水箱水位的控制
PLC水箱水位控制课件
自动化系统集成与调试实训报告本课程为自动化集成与调试，实际上就是让我们用PLC控制水箱打水。
由于实训前接触过类似的程序与硬件，所以做起来相对简单。
第一周实训，一开始长江老师让我们重新复习之前所学。
我们组并没有急着开始做项目，而是认真的检查电源，传感器，变频器等硬件是否完好。
然后再由徐同学与李同学完成硬件的接线，张组长则与吴同学完成程序的编写。
一、接线图：S7-300模拟量输入输出模块、S7-300数字量输入输出模块、传感器以及变频器的接线（注意：用灰色细线将变频器3号端子接PLC数字量输出端子，变频器7号端子接PLC的M端，变频器9号端子接PLC模拟量输出端子，变频器10号端子接PLC模拟量COM端；用红、蓝、黑三种粗线将水箱抽水泵和变频器的U、V、W、PE端子对应接好）。
二、项目要求：我们所做的项目如下（一）项目一、PLC控制变频器打水本项目总任务是通过PLC、变频器控制水泵打水。
任务一、G110变频器参数设置及快速调试任务二、PLC控制变频器打水的组态、编程及仿真任务三、S7-300模拟量输出模块与接线（二）项目二、水箱液位的测量本项目总任务是通过PLC、变频器控制实现水箱液位的测量任务一、水箱液位测量的组态、编程及仿真任务二、现场接线任务三、现场实际调试与运行（三）项目三、水箱液位两位式调节本项目总任务是通过PLC、变频器、传感器监测水位控制水泵打水，当测量值大于高限值，变频器停止，水泵停止打水；当测量值小于低限值，变频器启动，水泵打水，当测量值在高限值与低限值之间时，变频器保持原状态。
任务一、水箱液位两位式调节的组态、编程及仿真运行任务二、水箱液位两位式调节现场实际调试与运行（四）项目四、水箱液位PID控制总任务是调用PID模块使变频器的频率自动调节任务一、了解PID调节的原理任务二、水箱液位PID控制的组态、编程及仿真任务三、水箱液位PID控制的现场接线任务四、箱液位PID控制的现场调试与运行（五）项目五水箱液位的WinCC监控通过WinCC的新建变量与PLC S7-300的程序地址的连接，达到用WinCC监控水箱水位的目的。
水箱液位控制设计
WOrd文档下载后可任意复制编辑基于水箱液位控制设计摘要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。
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。
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、PID 算法、传感器和调节阀等一系列的知识。
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，调节阀为电动调节阀。
选用合适的器件设备、控制方案和算法，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。
关键词PID 控制过程控制液位控制Abstract:In people's life and in the fields of industrial production level and flow control problem, for example, the living water supply, beverage, food processing, filter solution, the production of a variety of industries such as chemical production process, often need to use the liquid storage pool, liquid storage pool level need to maintain the appropriate height, neither too overflow cause waste, also cannot too little and can't meet the demand. So the liquid level height is an important parameter in the process of industrial control, especially in dynamic state, the suitable methods of liquid level detection, control, can get very good effect. PID (proportion, integral and differential control) is currently the most control methods.This paper is the design process of a water tank liquid level control system, involves the dynamic liquid level control, the control system modeling, the PID algorithm, sensor and the regulator and a series of knowledge. As single let water tank liquid level control system, the