【正文】 同時也要感謝我們專業(yè)的各位老師，因為此次課程設計還要用到專業(yè)用具，是他們教給我們豐富的專業(yè)知識，為我們創(chuàng)造了良好的學習環(huán)境，使我們在這次的課程設計和論文寫作中能夠學以致用，使我們在學習和生活中不斷成熟。本文是在老師精心指導和大力支持下完成的，無論從課題的選擇、設計的制作還是到論文的最終完成，他都始終給予我們細心的指導和不懈的支持。我相信在今后的學習和工作中，我會更好的運用專業(yè)知識去解決即將面對的更多難題！參考文獻[1][M].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學出版社，2008，05.[2] 于洋．三容水箱液位控制系統(tǒng)算法研究[D]．哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學，2005.
[3] 吳鳳凰．基于工業(yè)PC的模糊控制系統(tǒng)開發(fā)工具[D]．南寧：廣西大學，2003.[4]王毅．過程裝備控制技術及應用[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2001．[5] 金以慧．過程控制[M]．北京：清華大學出版社。各種系統(tǒng)的適用條件，各種設備的選用標準，各種設備的控制方式，我都是隨著設計的不斷深入而不斷熟悉并學會應用的。這是我們都希望看到的也正是我們進行畢業(yè)設計的目的所在。在圖上可以看到隨著時間的變化，水箱液位不斷升高，最終在液位高度844,564,368時達到平衡。大多數模塊式PLC使用底板或機架，其作用是：電氣上，實現(xiàn)各模塊間的聯(lián)系，使CPU能訪問底板上的所有模塊，機械上，實現(xiàn)各模塊間的連接，使各模塊構成一個整體。除此以外，在個人計算機上添加適當的硬件接口和軟件包，即可用個人計算機對PLC編程。編程器是PLC的最重要外圍設備。PLC內有一個穩(wěn)壓電源用于對PLC的CPU單元和I/O單元供電。按I/O點數確定模塊規(guī)格及數量，I/O模塊可多可少，但其最大數受CPU所能管理的基本配置的能力，即受最大的底板或機架槽數限制。模擬量：按信號類型分，有電流型（420mA,020mA）、電壓型（010V,05V,1010V）等，按精度分，有12bit,14bit,16bit等。PLC的各輸出控制器件往往是電磁閥、接觸器、繼電器，而繼電器有交流和直流型，高電壓型和低電壓型，電壓型和電流型。I/O單元有良好的電隔離和濾波作用。用這些類型存儲器固化系統(tǒng)管理程序和應用程序。掉電時，可有效地保持存儲的信息。RAM是一種可進行讀寫操作的隨機存儲器存放用戶程序，生成用戶數據區(qū)，存放在RAM中的用戶程序可方便地修改。存放應用軟件的存儲器稱為用戶程序存儲器；存放工作數據的存儲器稱為數據存儲器。2．存儲器（RAM、ROM）存儲器主要用于存放系統(tǒng)程序、用戶程序及工作數據。CPU通過地址總線、數據總線、控制總線與存儲單元、輸入輸出接口電路連接。CPU一般由控制電路、運算器和寄存器組成。通常由中央處理單元（CPU）、存儲器（RAM、ROM）、輸入輸出單元（I/O）、電源和編程器等幾個部分組成。目前，可編程控制器已成為工廠自動化的強有力工具，得到了廣泛的應用。另一方面，從制造生產可編程控制器的廠商角度看，在制造階段不需要根據用戶的訂貨要求專門設計控制器，適合批量生產。PLC是微機技術與傳統(tǒng)的繼電接觸控制技術相結合的產物，它克服了繼電接觸控制系統(tǒng)中機械觸點的接線復雜、可靠性低、功耗高、通用性和靈活性差的缺點，充分利用微處理器的優(yōu)點?？删幊炭刂破魇且环N數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應用而設計。控制器和被控對象連接方便。PLC的基本設計思想是把計算機功能完善、靈活、通用等優(yōu)點和繼電器控制系統(tǒng)的簡單易懂、操作方便、價格便宜等優(yōu)點結合起來，控制器的硬件是標準的、通用的。 以上兩個主要原因，使得 PLC得I/O響應比一般微型計算機構成的工業(yè)控制系統(tǒng)滿的多，其響應時間至少等于一個掃描周期，一般均大于一個掃描周期甚至更長。PLC的I/O響應時間 為了增強 PLC的抗干擾能力，提高其可靠性，PLC的每個開關量輸入端都采用光電隔離等技術。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內對應的狀態(tài)和數據刷新所有的輸出鎖存電路，再經輸出電路驅動相應的外設。即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點在I/O映象區(qū)內的狀態(tài)和數據不會發(fā)生變化，而其他輸出點和軟設備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲區(qū)內的狀態(tài)和數據都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結果會對排在下面的凡是用到這些線圈或數據的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數據只能到下一個掃描周期才能對排在其上面的程序起作用。 (2)用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段， PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在這兩個階段中，即使輸入狀態(tài)和數據發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應單元的狀態(tài)和數據也不會改變。 (1)輸入采樣階段 在輸入采樣階段， PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數據，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應得單元內。