目录
一、题目要求
二、系统功能概述
三、方案论证与比较
1、传感器
2、A/D采集电路
四、系统框架
五、硬件电路设计
1、最小系统
2．液位控制及报警电路
2、ADCICL7135信号采集传输电路
4、键盘和显示电路
六、软件设计
七、测试分析
八、设计总结
一、题目要求
1、任务
设计并制作一个水位监测与控制装置，示意图如下图所示。
2、要求
(1)基本要求
（1）通过键盘可以设定B瓶里的液位（0-25cm内的任意值），并通过控制电磁阀（或类似于电磁阀的装置）使B瓶的液位达到设定值。
（2）液位误差不超过±0.3cm。
（3）液位超过25cm或液位低于2cm时发出警报。
（4）显示器能实时显示当前液位状态和瓶内液体重量，以及阀门状态。
(2)发挥部分
设计并制作一个由主站控制8个从站的有线监控系统。8个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套液位监控装置，其它从站为模拟从站 (仅要求制作一个模拟从站)。
（1）主站功能：
a．具有所有基本要求里的功能。
b．可显示从站传输过来的从站号和液位讯息，可控制从站液位。
c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的液位讯息。
d．收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号；可自动调整从站液位为20cm。
（2）从站功能：
a．能输出从站号、液位讯息和报警信号；从站号可以任意设定。
b．接收主站设定的液位控制信息并显示。
c．对异常情况进行报警和自动调整。
（3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。
（4）其它。
二、系统功能概述
本设计充分体现电子设计大赛的宗旨，利用MCS-51单片机结合数字芯片、模拟电路，完成了液位自动控制系统的设计与制作。实际测试表明，所设计的液位自动控制系统可很好地满足任务要求。
该电路能够通过键盘设定液位（0-25cm内的任意值），主机可以显示和设定从机的液位。通过传感器和ADC7135把当前液位传到控制器与设定值相比较，单片机控制电磁阀调节液位，使其接近设定值。
基本工作流程为：主机通过键盘设定自己和从机的液位，超声波传感器测出当前水位对应的电压值，再经过AD7135模数转化送入控制器与设定值相比较，单片机通过控制电磁阀调节主机液位，并且把设定值与当前值显示在LCD上；主机控制器通过485通讯对从机控制器传输设定值，从机控制器也可以如主机控制器一样对液位进行控制，并且通过LCD显示主机给定值与当前液位值；并利用485通讯把从机当前液位传给主机显示出来。
三．方案论证与比较
1．传感器
方案一：压力传感器
目前的液位压力传感器大部分是投入式静压液位变送器，而投入式静压液位传感器只有参考大气压才能进行准确测量，然而连接电缆中的通气会受到环境的影响，造成气管内壁冷凝，结露。露水滴到电子器件和传感器上，会影响精度或者输出漂移。同时，结露过快，变送器的使用寿命也会大大缩短。此压力传感器容易受到环境的影响而造成测量不准确，并且安装不方便。所以本设计不采用此传感器。
方案二：压阻式压力传感器
压阻式传感器是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制作
扩散压敏电阻；硅平膜片在微小变形时有良好的弹性特性，当硅片受压后，膜片的变形使扩散电阻的阻值发生变化；此变阻器容易受外面环境的影响，如温度，从而造成测量不准确，而且体型一般比较大，不易安装、不易携带；一般其精确度也比较低。不能满足设计的需要，所以没有选择此类传感器。
方案三：超声波传感器
超声波传感器是工业领域内第一款在产品上带有按键设定功能和自诊断功能的小型传感器。它虽然体型小，但是具有其它大型传感器所有
的功能，安装使用方便而且不受被测物体的颜色影响，有许多特设功能，如：具有自诊断LED显示和按键设定功能、温度补偿功能、可选择模拟
量或开关量输出；其供电电压为10—30V,测量范围为30mm—300mm,输出
电压0V—10V，输出电流为4mA—20mA,最小负载阻抗2.5欧，精度可达
到0.5mm，外形分为直线型和直角型。感应口径为18mm。超声波传感器
所具有的条件满足设计所需要0-25cm的液位控制，以及液位误差不超过