model of first-order inertia function, control mode adopted PID algorithm, theregulator for electric regulator. Choose the right components, equipment,control scheme and algorithm in order to maximize satisfy system such as control precision and adjust the volume of time and overshoot control quality requirements.Key words：PID control process control level control1 绪论1．1 过程控制的定义生产过程自动化，一般是指石油、化工、冶金、炼焦、造纸、建材、陶瓷及电力发电等工业生产中连续的或按一定程序进行的生产过程的自动控制。
水箱水位控制原理
水箱水位控制原理
水箱水位控制原理指的是利用传感器或电子设备等技术手段，对水箱内的水位进行监测和控制的过程。
其目的是为了保持水箱内的水位稳定，以满足特定的水需求或节约水资源。
水箱水位控制原理主要涉及以下几个方面：传感器选择、控制器选型、水泵控制、防止水箱溢出等。
在传感器选择方面，需要选择灵敏度高、反应迅速、精度高的传感器，可以根据实际情况选择不同类型的传感器，常见的有浮球型传感器、压力型传感器等。
在控制器选型方面，需要选择功能强大、操作方便、可靠性好的控制器，以确保水箱的水位控制精度和稳定性。
在水泵控制方面，需要通过控制器将水泵的开关控制在一定的范围内，以保证水箱内的水位在设定的范围内。
在防止水箱溢出方面，可以通过设置溢流管或溢流口等措施来避免水箱溢出的情况发生，保证水箱内的水位始终处于安全水位之内。
总之，水箱水位控制原理是非常重要的，不仅可以保证水资源的合理利用，还可以为人们提供更加便捷和安全的用水环境。
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水箱水位控制要点
水箱水位控制要点水箱水位控制对于一些水处理系统的安全运行、水资源利用效率以及夏季供水稳定性等方面都有着重要的作用。
本文将介绍水箱水位控制的基本概念、控制方法以及控制要点，希望能够对相关人员提供一些启示和帮助。
水箱水位控制的基本概念水箱水位控制是指对水箱水位进行监测和控制，当水位达到一定高度时，水泵开始工作将水抽出，当水位降至一定低度时，水泵停止工作，从而实现对水箱水位的自动控制。
水箱水位控制适用于各类水质、水量有一定要求的生产场所、居民小区、学校等建筑。
在不同场合中，对于水箱的大小、材质、安装地点、管道设置等均有不同要求。
水箱水位控制的控制方法水箱水位控制主要有以下几种控制方法：1.浮球控制方法。
利用浮球来感受水位的高低，从而控制水泵的启停。
这种方法简单易行，但浮球容易受到水质的影响而出现误差。
2.电极控制方法。
通过安装电极来检测水位高低，当水位变化时就会出现不同的电信号，从而控制水泵的启停。
这种方法的精度通常比较高，但对于水质的要求也比较高。
3.压力控制方法。
通过安装压力传感器来感受水压力的变化，从而控制水泵的启停。
这种方法精度比较高，但需要考虑管道设置、高差等数据的计算，并且管道常常需要安装压力阀和逆止阀等辅助设备。
水箱水位控制的几个关键要点1.合理设置水位高度。
水位高度的设置需要根据实际需求来进行合理的设置，同时需要考虑水泵的灵敏度和水质的影响，才能够保证水位控制的稳定性。
2.定期维护保养。
水箱水位控制设备需要定期检查、清洗和更换零部件，以保证其正常运行和稳定性。
3.控制设备的选择。
为了保证水箱水位控制的稳定性和精度，需要根据实际情况选择适当的控制设备，同时设备的质量和稳定性也需要铭记在心。
水箱水位控制对于现代化的水处理系统和生产场所来说至关重要，只有合理设置水位高度，选择合适的控制方法和设备，并定期进行维护保养，才能够保证水箱水位控制的精度和稳定性。
水箱水位控制系统设计方案
⽔箱⽔位控制系统设计⽅案⽔箱⽔位控制系统设计⽅案1 绪论1.1 ⽔箱⽔位控制系统研究背景及意义1.1.1 ⽔箱⽔位控制系统研究背景⽔是动植物体内和⼈的⾝体中不可缺少的物质，也可以说，如果没有⽔就没有⽣命的存在。
同时，⼯农业⽣产中也不能离开⽔，⽔是⼯农业⽣产中的重要原料。
在⼯农业的⽣产中，经常需要控制各类液体的⽔位。
随着我国⼯业的迅猛发展，⽔位控制技术已被⼴泛应⽤到⽯油、化⼯、医药、⾷品等各⾏各业中。
低温液体（液氧、液氮、液氩、液化天然⽓和液体⼆氧化碳等）得到⼴泛的应⽤，作为贮存低温液体的容器⼀定要保证能承受其载荷；在发电⼚、炼钢⼚中，保持正常的锅炉汽泡⽔位、除氧器⽔位、汽轮机凝⽓器⽔位、⾼、低压加热器⽔位等，是设备正常安全运⾏的保证；在教学与科研中，也经常遇到需要进⾏⽔位控制类的实验。
1.1.2 ⽔箱⽔位控制系统研究意义⼤型⽔箱是许多公司⽣产过程中必不可少的部件，它的性能和⼯作质量的优良不仅仅对⽣产有着巨⼤的影响，⽽且也关系着⽣产的安全问题。
在原来的⼯⼚⾥，对⽔箱的多数操作是由相应的⼈员进⾏操作的，这样原始的⼈⼯操作⽅式带来了很⼤的弊端，⽐如⽔位的控制，实时监控⽔箱的环境，夜间的监控等等，⼀旦操作员稍有疏忽，或者某个监则器件的损坏，都将带来⽆法弥补的损失，更严重的会危机到⽣产⼈员的⼈⾝安全。
