目 录

封面--------------------------1 目录--------------------------2 引言--------------------------3 一、总体设计方案--------------4

基本任务----------------------4 基本要求----------------------4 主要性能指标------------------4 扩展功能----------------------4 控制方法选择------------------4 系统组成----------------------5

二、控制系统设计--------------5

控制程序流程图-----------------5 控制程序设计思路---------------6 系统变量定义及分配表-----------6 系统接线图设计-----------------6

三、系统调试及结果分析--------7

系统调试-----------------------7 结果分析-----------------------8

结束语---------------------8 参考文献-------------------8 附录：源程序图-----------------9

第 1 页 共 1 页

引言

在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题, 例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。由于液体本身的属性及控制机构的摩擦、噪声等的影响，控制对具有一定的纯滞后和容量滞后的特点，液位上升的过程缓慢，呈非线性。因此液位控制装置的可靠性与控制方案的准确性是影响整个系统性能的关键，因此液面高度是工业控制过程中一个重要的参数，特别是在动态的状态下，采用适合的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。可编程控制器（PLC）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来代替继电器实现逻辑控制。 PID控制（比例、积分和微分控制）是目前采用最多的控制方法。

本文主要是对一单容水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PLC控制、PID算法、传感器和手动调试电机等一系列的知识。作为单容水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方式采用了PID算法，控制核心为S7-200系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感器为扩散硅式压力传感器。选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。

第 2 页 共 2 页

总体设计方案

基本任务

对单容水箱液位/压力控制系统。这是一个单回路反馈控制系统,控制的任务是使水箱的液位/压力等于给定值,减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。用液位/压力参数为被控对象。交流电动机带动齿轮泵通过阀1向上水箱供水,调节阀2使之同时向外排水,令入水的速度大于出水的速度,达到被控参数(液位/压力)的动态调整。

基本要求

对单容水箱，用西门子S7-200为控制核心，辅助以单片机系统配套的A/D、D/A转换单元及电路,通过执行数字PID程序实现参数的自动调整(设定值在单片机键盘上完成),使水箱的实际液位/压力值与设定值接近,最终稳定于设定值。组成单闭环水位调节系统，,要求水位可以在一定范围内由人工设定，且各种测量、控制参数可在人机界面上显示、设定。

主要性能指标

水位范围 0-18.0cm

水位设定值

10.0cm

水位误差 ±1cm 水位低限 5cm 超限报警 水位高限 14cm 超限报警

扩展功能

通讯端口采用的是RS-485总线，允许将S7-200 CPU同编程器或其它一些设备连接起来。 通过扩展模块可增加CPU的I/O点数，也可提供其它通讯功能。 人机界面——触摸屏

控制方法选择

单容水箱液位控制系统可归属于一阶惯性环节，一般来说，对一阶惯性环节的过渡过程控制。

PID控制适用与负荷变化大、容量滞后较大、控制品质要求又较高的控制系统。另外，PID算法有两种常见的实现形式：位置型PID算法和增量型PID算法，结合本系统设计任务与要求，以及以上对几种控制方法的分析来看，增量式PID控制方法最适合本系统采用。

第 3 页 共 3 页