±0.3cm的要求，并且解决了安装不方便的难题。所以本设计选择了精度
高，体型小的超声波传感器。
2．A/D采集电路
方案一：采用8位ADC0809A/D转换器
ADC0809是常用的8位A/D转换器，属逐次逼近型， ADC0809由单一+5V供电，片内含带有锁存功能的8路模拟电子开关，可对0～+5V 8路的模拟电压信号分时进行转换，完成一次转换约需100us，所以速度较快，但是ADC0809芯片分辨率低，精度不够，不能满足本系统要求，不予采用。
方案二：采用4位半双积分A/D转换器ICL7135
ICL7135是应用广泛的4位半双积分A/D转换器，它是动态BCD码输出的积分型A/D器。其特点是：精度高、极性自动转换输出、自动校零、单一电源工作、动态BCD码输出。
由于双积分方法的二次积分时间比较长，所以A/D转换速度慢，通常为（3～10）次/s，此外，对周期变化的干扰信号积分为零，抗干扰性能也比较好。在同等精度的情况下，其价格低于逐次逼近式A/D转换器，因而在对速度要求不高的场合，更宜于采用这类A/D转换器。
考虑系统的要求，本设计采用控制精度较高的ICL7135进行A/D转换。四．系统框架
本系统由单片机系统数据处理模块、A/D数据输入模块、485通讯模块、液位控制及报警模块及键盘和显示模块(LCD)等几部分组成。
系统组成总框图如图1.1所示。
图1.1系统组成总框图
五．硬件电路设计
本设计的硬件电路包括最小系统电路、液位控制及报警电路、ADCICL7135信号采集传输电路、键盘和显示模块等。
1、最小系统
本设计使用的最小系统板是以80C52单片机为内核，并且具有良好的扩展性。CPU接有11.0592MHZ的晶振， 74ls373锁存电路、74ls138译码电路以及按键、显示器件、ADC7135电路板插槽并用8255外扩了I/O接口。如图1.2所示。
图1.2 最小系统电路图
（1）电源供电电路
本电路需外接一个AC220/9V 的变压器，变压器的二次侧通过整流滤波后输入CW7805便可得到+5v 电压，此电压做最小系统的电源。如图1.3所示
U47805
图1.3 电源供电电路
（2）I/O 扩展及选通电路
本系统中通过8255外扩了PA,PB,PC 共24个I/O 口，以便作为系统的输入输出通道。用74ls138的输出作为各个芯片的译码选择端，除最小系统中使用的Y0-Y3外，还有Y4-Y7可供其它扩展使用。 2．液位控制及报警电路
本设计的液位控制电路是一闭环电路，传感器把液位传给单片机与设定值比较，单片机通过对电磁阀的控制来控制液位。用9V 电源对继电器供电，使用了24V 电源对传感器供电，用220V 交流电对电磁阀供电；在报警电路中，利用9V 电源对蜂鸣器供电，当液位超过25cm 或液位低于2cm 时发出报警。本设计在供
水回路中，用了电动机进行循环供水，保证程序的连续运行。电路如图1.4所示。
U47805
图1.4液位控制及报警电路图
3. ADCICL7135信号采集传输电路
本电路由一个小型集成电路来实现，采样后的信号经过电位器送到ICL7135进行处理，将处理后信号直接送到单片机最小系统。ICL7135量程为0-2V，基准电压VREF由MC1403输出（2.5V）分压获得1V电压。
HC240是八位缓冲线/线驱动器，内含八个具有三态输出反相缓冲器。三态输出的反相缓冲器，输出允许控制端（ENA、ENB），每一个EN控制四个缓冲器，1A、8A数据输入，1Y、8Y输出。输出分别送出个、十、百、千、万位。
HC157是四路二选一开关，1为选择输入端，S为低电平时，选择A输出；S 为高电平时，选择B输出。
ICL7135的BCD码的位选通输出端D1-D5分别接8位可编程逻辑接口电路8255的PA0-PA3和PB0-PB4。CPU可读取各个位的状态并判断，从而在ICL7135的B1-B8输出端读取BCD数据。电路图如图1.5所示
0p
C327C326C210
u
u
U27660
图1.5 ADCICL7135信号采集传输电路
4. 键盘和显示模块
键盘完成基本的输入操作.系统共设置了6个按键:屏显键、设定键、移位键、加键、减键、自动/手动键。可设置主机分机液位、转换主机分机屏幕的显示、以及手动状态电磁阀的开关等。
为了更好的实现人机对话，采用了这款带中文字库的OCM4X8C （128×64）液晶显示器。用户可以根据提示来进行相应的操作。液晶显示屏采用了并行的输入输出方式，开机时液晶屏复位，进入等待状态。采用液晶显示器是显示的信息量大，可视性强，并且可以避免LED 数码管的编程复杂、工作量大的缺点。键盘接口电路如图：
