課題名稱基因PLC的液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)系、年級(jí)專業(yè)電氣系級(jí)測(cè)控技術(shù)與儀器指導(dǎo)教師副教授論文題目：基于PLC的液位控制一、選題的依據(jù)及課題的意義人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常會(huì)涉及到水箱液位控制的問題，例如鍋爐，食品加工，居民生活用水，污水處理等，在這個(gè)過程中僅僅靠人工來調(diào)節(jié)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。為了解決人工控制的控制準(zhǔn)度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問題。從而我們現(xiàn)在就引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。在自動(dòng)化控制的工業(yè)生產(chǎn)過程中，一個(gè)很重要的控制參數(shù)就是液位。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問題。隨著現(xiàn)在工業(yè)控制的要求越來越高，一般的自動(dòng)化控制已經(jīng)也不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制既PLC。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及時(shí)。

液位控制系統(tǒng)它使我們的生活、生產(chǎn)都帶來了不可想象的變化。它使在控制中更加的安全，節(jié)約了更多的勞動(dòng)力，更多的時(shí)間。

在我國隨著社會(huì)的發(fā)展，很早就實(shí)行了自動(dòng)控制。而在我國液位控制系統(tǒng)也利用得相當(dāng)?shù)膹V泛，特別在鍋爐液位控制，水箱液位控制。還在黃河治水中也的到了利用，通過液位控制系統(tǒng)檢測(cè)黃河的水位的高低，以免由于黃河水位的過高而在不了解的情況下，給我們?nèi)嗣駧砩ｋU(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。傳統(tǒng)供水系統(tǒng)采用基于PLC的PID控制原理，PID控制原理簡單，使用方便，適應(yīng)性強(qiáng)，廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)過程控制領(lǐng)域。但是傳統(tǒng)的控制方法是建立在被控對(duì)象的精確的數(shù)學(xué)模型之上的，隨著系統(tǒng)復(fù)雜程度的提高，將難以建立供水系統(tǒng)的精確數(shù)學(xué)模型和滿足實(shí)時(shí)控制的要求。在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中，很多供水系統(tǒng)的影響因素很多，很多實(shí)際系統(tǒng)都是非線性的，建立精確的數(shù)學(xué)模型特別困難。而基于PLC的模糊控制器克服了PID控制器基于精確數(shù)學(xué)模型的缺點(diǎn)，將采樣時(shí)所獲得的誤差及誤差變化信號(hào)，根據(jù)其模糊化結(jié)果查詢模糊控制表，轉(zhuǎn)換為精確量后，直接作用于被控對(duì)象，解決了傳統(tǒng)PID控制系統(tǒng)的缺點(diǎn)，使供水系統(tǒng)更加的安全可靠?？删幊踢壿嬁刂破骷缺Ａ袅死^電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、控制精度高、可靠性好、控制程序可隨工藝改變、易于與計(jì)算機(jī)通信和維修方便等諸多高品質(zhì)性能，又采用一種可編程運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和運(yùn)算等操作的指令，通過數(shù)字式或模擬式的輸入輸出來控制各種類型的機(jī)械設(shè)備或生產(chǎn)過程。因此，現(xiàn)在PLC在液位控制領(lǐng)域得到了廣泛而深入的應(yīng)用二、研究概況及發(fā)展趨勢(shì)綜述1）PLC關(guān)于液位控制的發(fā)展趨勢(shì)人們的生活的提高，同時(shí)對(duì)生活的要求也越來越高，同樣對(duì)液位控制的及時(shí)性、精準(zhǔn)性也要求越來越苛刻！