【正文】 箱的出水閥，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥以一定的開度來控制進(jìn)入水箱的水流量，調(diào)節(jié)手段是通過將壓力變送器檢測(cè)到的電信號(hào)送入PLC中，經(jīng)過A/D變換成數(shù)字信號(hào)，送入數(shù)字PID調(diào)節(jié)器中，經(jīng)PID算法后將控制量經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換成與電動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度相對(duì)應(yīng)的電信號(hào)送入電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中控制通道中的水流量。 出水口閥3閥2電動(dòng)調(diào)節(jié)閥壓力表閥1出水口閥6下水箱液位傳感器上水箱液位傳感器閥4進(jìn)水口溢水口溢水口儲(chǔ)水箱單向泵出水口進(jìn)水口 系統(tǒng)原理圖當(dāng)上水箱的液位小于設(shè)定值時(shí)，壓力變送器檢測(cè)到的信號(hào)小于設(shè)定值，設(shè)定值與反饋值的差就是PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)。經(jīng)過運(yùn)算后即輸出控制信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，使其開度增大，以使通道里的水流量變大，增加水箱里的儲(chǔ)水量，液位升高。當(dāng)液位升高到設(shè)定高度時(shí)，設(shè)定值與控制變量平衡，PID調(diào)節(jié)器的輸入偏差信號(hào)為零，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥就維持在那個(gè)開度，流量也不變，同時(shí)水箱的液位也維持不變。其中SP為給定信號(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程序運(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420mA的模擬電信號(hào)后輸出到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥中調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)閥的開度，以控制水的流量，使水箱的液位保持設(shè)定值。水箱的液位經(jīng)過壓力變送器檢測(cè)轉(zhuǎn)換成相關(guān)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SP與控制量PV經(jīng)過PLC的CPU的減法運(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)地調(diào)節(jié)水箱的液位。上水箱下水箱液位控制系統(tǒng)由于控制過程特性呈現(xiàn)大滯后，外界環(huán)境的擾動(dòng)較大，要保持上水箱下水箱液位最后都保持設(shè)定值，用簡(jiǎn)單的單閉環(huán)反饋控制不能實(shí)現(xiàn)很好的控制效果，所以采用串級(jí)閉環(huán)反饋系統(tǒng)。，該系統(tǒng)中，上水箱液位作為副調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象，下水箱液位作為主調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)對(duì)象。這里的擾動(dòng)主要是水箱的出水閥的擾動(dòng)，有時(shí)是認(rèn)為的因素，有時(shí)是機(jī)械的因素，擾動(dòng)總是不可避免的。主回路和副回路結(jié)合有效地抑制環(huán)境的擾動(dòng)。主對(duì)象副對(duì)象執(zhí)行器PID1PID2A/DD/A主變送器副變送器A/DSP+————PVe 上下水箱控制方框圖在這里，執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，依舊由PLC經(jīng)過PID算法后控制它的開度以控制水管里的水流量，控制兩個(gè)水箱的水位。它有兩個(gè)PID回路，分別是PID1和PID2。PID1為外環(huán)，控制下水箱的液位，它的輸出值作為PID2的設(shè)定值，PID2控制上水箱的液位。 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件的設(shè)計(jì)包括檢測(cè)單元、執(zhí)行單元和控制單元的設(shè)計(jì)，他們互相聯(lián)系，組成一個(gè)完整的系統(tǒng)。在過程控制系統(tǒng)中，檢測(cè)環(huán)節(jié)是比較重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。液位是指密封容器或開口容器中液位的高低，通過液位測(cè)量可知道容器中的原料、半成品或成品的數(shù)量，以便調(diào)節(jié)流入流出容器的物料，使之達(dá)到物料的平衡，從而保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行。設(shè)計(jì)中涉及到液位的檢測(cè)和變送，以便系統(tǒng)根據(jù)檢測(cè)到的數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)通道中的水流量，控制水箱的液位。液位變送器分為浮力式、靜壓力式、電容式、應(yīng)變式、超聲波式、激光式、放射性式等。系統(tǒng)中用到的液位變送器是浙江浙大中控自動(dòng)化儀表有限公司生產(chǎn)的中控儀表SP0018G壓力變送器，屬于靜壓力式液位變送器，量程為010KPa，精度為 ，由24V直流電源供電，可以從PLC的電源中獲得，輸出為420mA直流。執(zhí)行單元是構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)不可缺少的重要組成環(huán)節(jié)，它接受來自調(diào)節(jié)單元的輸出信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直角位移或轉(zhuǎn)角位移，以改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而控制流入或流出被控過程的物料或能量實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的自動(dòng)控制。執(zhí)行器的工作原理，由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）兩部分組成。執(zhí)行機(jī)構(gòu)首先將來自調(diào)節(jié)器的信號(hào)轉(zhuǎn)變成推力或位移，對(duì)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)（調(diào)節(jié)閥）根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的推力或位移，改變調(diào)節(jié)閥的閥芯或閥座間的流通面積，以達(dá)到最終調(diào)節(jié)被控介質(zhì)的目的。來自調(diào)節(jié)器的信號(hào)經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元轉(zhuǎn)換信號(hào)制式后，與來自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào)比較，其信號(hào)差值輸入到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，以確定執(zhí)行機(jī)構(gòu)作用的方向和大小，其輸出的力或位移控制調(diào)節(jié)閥的動(dòng)作，改變調(diào)節(jié)閥的流通面積，從而改變被控介質(zhì)的流量。