機(jī)。(2)控制原理控制對象：捻度實(shí)現(xiàn)：錠子電機(jī)和卷繞電機(jī)的同步控制錠子電機(jī)速度檢測卷繞電機(jī)速度檢測(3)控制方法實(shí)線1：錠子轉(zhuǎn)速給定實(shí)線2：卷繞轉(zhuǎn)速給定虛線3：根據(jù)錠子轉(zhuǎn)速計(jì)算出的卷繞轉(zhuǎn)速如上圖所示，系統(tǒng)在啟動，運(yùn)行和停止三個過程，錠子速度和卷繞速度嚴(yán)格保持同步，這樣，有效的保證捻度誤差在最小范圍內(nèi)。4.結(jié)束語本系統(tǒng)性能穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，錠子轉(zhuǎn)速可以開到3000－15000轉(zhuǎn)，捻度設(shè)定范圍90－2300，實(shí)際捻度誤差在±3%以內(nèi)，實(shí)測錠子轉(zhuǎn)速誤差在±2%以內(nèi)，完全滿足客戶的要求，甚至超過原來的進(jìn)口設(shè)備。-I-福建電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱：傳感器與檢測技術(shù)課設(shè)題目：液位測量控制系統(tǒng)專業(yè)班次：姓名：學(xué)號：指導(dǎo)教師：學(xué)期：2021-2021學(xué)年第一學(xué)期摘要II摘要在工業(yè)領(lǐng)域中，液位測量是一項(xiàng)重要的研究方法，有利于工業(yè)技術(shù)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)效益的提高，液位測量在許多控制領(lǐng)域已較為普遍。各種類型的液位測量傳感器較多，按原理分為浮子式、壓力式、超聲波式、吹氣式等。各種方式都根據(jù)其需要設(shè)計(jì)而成，其結(jié)構(gòu)、量程和精度適用于各自不同的場合，大多結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，制造成本偏高；市面上也有現(xiàn)成的液位計(jì)，多數(shù)成品價(jià)格驚人。以上液位計(jì)多數(shù)輸出為模擬量電流或電壓，有些為機(jī)械指針讀數(shù)，不能用于遠(yuǎn)程監(jiān)視；普遍適用于靜止液面，在波動液面易引起讀數(shù)的波動；也有用電容法測量液位的系統(tǒng)，電容式傳感器具有結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、動態(tài)響應(yīng)特性好、適應(yīng)性強(qiáng)、抗過載能力大及價(jià)格便宜等特點(diǎn)，因此適用于測量液位，是一種簡單易行的方案。本文利用圓柱形電容器原理，結(jié)合單片機(jī)設(shè)計(jì)出液位測量裝置。關(guān)鍵詞：液位測量、傳感器、單片機(jī)-1-目錄摘要.II第一章設(shè)計(jì)方案21.1設(shè)計(jì)原理21.2系統(tǒng)框圖2第二章傳感器原理.32.1傳感器概述32.2電容式傳感器原理3第三章電路設(shè)計(jì)43.1電容式液位計(jì)43.2測量原理4第四章電信號放大電路設(shè)計(jì).64.1電容測量電路設(shè)計(jì)64.2放大電路6第五章A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)接口75.1A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì).75.2與單片機(jī)的接口電路75.3控制電路的設(shè)計(jì)85.4顯示電路設(shè)計(jì)8第六章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì).10第七章小結(jié)11參考文獻(xiàn)122第一章設(shè)計(jì)方案1.1設(shè)計(jì)原理電容式液位傳感器的工作原理取決于液體類型。對于導(dǎo)電液體，為了避免短路，兩個傳感器電極中至少有一個是絕緣的。在氣—液分界面以下，液體表現(xiàn)為導(dǎo)體，因此，電容的電解質(zhì)僅僅是絕緣電極。在氣—液分界面以上，電解質(zhì)就是絕緣電極與電極之間的空氣，因而產(chǎn)生更小的電容。另一方面，對于非導(dǎo)電液體，電極不需要絕緣。在氣—液分界面以下，電解質(zhì)是液體（其介電常數(shù)高于空氣）。而分界面以上，則是空氣。對于兩種類型的液體，隨著液位的升高，在氣液分界面以下的電極的面積也就增加，進(jìn)而導(dǎo)致電容增大。本設(shè)計(jì)采用筒式電容傳感器采集液位的高度。主要利用其兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而引起對應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測量。由于傳感器的輸出信號一般都很微弱，因此需要有信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路對其進(jìn)行放大、運(yùn)算和調(diào)劑等。從放大電路出來的是模擬量，因此送入ADC0809轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，ADC0809連接于單片機(jī)，把信號送入單片機(jī)，通過單片機(jī)控制水泵的運(yùn)轉(zhuǎn)。1.2系統(tǒng)框圖控制設(shè)備↓被測物理量→傳感器→放大、整形、濾波→A/D轉(zhuǎn)換器→單片機(jī)↓顯示設(shè)備這個是圖，圖標(biāo)題呢？-3-第二章傳感器原理2.1傳感器概述在當(dāng)今信息化時代發(fā)展過程中，各種信息的感知、采集、轉(zhuǎn)換、傳輸和處理的功能器件——傳感器，已經(jīng)成為各個應(yīng)用領(lǐng)域，特別是自動檢測、自動控制系統(tǒng)中不可缺少的重要技術(shù)工具。傳感器一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件和信號調(diào)理與轉(zhuǎn)換電路組成，它是一種能感受規(guī)定的被測量，并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號的器件或裝置。