所以，对⽔箱的控制，如果能够使⽤精密⽽⼜会严格按照⽣产规定运⾏的⾃动化系统，就可以最⼤限度的避免事故的⼏率，同时也能节省资源，并有效地提⾼了⽣产效率。
如果从节约能源⽅⾯考虑，以往的⼈⼯控制在多数情况下，会造成资源的不必要浪费，⽽⼤部分原因都是⽔箱内部⽔位的情况没有及时反馈到操作员那⾥，从⽽使控制上有了⼀定的延迟，从⽽造成了⽔量过多或没有及时补⽔⽽导致的资源浪费甚⾄⽣产出现异常。
⽽对⽔箱⽔位的实时监控以及⾃动化系统的引⼊可以很好的改善补⽔过多和及时补⽔的情况，⼜可以很好的节约⽔资源，有效的降低了⽣产成本。
单⽚机，⼀块⼩⼩的芯⽚上集成了⼀台微型计算机的各个组成部分，它的诞⽣使许许多多的⾃动化控制系统得以变成现实。
PID水箱水位PLC控制
微分（D）调节器
根据误差信号的微分进行调节，误差越大，调节幅度 越大。
PID控制器的参数
Kp
比例系数，影响系统的响应速度和调节精度。
Ki
积分系数，影响系统的稳态误差和积分项的 强度。
Kd
微分系数，影响系统的动态性能和超调量。
PID控制器的优点
05 实际应用与效果分析
实际应用情况
应用场景描述
控制策略实施
硬件配置
PID水箱水位控制广泛应用于工业和 民用领域，如水处理、冷却塔、锅炉 系统等。通过PLC（可编程逻辑控制 器）实现自动化控制，确保水箱水位 稳定，满足工艺需求。
在PLC控制系统中，PID算法用于调节 水箱进水和出水流量，以维持设定水 位。通过实时监测水位传感器信号， PLC计算偏差并输出控制信号至执行 机构。
PID水箱水位PLC控 制
目录
CONTENTS
• PID控制原理 • PLC简介 • PID水箱水位控制系统 • PID水箱水位PLC控制实现 • 实际应用与效果分析 • 结论与展望
01 PID控制原理
PID控制器的组成
比例（P）调节器
根据误差信号的大小进行调节，误差越大，调节幅度 越大。
积分（I）调节器
04 PID水箱水位PLC控制实 现
PLC选型与配置
PLC型号选择
根据控制需求和规模，选择合适 的PLC型号，确保其具有足够的输 入输出点数、处理速度和通讯接 口。
I/O模块配置
根据水位检测和阀门控制等需求， 配置适当的输入输出模块，包括 模拟量输入输出、数字量输入输 出等。
通讯设置
根据需要，配置PLC的通讯接口， 如RS485、以太网等，以便与上 位机或其他设备进行数据交换。
单容水箱液位过程控制实验报告
单容水箱液位过程控制实验报告一、实验目的1、了解单容水箱液位控制系统的结构与组成。
2、掌握单容水箱液位控制系统调节器参数的整定方法。
3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4、了解PID调节器对液位、水压控制的作用。
二、单容水箱系统模型图12.1液位控制的实现本实验采用计算机PID算法控制。
首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。
2.2 被控对象本实验是单容水箱的液位控制。
被控对象为图1中的上水箱，控制量为流入水箱的流量，执行机构为调节阀。
由图1所示可以知道，单容水箱的流量特性：水箱的出水量与水压有关，而水压又与水位高度近乎成正比。
这样，当水箱水位升高时，其出水量也在不断增大。
所以，若阀开度适当，在不溢出的情况下，当水箱的进水量恒定不变时，水位的上升速度将逐渐变慢，最终达到平衡。
由此可见，单容水箱系统是一个自衡系统。
三、电动调节阀流量特性物理模型电动调节阀包括执行机构和阀两个部分，它是过程控制系统中的一个重要环节。
电动调节阀接受调节器输出4～20mADC的信号，并将其转换为相应输出轴的角位移，以改变阀节流面积S的大小。
图2为电动调节阀与管道的连接图。
图2图中：u----来自调节器的控制信号（4～20mADC）θ----阀的相对开度s----阀的截流面积q----液体的流量由过程控制仪表的原理可知，阀的开度θ与控制信号的静态关系是线性的，而开度θ与流量Q的关系是非线性的。
四、单容水箱系统PID控制规律及整定方法数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在液位控制系统中也有着极其重要的控制作用。
本章主要介绍PID控制的基本原理，液位控制系统中用到的数字PID控制算法及其具体应用。
水箱液位控制系统原理
水箱液位控制系统原理水箱液位控制系统是一种通过控制水箱内水位的液位控制系统。
该系统可以自动控制水箱内的水位，在水位过高或过低的时候进行相应的调节，以保持水箱内的水位在设定范围内。
水箱液位控制系统的原理主要涉及水位传感器、控制阀门和控制器等几个关键部件。
水位传感器用于感知水箱内的液位变化，将信号传递给控制器；控制阀门则根据控制器的指令，对水箱的进水或排水进行调节；控制器作为系统的核心部件，接收水位传感器的信号，并根据设定的水位值进行分析和计算，最后控制阀门的开启或关闭。
具体来说，水箱液位控制系统的工作过程如下：1. 水位传感器感知水箱内的液位变化，并将信号传给控制器。
水位传感器可以使用浮子式、电容式或超声波等不同类型的传感器。
2. 控制器接收水位传感器的信号，并根据设定的水位值进行计算和判断。
如果当前水位低于设定值，控制器会发送指令给控制阀门开启进水通道；如果当前水位高于设定值，控制器会发送指令给控制阀门开启排水通道。
3. 控制阀门根据控制器发送的指令，调节水箱的进水或排水量。