基于PLC的液位控制有著，第一，可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，平均故障時(shí)間為幾十萬小時(shí)。而且PLC采用了許多硬件和軟件抗干擾措施。第二，編程簡單、使用方便目前大多數(shù)PLC采用繼電器控制形式的梯形圖編程方式，很容易被操作人員接受。一些PLC還根據(jù)具體問題設(shè)計(jì)了如步進(jìn)梯形指令等，進(jìn)一步簡化了編程。第三，設(shè)計(jì)安裝容易，維護(hù)工作量少。第四，適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境，采用封裝的方式，適合于各種震動(dòng)、腐蝕、有毒氣體等的應(yīng)用場(chǎng)合。第五，與外部設(shè)備連接方便，采用統(tǒng)一接線方式的可拆裝的活動(dòng)端子排，提供不同的端子功能適合于多種電氣規(guī)格。第六，功能完善、通用性強(qiáng)、體積小、能耗低、性能價(jià)格比高。所以基于PLC的液位控制系統(tǒng)的發(fā)展前景還是非常寬廣！長期以來，PLC始終處于工業(yè)控制自動(dòng)化領(lǐng)域的主戰(zhàn)場(chǎng)，為各種各樣的自動(dòng)化控制設(shè)備提供非?？煽康目刂品桨?，與DCS和工業(yè)PC形成了三足鼎立之勢(shì)。同時(shí)，PLC也承受著來自其它技術(shù)產(chǎn)品的沖擊，尤其是工業(yè)PC所帶來的沖擊，如今PLC在向微型化、網(wǎng)絡(luò)化、PC化和開放性方向發(fā)展。PLC在工業(yè)和經(jīng)濟(jì)上的發(fā)展前景目前我國在大量引進(jìn)進(jìn)口PLC的同時(shí)，也在發(fā)展國產(chǎn)PLC的同時(shí)，主要面臨著三大問題：其一是技術(shù)問題，在國際上PLC迅速發(fā)展的形勢(shì)下，我國大多數(shù)PLC廠家還沒有擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，能夠參與國際競(jìng)爭(zhēng)的PLC產(chǎn)品，這其中主要的因素是研發(fā)實(shí)力不夠。雖然資金投入、生產(chǎn)和質(zhì)量管理等因素也占有非常大的比重，但對(duì)產(chǎn)品的質(zhì)量起著決定性作用的是研發(fā)投入、研發(fā)成果產(chǎn)品化以及生產(chǎn)工藝等。其二是競(jìng)爭(zhēng)問題，由于國內(nèi)PLC市場(chǎng)大部分由外國的產(chǎn)品所占領(lǐng)，大、中型PLC產(chǎn)品中，幾乎全部由國外幾大公司壟斷，隨著我國使用PLC市場(chǎng)的不斷擴(kuò)大，國外幾大公司幾乎每年都會(huì)針對(duì)市場(chǎng)推出新的產(chǎn)品，而我國沒有自己的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，在經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)中就只能處于被動(dòng)的地位。其三是市場(chǎng)銷售，國內(nèi)PLC的產(chǎn)品宣傳、市場(chǎng)開拓，以及建立完善的售后服務(wù)體系方面應(yīng)繼續(xù)加大力度?？梢哉fPLC在我國尚未形成制造產(chǎn)業(yè)化。在PLC應(yīng)用方面，我國是很活躍的，應(yīng)用的行業(yè)也很廣。專家估計(jì)，2000年P(guān)LC的國內(nèi)市場(chǎng)銷量為15(20萬套（其中進(jìn)口占90%左右），約25(35億元人民幣，年增長率約為12%。預(yù)計(jì)到2005年全國PLC需求量將達(dá)到25萬套左右，約35(45億元人民幣。PLC市場(chǎng)也反映了全世界制造業(yè)的狀況，2000后大幅度下滑。但是，按照AutomationResearchCorp的預(yù)測(cè)，盡管全球經(jīng)濟(jì)下滑，PLC市場(chǎng)將會(huì)復(fù)蘇，估計(jì)全球PLC市場(chǎng)在2000年為76億美元，到2005年底將回到76億美元，并繼續(xù)略微增長國內(nèi)外PLC的生產(chǎn)廠家全世界PLC生產(chǎn)廠家約200家，生產(chǎn)300多種產(chǎn)品。國內(nèi)PLC市場(chǎng)仍以國外產(chǎn)品為主，如Siemens、Modicon、A-B、OMRON、三菱、GE的產(chǎn)品。