2.2電容式傳感器原理電容式液位傳感器系統(tǒng)，利用了被測體的導(dǎo)電率。通過傳感器測量電路將液位高度變化轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓脈沖寬度變化，再由單片機(jī)進(jìn)行測量并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的液位高度進(jìn)行顯示，該系統(tǒng)對液位深度具有測量、顯示與設(shè)定功能，并具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。4第三章電路設(shè)計(jì)3.1電容式液位計(jì)圖3—1電容式液位計(jì)結(jié)構(gòu)圖3—2電容式液位計(jì)原理圖如圖3—2為電容式液位計(jì)結(jié)構(gòu)原理圖。如圖所示的液位計(jì)主要由細(xì)長的不銹鋼管（半徑為R1）、同軸絕緣導(dǎo)線（半徑為R0）以及其被測液體共同構(gòu)成的金屬圓柱形電容器構(gòu)成。該傳感器利用其兩電極的覆蓋面積隨被測液體液位的變化而變化，從而引起對應(yīng)電容量變化的關(guān)系進(jìn)行液位測量3.2測量原理由上圖可知，當(dāng)可測量液位H=0時，不銹鋼管與同軸絕緣導(dǎo)線構(gòu)成的金屬圓柱形電容器之間存在電容C。=2πε。L/ln(R1/R0————（1）式（1）式中，C。為電容量（單位為F），ε。為容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)，單位為F/m，L為液位最大高度，R1為不銹鋼管半徑，R0為絕緣導(dǎo)線半徑，單位為m。當(dāng)可測量液位為H時，不銹鋼管與同軸絕緣電線之間存在電容CHCH=2πε。（L—H）/ln(R1/R0+2πεH/ln(R1/R0=2πε。L/ln(R1/R0+2π（ε—ε。）H/ln(R1/R0————（2）式式中，ε為容器內(nèi)氣體的等效介電常數(shù)，單位為F/m。因此，當(dāng)傳感器內(nèi)液位由零增加到H時，其電容的變化量ΔC可由式(1和式(2得-5-?C=CH—C。=2π（ε—ε。）H/ln(R1/R0————（3）式由上式可知,參數(shù)ε。，ε，R1，R0都是定值。所以電容的變化量ΔC與液位變化量H呈近似線性關(guān)系。因?yàn)閰?shù)ε。，ε，R1，R0，L都是定值，由式(2變形可得：CH=a。+b。H(a。和b。為常數(shù)————(4式可見，傳感器的電容量值CH的大小與電容器浸入液體的深度H成線性關(guān)系。由此，只要測出電容值便能計(jì)算出水位。圖3—3液位高度與電容變化曲線6第四章電信號放大電路設(shè)計(jì)4.1電容測量電路設(shè)計(jì)圖4—1運(yùn)算放大器測量電路原理圖如圖所示，本設(shè)計(jì)采用運(yùn)算法測量電路來轉(zhuǎn)化，該電路由傳感器Cx、固定的標(biāo)準(zhǔn)電容C。和運(yùn)算放大器A組成。4.2放大電路由于傳感器得出的電壓一般在0~30mv之間，不易測量，所以要通過放大電路進(jìn)行放大，本設(shè)計(jì)采用最基本的比例運(yùn)算反放大電路。圖4—2比例放大電路要將30mv電壓放大成5v，根據(jù)公式U=—（R1/R2）U。，所以選擇R1=500K，R2=3K，R4=R1//R2，后邊的是一個反相器，把第一個運(yùn)放得到的電壓反相成正的，其中R3=R5=1K，R6=R3//R5。-7-第五章A/D轉(zhuǎn)換電路及單片機(jī)接口5.1A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用的是A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉(zhuǎn)換器，由于輸出級有8位三態(tài)輸出鎖存器，因而0809的數(shù)據(jù)輸出端可以直接與單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線連接。ADC0809的工作過程是：首先輸入3位地址，并使ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模擬輸入之一到比較器。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換，之后EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。直到A/D轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘続/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上.。ADC0809轉(zhuǎn)換是采用逐次比較的方法完成A/D轉(zhuǎn)換的，由單一的+5V供電，片內(nèi)帶有鎖存功能的8路選一的模擬開關(guān)，由A，B，C引腳的編碼來確定所選通道。0809完成一次轉(zhuǎn)換需要100us左右，輸出具有TTL三態(tài)鎖存緩沖器，可直接連到MCS-51的數(shù)據(jù)總線上，通過適當(dāng)?shù)耐饨与娐罚?809可對0-5V的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換。5.2與單片機(jī)的接口電路圖5—1ADC0809與單片機(jī)的接口電路85.3控制電路的設(shè)計(jì)控制電路在這里起到非常重要的作用，在水位測量中測量到水罐中水位的高度，當(dāng)水位高于2.5m水位時，電動機(jī)停轉(zhuǎn)，水泵停止對水罐供水；當(dāng)水位低于2.5m水位時，電動機(jī)起轉(zhuǎn)，水泵開始對水罐供水。其電路圖如下圖所示圖5—2控制電路原理圖5.4顯示電路設(shè)計(jì)發(fā)現(xiàn)需要4位的LED足可滿足本設(shè)計(jì)的顯示精度要求,為了減少所需的I/O數(shù)量,降低成本,采用動態(tài)顯示控制方式。通過對顯示接口電路的綜合分析,發(fā)現(xiàn)測距儀利用串行輸入BCD碼—十進(jìn)制譯碼驅(qū)動顯示器件MC14499來完成與單片機(jī)系統(tǒng)的顯示接口較為簡單可靠。