当水位低于设定值时，控制阀门会开启进水通道，允许水从供水管道流入水箱；当水位高于设定值时，控制阀门会开启排水通道，将多余的水排出水箱。
4. 控制器不断接收水位传感器的信号，并实时更新水位值。
如果水位达到设定值，控制器会发送指令给控制阀门关闭进水或排水通道。
5. 在水箱液位控制系统中，还可以设置报警机制。
当水位超出设定的正常范围时，控制器会发出警报信号，提醒操作人员采取相应的处理措施。
总之，水箱液位控制系统通过水位传感器感知水箱内的液位变化，控制器根据设定值进行判断和计算，控制阀门调节进水或排水量，从而实现对水箱内水位的自动控制。
这样的系统在水箱应用中具有重要的作用，可以保持水箱内水位稳定，满足不同场景的需求。
消防水箱水位的控制
根据建筑物的用途、规模和火灾危险性等因素，选择合适容量的消防水箱。一般来说，消防水箱的容量越大，能 够提供的水量就越多，但同时也会增加建设和维护成本。因此，在选型时需要综合考虑各种因素，选择经济合理 的容量。
消防水箱的设置
在设置消防水箱时，需要考虑建筑物的结构、高度、地理位置等因素，以便合理确定水箱的位置和高度。同时， 还需要考虑水箱的安装方式，如固定式、移动式等，以满足不同的消防需求。此外，还需要定期对消防水箱进行 检查和维护，保证其正常运转和长期使用。
智能化技术在消防水箱中的应用
智能传感器
采用智能传感器实时监测消防水箱的 水位、压力、温度等参数，实现远程 监控和预警。
智能控制系统
通过智能控制系统，实现消防水箱的 自动化控制和调节，提高消防水箱的 运行效率和安全性。
消防水箱与其他设备的集成化发展
消防泵集成
将消防泵与消防水箱集成在一起，实现一体化设计和安பைடு நூலகம்，简化消防系统结构。
系统压力
合理的水位控制有助于保持消防系统的压力稳定，确保灭火 时的水压需求。
水位控制对消防安全的重要性
预防事故
不当的水位可能导致消防水箱内部压力过大或过小，从而引发设备故障或事故。
及时响应
准确的水位监测有助于及时发现异常情况，以便迅速采取措施应对。
03 消防水箱水位控制系统的组成与原理
CHAPTER
04
定期检查
定期对消防水箱进行清洗，检 查水箱内壁是否完好，确保水
质清洁。
设备保养
对水泵、阀门等设备进行定期 润滑，检查电机、线路等是否 正常，确保设备正常运行。
报警功能测试
定期测试报警功能是否正常， 确保在异常情况下能够及时发
plc水箱水位控制课程设计
plc水箱水位控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解PLC（可编程逻辑控制器）的基本原理和工作过程。
2. 学生能掌握水箱水位控制系统的组成、功能及相互关系。
3. 学生能了解并运用水位传感器进行水位信号的采集和处理。
技能目标：1. 学生能运用PLC编程软件进行水箱水位控制程序的编写和调试。
2. 学生能通过实际操作，完成水箱水位控制系统的搭建和故障排查。
3. 学生能运用相关工具和仪器进行水位控制系统的性能测试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生热爱科学，积极探索PLC技术在工程领域的应用。
2. 培养学生团队协作意识，学会与他人共同解决问题，提高沟通与交流能力。
3. 增强学生的环保意识，了解水位控制技术在节能减排方面的重要性。
分析课程性质、学生特点和教学要求，将课程目标分解为以下具体学习成果：1. 学生能独立完成水箱水位控制系统的设计方案。
2. 学生能运用所学知识，编写并调试PLC程序，实现水位控制功能。
3. 学生能通过实验报告、口头汇报等形式，展示水箱水位控制系统的搭建过程及成果。
4. 学生在课程结束后，能对PLC技术在水处理、化工等领域的应用进行初步分析，并提出自己的见解。
二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. PLC基本原理与结构：介绍PLC的组成、工作原理、性能指标等，使学生了解PLC的基础知识。
关联教材章节：第一章PLC概述。
2. 水箱水位控制系统组成：讲解水箱水位控制系统的各个组成部分，包括水位传感器、执行器、PLC等，并分析它们之间的相互关系。
关联教材章节：第二章PLC控制系统设计。
3. PLC编程软件的使用：教授PLC编程软件的基本操作，包括程序编写、调试和下载等，使学生掌握PLC编程的基本技能。
关联教材章节：第三章PLC编程技术。
4. 水位控制程序编写与调试：指导学生编写水位控制程序，并进行调试，实现水箱水位的自动控制。
关联教材章节：第四章PLC应用实例。
目前在用的水箱水位控制方式主要有以下几种
目前在用的水位控制方式主要有以下几种：外置水压式水位控制阀：水位控制阀，是一种自动控制水箱、太阳能水箱水位夜面高度的水力控制阀。
当水面下降时，水位控制阀所承受的压力减小，阀内的弹簧受力减小，而延伸，进水阀芯打开自动加水，水箱内的水位渐渐上升，阀门内所受的压力渐渐增大，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。
该产品适用于工矿企业、民用建筑中各种水箱、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进水控制阀。
工作原理本阀门是利用水箱内水的自身压力转化为力矩,利用自来水的压力膨胀,结合杠杆原理制作而成.可实现水箱的全自动进水控制。
