【正文】 CPU 模塊聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)人機(jī)對(duì)話。I/O 模塊除了傳遞信號(hào)外，還有電平轉(zhuǎn)換與隔離的作用。輸出模塊用來發(fā)送輸出信號(hào)。輸入模塊用來接收和采集輸入信號(hào)。系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器存放著系統(tǒng)程序，系統(tǒng)程序是由可編程序控制器生產(chǎn)廠家設(shè)計(jì)并固化只讀存儲(chǔ)器 ROM 中，能完成可編程序控制器設(shè)計(jì)者規(guī)定的工作，且用戶不能讀??；用戶程序存儲(chǔ)器存放著用戶編制的控制程序，其容量以字為單位，用戶程序由用戶設(shè)計(jì)，使可編程序控制器完成用戶要求的特定功能。其主要有如下功能： 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 8 頁(yè)（1）接收從編程器輸入的用戶程序和數(shù)據(jù)，送入存儲(chǔ)器存儲(chǔ)；（2）用掃描方式接收輸入設(shè)備的狀態(tài)信號(hào)，并存入相應(yīng)的數(shù)據(jù)區(qū)；（3）監(jiān)測(cè)和診斷電源、PLC 內(nèi)部電路工作狀態(tài)和用戶程序編程過程中的語(yǔ)法錯(cuò)誤；（4）執(zhí)行用戶程序、完成各種數(shù)據(jù)的運(yùn)算、傳遞和存儲(chǔ)等功能；（5）根據(jù)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果，刷新有關(guān)標(biāo)志位的狀態(tài)和輸出狀態(tài)寄存器表中的內(nèi)容，以實(shí)現(xiàn)輸出控制、制表打印或數(shù)據(jù)通信等功能。CPU 模塊主要由微處理器（CPU 芯片）和存儲(chǔ)器組成。圖 可編程控制器示意圖 CPU 模塊在可編程序控制器控制系統(tǒng)中，CPU 模塊不斷地采集輸入信號(hào)，執(zhí)行用戶程序，刷新系統(tǒng)的輸出，統(tǒng)一命令和協(xié)調(diào)整個(gè) PLC 控制系統(tǒng)的工作過程。每個(gè)水箱的出水口均經(jīng)過線性化處理，上水箱的水通過閥 6 流到下水箱，在上水箱中安裝了壓力傳感器（PT、LT） ，用于檢測(cè)壓力、液位的大小；而下水箱的水經(jīng)閥 7 流到復(fù)合加熱水箱的外套，再經(jīng)閥 8 流回儲(chǔ)水箱，各水箱都設(shè)有溢流口，保證水箱滿后不外流并順利經(jīng)溢流口流回儲(chǔ)水箱。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè)交流變頻器的作用是根據(jù) PLC 可編程控制器發(fā)送來的信號(hào)，改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而改變水泵的打水量，達(dá)到控制水位平衡的目的。2 和 5：外部電壓控制信號(hào)（05V）輸入端，2 接信號(hào)正極，5 接信號(hào)地線。 交流變頻調(diào)速器交流變頻器為三菱 型。本裝置配有電壓型和電流型漏電保護(hù)系統(tǒng)。按下“啟動(dòng) ”按扭，此時(shí) “啟動(dòng)”按扭綠燈亮表示系統(tǒng)電源接通。插上三芯插頭，此時(shí)控制屏左、右兩側(cè)的三芯電源插座均帶電。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 5 頁(yè) 控制平臺(tái)介紹 電源控制屏水箱水位控制系統(tǒng)的電源控制屏主要由一個(gè)交流電源控制區(qū)與三個(gè)執(zhí)行部件接線區(qū)組成.交流電源控制區(qū)：由總電源鑰匙開關(guān)、空氣開關(guān)、帶燈啟動(dòng)和停止按扭、漏電保護(hù)器、電加熱器控制開關(guān)、照明開關(guān)、電壓表、報(bào)警指示燈與復(fù)位按扭等組成。根據(jù)需要配置了微機(jī)通訊接口單元（RS232） ，以滿足計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制需要。被控對(duì)象包括上水箱、下水箱、儲(chǔ)水箱以及管道。（6）總結(jié)和展望 對(duì)已完成的工作進(jìn)行總結(jié)，并對(duì)今后的工作提出建議。（3）對(duì) PLC 可編程控制器作了介紹.（4）控制系統(tǒng)基于 PLC 的 PID 控制，串級(jí) PID 控制的研究與實(shí)現(xiàn)。具體內(nèi)容如下：（1）緒論 主要介紹本課題的研究?jī)?nèi)容、水位控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀，PID 控制的特點(diǎn)及尚未解決的問題，以及本課題所做的主要工作。 本文的主要工作本文以二階水位控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)其特性進(jìn)行整體分析。在頻域性能指標(biāo)中，最常用的是增益裕度和相角裕度，它們可以反映對(duì)象的不確定性，在很多情況下是很好的魯棒性能尺度，Ho 等人研究了一些著名的 PID 整定公式的增益裕度和相角裕度,得出一些結(jié)論:在基于復(fù)合 (loadbased)的整定方法中, 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 3 頁(yè)增益裕度一般為 ,相角裕度從 30 變化到 60 度；在基于設(shè)定點(diǎn)(setpointbased)的整定方法中,增益裕度一般為 2，相角裕度在 65 度左右，但遺憾的是，作為魯棒性能指標(biāo)，增益裕度和相角裕度是相關(guān)的，有些時(shí)候表現(xiàn)出了矛盾的一面，而且，增益裕度和相角裕度也不適用于多變量過程。