完成上述三個階段稱作一個掃描周期。這樣在對于I/O響應要求不高的場合，PLC與繼電器控制裝置的處理結果上就沒有什么區(qū)別了。 (2)PLC的CPU則采用順序邏輯掃描用戶程序的運行方式，即如果一個輸出線圈或邏輯線圈被接通或斷開，該線圈的所有觸點(包括其常開或常閉觸點)不會立即動作，必須等掃描到該觸點時才會動作。 PLC工作原理最初研制生產的 PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的。以三菱公司的F140M型PLC為例：其外型尺寸僅為305110110mm，功耗小于25VA；而且具有很好的抗振、適應環(huán)境溫、濕度變化的能力。、重量輕、功耗低、維護方便PLC是將微電子技術應用于工業(yè)設備的產品，其結構緊湊，堅固，體積小，重量輕，功耗低。同時，PLC的用戶程序可以在實驗室模擬調試，更減少了現(xiàn)場的調試工作量。與直接執(zhí)行匯編語言編寫的用戶程序相比，執(zhí)行梯形圖程序的時間要長一些，但對于大多數機電控制設備來說，是微不足道的，完全可以滿足控制要求。同時還提供了功能圖、語句表等編程語言。梯形圖語言的編程元件的符號和表達方式與繼電器控制電路原理圖相當接近。，容易掌握目前，大多數PLC仍采用繼電控制形式的“梯形圖編程方式”。，適應面廣現(xiàn)代PLC不僅有邏輯運算、計時、計數、順序控制等功能，還具有數字和模擬量的輸入輸出、功率驅動、通信、人機對話、自檢、記錄顯示等功能。用戶在硬件確定以后，在生產工藝流程改變或生產設備更新的情況下，不必改變PLC的硬設備，只需改編程序就可以滿足要求。一般，平均故障間隔時間可達幾十萬～上千萬小時；制成系統(tǒng)亦可達4~5萬小時甚至更長時間。PLC的出廠試驗項目中，有一項就是抗干擾試驗。 （4）加強對程序的檢查和校驗——一旦程序有錯，立即報警，并停止執(zhí)行。所以，PLC在檢測到故障條件時，立即把現(xiàn)狀態(tài)存入存儲器，軟件配合對存儲器進行封閉，禁止對存儲器的任何操作，以防存儲信息被沖掉。 （2）信息保護與恢復——當偶發(fā)性故障條件出現(xiàn)時，不破壞PLC內部的信息。 （1）故障檢測——軟件定期地檢測外界環(huán)境，如掉電、欠電壓、鋰電池電壓過低及強干擾信號等。一旦查出某一模塊出現(xiàn)故障，能迅速更換，使系統(tǒng)恢復正常工作；同時也有助于加快查找故障原因。（4）隔離——在微處理器與I/O電路之間，采用光電隔離措施，有效地隔離I/O接口與CPU之間電的聯(lián)系，減少故障和誤動作；各I/O口之間亦彼此隔離。（2）濾波——對供電系統(tǒng)及輸入線路采用多種形式的濾波，如LC或π型濾波網絡，以消除或抑制高頻干擾，也削弱了各種模塊之間的相互影響。硬件措施：主要模塊均采用大規(guī)?；虺笠?guī)模集成電路，大量開關動作由無觸點的電子存儲器完成，I/O系統(tǒng)設計有完善的通道保護和信號調理電路。如果能限制偶發(fā)性故障的發(fā)生條件，如果能使PLC在惡劣環(huán)境中不受影響或能把影響的后果限制在最小范圍，使PLC在惡劣條件消失后自動恢復正常，這樣就能提高平均故障間隔時間；如果能在PLC上增加一些診斷措施和適當的保護手段，在永久性故障出現(xiàn)時，能很快查出故障發(fā)生點，并將故障限制在局部，就能降低PLC的平均修復時間。（2）永久性故障。這類故障，只要不引起系統(tǒng)部件的損壞，一旦環(huán)境條件恢復正常，系統(tǒng)也隨之恢復正常。任何電子設備產生的故障，通常為兩種：（1）偶發(fā)性故障。但Kd過大, 會使響應過程提前制動, 從而延長調節(jié)時間,而且會降低系統(tǒng)的抗干擾性能。但Ki過大, 在響應過程的初期會產生積分飽和現(xiàn)象, 從而引起較大的超調。 (2)積分作用系數Ki 的作用是消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差。 從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、響應速度、超調量和穩(wěn)態(tài)精度等各方面來考慮, Kp、Ki、Kd 的作用如下: (1) 比例系數Kp 的作用是加快系統(tǒng)的響應速度, 提高系統(tǒng)的調節(jié)精度。 超調量約為20%。 峰值時間tp 約為7s。 圖中, 延遲時間td 約為300s。 縱軸表示單位階躍響應h（t）。通過仿真軟件設置不同的Kp、Ki、Kd 參數值進行仿真。它集成于MAT LAB 中, 用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析, 是一種面向結構的系統(tǒng)仿真軟件, 用于可視化的動態(tài)系統(tǒng)仿真。記錄第二次平衡的參數: Qi = / h, 上、中、%、%、%, 從而可以通過計算獲得三容水箱的數學模型。然后突然加大調節(jié)閥上所加的定值電流, 使得開度變?yōu)?0%。本實驗開始時設定調節(jié)閥開度為10%, 使得下水箱液位在較低時達到平衡。由上式可知，只要確定了三個水箱的水阻，這個三階微分方程的參數就定下來了，進而可以確定三容水箱系統(tǒng)的傳遞函數。圖62線性化原理圖 通常在特性曲線工作點a附近不大的范圍內，用切于a點的一段切線代替原曲線上的一段曲線，進行線性化處理。由于水箱液位變化較為緩慢, 并行為了簡化問題, 可以用a、b 兩個平衡點間的直線代替原曲線上的一段曲線, 進行線性化處理。 hh h 3 分別為上、中、下三個水箱的液位。通過三水槽物料平衡可得的公式：水槽1： （61）水槽2： （62）水槽3： （63） 其中 是入水量，被控量 為下水箱水位 ； 分別為上、中、下三個水箱截面積， 這里 的 為上中下三個水箱的液位。( 3) 觀察監(jiān)控畫面, 一段時間后水位在比較低時達到平衡狀態(tài)。