當(dāng)位置反饋信號(hào)與輸入信號(hào)相等時(shí)，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度。系統(tǒng)中用到的調(diào)節(jié)閥是QS智能型調(diào)節(jié)閥，所用到的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出為角行程，控制軸轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的組成框圖。來自PLC的模擬量輸出DC420mA信號(hào)Ii與位置反饋信號(hào)If進(jìn)行比較，其差值經(jīng)放大后，控制伺服電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，再經(jīng)減速器后，改變調(diào)節(jié)器的開度，同時(shí)輸出軸的位移，經(jīng)位置發(fā)生器轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)If。當(dāng)Ii=If時(shí)，電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，調(diào)節(jié)閥處于某一開度，即Q=KIi，式中Q為輸出軸的轉(zhuǎn)角，K為比例常數(shù)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥還提供手動(dòng)操作，它的上部有個(gè)手柄，和軸連在一起，在系統(tǒng)掉電時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)控制，保證系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用?？刂茊卧钦麄€(gè)系統(tǒng)的心臟。在系統(tǒng)中，PLC是控制的中心元件，它的選擇是控制單元設(shè)計(jì)的重要部分。系統(tǒng)應(yīng)用的是三菱FX2系列的PLC，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用靈活且易于維護(hù)。它采用模塊化設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)主要包括CPU模塊、模擬量輸入模塊、模擬量輸出模塊和電源模塊?，F(xiàn)在以上水箱的液位控制系統(tǒng)為例。上電X1開始X2檢測(cè)X3A/D轉(zhuǎn)換X4傳送X5PID調(diào)節(jié)X6D/A轉(zhuǎn)換X7循環(huán)X8重新啟動(dòng)X9M1M2M3M4M5M6M7開始燈閃爍Y0輸入設(shè)定值Y1，并啟動(dòng)水泵Y2上限報(bào)警Y3，下限報(bào)警Y4A/D轉(zhuǎn)換輸出Y5Y1與Y5進(jìn)行偏差計(jì)算輸出Y6進(jìn)行PID調(diào)節(jié)輸出Y7D/A轉(zhuǎn)換輸出Y8閥門開度 上水箱流程圖5 運(yùn)行 上水箱液位比例調(diào)節(jié)，被調(diào)參數(shù)是上水箱的液位。在輸入的偏差信號(hào)為階躍信號(hào)。當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的小于1時(shí)，（a）所示；當(dāng)比例調(diào)節(jié)器的大于1時(shí)，（b）所示。比例調(diào)節(jié)器（a）（b） 比例調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)特性圖000 上水箱液位比例積分調(diào)節(jié)當(dāng)輸入信號(hào)為階躍變化時(shí)，才用PI調(diào)節(jié)器的情況。我們得到了PI調(diào)節(jié)器的實(shí)驗(yàn)的變化曲線圖。 上水箱液位比例積分微分調(diào)節(jié)對(duì)上水箱進(jìn)行比例積分微分調(diào)節(jié)即PID調(diào)節(jié)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。當(dāng)輸入信號(hào)為階躍號(hào)時(shí)， 所示。+=tttt0000ttttt00000 PID階躍響應(yīng)實(shí)驗(yàn)曲線圖6 結(jié)論通過本次畢業(yè)論文的創(chuàng)作，我知道了液位控制系統(tǒng)在生活中的重要性。基于PLC的液位控制系統(tǒng)能讓我們?cè)谏钪杏龅奖容^危險(xiǎn)的場(chǎng)合中變得安全化、智能化。對(duì)于前人以前的所做的液位控制系統(tǒng)本系統(tǒng)更加的人性化，可以隨時(shí)修改液位的設(shè)定值。但本論文有許多不足之處，在PLC的編程方面做得不夠理想，希望大家指正。致 謝本課題在選題及研究過程中得到李老師的悉心指導(dǎo)。李老師多次詢問研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。李老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無窮之道。對(duì)李老師的感激之情是無法用言語表達(dá)的。感謝謝老師、王老師、程老師等對(duì)我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬。老師為我提供了良好的研究條件，謹(jǐn)向各位同仁表示誠(chéng)摯的敬意和謝忱。參考文獻(xiàn)[1]王樹青編著，《工業(yè)過程控制工程》，化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2002[2]施仁、劉文江、鄭輯先編著，《自動(dòng)儀表與過程控制》，電子工業(yè)出版社，北京1995[3]邵裕森編著，《過程控制及儀表》，上海交通大學(xué)出版社，上海，1997[4]王永初編著，《自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)》，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1983年[5]黃俊飲編著，《靜、動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型的實(shí)用建模過程》，機(jī)械工業(yè)出版社，北京，1988[6]金以慧編著，《過程控制》，青華大學(xué)出版社，北京，1993年[7]帥克寬等編著，《過程參數(shù)檢測(cè)》，中國(guó)計(jì)量出版社，北京，1990[8]尹宏業(yè)編著，《可編程控制器應(yīng)用》，航天出版社，北京，1998[9]吳麗編著，《電氣控制與PLC實(shí)用教程》，黃河水利出版社，河南，2005[10]顧戰(zhàn)松編著，《可編程控制器原理及應(yīng)用》，國(guó)防工業(yè)出版社，北京，1996[11]尤田涑編著，《參數(shù)檢測(cè)與過程控制》，浙江大學(xué)出版社，浙江，1997 論文原創(chuàng)性聲明本人以信譽(yù)聲明：所呈交的畢業(yè)論文是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下進(jìn)行的設(shè)計(jì)（研究）工作及取得的成果，論文中引用他（她）人的文獻(xiàn)、數(shù)據(jù)、圖件、資料均已明確標(biāo)注出，論文中的結(jié)論和結(jié)果為本人獨(dú)立完成，不包含他人成果及為獲得重慶科技學(xué)院或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用其材料。與我一同工作的同志對(duì)本設(shè)計(jì)（研究）所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。畢業(yè)論文作者（簽字）： 簽字日