經(jīng)過多年的發(fā)展，國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家約有三十家，但都沒有形成頗具規(guī)模的生產(chǎn)能力和名牌產(chǎn)品，更多廠家見附件1研究內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)初步方案（一）、課題設(shè)計(jì)的目的：熟悉PLC控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，掌握PLC硬件及軟件設(shè)計(jì)的基本方法。同時(shí)，掌握電氣控制系統(tǒng)一般設(shè)計(jì)過程，培養(yǎng)科學(xué)的思維方式，正確的設(shè)計(jì)思想和解決實(shí)際問題的能力。（二）、課題設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：應(yīng)用所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)一款液位控制系統(tǒng)。（三）實(shí)驗(yàn)初步方案目前采用的是水箱液位的PID調(diào)節(jié)，有兩級(jí)水箱，如果控制一個(gè)水箱是單回路反饋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)來保持參數(shù)的很定，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)水箱的液位通過串級(jí)反饋回路來控制，系統(tǒng)具體裝置如下圖所示：需要注意的是，系統(tǒng)運(yùn)行前需要控制液位水箱水路上的手動(dòng)閥全部打開，打開水箱的出水閥至適當(dāng)?shù)奈恢?。系統(tǒng)通過PLC控制液位的高度，實(shí)現(xiàn)的方法是，通過液位傳感器把檢測(cè)到的信號(hào)變成相應(yīng)的電信號(hào)傳到PLC模擬輸入通道中，由PLC經(jīng)過PID算法計(jì)算得出的輸出信號(hào)，經(jīng)過信號(hào)處理輸出到執(zhí)行器電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中控制閥門的開度，使得液位達(dá)到指定的高度，這個(gè)過程需要一定的時(shí)間，輸出的信號(hào)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度成正比，反之控制器參數(shù)選擇不合適，則會(huì)使得控制質(zhì)量變壞，達(dá)不到預(yù)期的效果，所以PID參數(shù)的選擇是很重要的，要很好的去整定，系統(tǒng)可以設(shè)定比例積分微分的參數(shù)，觀察積分的效果，使用比例控制、比例積分控制和比例積分微分控制進(jìn)行試驗(yàn)，將他們得到的結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，就可以知道3個(gè)環(huán)節(jié)分別的作用。系統(tǒng)的控制圖如圖2所示：其中SV給定信號(hào)，由用戶通過計(jì)算機(jī)設(shè)定，PV為控制變量，它們的差是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)，經(jīng)過PLC的PID運(yùn)算后輸出，調(diào)節(jié)器的輸出信號(hào)經(jīng)過PLC的D/A轉(zhuǎn)換成4-20ma的模擬電信號(hào)后輸出到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使得水箱的液位保持設(shè)定值。水箱的液位經(jīng)過壓力變送器檢測(cè)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電信號(hào)輸入到PLC的輸入接口，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換成控制量PV，給定值SV與控制量PV經(jīng)過PLC的CPU的檢查運(yùn)算成了偏差信號(hào)e，又輸入到PID調(diào)節(jié)器中，又開始了新的調(diào)節(jié)，所以系統(tǒng)能實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)水箱的液位。