1.该发明安装于水箱外的室内，维修更换方便。
2.该控制阀不用电能，仅利用液体压力介质的自身压力为动力来实现，具有节约电能、制作工艺简单、价格低廉，使用寿命长至7年以上,能为广大太阳能热水器用户所接受。
3.该控制阀水位调节范围广，使用水位调节范围是0~3m; 3~6m；6~10m(三种阀)的水位高度；使用调节压力范围是0~0.2Mpa。
对自来水有减压作用，洗澡时易调节水温，节水。
4.使用POM塑料为原材料，（POM聚甲醛树脂是高密度、高结晶度的热塑性工程塑料材料具有很高的机械强度和刚性;最高的疲劳强度;环境抵抗性、耐有机溶剂性佳;耐反覆冲击性强;广泛的使用温度范围(-40℃~120℃);耐紫外线;也正是因为这些优异的化学和物理性能可以和钢铁媲美，而重量又轻于钢，才称之为“赛钢”！）5.使用寿命7~10年。
6.还可使用于阳台壁挂式太阳能热水器和电热水器等水箱的调节水压之用。
本发明使用压力可调节范围为0~0.2Mpa，可以降低阳台壁挂式太阳能热水器水箱等水箱和太阳能真空玻璃管设计压力，从而降低阳台壁挂式太阳能热水器制造成本，降低了其价格，提高了阳台壁挂式太阳能热水器的市场购买力。
如图电极式水位控制系统：使用多个电极线与水面接触，探测水位。
水箱水位控制要点
水箱水位控制要点水箱是储存水的重要设备，水箱的水位是否合适直接关系到供水系统稳定性和节水节能工作的开展。
为了达到良好的水位控制效果，本文将介绍水箱水位控制的要点。
1. 确定最低水位高度水箱的最低水位高度是指供水系统正常运行时最低储水位，是保证水压稳定和防止卡冻的必要条件。
确定最低水位高度需要参考以下几个因素：•供水系统水压稳定的要求•供水管网的分布情况和水压状态•地形的高低差•水箱进水管道的高度差将以上因素综合考虑后，在确定最低水位高度时要设置一个适当的安全裕量，一般建议将安全裕量设为水箱有效容积的1/3。
2. 确定最高水位高度水箱的最高水位高度是指水箱的满水位，当水位达到此高度时，水泵停止运行，此时水箱的有效容积已满。
确定最高水位高度需要考虑以下因素：•水箱有效容积•流量计的流量•水泵的扬程和流量•进水管压力通过计算以上因素，可以得到最高水位高度。
在水泵运行过程中，水泵会给水箱储水，当水位达到最高水位高度时，水泵将自动停止，从而实现水位自动控制的功能。
3. 安装水位控制器水位控制器是一种用来检测水箱水位并自动调节水泵启停的设备。
水位控制器可以将水位控制在设定的范围内，通过准确的水位检测和自动控制技术，实现水位高低自动调节。
水位控制器的安装位置需要考虑其水位检测器在水位范围内的准确性。
安装水位控制器时要注意其与水泵的联动控制线路，以及保护水泵运行时的稳定性和安全性。
如果水位控制器的操作失效或出现故障，应及时进行维护和修理。
4. 定期检查和维护为了保证水箱水位控制的正常运行，必须定期检查和维护水箱和水位控制器。
具体工作包括：•定期巡视和检查水箱的外观和内部结构•检查进水管道接头和密封性•检查水位控制器的操作和联动控制电路•清洗水箱和检查水箱内部防腐涂层的完整性•定期检测水压和水位高度等参数定期的检查和维护可以有效延长水箱和水位控制器的使用寿命，保证供水系统的正常运行。
如果出现水箱或水位控制器的故障，应及时进行维修或更换。
水箱液位自动控制系统设计
目录摘要 (1)关键词 (1)引言 (2)1设计任务目的及要求 (2)设计目的 (2)设计要求 (2)2系统元件的选择 (3)有自平衡能力的单容元件 (3)无自平衡能力的单容元件 (4)单容对象的特性参数 (6)3控制器参数的整定 (7)参数的确定 (7)电动机的数学模型 (9)控制系统的数学模型 (10)PID控制器的参数计算 (10)4控制系统的校正 (11)控制器的正反作用 (12)串级控制系统 (12)5系统的稳定性分析 (16)系统的稳定性分析 (16)控制系统的稳态误差 (17)结束语 (19)参考文献 (20)致谢 (21)水箱液位自动控制系统原理摘要：水箱液位自动控制系统就是利用自身的水位变化进行调节和改变的系统，它自身具平衡能力，并由电动机带动下自动完成水位恢复的功能。
水箱液位是由传感器检测水位变化并达到设定值时，水箱自己的阀门关闭，防止溢出，当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。
关键词：有自平衡能力、无自平衡能力、电动机、单容对象、系统稳定引言液位自动控制是通过控制投料阀来控制液位的高低，当传感器检测到液位设定值时，阀门关闭，防止物料溢出；当检测液位低于设定值时，阀门打开，使液位上升，从而达到控制液位的目的。
在制浆造纸工厂常见有两种方式的液位控制：常压容器和压力容器的液位控制，例如浆池和蒸汽闪蒸罐。
液位自动控制系统由液位变送器（或差压变送器）、电动执行机构和液位自动控制器构成。
根据用户需要也可采用控制泵启停或改变电机频率方式来进行液位控制。
结构简单，安装方便，操作简便直观，可以长期连续稳定在无人监控状态下运行。
1 设计任务目的及要求设计目的通过课程设计，对自动控制原理的基本内容有进一步的了解，特别是水箱液位系统的设计。
能把本学期学到的自动控制理论知识进行实践，操作。
在提高动手能力的同时对常用的开闭环控制有一定的了解，在系统设计方面有感性的认识。
水箱液位控制实验指导书学生版
实验四单回路控制系统设计一、目的1 测试系统性能指标当给定值或对象介质阶跃扰动时，掌握测试控制系统的过渡过程曲线方法并计算其性能指标。