U104
LCD 接口电路如图所示：
G N D
六、软件设计
软件部分主要是利用51系列单片机作控制器，传感器输出电压进行采样，将采样值与设定值比较，单片机对电磁阀控制来调节液位，主机通过485通讯给分机设定数值，分机控制器对分机液位进行控制。软件部分包括7135采样部分、485通讯部分、数字处理部分、显示部分、键盘部分等。为了避免在传感器移动造成测量数据不准确，特别增加了调零功能，进一步提高了系统的准确性。
主程序框图、中断子程序框图、键盘扫描子程序、数据采集子程序和数据处理子程序分别如图1.7～图1.10所示。
图1.7主程序框图图1.8中断程序图
图1.8键盘扫描子程序图
#1键：显示测量值/调零；#2键：显示设定值并设定；#3键：移位设定；#4键：加键/阀1开关；#5键：减键/阀2开关；#6键：自动/手动
图1.9数据采集子程序图图1.10数据处理子程序图
六：功能设置及结果分析
测试设备：4 1/2高精度数字万用表、刻度尺、100M双踪数字示波器、
分析:
由以上数据我们可以看出，系统的各个检测单元的测试数据精度很高、液晶显示值和测量值与设定值非常接近，与传感器输出电压成线性关系，与重量也成一定的比例关系，这与硬件的选择及其参数的匹配以及软件控制算法的选择是不可分割的。
七、设计总结
本设计在硬件上，使用ILC7135，S18UUA超声波传感器等高精度芯片和仪器进行液位测量，使本设计所测量的液位精度远高于液位误差不超过±0.3cm的要求。此外，本设计还应用了MAX485通讯，OCM4X8C液晶显示LCD等芯片和元件，使设计更符合实际应用的要求，也相应得降低了软件设计的难度。在软件上，采用规范化的编程方法，有效的减少了程序所需要的存储空间。
综上所述结论如下：
1．主站能测量并显示主站自己的液位高度。
2．主站能显示主站自己的液体质量和阀的状态。
3．主站能设置并查看和显示任何一个分站的液位高度。
4．主站能查看并显示任何一个的液体质量和阀的状态。
5．主站能设定自己的入水阀和出水阀状态。
6．具有上下翻屏功能。
7．分站能显示该分站的液位高度，液体重量和入水阀出水阀状态。8．分站能设定该分站的入水阀和出水阀状态。
9．本设计用LCD显示液位高度液体重量和入水阀出水阀的状态。
**大学信息学院 数字电路课程设计报告 题目：水位自动控制电路 专业、班级：电子信息科学与技术 学生姓名： 学号： 指导教师：
指导教师评语： 成绩： 教师签名：
一．任务书 二．目录 目录 1 设计目的 (4) 2 设计目的要求 (4) 3 设计方案选取与论证 (4) 4 仿真过程及结果 (5) 1 设计思路 (6) 2 现有设计方案 (6) 3 总体设计框图 (7) 5 结论故障分析及解决 (14) 6 参考文献 (15) 附录 (16)
三．内容 1. 设计目的 通过这次设计熟练对电子设计的动手技能，，提高电子设计的能力，同时也培养学生收集、整理、分析和刷选利用资料及各类信息的能力，也使得学生通过这次的设计对所学的数电和模电知识及各种电路、电路元件的功能更好的理解和运用。 2. 设计任务要求 功能：1、当水位低于最低点时，电路能自动加水。 2、当高于最高点时，电路能自动停水。 3、该电路的直流电源自行设计。（可采用W78××系列） 要求：1、选择适当的元器件，设计该电路。以实现上述功能。 2、利用Proteus绘制其电路原理图并进行仿真。 3. 设计方案选取与论证 3.1设计方案的选取： （1）继电器式自动上水控制装置 继电器式水位控制装置工作原理是通过接入220V继电器控制电路的3个探测电极来检测水位高低，使继电器闭合或开启，控制水泵电动机的开停，达到控制水位的目的，控制电路较简单，但要注意以下几点: 1)在维修水塔中的水位探测电极时，须断开主回路和控制回路电源开 来使N线带电，造成维修人员的触电危险。 2)在水塔的低水位探测电极C的引线端，必须进行N线的重复接地。接地电阻要求小于4Ω，使C点水位探测电极保持良好的零电位，以利于继电器的可靠吸合，使自控电路运行稳定。 3)在水泵向水塔供水时，由于水流的冲击，使水塔内的水位波动起伏，容易导致继电器吸合、断开的频繁跳动，影响自控电路的正常稳定运行。