用MC14499設(shè)計(jì)的LED顯示器動態(tài)顯示接口電路如下圖所示。-9-圖5—3動態(tài)顯示接口電路用MCS-51系列單片機(jī)作為控制核心的水位測量計(jì)，其數(shù)據(jù)輸出既可以通過單片機(jī)的通用I/O口輸出，也可以通過單片機(jī)的串口用串行方式輸出。假設(shè)使用的單片機(jī)是8051，單片機(jī)的P1口為數(shù)據(jù)輸出口，顯示器采用共陰極8段LED，顯示位數(shù)為4位，由于一片MC14499可以驅(qū)動4個LED顯示器，因此該顯示接口只需用一片MC14499和單片機(jī)連接。圖5—3是該動態(tài)顯示接口的原理圖。P1.0用來向MC14499發(fā)送數(shù)據(jù)，P1.1用來向MC14499發(fā)送時鐘脈沖，P1.2用于控制單片機(jī)輸出數(shù)據(jù)向MC14499串行輸入(當(dāng)P1.2=0時，允許MC14499輸入數(shù)據(jù)。反相器74LS06作為顯示器的位驅(qū)動，8個47Ω的電阻是LED的限流電阻，3個5.1kΩ的電阻是上拉電阻，使單片機(jī)8031輸出電平與MC14499輸入電平相兼容。由于MC14499具有輸入自動鎖存功能，而串行輸入一幀數(shù)據(jù)又需要一定的時間，所以LED顯示的數(shù)據(jù)不會出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象。10第六章軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)軟件主要由主程序、定時中斷程序、外中斷程序組成。其中主程序完成參數(shù)的初始化,中斷的管理,結(jié)果的顯示等工作。主程序流程圖如下：程序運(yùn)行開要初始化各種參數(shù)，可以默認(rèn)液位設(shè)定值等，之后如果要進(jìn)入液位設(shè)定的話就按SET按鍵進(jìn)入液位設(shè)定模式，然后進(jìn)行比較，看當(dāng)前的液位有沒有超過默認(rèn)的極限值，如果超過了極限值，通過按鍵UP或DOWN進(jìn)行液位調(diào)節(jié)，直至液位到達(dá)正常范圍；沒有超過極限值就正常顯示。圖6-1主程序流程圖-11-第七章小結(jié)課程設(shè)計(jì)已經(jīng)步入尾聲，一星期的時間對我們來說有些倉促，雖然課題貼近生活，能夠提高我們的興趣，但要從之前的理論知識一下子應(yīng)用在實(shí)際實(shí)驗(yàn)上，對我們還是有一定的挑戰(zhàn)的。不過，在透徹理解了課題以后，經(jīng)過多方面的搜索資料，慢慢有了頭緒，并且發(fā)現(xiàn)要用到的知識并非所想象中的那么難以理解，通過自學(xué)，逐一的弄明白，通過將要實(shí)現(xiàn)的任務(wù)分成多塊，最終將各分功能進(jìn)行合并，最終獲得成功。在我們平時的學(xué)習(xí)期間，我們所學(xué)的知識都是書本上的一些不大靈活的東西,而且學(xué)習(xí)期間的這種考核是單科進(jìn)行，主要考查我們對本門學(xué)科所學(xué)知識的記憶程度和理解程度。但我認(rèn)為這種實(shí)踐性課程設(shè)計(jì)則不同，它不是單一地對我們進(jìn)行某一學(xué)科已學(xué)知識的考核，而是著重考查我們運(yùn)用所學(xué)知識對某一問題進(jìn)行探討和研究的能力。整個設(shè)計(jì)的過程，同時也是專業(yè)知識的學(xué)習(xí)過程，而且是更生動、更切實(shí)、更深入的專業(yè)知識的學(xué)習(xí)。首先，一個設(shè)計(jì)是結(jié)合科研課題，把學(xué)過的專業(yè)知識運(yùn)用于實(shí)際，在理論和實(shí)際結(jié)合過程中進(jìn)一步消化、加深和鞏固所學(xué)的專業(yè)知識，并把所學(xué)的專業(yè)知識轉(zhuǎn)化為分析和解決問題的能力。其次，在搜集材料、調(diào)查研究、接觸實(shí)際的過程中，既可以印證學(xué)過的書本知識，又可以學(xué)到許多課堂和書本里學(xué)不到的活生生的新知識。此外，我們在這種自己動手的設(shè)計(jì)中，對所學(xué)專業(yè)的某一側(cè)面和專題作了較為深入的分析。12參考文獻(xiàn)[1]王幸之編.AT89系列單片機(jī)原理及接口技術(shù).北京航天航空出版社,2006[2]鄭曉峰編.電子技術(shù)基礎(chǔ).中國電力工業(yè)出版社,2021[3]謝志萍編.傳感器與檢測技術(shù).電子工業(yè)出版社，202113對學(xué)生設(shè)計(jì)過程、設(shè)計(jì)質(zhì)量的評分依據(jù)總評成績指導(dǎo)教師意見及成績評定指導(dǎo)教師（簽名）：年月日教及教研室主任（簽名）：定意見年（系公章）月日14馬丁矩陣控制系統(tǒng)MT70矩陣控制系統(tǒng)因?yàn)閷I(yè)，所以安全ST&MARTINELECTRONICSMT70控制主機(jī)介紹：是一款由圖像采集、切換控制、前端控制、報(bào)警控制、信號傳輸、顯示記錄六部分組成的經(jīng)濟(jì)的，防范能力較強(qiáng)的綜合控制系統(tǒng)；MT70控制主機(jī)單機(jī)實(shí)現(xiàn)同時采集32路視頻信號到8個視頻信號輸出或同時采集16路音視頻信號到8個音視頻信號輸出；MT70控制主機(jī)自帶32路報(bào)警輸入，一個報(bào)警狀態(tài)輸出；可同時連接8個控制鍵盤和32臺終端解碼器；特性:系統(tǒng)配置靈活、前面板全功能鍵盤、鍵盤LED指示英文菜單綜合設(shè)置、內(nèi)置16×16點(diǎn)陣的2000個漢字及圖標(biāo)屏幕信息（時間、日期、8個漢字?jǐn)z像機(jī)標(biāo)題、狀態(tài)）顯示8組通用巡視切換、內(nèi)置32路報(bào)警接口可選MT8130AL外部報(bào)警接口、報(bào)警自動調(diào)用圖像信號報(bào)警狀態(tài)自動輸出、報(bào)警自動布、撤防時間設(shè)置報(bào)警防區(qū)分組功能、可控制各種云臺或高速球產(chǎn)品名稱：MT70系列矩陣控制系統(tǒng