在這些控制器的設(shè)計(jì)方法中，所采用的性能指標(biāo)可分為兩大類 [7]：一類是時(shí)域性能指標(biāo)，諸如超調(diào)量(overshot)、上升時(shí)間(rising time)、過渡過程時(shí)間(settlingtime)、積分誤差( 如 IAE、ISE、ITAE) 等；另一類是頻域性能指標(biāo)，如增益裕度(GainMargin)、相角裕度 (Phase Margin)等。 控制中尚需解決的問題常規(guī)的 PID 控制器設(shè)計(jì)大致可分為基于模型的方法和基于規(guī)則的方法。它允許工程技術(shù)人員以一種簡(jiǎn)單而直接的方式來調(diào)節(jié)系統(tǒng)。其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象特性的變化不大敏感，在很寬的操作條件范圍內(nèi)都能保持較好的魯棒性。它可以廣泛應(yīng)用于化工、熱工、冶金、煉油以及造紙、建材等各種生產(chǎn)部門。PID 控制器具有簡(jiǎn)單而固定的形式，原理也不復(fù)雜，使用起來很方便，控制效果也很好。事實(shí)表明，對(duì)于 PID 這樣簡(jiǎn)單的控制器，能夠適用于如此廣泛的工業(yè)與民用對(duì)象，并仍以很高的性能／價(jià)格比在市場(chǎng)中占據(jù)著重要地位，充分地反映了 PID 控制器的良好品質(zhì)。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展特別是電子計(jì)算機(jī)的誕生和發(fā)展，涌現(xiàn)出許多新的控制方法。在生產(chǎn)過程自動(dòng)控制的發(fā)展歷程中，PID 控制是歷史最久，生命力最強(qiáng)的基本控制方法。上述文獻(xiàn)都是以水箱水位控制系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)故障的檢測(cè)與診斷以及分離和建模及監(jiān)控策略進(jìn)行了研究，并提出了很多行之有效的算法，為水箱水位控制系統(tǒng)的仿真及監(jiān)控平臺(tái)的開發(fā)提供了堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。文獻(xiàn)[15]利用 ZIR（Zero Input Response）和 ZSR(Zero State Response)綜合控制信號(hào)，構(gòu)建基于非線性受控對(duì)象物理模型—水箱水位控制系統(tǒng)的仿真器，并利用其獲得理想的控制特性。文獻(xiàn)[13]通過水箱水位 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 1 頁(yè)控制系統(tǒng)的例子，說明了在一個(gè)分布式智能控制系統(tǒng)內(nèi)多個(gè)智能子系統(tǒng)之間進(jìn)行動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)的機(jī)制和大致過程。文獻(xiàn)[11]中 Tsuda 統(tǒng)重組問題的幾種算法。文獻(xiàn)[9]中 Noura Hassan 等用雙容水箱水位控制系統(tǒng)作為實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛯?duì)執(zhí)行器容錯(cuò)控制的設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究。 水位控制當(dāng)前的研究動(dòng)態(tài)水位自動(dòng)控制系統(tǒng)作為自動(dòng)控制、化工過程等領(lǐng)域中非常典型的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，它不僅可以作為水位過程控制的實(shí)驗(yàn)設(shè)備來供學(xué)生做試驗(yàn)，而且也應(yīng)用于非線性控制和故障診斷的研究項(xiàng)目中，因此在國(guó)內(nèi)外都受到廣泛關(guān)注 [1]。水位控制一般指對(duì)某一水位進(jìn)行控制調(diào)節(jié)，使之達(dá)到所要求的控制精度。 水位控制系統(tǒng)是以水位為被控參數(shù)的控制系統(tǒng)，它在工業(yè)生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：水位自動(dòng)控制系統(tǒng)，PLC 技術(shù)，PID 控制，串級(jí)控制 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 I 頁(yè)The Research of The Water Level Automatic Control SystemAbstractThe water level control system design is a topic, which allows study of the principles of process control as the process variables, for example the level and flux, to be measured, controlled and observed for its variability during the simulation process of modem industrial manufacture. It has the mon characteristic of dynamic process in process control such as great inertia, larger delay, nonlinear and difficult