毕业设计 (论文)开题报告信息与电子工程系 工业电气自动化技术专业03 级（1）班课题名称：基于PLC的液位控制系统的设计学生姓名： 指导教师： 报告日期： 1、 文献综述“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的科目。随着科学技术的飞速发展，过程控制也在日新月异的发展。它不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且正在成为新建的规模大，结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分(1)在工业生产过程中,液位变量是一个常见而广泛的过程参数之一。液位控制装置具有非线性、滞后、耦合等特点,难以对其进行精确控制.在众多的控制算法中,模糊控制是行之有效的控制方法之一。但在模糊控制系统的设计过程中,存在大量繁琐的工作,如控制器结构的确定,隶属函数的选取、各种规则的获取,参数的调整等.本文利用PID模糊控制。信号处理是过程控制中的重要组成部分。步入21世纪之后,社会进入数字化的时代,而数字信号处理器(digitalsignalprocessor)正是这场数字化革命的核心。数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片,通过数字计算的方法对信号进行处理与模拟信号处理相比数字信号处理具有精确,灵活,抗干扰能力强,可靠性好和易于大规模集成等特点。目前，集成电路的设计由于电流模式电路技术的发展和应用而获得了新的生长点，模拟VLSI的最新进展使得开发和实现电流模式信号处理成为可能.电流模式技术和方法对于诸如放大器、变换器、A/D和D/A、采样数据和连续时间滤波器、自校正系统，编程系统、ANN(人工神经网络)和神经计算机等许多问题提供了最有吸引力的途径，并将对微电子学与信息科学、计算机科学与AI,控制与机器人等领域的发展产生重要的影响。信号的获取需要传感器，适用于测液位的传感器有很多种，主要有热敏电阻传感器、电容式液位传感器、电感式液位传感器等。它们各有特点，可根据液面特性选择。模拟量输入通道因检测系统本身的特点、实际应用的要求等因素的不同，可以有不同的形式。比如，对于高速系统，特别是需要同时得到系数众多数据的系统，可采用并行转换结构。但通道越多，成本越高，而且会使系统体积大，也给系统较准带来困难，通常采用的结构是多路通道共享采样/保持和模数转换电路。信号处理器的功能是对来现场的多路模拟信号滤波、隔离、电平转换、非线性补偿、电流电压转换等。多路开关将多路信号按一定顺序要求切换到放大器的输入端。放大器是将传感器输出的弱信号放大到A/D转换器所需电平。采样保持器的作用，一是保证A/D转换过程中被转换的模拟量保持不变，以提高转换精度；二是可将多个相关的检测点在同一时刻的状态量保持下来，以供分时转换和处理，确保每个检测量在时间上的一致性。若模拟输入电压信号变化缓慢，A/D转换精度能够满足要求，则S/H可省不用。A/D将模拟信号转换成数字信号，以使计算机能够接收。A/D转换器的种类很多，按工作原理可分为比较式和积分式两大类。比较式A/D转换器的工作原理实质上是将被转换的模拟量与转换器产生的基准电压进行比较，从而将模拟量转换成数字量。积分式A/D转换通过对被测量进行积分，将被测量转化成中间量（时间或频率），然后再将中间量转换成数字量。积分式A/D转换测量的平均值，它的抗干扰能力强，准确度高，但速度较慢。逐次逼近式属于闭环比较式，速度快，准确度高，应用广泛。积分式A/D转换通过对被测量进行积分，将被测量转化成中间量（时间或频率），然后再将中间量转换成数字量。积分式A/D转换测量的平均值，它的抗干扰能力强，准确度高，但速度较慢。积分式A/D转换器可分电压-时间（V-T）转换式和电压-频率（V-F）转换式，每一种根据转换的特点又分为若干类。模拟量输出通道有以下两种基本结构（1）多通道独立D/A转换形式。由于目前D/A转换器芯片内部一般带来数据锁存器，所以这种连接方式的不需要采样保持器。一旦数据送入D/A转换器只要没有新的数据输入，它就保持原来的输出值。这种结构的组成包括I/O接口、D/A转换器、隔离级、输出级、执行器。