)系統(tǒng)配置靈活：用戶可選不同配置的系統(tǒng)，MT70至少有8～32路視頻輸入，2～8路視頻輸出；或8～16路音視頻輸入，2～8路音視頻輸出；8～16路環(huán)接輸入，2～8路輸出，用戶可選前面板全功能鍵盤或分體主控鍵盤；（表1）前面板全功能鍵盤：前面板全功能鍵盤可對整個系統(tǒng)進(jìn)行初始設(shè)置、編程設(shè)置、切換控制和前端設(shè)備操作；鍵盤LED指示：前面板全功能鍵盤LED指示燈實(shí)時指示當(dāng)前系統(tǒng)電源、報(bào)警、通訊工作狀態(tài)；英文菜單綜合設(shè)置：通過前面板鍵盤（或MT8128系列、MT8129鍵盤）和第一路輸出監(jiān)視器，可在屏幕上用菜單對系統(tǒng)進(jìn)行編程設(shè)置；內(nèi)置16×16點(diǎn)陣的2000個漢字及圖標(biāo)：系統(tǒng)通過菜單編程，用字符編碼來設(shè)置當(dāng)前屏幕顯示；屏幕信息顯示：每個視頻輸出上可疊加日期、時間、8個漢字和常用字符的可編程攝像機(jī)標(biāo)題、監(jiān)視器和報(bào)警信息狀態(tài)，日期格式為年/月/日，時間格式為：時/分/秒，屏幕顯示使用帶黑框的白色字符，以增加光照變化時的讀出效果，屏幕顯示位置水平可調(diào)；8組通用巡視切換：系統(tǒng)可編程8組巡視切換，每組最多可有32個攝像機(jī)畫面（包括預(yù)置畫面〕，畫面停留時間可調(diào)，同一攝像機(jī)畫面或同一攝像機(jī)多個預(yù)置點(diǎn)可重復(fù)出現(xiàn)多次；內(nèi)置32路報(bào)警接口：系統(tǒng)內(nèi)置32路報(bào)警輸入接口，可直接響應(yīng)開路或短路報(bào)警；可選MT8130AL外部報(bào)警接口：系統(tǒng)通過菜單編程設(shè)置可選外部MT8130AL的報(bào)警輸入接口和系統(tǒng)內(nèi)置的報(bào)警輸入接口，都可直接響應(yīng)開路或短路報(bào)警；報(bào)警自動調(diào)用圖像信號：系統(tǒng)接到報(bào)警信號時，將有發(fā)生報(bào)警防區(qū)的圖像自動調(diào)用到監(jiān)視器上顯示；報(bào)警狀態(tài)自動輸出：系統(tǒng)接到報(bào)警信號時，自動啟動輔助開關(guān)，打開聯(lián)動錄像機(jī)等，時間為1分～240分可調(diào)；報(bào)警自動布、撤防時間設(shè)置：系統(tǒng)可通過編程，設(shè)置報(bào)警方式為自動或手動，設(shè)置報(bào)警方式為自動時，通過報(bào)警布撤防時間表設(shè)置，自動啟動布防、撤防；報(bào)警防區(qū)分組功能：主機(jī)將若干防區(qū)的設(shè)置為一組的功能，用戶可對該組內(nèi)的所有防區(qū)進(jìn)行同時的布或撤防。對于MT品牌具有255個以上報(bào)警防區(qū)的矩陣主機(jī)都可將所有防區(qū)分成100組，每一組的數(shù)量不限，當(dāng)防區(qū)被分配至某一組合仍能與所有未分組的防區(qū)同時布或撤防?？煽刂聘鞣N云臺或高速球：系統(tǒng)通過解碼器等控制設(shè)備控制云臺或高速球轉(zhuǎn)動，還可控制電動鏡頭和高速球的預(yù)置設(shè)置；技術(shù)指標(biāo)通訊方式：串行（RS－485）通訊距離：1300米通訊接口數(shù)量：2個，最多連接8個MT各種鍵盤和多媒體操作平臺，32個解碼控制器；連接方式：屏蔽雙絞線和受控設(shè)備連接；視頻輸入信號：8～32個BNC插座，1VP-P/75Ω視頻輸出信號：2～8個BNC插座，1VP-P/75Ω音頻輸入信號：8～16個BNC插座，1VP-P音頻輸出信號：2～8個BNC插座，1VP-P通道帶寬：10MHZ視頻隔離度：45dB視頻信噪比：65dB微分相位：≤1.1度微分增益：≤0.6%插入增益：≤0.1dB互調(diào)失真：0.5%同步非線性失真：1%亮度非線性失真：1.5%短時間波形失真：3.5%幅頻特性：1.5dB群時延頻率特性：6NS亮/色時延差：2.5NS亮/色增益差：8%工作電壓：AC220V±10%50/60HZ功率：約30瓦工作溫度：-10℃～+35主機(jī)尺寸：430×91×300MM安裝方式：臺式、19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架均可機(jī)體結(jié)構(gòu)：鋁制靜電噴漆，后板鋁拉絲氧化工藝顏色：黑色認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)：ISO9001CCCCEFCC內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書（畢業(yè)論文）題目：水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：吳云鵬學(xué)號：專業(yè)：測控技術(shù)與儀器班級：測控指導(dǎo)教師：李20216711223108-2班剛助教水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要液位是工業(yè)工程中的常見變量，在各種過程控制中的應(yīng)用越來越廣泛。例如在食品加工、溶液過濾、化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，通常需要使用蓄液池，而蓄液池中的液位需要維持一定的高度，既不能太滿溢出造成危險(xiǎn)，也不能過少而無法滿足生產(chǎn)需求。因此液位高度是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)，特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用合適的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的效果。本文以實(shí)驗(yàn)室自制的雙容水箱作為液位控制研究對象，通過上位機(jī)、研華的PCI-1710L板卡、電動調(diào)節(jié)閥、壓力液位變送器組成的控制系統(tǒng)和壓力液位變送器、變頻器、水泵組成的控制系統(tǒng)分別實(shí)現(xiàn)了單容水箱的遠(yuǎn)程控制和就地控制，并在文章最后理論性的闡述了雙容水箱的控制方法。