基于PLC的液位控制系统的设计开题报告.doc

四川理工学院毕业设计 (论文)开题报告 学 院： 机械工程学院专 业：机械设计与制造及自动化（机电）班 级： 07级3班课题名称： 基于PLC的液位控制系统学生姓名： 任科举 学号: 07011039202指导教师： 孙 祥 国报告日期： 二一一年三月十三日1、 文献综述“过程控制”是一门与工业生产过程联系十分密切的科目。随着科学技术的飞速发展，过程控制也在日新月异的发展。它不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且正在成为新建的规模大，结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分(1)在工业生产过程中,液位变量是一个常见而广泛的过程参数之一。液位控制装置具有非线性、滞后、耦合等特点,难以对其进行精确控制.在众多的控制算法中,模糊控制是行之有效的控制方法之一。但在模糊控制系统的设计过程中,存在大量繁琐的工作,如控制器结构的确定,隶属函数的选取、各种规则的获取,参数的调整等.本文利用PID模糊控制。信号处理是过程控制中的重要组成部分。步入21世纪之后,社会进入数字化的时代,而数字信号处理器(digitalsignalprocessor)正是这场数字化革命的核心。数字信号处理是利用专用或通用数字信号处理芯片,通过数字计算的方法对信号进行处理与模拟信号处理相比数字信号处理具有精确,灵活,抗干扰能力强,可靠性好和易于大规模集成等特点。目前，集成电路的设计由于电流模式电路技术的发展和应用而获得了新的生长点，模拟VLSI的最新进展使得开发和实现电流模式信号处理成为可能.电流模式技术和方法对于诸如放大器、变换器、A/D和D/A、采样数据和连续时间滤波器、自校正系统，编程系统、ANN(人工神经网络)和神经计算机等许多问题提供了最有吸引力的途径，并将对微电子学与信息科学、计算机科学与AI,控制与机器人等领域的发展产生重要的影响。信号的获取需要传感器，适用于测液位的传感器有很多种，主要有热敏电阻传感器、电容式液位传感器、电感式液位传感器等。它们各有特点，可根据液面特性选择。模拟量输入通道因检测系统本身的特点、实际应用的要求等因素的不同，可以有不同的形式。比如，对于高速系统，特别是需要同时得到系数众多数据的系统，可采用并行转换结构。但通道越多，成本越高，而且会使系统体积大，也给系统较准带来困难，通常采用的结构是多路通道共享采样/保持和模数转换电路。信号处理器的功能是对来现场的多路模拟信号滤波、隔离、电平转换、非线性补偿、电流电压转换等。多路开关将多路信号按一定顺序要求切换到放大器的输入端。放大器是将传感器输出的弱信号放大到A/D转换器所需电平。采样保持器的作用，一是保证A/D转换过程中被转换的模拟量保持不变，以提高转换精度；二是可将多个相关的检测点在同一时刻的状态量保持下来，以供分时转换和处理，确保每个检测量在时间上的一致性。若模拟输入电压信号变化缓慢，A/D转换精度能够满足要求，则S/H可省不用。A/D将模拟信号转换成数字信号，以使计算机能够接收。A/D转换器的种类很多，按工作原理可分为比较式和积分式两大类。比较式A/D转换器的工作原理实质上是将被转换的模拟量与转换器产生的基准电压进行比较，从而将模拟量转换成数字量。积分式A/D转换通过对被测量进行积分，将被测量转化成中间量（时间或频率），然后再将中间量转换成数字量。积分式A/D转换测量的平均值，它的抗干扰能力强，准确度高，但速度较慢。逐次逼近式属于闭环比较式，速度快，准确度高，应用广泛。积分式A/D转换通过对被测量进行积分，将被测量转化成中间量（时间或频率），然后再将中间量转换成数字量。积分式A/D转换测量的平均值，它的抗干扰能力强，准确度高，但速度较慢。积分式A/D转换器可分电压-时间（V-T）转换式和电压-频率（V-F）转换式，每一种根据转换的特点又分为若干类。模拟量输出通道有以下两种基本结构（1）多通道独立D/A转换形式。由于目前D/A转换器芯片内部一般带来数据锁存器，所以这种连接方式的不需要采样保持器。一旦数据送入D/A转换器只要没有新的数据输入，它就保持原来的输出值。这种结构的组成包括I/O接口、D/A转换器、隔离级、输出级、执行器。