基于组态软件的双容水箱液位控制系统开题报
告
学 院 姓 名 题 目 专业班级 学 号 题目类型 应用研究 基于组态软件的双容水箱液位控制系统设计 一、选题背景及依据（简述国内外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献） 液位控制问题是人民生活以及工业生产过程中的一类常见的问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业在生产加工过程中通常要对蓄液池中的液位进行适当的控制。在工业生产中通过液位的检测与控制，可以了解容器中的原料、半成品或成品的数量，以便调节容器内的输入输出物料的平衡，保证生产过程中各环节的物料搭配得当[1]，提高生产效率以及产品的质量。因此液位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，采用合适的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的生产效果。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，就需要要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量。 目前国内外的液位控制的方法有很多，控制要求不高的情况下常用的有：1、液压式水位控制阀[2]，其原理：当液位下降时，阀内的弹簧受力减小，进水阀芯打开，自动加水，水箱内的水位逐渐上升，阀门内所受的压力逐渐增大，当水位上升到预设的液位时弹簧所受的力与阀内所承受的压力达到平衡，阀门自动停止加水。该控制方法适用于工矿企业、民用建筑中的各种水箱、太阳能水箱的自动供水系统。并可用作常压锅炉循环供水水箱的进水控制阀。2、浮球水位控制器，是利用浮球在液体中的上升或下降，接通球体内部的重力开关，再由浮球内部的触点开关去控制相关电器设备[3]。浮球水位控制器分为管式浮球与缆浮球，管式浮球适合清水及粘度不大的液体，缆浮球适合污水。3、超声波液位控制器，适用于腐蚀性的液体、污水等液位的控制。但是液位控制系统是一个非线性系统，采用上述控制方式存在溶积延迟时间长、抗干扰能力差、控制精度低等问题，不能满足高精度的控制要求。采用组态软件编制上位机控制界面和算法程序，组建接近于实际的控制系统。通过在线运行，具有控制自适应能力强，动态、静态品质优良等优点，有效地解决了类似系统难于控制的问题[4]。对液位控制系统，一般是在工作点附近线性化后再加以控制的，控制方法有PID控制、基于线性模型的模糊控制[5]、人工神经网络[6]等。 这些不同背景的液位控制都可以简化为某种水箱的液位控制问题[7]。水箱液位控制系统的设计应用非常广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成水箱液位控制系统来实现。通过对双容水箱液位控制系统的设计，我们能对实际生产中的液位控制问题有进一步的了解，提高自己的动手动脑能力，学会如何把自己所学的知识用于实际生产之中。 主要参考文献： [1]Haizhou Pan, Hong Wong, Vikram Kapila, etal. Exp erimental Validation of a Nonlinear Back Step ping Liquid Controller for a State Coupled Two Tank System [J]. Control Enginerring Practice, 2005: 13- 27 [2]崔昌福. 液压式水位控制阀[J]. 建筑技术通讯，1979. 05. 01：44～45 [3]江西、杨利明. 浮球液位控制器的应用[J]. 机电技术， 2007.09.02 [4] 穆清论. 基于组态软件的液位控制系统的设计[J]. 自动化博览，2010. 11：82～84 [5]段宏伟. 基于模糊算法的双容水箱液位控制控制系统设计[J]. 建材技术与应用，2011.08：28～29 [6]THOMAS HECKENTHLAER，SEBSATIAN ENGELL.Approximately Time Opitmal Fuzzy Control of a TWO--Tank System[J].IEEE Conference On Control Applications(ISSNO272--1708),1994,3(14): 24～30 [7]金以慧. 过程控制[M]. 北京：清华大学出版社，2003：103～122 [8]朱广，吴君晓．基于智能仪表的串联双容水箱液位控制系统的设计[J]．河南机电高等专科学校学报，2007，15(4)：9～20 [9]邵裕森、戴中先. 过程控制工程[M]. 第二版，北京：机械工业出版社，2012.01：178～181 [10]吴兴纯 ，杨秀莲 ，赵金燕 ，杨燕云. 基才FX2N系列PLC的双容水箱液位控制系统的设计[J]. 电子设计工程， 2011.07：60～63 [11]TEODOR MRA C U, LETITIA MIREA, ATITLA KLOSZ. A Neural Network ADDroach to Robust Model Based Diagnosis of Faults in Three--Tank system[c].IEEE Proceedings of the Intem aitonal Symposium on Cron----puter--Aided Control System Design(ISBNO 7803--3032--3).1996：111～116 [12]郑华、吕伟珍. 基于组态王和Matlab的双容水箱液位控制[J]. 中国农机化， 2012，(2)：155～157 二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工作方法或工作流程 如图1所示，在串联双容水箱水位的控制中，进水首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出。 本次设计以低位水箱为主控对象，通过控制进水流量达到控制水箱液位的目的。 图1 双容水箱示意图 工作任务：以组态软件为用户界面，设计串联双容水箱控制系统，并进行实时监控。 1、系统硬件设计。 该系统有以下及部分组成[8]。其硬件结构图如图2。 ①PLC：运用PLC中的PID模块作为系统中的主、副控制器，并通过PLC的通信接口实现与上位机的通信，实现实时监控。该系统只有两个控制器，S7—200PLC（8个PID模块）在内存、扫描通信等方面都能满足控制的要求。