設(shè)計(jì)中以組態(tài)軟件--組態(tài)王為開發(fā)工具，開發(fā)了系統(tǒng)的監(jiān)視與控制界面，并且自己編程實(shí)現(xiàn)PID控制程序，使系統(tǒng)具備了對現(xiàn)場過程數(shù)據(jù)的動態(tài)監(jiān)視功能、歷史數(shù)據(jù)的歸檔功能、異常信號的報(bào)警功能以及現(xiàn)場操作的指導(dǎo)功能。關(guān)鍵詞：水箱液位；PID控制；組態(tài)王；變頻器；ThedesignofthetanklevelcontrolsystemAbstractTheliquidlevelisoneofthecommonvariablesinIndustrialEngineering,theprocesscontrolismoreandmorewidelyused.Forexample,intheproductionprocessoffoodprocessing,filteringsolution,chemicalproductionandotherindustries,liquidstoragetankisusuallyused,andmakingtheliquidlevelofliquidstoragetankatacertainheightisveryimportant,neithertoooverflowtorisknortooshortnottomeettheproductiondemand.Therefore,theheightofliquidlevelintheindustrialcontrolprocessisoneoftheimportantparameters,especiallyinthedynamiccondition.Ifadopttheappropriatemethodforthecontroloftheliquidleveldetection,wecangetgoodeffect.Theresearchobjectisbasedontheself-madedoubletanklevelcontrolsystem,throughthehostcomputer,theAdvantechPCI-1710Lcard,theelectriccontrolvalve,thepressureliquidleveltransmitter,thefrequencyconverterandthewaterpumpwegettwodifferentkindsofthecascadecontrolsystemforthesinglewatertankoftheliquidlevelcontrol,respectivelyrealizedtheeffectoftheremotecontrolandlocalcontrol.Andatlast,thisarticleexpoundsthetheoryofdoublewatertankcontrolmethod.Choosethedesignofconfigurationsoftware–Kingviewfordevelopmenttools,wehavehadthedevelopmentofthesystemtomonitorandcontrolinterface,andalsohaveprogrammedPIDcontrolproceduresthatmadethesystemhasafieldprocessdata,dynamicmonitoringhistoricaldataarchivingfunction,abnormalsignalofthealarmfunctionandtheguidancefunctionoftheon-siteoperation.Keywords:Tanklevel;PIDcontrol;Kingview;Frequencyconverter;目錄摘要IAbstractII第一章緒論11.1選題背景及意義11.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀21.3本文的主要工作3第二章控制對象及算法簡介52.1被控制變量的選擇52.2執(zhí)行器的選擇52.3壓力液位變送器的選擇52.4研華板卡PCI-1710L簡介62.4.1模擬量輸入連接82.5PID控制算法概述92.5.1PID控制器的應(yīng)用與發(fā)展92.5.2PID算法類型[1]102.5.3PID兩種控制方式11第三章基于組態(tài)王的單容水箱液位控制系統(tǒng)133.1組態(tài)王簡介[8]133.1.1組態(tài)王軟件的組成133.1.2制作工程的一般步驟143.1.3組態(tài)王與外部設(shè)備通信143.2控制方案選取153.3上位機(jī)組態(tài)軟件的開發(fā)163.3.1監(jiān)控畫面163.3.2構(gòu)造數(shù)據(jù)庫173.3.3數(shù)據(jù)通信193.3.4命令語言的編寫203.3.5實(shí)時曲線213.3.6歷史報(bào)警查詢[11]213.3.7歷史曲線233.4參數(shù)整定25第四章基于變頻器的單容液位控制系統(tǒng)264.1變頻調(diào)速基礎(chǔ)264.2三菱通用變頻器FR-D700簡要介紹274.2.1FR-D700簡介274.2.2三菱變頻器FR-D740-1.5K-CHT常規(guī)介紹284.2.3控制電路接線端極端子功能介紹294.2.4操作面板及其功能介紹314.3變頻器的作用314.4控制系統(tǒng)調(diào)試324.4.1操作步驟334.4.2參數(shù)整定33第五章雙容水箱液位控制系統(tǒng)355.1串級控制355.1.1串級控制概念355.1.2水箱液位控制方法365.1.4串級控制的特點(diǎn)365.2串級控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)365.2.1變量的選擇365.2.2主副控制器的控制規(guī)律375.2.3主副控制器正反作用的選擇375.3串級控制系統(tǒng)的工業(yè)應(yīng)用385.4本章小結(jié)38總結(jié)39參考文獻(xiàn)40附錄41致謝43第一章緒論1.1選題背景及意義液位是工業(yè)生產(chǎn)過程控制中很重要的被控變量。