2 PID的参数影响测试并分析不良的P、I、D参数对控制系统性能指标的影响，掌握人工整定PID参数的方法。
3 调节器的使用熟悉调节器的参数设置和手动、自动的操作方法。
二、实验装置和设备（1）QXLPC-IV型小型过程控制实验装置，（如图1所示）。
（2）S7200系列PLC（主机CPU222CN 8点input，6点output；扩展单元EM235 4AI,1AO）。
（3）执行器：MICROMASTER 420型变频器以及160Q-8F磁动泵；晶闸管SCR。
（4）压力变送器、液位变送器、Pt100铂电阻和数显温度变送仪、涡轮流量计和数显流量变送仪。
（5）QXLPC-IV型小型过程控制实验装置。
（6）安装有软件STEP 7-MicroWIN 的PC机。
三、内容与步骤1.按对应的流程图的要求接线,对外围设备进行选择。
用变频器作执行器去控制液位时，出水手阀V22应开启一半左右；而控制压力、流量时，出水阀V22应全开。
电磁阀VD1不通电处于关闭状态；并联手筏V1应开启（V1和VD1至少有一个开启才能启动泵）。
若实验中要用VD1进行对象扰动，则开关量选择开关置于PLC，VD1的并联手阀VI开启一半左右。
没有温度调节的实验，不要接通“加热”开关！若要做温度调节实验，要等锅炉水位＞100mm（20%）后才能接通“加热”开关。
2.PG/PC接口设置1)双击指令树“设置PG/PC接口”图标，在打开的对话框中设置编程计算机的“PC/PPICable （PPI）”的属性。
设地址为2其它的选择默认设置，本地连接采用COM1端口。
2)双击指令树文件夹“通信”图标，双击刷新设备后,程序软件将会自动自动搜索连接在网络上的S7-200,之后选择所显示的S7-200,建立PC机与PLC之间的连接。
3.将“全部实验”下载到PLC中并开始运行，且关闭该界面。
水箱液位控制系统
水箱液位控制系统水箱液位控制系统的原理：水箱液位控制系统是一种自动控制系统，其目的是通过控制进水量和排水量，使水箱中的液位保持在一定的范围内。
该系统主要由水箱、电动机、进水阀门、浮子连杆等配件构成。
当水箱液位下降时，浮子连杆会向下移动，通过传感器将信号发送给控制器，控制器将信号转化为控制信号，控制进水阀门的开度，从而增加进水量，使液位回升到设定值。
当水箱液位上升时，浮子连杆会向上移动，控制器会减小进水量或打开排水阀门，从而使液位回落到设定值。
控制系统元件的选择：在设计水箱液位控制系统时，需要选择合适的控制元件，如传感器、控制器、执行器等。
传感器需要选择灵敏度高、精度高的液位传感器，以确保液位检测的准确性；控制器需要具有良好的控制性能和稳定性，以确保系统的稳定性和可靠性；执行器需要选择响应速度快、控制精度高的电动阀门或电动泵等，以确保系统的响应速度和控制精度。
控制系统的参数确定：在设计水箱液位控制系统时，需要确定一些重要的参数，如控制器的比例、积分、微分系数，以及进水阀门的开度和排水阀门的开度等。
这些参数的确定需要结合实际情况和系统响应特性，通过试验和仿真等手段进行优化调整，以确保系统的性能和稳定性。
控制系统的仿真结果：通过Matlab/Simulink对水箱液位控制系统进行仿真，可以得到系统的响应曲线和稳态误差等性能指标。
通过仿真结果可以发现系统的稳态误差较小，响应速度较快，控制精度较高，符合设计要求。
设计总结：本文设计了一个水箱液位控制系统，并对其进行了仿真分析。
通过设计和仿真可以发现，该系统具有操作简便、可靠性好、运行成本低、可扩展行强等特点，能够满足实际应用需求。
同时，本文还提出了一些优化建议，如进一步优化控制器参数、加强系统的故障检测和容错能力等，以进一步提高系统的性能和稳定性。
参考文献：暂无。
在工业生产和日常生活中，经常需要对中的液位进行自动控制，例如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等中的蓄水量，以及生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器和电开水机的自动进水控制等。
水箱水位控制实验报告
水箱水位控制实验报告实验名称：水箱水位控制实验实验目的：1. 理解并掌握水位控制的基本原理；2. 学习并掌握PID控制器的原理和应用；3. 进一步培养分析和解决问题的能力。
实验原理：水箱水位控制是典型的反馈控制系统，它的基本原理是根据传感器检测到的水位信号，通过控制阀门的开度来调节进水和排水的流量，从而实现控制水箱水位的目的。
PID（Proportional-Integral-Derivative）控制器是一种常用的控制器，它能根据给定的目标值和当前的反馈信号，通过比例、积分和微分三个控制参数来实现对系统的精确控制。
实验步骤：1. 搭建水箱水位控制实验装置，包括水箱、加水阀门、排水阀门、水位传感器和PID控制器等；2. 使用水位传感器对水箱的水位进行实时检测，并将检测到的信号传输给PID 控制器；3. 设置PID控制器的参数，并设定所需的水位目标值；4. PID控制器根据当前的水位反馈信号，通过计算得出相应的控制信号，进而调节阀门的开度；5. 根据控制信号的变化，调整阀门的开度，从而控制进水和排水的流量，以达到控制水箱水位的目的；6. 不断监测水箱水位的变化，对PID控制器的参数进行调整，优化控制系统的性能；7. 记录实验数据，并分析实验结果。
实验结果与分析：通过实验，我们可以得到一系列的实验数据，包括水箱水位和时间的变化关系、阀门开度和时间的变化关系等。