多通道独立D/A转换器结构的优点是转换速度快，工作可靠、精度高且各个通道互相独立而互不影响。缺点是使用较多D/A转换器，投资较高。工业控制中多采用此种形式。（2）多通道共享D/A转换形式。这种形式由于D/A转换器是共用的，所以每一个模拟量输出通道都需要一个采样保持器S/H, 采样保持器的作用是将D/A转换器输出的离散模拟量转换成执行器件能接受的连接信号，即把上一时输出的采样值保持到下一次输出。这种结构的优点是节省D/A转换器。由于公用一个D/A，在CPU控制下分时工作，D/A转换器依次把数字量转换成模拟电压或电流，通过多路开关给各路输出采样保持器，而保持器不能长久保持信号不变，因此这种结构精度较差，只适用转换数字要求不高、通路较多的情况。D/A转换器中包含由电阻（或电容）和开关组成的网络。模拟参考电压在网络的输入端。被转换的数字信号控制网络中开关的闭合，改变网络的参数，从而使网络输出与数字量相对应的模拟电流或电压。这样就实现了数-模转换。DAC的种类很多，绝大多数DAC都为电流输出，有的兼有电流和电压输出；输出模拟量和输入数字量之间的函数关系既有线性的，也有非线性的；数字信号输入方式有并行的，也有串行的；多数D/A转换器既可对普通二进制数码进行单极性转换，又可以通过改变外部接线，对补码、反码、偏移二进制码或符号-数值码进行双级性转换。实际产品的结构不一定包括图中所有部分，但虚线中的部分则应是必备的。2、 研究内容基于PLC的液位控制系统在实际的生产应用中非常广泛。本项目要使用浙大中控设计生产的AE2000A型过程控制实验对象系统、AE2000A型过程控制实验仪表控制台和西门子PLC（S7-300系列）控制系统等。本项目要求学生以PLC为核心，整定液位系统的PID控制参数，并应用PLC语句编程来控制液位的高度。S7-300PLC系列是紧凑型可编程序控制器，设计要求给出PLC液位控制系统的梯形图和程序，这就要求学生在规定的时间内完成PID参数的计算和PLC系统的设计，最后要求给出一套设计图和设计说明书。3、 初步方案这里采用的是水箱液位的PID调节，有两级水箱。控制一个水箱的是单回路反馈PID控制。单回路系统是指在一个调节对象上用一个PID调节器来保持参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。两个水箱的液位通过串级反馈回路来控制。系统具体装置如下图所示。系统运行前要把需要控制液位的水箱水路上的手动阀门全部打开，打开水箱的出水阀至适当位置。系统通过PLC控制液位的高度，实现方法是，通过液位传感器把检测到的信号变成相应的电信号传到PLC的模拟量输入通道中，由PLC经过PID算法计算得出输出信号，经过信号处理输出到执行器电动调节阀中控制阀门的开度，使液位达到指定的高度，这个过程需要一定的时间。输出的信号和电动调节阀的开度成正比。控制要选择控制参数，合适的控制参数可以带来满意的控制效果，反之，控制器参数选择不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。所以PID参数的选择是很重要的，要很好地去整定。系统可以设定比例、积分、微分的参数，观察控制的效果，使用比例控制、比例积分控制和比例积分微分控制进行实验，将它们得到的结果进行比较，就可以知道三个控制环节分别的作用。系统的控制框图如图2所示图2：液位控制系统控制框图其中SV为给定信号，由用户通过计算机设定，PV为控制变量，它们的差是PID调节器的输入偏差信号，经过PLC的PID运算后输出，调节器的输出信号经过PLC的D/A转换成420mA的模拟电信号后输出到电动调节阀中调节调节阀的开度，以控制水的流量，使水箱的液位保持设定值。水箱的液位经过压力变送器检测转换成相关的电信号输入到PLC的输入接口，再经过A/D转换成控制量PV，给定值SV与控制量PV经过PLC的CPU的减法运算成了偏差信号e ,又输入到PID调节器中，又开始了新的调节。所以系统能实时地调节水箱的液位。4、工作安排周 完成文献检索、文献综述和英文翻译周完成开题报告，熟悉实验装置等周 完成PID控制器设计与计算、学习S7-300，并完成编程等周 完成实验调试周毕业实习周完成毕业论文周毕业答辩