工業(yè)生產(chǎn)中的潤滑油、冷卻水、調(diào)速油、油質(zhì)加工、液態(tài)燃料供應(yīng)、廢油凈化、溶液加工與傳輸?shù)葓龊?，常需對容器中液位進(jìn)行有效可靠的控制，否則將不能使液體循環(huán)系統(tǒng)乃至整個機(jī)組正常運(yùn)行。另外，在這些生產(chǎn)領(lǐng)域里，極容易出現(xiàn)操作失誤，引起事故，造成廠家的損失?？梢?，在實(shí)際生產(chǎn)中，液位控制的準(zhǔn)確程度和控制效果直接影響工廠的生產(chǎn)成本、經(jīng)濟(jì)效益甚至設(shè)備的安全系數(shù)。所以，為了保證安全、方便操作，就必須研究開發(fā)先進(jìn)的液位控制方法和策略。工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位系統(tǒng)通常是時變的，具有明顯的滯后特性。在熱工生產(chǎn)與傳輸質(zhì)量或能量的過程中，存在著各種形式的容積和阻力，加上對象多具有分布參數(shù)，好像被不同的阻力和容積相互分隔著一樣。生產(chǎn)實(shí)際中的被控對象往往是由多個容積和阻力構(gòu)成的多容對象。兩個串連的單容對象構(gòu)成的雙容對象就比較典型。人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位的控制問題，因此液位是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)。液位控制系統(tǒng)一般指工業(yè)生產(chǎn)過程中自動控制系統(tǒng)的被控變量為液位的系統(tǒng)。在生產(chǎn)過程中，需要對液位的相關(guān)變量進(jìn)行控制，使其保持為一定值或按一定規(guī)律變化，以保證生產(chǎn)的質(zhì)量和安全。液位的變化不但受到過程控制過程中內(nèi)部干擾的影響，也受到外部的各種干擾的影響，而且影響液位變化的干擾一般不止一個，在過程控制中的作用也不同，這就增加了對變量進(jìn)行控制的復(fù)雜性，因此形成了過程控制的下列特點(diǎn)[3]：1對象存在滯后熱工生產(chǎn)大多是在龐大的生產(chǎn)設(shè)備內(nèi)進(jìn)行，對象的儲存能力大，慣性也較大，設(shè)備內(nèi)介質(zhì)的流動或熱量傳遞都存在一定的阻力，并且往往具有自動轉(zhuǎn)向平衡的趨勢。因此，當(dāng)流入(流出對象的質(zhì)量或能量發(fā)生變化時，由于存在容量、慣性、阻力，被控參數(shù)不可能立即產(chǎn)生響應(yīng)，這種現(xiàn)象叫做滯后。2對象特性的非線性對象特性大多是隨負(fù)荷變化而變化，當(dāng)負(fù)荷改變時，動態(tài)特性有明顯的不同。大多數(shù)生產(chǎn)過程都具有非線性，弄清非線性產(chǎn)生的原因及非線性的實(shí)質(zhì)是極為重要的。3控制系統(tǒng)較復(fù)雜從生產(chǎn)安全方面考慮，生產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計(jì)都力求使生產(chǎn)過程平穩(wěn)，參數(shù)變化超出極限范圍，也不會產(chǎn)生振蕩，作為被控對象就具有非振蕩環(huán)節(jié)的特性。過程的穩(wěn)定被破壞后，往往具有自動趨向平衡的能力，即被控量發(fā)生變化時，對象本身能使被控量逐漸穩(wěn)定下來，這就具有慣性環(huán)節(jié)的特性。也有不能趨向平衡，被控量一直變化而不能穩(wěn)定下來的，這就是具有積分的對象。任何生產(chǎn)過程被控制的參數(shù)都不是一個，這些參數(shù)又各具有不同的特性，因此要針對這些不同的特性設(shè)計(jì)相應(yīng)不同的控制系統(tǒng)，而對水箱的液位的研究為以后過程控制方面的其他變量的研究打下了結(jié)實(shí)的基礎(chǔ)。1.2液位控制系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀目前在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用的液位控制系統(tǒng)，主要以傳統(tǒng)的PID控制算法為主。PID控制是以對象的數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)的一種控制方式。對于簡單的線性、時不變系統(tǒng)，采用PID控制能夠取得滿意的控制效果。但對于復(fù)雜的大型系統(tǒng)，其數(shù)學(xué)模型往往難以獲得，通過簡化、近似等手段獲得的數(shù)學(xué)模型不能正確地反映實(shí)際系統(tǒng)的特性。對于此類問題，傳統(tǒng)的PID控制方式顯得無能為力。液位控制由于其應(yīng)用極其普遍，種類繁多，其中不乏一些大型的復(fù)雜系統(tǒng)。但由于其時滯性很大、具有時變性和非線性等因素，嚴(yán)重影響PID控制的效果，目前，已經(jīng)開發(fā)出來的控制策略很多，但其中許多算法仍然只是停留在計(jì)算機(jī)仿真或?qū)嶒?yàn)裝置的驗(yàn)證上，真正能有效地應(yīng)用在工業(yè)過程中的并有發(fā)展?jié)摿Φ娜詾閿?shù)不多。隨著生產(chǎn)水平和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代控制系統(tǒng)的控制的規(guī)模日趨大型化，復(fù)雜化，對設(shè)備和被控系統(tǒng)的安全性、可靠性、有效性的要求也越來越高，為了確保工業(yè)生產(chǎn)過程能夠高效，安全的進(jìn)行，同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量，對生產(chǎn)過程進(jìn)行在線監(jiān)測，及時準(zhǔn)確地把握生產(chǎn)運(yùn)行狀況，已成為目前過程控制領(lǐng)域的一個研究熱點(diǎn)。近幾十年來，液位控制系統(tǒng)已被廣泛使用，在其研究和發(fā)展上也已趨于完備。在輕工行業(yè)中，液位控制的應(yīng)用非常普遍，從簡單的浮球液位開關(guān)、非接觸式的超聲波液位檢測到高精度的同位素液位檢測系統(tǒng)，他們都無時無刻在為液位控制服務(wù)。