to be controlled precisely, so that it bees a perfect object in the field of control theory and control engineering, process control teaching, testing and study.This topic first has made the whole analysis to the water level control system and simply introduces the water level system control platform, then introduces the PLC programmable controller in detail and amply analyses the PID control and the cascade PID control which based on PLC. It introduces the cascade control system characteristic and the host vicereturn route design in detail. The twotank water level cascade control system has been designed. Then it carries on the PID parameter by 4:1 decay curve law。 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 頁(yè)液位自動(dòng)控制系統(tǒng)的研究摘 要水位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)是模擬工業(yè)生產(chǎn)過程中對(duì)水位、流量參數(shù)進(jìn)行測(cè)量、控制、觀察其變化特性，研究過程控制規(guī)律的課題，它主要研究過程控制中動(dòng)態(tài)過程的一般特點(diǎn)——大慣性、大時(shí)延、非線性，難以對(duì)其進(jìn)行精確控制，從而使其成為控制理論與控制工程、過程控制教學(xué)、試驗(yàn)和研究的理想對(duì)象。本課題首先對(duì)水位控制系統(tǒng)做了整體的分析并簡(jiǎn)單介紹了水位控制系統(tǒng)的控制平臺(tái)；然后詳細(xì)介紹了 PLC 可編程控制器并詳細(xì)分析了基于 PLC 的 PID控制和串級(jí) PID 控制，對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)和主副回路設(shè)計(jì)進(jìn)行了詳述,設(shè)計(jì)了雙容水箱串級(jí)水位控制系統(tǒng),并根據(jù) 4：1 衰減曲線法對(duì) PID 參數(shù)進(jìn)行整定；最后根據(jù)理論分析進(jìn)行水位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明系統(tǒng)具有優(yōu)良的控制精度和穩(wěn)定性。 finally the water control system experiment has been done by the theoretical analysis. The experimental result indicates the system has the fine control precision and the stability.Key words: water level control system, PLC, PID control, cascade control 鞍山科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 II 頁(yè)目 錄摘 要 ..............................................................................................................................IABSTRACT ..................................................................................................................II1 緒論 ............................................................................................................................1 引言 ..........................................................1 水位控制當(dāng)前的研究動(dòng)態(tài) ........................................1 PID 調(diào)節(jié)器概述 .................................................2 控制特點(diǎn) ................................................2 控制中尚需解決的問題 ...................................3 本文的主要工作 ................................................42 水位控制系統(tǒng)的整體分析 ........................................................................................5 水位控制系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì) .......