根据这些数据，我们可以对系统进行分析和优化。
在实验过程中，我们可以观察到如下现象：1. 当PID控制器的参数设置不合理时，系统的水位控制效果不佳，水位波动较大；2. 通过合理调整PID控制器的参数，可以减小水位波动，使得水位能够在较短的时间内达到稳定状态；3. 在某些情况下，系统的响应时间会较长，此时需要进一步优化PID控制器的参数；4. 可以通过改变目标水位值，观察系统的响应特性，进一步研究系统的稳定性和灵敏度。
实验结论：通过本实验，我们深入了解了水箱水位控制的基本原理和PID控制器的原理与应用。
目前在用的水箱水位控制方式主要有以下几种
目前在用的水位控制方式主要有以下几种：外置水压式水位控制阀：水位控制阀，是一种自动控制水箱、太阳能水箱水位夜面高度的水力控制阀。
当水面下降时，水位控制阀所承受的压力减小，阀内的弹簧受力减小，而延伸，进水阀芯打开自动加水，水箱内的水位渐渐上升，阀门内所受的压力渐渐增大，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。
该产品适用于工矿企业、民用建筑中各种水箱、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进水控制阀。
工作原理本阀门是利用水箱内水的自身压力转化为力矩,利用自来水的压力膨胀,结合杠杆原理制作而成.可实现水箱的全自动进水控制。
1.该发明安装于水箱外的室内，维修更换方便。
2.该控制阀不用电能，仅利用液体压力介质的自身压力为动力来实现，具有节约电能、制作工艺简单、价格低廉，使用寿命长至7年以上,能为广大太阳能热水器用户所接受。
3.该控制阀水位调节范围广，使用水位调节范围是0~3m; 3~6m；6~10m(三种阀)的水位高度；使用调节压力范围是0~0.2Mpa。
对自来水有减压作用，洗澡时易调节水温，节水。
4.使用POM塑料为原材料，（ POM聚甲醛树脂是高密度、高结晶度的热塑性工程塑料材料具有很高的机械强度和刚性;最高的疲劳强度;环境抵抗性、耐有机溶剂性佳;耐反覆冲击性强;广泛的使用温度范围(-40℃~120℃);耐紫外线;也正是因为这些优异的化学和物理性能可以和钢铁媲美，而重量又轻于钢，才称之为“赛钢”！）5.使用寿命7~10年。
6.还可使用于阳台壁挂式太阳能热水器和电热水器等水箱的调节水压之用。
本发明使用压力可调节范围为0~0.2Mpa，可以降低阳台壁挂式太阳能热水器水箱等水箱和太阳能真空玻璃管设计压力，从而降低阳台壁挂式太阳能热水器制造成本，降低了其价格，提高了阳台壁挂式太阳能热水器的市场购买力。
如图电极式水位控制系统：使用多个电极线与水面接触，探测水位。
水箱水位控制系统原理
水箱水位控制系统原理
水箱水位控制系统是一种用于控制水箱水位的自动化系统。
其原理基于水位传感器和电磁阀的配合工作。
首先，水位传感器会感知水箱内的水位情况。
传感器通常安装在水箱的上、中、下三个位置，根据不同的需求和控制目标，可以选择不同的传感器位置。
当水位达到传感器所安装的位置时，传感器会发出信号。
接下来，传感器发送的信号会被传输到控制单元。
控制单元会根据信号的强弱判断水箱的水位情况，并依据预先设定的控制逻辑进行处理。
比如，当水位低于设定值时，控制单元会打开电磁阀使水流进入水箱；当水位高于设定值时，控制单元会关闭电磁阀停止水的进入。
最后，电磁阀根据控制单元的指令进行开关操作。
当电磁阀打开时，水会通过管道进入水箱，提升水位；当电磁阀关闭时，水流停止，水箱水位则保持稳定。
通过该系统的运作原理，我们可以实现对水箱水位的自动控制，有效地维持水箱水位在一个合适的水平。
这种智能化的水位控制系统可以广泛应用于各种领域，比如家庭、工业等，方便用户无需手动操作来维持水箱水位。
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襄樊学院
单片机设计论文
题目：水箱水位控制系统
指导老师：吕治安
年级班级：电子信息工程0811班
学号：
姓名：
摘要：随着当代社会发展的步伐，越来越多的民住房屋、大型公司等的建设都
在加快脚步。
当然有了这么多的建设，就会相继产生很多应用设备。
其中水箱设备就是很多大型建筑必备的设备，它的性能的好与坏和工作的质量直接影响着很多地方。
本文运用单片机控制技术，以A T89C2051单片机为核心来控制水箱水位，并实现了手动、报警等一些功能。
关键字：A T89C2051单片机水箱报警
引言：当今社会，水箱的运用越来越重要，水箱性能的好与坏有很大的影响。
因此，设计一个功能好的水箱是很有必要的，下面我们采用AT89C2051单片机来实现水箱水位控制的设计。
正文：
一、需求分析
1.1设计目的
摆脱前人工控制水箱水位的方法。
采取水箱水位在无人监控的情况下自动进行控制。
1.2背景介绍
水是生命之源，尽管当今社会发展的步伐在加快，水依然在人们的生活中扮演者重要的角色。
一旦突然断水，会给人们的生活、工作等方面带来很大的困难。
因此，在人们的日常生活中需要有水箱来储水，供水，这势必要求有控制水位的控制系统。
如果仍是以前的人工方式，劳动力很大，而且工作效率很低，安全性难以得到保证。
因此，必须采取水箱水位在无人监控的情况下自动进行控制。
采取自动控制水位是近几年才发展的一项新技术。
这项技术是利用微机软件、硬件和制动控制原理等几项技术结合的产物。