而控制的概念更是應(yīng)用到周圍的許多的事物上，并且液位控制系統(tǒng)已是一般工業(yè)界所不可缺少的部分，如蓄水池，污水處理場等都需要液位控制系統(tǒng)的參與。如果能通過一定的系統(tǒng)來自動維持液位的高度，那么操作人員便可輕易地在操作時獲知這個設(shè)備的儲水狀況，這樣不但降低了工作人員工作的危險(xiǎn)性，同時更也提升了工作的效率。液位控制系統(tǒng)在國內(nèi)各行各業(yè)的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，但國內(nèi)生產(chǎn)的液位控制器同國外的日本、美國、德國等先進(jìn)國家相比，仍然有差距。目前，我國液位控制主要以常規(guī)的PID控制器為主，它只能適應(yīng)一般系統(tǒng)控制，難于實(shí)現(xiàn)對滯后、復(fù)雜、時變系統(tǒng)的控制。而適應(yīng)于較高控制場合的智能化、自適應(yīng)控制儀表，國內(nèi)技術(shù)還不十分成熟，形成商品化并廣泛應(yīng)用的控制儀表較少。由于工業(yè)過程控制的需要，特別是在微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展以及自動控制理論和設(shè)計(jì)方法發(fā)展的推動下，國外液位控制系統(tǒng)發(fā)展迅速，并在智能化、自適應(yīng)、參數(shù)自整定等方面取得成果，在這方面，以日本、美國、德國、瑞典等國技術(shù)領(lǐng)先，都生產(chǎn)出了一批商品化的、性能優(yōu)異的液位控制器及儀器儀表，并在各行業(yè)廣泛應(yīng)用。1.3本文的主要工作第一章緒論，主要介紹選題背景，液位控制的研究現(xiàn)狀，液位控制的主要控制策略，國內(nèi)外的發(fā)展形勢，并總結(jié)了國內(nèi)外在液位控制方面目前比較先進(jìn)的技術(shù)與儀器以及他們的原理，為接下來液位控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)打下良好的基礎(chǔ)。第二章根據(jù)設(shè)計(jì)要求我們對控制參數(shù)以及控制算法進(jìn)行分析，并對所需硬件進(jìn)行選型，使液位控制達(dá)到最佳的效果。第三章針對單容水箱液位控制系統(tǒng)，對其在組態(tài)王中的開發(fā)進(jìn)行介紹，開發(fā)了系統(tǒng)總體監(jiān)控系統(tǒng)，設(shè)計(jì)開發(fā)了單容水箱的系統(tǒng)的總監(jiān)控界面，定義了外部變量，用于和研華板卡PCI—1710模塊的輸入輸出部分對應(yīng)，來實(shí)時顯示液位值的大小，建立的動畫連接，編寫了自動控制程序，實(shí)現(xiàn)了單容水箱控制系統(tǒng)的自動控制，并且實(shí)現(xiàn)了液位值實(shí)時曲線歷史曲線和歷史數(shù)據(jù)的實(shí)時報(bào)警歷時報(bào)警的顯示。第四章針對單容水箱液位控制系統(tǒng)，對其在變頻器中的開發(fā)進(jìn)行了介紹，監(jiān)控界面可以用第二章已經(jīng)設(shè)計(jì)好的，本設(shè)計(jì)應(yīng)用的是日本三菱公司的D700系列的變頻器，通過在變頻器中設(shè)置PID參數(shù)以及控制目標(biāo)值等參數(shù)最終實(shí)現(xiàn)對單容水箱的液位實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定控制。第五章主要針對雙容水箱液位控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，對各種經(jīng)典控制進(jìn)行比較。在本文中，液位控制系統(tǒng)中的水箱為控制對象，液位為控制量。為了使液位的控制達(dá)到一定的精度，并且具有較好的動態(tài)性能，采用了區(qū)別于傳統(tǒng)控制方式的串級控制。這樣使控制系統(tǒng)能夠達(dá)到更好的控制要求，提高了系統(tǒng)的控制性能。第二章控制對象及算法簡介2.1被控制變量的選擇被控變量的選擇是控制系統(tǒng)的核心問題，被控變量選擇的正確與否會直接關(guān)系到生產(chǎn)的穩(wěn)定性、產(chǎn)品產(chǎn)量和質(zhì)量的提高以及生產(chǎn)安全與勞動條件的改善。對于任何一個控制系統(tǒng)，如果被控變量選擇不當(dāng)，即便配備再好的自動化儀表，使用再復(fù)雜、先進(jìn)的控制規(guī)律也不能達(dá)到預(yù)期的控制效果。對于水箱液位控制系統(tǒng)，可直接選擇液位作為其被控變量。2.2執(zhí)行器的選擇執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中起著控制動作執(zhí)行的作用?？刂葡到y(tǒng)的控制效果與執(zhí)行器的性能有著十分密切的關(guān)系。執(zhí)行器接收控制信號并通過改變本身閥門得開度最終實(shí)現(xiàn)對操縱變量的改變，從而使被控變量更加接近設(shè)定值。[2]本設(shè)計(jì)采用的是北京市樂維機(jī)電設(shè)備有限公的ML7420A，其特點(diǎn)為：安裝方便快速、無需連桿、標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)管式接線連接、無需調(diào)整、閥門定位準(zhǔn)確、低功耗、高的關(guān)斷壓力、終端推力限位開關(guān)、0～10Vdc或2～10Vdc信號輸入、帶位置反饋信號輸出、正反作用可選、同步馬達(dá)、防腐設(shè)計(jì)、免維護(hù)。圖2.1電動調(diào)節(jié)閥2.3壓力液位變送器的選擇傳感器是一種以一定精度把被測量轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系、便于應(yīng)用的某種物理量的測量裝置，其一般由敏感元件、轉(zhuǎn)換元件、轉(zhuǎn)換電路組成。傳感器的精度直接影響到系統(tǒng)的控制效果，所以應(yīng)根據(jù)不同的系統(tǒng)選擇最合適的傳感器是必要的[9]。