四、目標(biāo)、主要特色及工作進(jìn)度三、畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)工作內(nèi)容及完成時(shí)間：1、2013年11月15日—2013年12月25日：搜集、閱讀和整理資料，交出開題報(bào)告2、2013年12月26日—2014年1月25日：進(jìn)行方案論證并初步確定總體方案3、2014年1月26日—2014年3月27日：完成硬件電路設(shè)計(jì)4、2014年3月28日—2014年4月28日：進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與仿真，撰寫論文并提交初稿5、2014年4月29日—2014年5月20日：修改論文，完成論文的撰寫6、2014年5月21日—2014年6月5日：專家評(píng)審，準(zhǔn)備論文答辯7、2014年6月6日—2014年6月10日：進(jìn)行論文答辯五、主要參考文獻(xiàn)（按作者、文章名、刊物名、刊期及頁碼列出）1、廖常初.《可編程序控制器應(yīng)用技術(shù)》。重慶：重慶大學(xué)出版社，20052、廖常初.《可編程序控制器的編程方法與工業(yè)應(yīng)用》。重慶：重慶大學(xué)出版社，20013、廖常初.可編程序控制器的原理與應(yīng)用。電工技術(shù)，1990，（10）~1991，（2）4、邵裕森，戴先中.《過程控制原理》。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20075、金以慧.《過程控制》。北京：清華大學(xué)出版社，19936、朱麟章.《過程控制系統(tǒng)及設(shè)計(jì)》。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，19967、網(wǎng)上相關(guān)資料。五、指導(dǎo)教師審閱意見指導(dǎo)教師（簽名）年月日六、教研室審查意見教研室主任（簽名）年月日七、系審查意見主管系領(lǐng)導(dǎo)（簽名）年月日備注附件1：國外PLC生產(chǎn)廠家公司名稱PLC產(chǎn)品日本三菱公司A系列、FX系列、Q系列日本東芝公司EX小型機(jī)及EX-PLUS小型機(jī)、EX日本松下公司FP-e/FP0/FP∑/FP1/FP-M/FP2/FP2SH/FP3/FP10SH/FP-x

日本富士公司FlexNS/NJ/NBNWO系列、MICREX-SXSPB系列日本日立公司E系列PLC美國AB公司PLC-5系列、微型PLC等GE-FANAC公司中型機(jī)90-30系列，小型機(jī)90-20系列，914、781/782、771/772等日本OMRON公司CPMIA型，P型，H型，CVM、CV型

，Ha型，F(xiàn)型德國西門子公司S7-200,S7-300、S7-400S7-1200系列歐姆龍集團(tuán)CQM1系列、C200H系列、CS1系列、CJ1系列美國莫迪康公司（施耐德）M340、M218M238、

M258羅克韋爾自動(dòng)化有限公司PLC-5、CompactLogix、SLC500韓國LG集團(tuán)Master-k系列,X系列國內(nèi)PLC生產(chǎn)廠家公司名稱PLC產(chǎn)品北京凱迪恩自動(dòng)化技術(shù)有限公司KDN-K3系列小型一體化PLC浩納爾（天津）自動(dòng)化科技有限公司

XLt系列、XLe系列石家莊德立科電子科技有限公司KX1S系列、KX1N系列、KX2N系列PLC深圳三凌機(jī)電科技開發(fā)有限公司FX系列PLC北京安控科技發(fā)展有限公司PLCcore系列、DemoEC11系列北京和利時(shí)系統(tǒng)工程股份有限公司LK大型PLC、LM系列小型PLC基恩士國際貿(mào)易（上海）有限公司SV系列廈門海為科技有限公司S系列Koyo光洋電子（無錫）有限公司SH/SH1/SH2、SM/SM1、SN、SZ、SU、SR/DL-305系列豐煒科技企業(yè)股份有限公司（臺(tái)灣）V、M、VB、VH系列臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司（臺(tái)灣）DVP-EH3/EH2系列、DVP-PM系列、DVP-ES2/EX2系列、DVP-EC3系列等福建毅天自動(dòng)化科技有限公司ET-SX、ET-MX、ET-200、ET-300系列上海金鴻格國際貿(mào)易有限公司W(wǎng)inPAC智能型、泛用型PAC浙大中自集成控制股份有限公司SunyPLC200、SunyPLC300系列永宏電機(jī)股份有