多通道独立D/A转换器结构的优点是转换速度快，工作可靠、精度高且各个通道互相独立而互不影响。缺点是使用较多D/A转换器，投资较高。工业控制中多采用此种形式。（2）多通道共享D/A转换形式。这种形式由于D/A转换器是共用的，所以每一个模拟量输出通道都需要一个采样保持器S/H, 采样保持器的作用是将D/A转换器输出的离散模拟量转换成执行器件能接受的连接信号，即把上一时输出的采样值保持到下一次输出。这种结构的优点是节省D/A转换器。由于公用一个D/A，在CPU控制下分时工作，D/A转换器依次把数字量转换成模拟电压或电流，通过多路开关给各路输出采样保持器，而保持器不能长久保持信号不变，因此这种结构精度较差，只适用转换数字要求不高、通路较多的情况。D/A转换器中包含由电阻（或电容）和开关组成的网络。模拟参考电压在网络的输入端。被转换的数字信号控制网络中开关的闭合，改变网络的参数，从而使网络输出与数字量相对应的模拟电流或电压。这样就实现了数-模转换。DAC的种类很多，绝大多数DAC都为电流输出，有的兼有电流和电压输出；输出模拟量和输入数字量之间的函数关系既有线性的，也有非线性的；数字信号输入方式有并行的，也有串行的；多数D/A转换器既可对普通二进制数码进行单极性转换，又可以通过改变外部接线，对补码、反码、偏移二进制码或符号-数值码进行双级性转换。实际产品的结构不一定包括图中所有部分，但虚线中的部分则应是必备的。2、研究的目的、意义为了解决人工控制的控制准度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题。从而我们现在就引入了工业生产的自动化控制。在自动化控制的工业生产过程中，一个很重要的控制参数就是液位。一个系统的液位是否稳定，直接影响到了工业生产的安全与否、生产效率的高低、能源是否能够得到合理的利用等一系列重要的问题。随着现在工业控制的要求越来越高，一般的自动化控制已经也不能够满足工业生产控制的需求，所以我们就又引入了可编程逻辑控制（又称PLC）。引入PLC使控制方式更加的集中、有效、更加的及时。液位控制系统它使我们的生活、生产都带来了不可想象的变化。它使在控制中更加的安全，节约了更多的劳动力，更多的时间。在我国随着社会的发展，很早就实行了自动控制。而在我国液位控制系统也利用得相当的广泛，特别在锅炉液位控制，水箱液位控制。还在黄河治水中也的到了利用，通过液位控制系统检测黄河的水位的高低，以免由于黄河水位的过高而在不了解的情况下，给我们人民带来生命危险和财产损失。3、研究的主要内容一、一个系统是否能达到预期的控制效果，其系统的数学模型相当的重要，直接关系到控制结果的正确与否。二、在液位控制系统中，调节阀是否与所控制的液体发生化学反应等，直接的影响到控制结果。三、控制方案的选取，一个好的方案会让系统更加完美，所以方案的选取也非常重要。四、调节器参数的整定，一个系统有了好的方案，但是如果参数整定错误那也是功亏一篑。4、上水箱液位的自动调节在这个部分中控制的是上水箱的液位。系统原理图如图4.1所示。单相泵正常运行，打开阀1和阀2，打开上水箱的出水阀，电动调节阀以一定的开度来控制进入水箱的水流量，调节手段是通过将压力变送器检测到的电信号送入PLC中，经过A/D变换成数字信号，送入数字PID调节器中，经PID算法后将控制量经过D/A转换成与电动调节阀开度相对应的电信号送入电动调节阀中控制通道中的水流量。 当上水箱的液位小于设定值时，压力变送器检测到的信号小于设定值，设定值与反馈值的差就是PID调节器的输入偏差信号。经过运算后即输出控制信号给电动调节阀，使其开度增大，以使通道里的水流量变大，增加水箱里的储水量，液位升高。当液位升高到设定高度时，设定值与控制变量平衡，PID调节器的输入偏差信号为零，电动调节阀就维持在那个开度，流量也不变，同时水箱的液位也维持不变。系统的控制框图如图所示。其中SP为给定信号，由用户通过计算机设定，PV为控制变量，它们的差是PID调节器的输入偏差信号，经过PLC的PID程序运算后输出，调节器的输出信号经过PLC的D/A转换成4-20mA的模拟电信号后输出到电动调节阀中调节调节阀的开度，以控制水的流量，使水箱的液位保持设定值。水箱的液位经过压力变送器检测转换成相关的电信号输入到PLC的输入接口，再经过A/D转换成控制量PV，给定值SP与控