本設(shè)計(jì)選用的是由北京昆侖海岸傳感技術(shù)中心研制生產(chǎn)的JYB-K型號的壓力液位變送器，其主要技術(shù)參數(shù)如下：1）輸出形式：4～20mADC、0～5VDC2）供電電源：24VDC（±10%）、12VDC3）準(zhǔn)確度：±0.5％FS、±0.25％FS4）介質(zhì)溫度：－20～70℃5）環(huán)境溫度：－10～60℃6）響應(yīng)時間：<=100mS7）負(fù)載能力：電流型<=600Ω（不帶顯示），<=300Ω（帶顯示）；電壓型>=3KΩ8）可重復(fù)性：<=±0.1％FS9）長期穩(wěn)定性：<=±0.1％FS/年10非線性：<=0.2％FS11熱力零點(diǎn)溫漂：<=0.03％FS/℃12）過載壓力：2倍量程13）電氣連接：電纜連接14）測量介質(zhì)：油、水、氣體及其他與316不銹鋼兼容介質(zhì)實(shí)驗(yàn)室中采用端子型二線制電流輸出接線方式，其具體方式如圖2.2所示：圖2.2端子型二線制接法2.4研華板卡PCI-1710L簡介研華（中國）公司生產(chǎn)的PCI-1710L多功能數(shù)據(jù)采集卡是一款功能強(qiáng)大的低成本多功能PCI總線數(shù)據(jù)采集卡。用PCI-1710L板卡構(gòu)成的控制系統(tǒng)框圖如圖2.3所示。使用時用PCL-10168電纜將PCI-1710L板卡與ADAM-3968接線端子板連接，這樣PCL-10168的68個針腳和ADAM-3968的68個接線端子一一對應(yīng)。[7]圖2.3基于PCI-1710L板卡的控制系統(tǒng)框圖接線端子板各端子的位置及功能如圖2.4所示，信號描述如表2-1所示。圖2.4ADAM-3968接線端子板信號端子位置及功能2.4.1模擬量輸入連接PCI-1710L卡既支持16路單端模擬量輸入，又支持8路差分模擬量輸入。輸入通道的配置可通過軟件進(jìn)行選擇，這種方式比通過卡上的跳線選擇配置更為簡便。在過去，如果通過開關(guān)將一個通道設(shè)置為單端輸入，則其它通道也需設(shè)置為單端。但是PCI-1710L卡與之不同—即使通過軟件將一個通道設(shè)置為單端輸入，其它通道也可保留原有配置。單端輸入配置只為每個通道提供1根信號線，且被測量的電壓以公共地為參考。沒有接地端的信號源稱為“浮動信號源”。將單端通道連接至浮動信號源尤為簡單。在這種模式下，PCI-1710L板卡為外部浮動信號源提供一個參考地。如下圖2.5所示。圖2.5單端輸入通道連接2.5PID控制算法概述2.5.1PID控制器的應(yīng)用與發(fā)展在過去的幾十年里，控制器在工業(yè)控制中得到了廣泛應(yīng)用。在控制理論和技術(shù)飛速發(fā)展的今天，工業(yè)過程控制中95%以上的控制回路都具有PID結(jié)構(gòu)，并且許多高級控制都是以PID控制為基礎(chǔ)的。今天所熟知的控制器產(chǎn)生并發(fā)展于1915-1940年期間。盡管自1940年以來，許多先進(jìn)控制方法不斷推出，但PID控制器以其結(jié)構(gòu)簡單，對模型誤差具有魯棒性及易于操作等優(yōu)點(diǎn)，仍被廣泛應(yīng)用于冶金、化工、電力、輕工和機(jī)械等工業(yè)過程控制中。PID控制器作為最早實(shí)用化的控制器已有70多年歷史，它的算法簡單易懂、使用中參數(shù)容易整定，也正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，PID控制器現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制器。PID的發(fā)展過程，很大程度上是它的參數(shù)整定方法和參數(shù)自適應(yīng)方法的研究過程。最早的參數(shù)工程整定方法是在1942年由Ziegler和Niehols提出的簡稱為Z-N的整定公式，盡管時間已經(jīng)過去半個世紀(jì)了，但至今還在工業(yè)控制中普遍應(yīng)用。1953年Cohen和Coon繼承和發(fā)展了Z-N公式，同時也提出了一種考慮被控過程時滯大小的Cohen-Coon整定公式。自Ziegler和Nichols提出參數(shù)整定方法起，有許多技術(shù)已經(jīng)被用于PID控制器的手動和自動整定。按照發(fā)展階段劃分，可分為常規(guī)PID參數(shù)整定方法及智能PID參數(shù)整定方法：按照被控對象個數(shù)來劃分，可分為單變量PID參數(shù)整定方法及多變量PID參數(shù)整定方法，前者包括現(xiàn)有大多數(shù)整定方法，后者是最近研究的熱點(diǎn)及難點(diǎn)：按控制量的組合形式來劃分，可分為線性PID參數(shù)整定方法及非線性PID參數(shù)整定方法，前者用于經(jīng)典PID調(diào)節(jié)器，后者用于由非線性跟蹤微分器和非線性組合方式生成的非線性PID控制器。液面高度是工業(yè)控制過程中一個重要的參數(shù)，特別是在動態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的效果。液位控制是工業(yè)生產(chǎn)中典型的過程控制問題，對液位準(zhǔn)確的測量和有效的控制是一些設(shè)備優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低耗和安全生產(chǎn)的重要指標(biāo)。由于它便于直接觀察、容易測量、獲取方便、過程時間常數(shù)一般比較小、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，所以被廣泛應(yīng)用于工業(yè)測量。在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，目前采用最多的控制方式依然是PID控制。即使在美國、日本等工業(yè)發(fā)達(dá)國家，PID控制的使用率仍達(dá)90%，可見PID控制在工業(yè)過程控制中占有異常重要的地位。PID控制技術(shù)經(jīng)歷了數(shù)十年的發(fā)展，從模擬PID控制發(fā)展到數(shù)字PID控制，技術(shù)不斷完善與成熟。尤其近十多年來，隨著微處理技術(shù)的發(fā)展，國內(nèi)外對智能控制的理論研究和應(yīng)用