而单片机就是一块具备了微型计算机所需功能的芯片。
当前，我国在单片机研究测控的装置上取得了很大的成功，总结了很多的经验。
即使这样，各行各业还是在处在发展的初期阶段，我们要继续扩大研究。
一些发达的国家已经取得了成功，走入了国际市场，而我国的测控技术与发达国家相比还有一定的差距，但我国的研究人员已经克服了很多的困难，并且在不断的摸索中前进，有望赶上甚至超越发达国家的技术，这是发展趋势。
1.3设计要求
1.在水箱水位高于水位上限的时候，泵动机停止转动，停止向水箱送水。
2.在水箱水位低于水位上限的时候，泵动机开始转动，开始向水箱送水。
3.在水箱水位处于上下水位之间的时候，一种情况是由于泵动机转动，水位不断上升；另一种情况就是由于人们用水使水位下降，但泵动机停转。
两种情况都有维持原有工作状态。
1.4设计优点
本次设计采用单片机来实现水箱水位的控制酷友较高的实用价值和稳定性好的特点。
而且避免了工作人员在现场进行检测操控，方便了工作人员对水箱水位的控制。
同时，单片机还仅具有体积小，方便安装，功能较齐全的等优点，性价比也很高，应用前景也很广，同时有助于发现可能存在的问题。
通过微机实现水位的控制系统，维持稳定系统，保证安全可行。
本文采用A T89C2051单片机为核心的水箱水位的控制系统，具有较高的实用价值和优越性。
二、系统设计
2.1设计方框图
图（1）方框图设计2.2设计方案选取
方案一：
该系统采用8031单片机设计
图（2）用8031设计方案二：
该系统采用AT89C2051单片机设计
图（3）用AT89C2051单片机设计
两个方案相比可以看出：方案一，8031芯片内务程序存储器，需外接程序存储器EPROM，相对比较的复杂。
而且没有手动的开关装置。
方案二，无需外接程序存储器，而且具有手动的开始装置，报警器还有声音，相对方案一功能完善一点，设计电路也相对简单一点。
因此，选着方案二比较合理。
2.3设计原理
1.在水箱水位高于水位上限的时候，泵动机停止转动，停止向水箱送水。
2.在水箱水位低于水位上限的时候，泵动机开始转动，开始向水箱送水。
3.在水箱水位处于上下限水位之间的时候，一种情况是由于泵动机转动，水位不断上升；
4.在水箱水位处于混乱中是，泵动机停止转动，并出现报警现象。
表（1）检测输入与水位状态及水泵电动机工作状态，电路有无报警现象对应关系
2.4最终设计原理图
图（4）最终设计原理图
三、详细设计
3.1单元电路分析
3.1.1检测电路
图（5）检测电路
利用P1.2和P1.3连接的导体检测水箱的水位，当水接触到导体的时候相应的P1端口会出现高电平，否则出现低电平。
水位的高低可以通过P1.2和P1.3的电平判断出来，然后数据输入到单片机中，使单片机执行程序来控制水位的高低。
3.1.2水泵电动机供水电路
图（6）水泵电动机供水电路
当水位的信号被采集到AT89C2051后，在输出相应的控制信号，以控制水泵电动机的工作，形成反馈控制系统。
水泵电动机供水电路主要由光电耦合器和继电器线圈构成，如图（6）所示。
当P1.4端口为低电平时，发光二极管亮，其光线使光敏三极管产生电信号输出，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动继电器线圈产生电，继电器触头相应动作，电动机正常工作。
当P1.4端口的电位为1的时候,发光二极管不亮，因此水泵电动机也不转，停止供水。
继电器J两端并联续流二极管，目的是为继电器J在通断的时产生的感应电动势提供续流回路，以防止晶体管被击穿。
3.1.3报警电路
图（7）报警电路
报警信号由P1.5输出，当P1.5输出为低电位时，发光二极管发光，使光敏三极管集电极有电流，从而驱动蜂鸣器响，让人们能够很容易很直接的发现问题。
3.1.4控制微机电路
图（8）控制微机电路
本系统采用单片机A T89C2051，内部集成了Flash存储器，比8031单片机的性能优越，；两个电容为30pF瓷片电容，与晶体振荡器构成时钟电路，晶体频率为12.000MHz；
3.2程序流程图
图（6）程序流程图
3.3程序清单
ORG 0000H
LOOP:MOV A,P1 ;读P1口内容到A
JB ACC.6,GO
SETB P1.4 ;按键没有按下时,停机
AJMP LOOP ;转LOOP,继续查询S状态
GO: JB ACC.2,A1 ;水位在下限之上时,转A1
JNB ACC.3,A2 ;水位超下限升至上,转A2
CLR P1.5 ;水位为下限但指示上限时,故障报警
SETB P1.4 ;泵电动机停机
A4: SJMP A4 ;等待故障处理
BACK:ACALL D5S ;调用5s延时子程序
AJMP LOOP ;转LOOP继续循环
A1: JB ACC.3,A3 ;水位升至上限,转A3
SETB P1.4 ;泵电动机停机
AJMP BACK ;转BACK
A3: SETB P1.4 ;泵电动机停机
AJMP BACK ;转BACK
A2: CLR P1.4 ;泵电动机停机
AJMP BACK ;转BACK
;延时子程序D5S如下：
ORG 0100H
D5S: MOV R1,#50
LOOP1:MOV R2,#200
LOOP2:MOV R3,#248
DJNZ R3,$
DJNZ R2,LOOP2
DJNZ R1,LOOP1
RET
END，
参考文献
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