过程控制综合训练 课程报告 16 —17 学年第二学期课题名称基于PLC和组态王的 系统 姓名 学号 班级 成绩
水箱液位控制系统 [摘要] 在工业生产过程中，液位贮槽如进料罐、成品罐、中间缓冲器、水箱等设备应用十分普遍，为了保证生产正常进行，物料进出需均衡，以保证过程的物料平衡。因此，工艺要求贮槽的液位需维持在给定值上下，或在某一小围变化，并保证物料不产生溢出。例如，锅炉系统汽包的液位控制，自流水生产系统过滤池、澄清池水位的控制等等。根据课题要求，设计一个单容水箱的液位过程控制系统，该系统能对一个单容水箱液位的进行恒高度控制。 关键词：过程控制液位控制PID控制 Abstract: In the process of industrial production, liquid storage tank such as product cans, buffer, tanks and other equipments are widely used. In order to ensure the normal production,material supply and demand must be balanced to guarantee the process of the production. So, the process requires that the liquid level in the tank should be maintained at a given value, or change in a small range,and ensure that the material does not overflow,for instance,system of boiler drum level control, level control of filter pool and clarification pool of self-flowing water production
液位检测与控制试验系统设计 1.发展现状： 液位检测在许多控制领域已较为普遍，各种类型的液位检测装置也不少，按原理分有浮力式、压力式、超声波式、差压式、电容式等，这各种方法都根据其需要设计完成，其结构、量程和精度各有特色, 适用于各自的场合, 但都是基于固定液箱液位检测而设计。市面上也有现成的液位计，有投入式、浮球式、弹簧式等，绝大多数价格惊人。 “水是生命之源”，不仅人们生活以及工业生产经常涉及到各种液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求。因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。因此液位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，能收到很好的生产效果。高老师也进行了多次的实验得出了一些相关的数据，水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计。由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的微机控制必将得到更加广泛的应用。 所以，我们在此设计了这个简易的监测系统，一方面，节省了大量的经济开支；另一方面，让我们对监测系统有了更加深刻、透彻的了解，不仅增加了我们的感性认识，还促进了我们对于系统各个部分的深刻剖析，从传感器选型到整个
为了解决零散井站点的天然气和原油在分离过程中，因为不能自动 调节和控制分离器内的液位，造成天然气进入储油罐或原油进入气管 线的难题，利用分离器现有的部件，通过加装干簧管远传、数显表、 记录仪、电磁阀、报警器等仪器，研发制造出了一种分离器液位自动 控制系统。该系统具有自动化程度高，实现了分离器自动完成气液分离，连续计量及液位超限报警等功能，避免了现有技术需要人工操作，值班员工24小时盯住液位计进行量油，一旦值班人员精力不集中， 将会造成天然气管线内进入液体，储液罐内进入天然气等事故的发 生。 关键词：自动控制,信号远传,运行安全,降本增效 在油田开发过程中有大量的区块含油面积小，呈零散分布，区块间生产的油气不能进行汇集处理，只能在井站点自行气液分离，液体进入储液罐，通过罐车外运，天然气除自用外，多余的气量供给附近 的用户。 通过人工来调节排液阀门的开度，使分离器进、出液量在相对时间内保持平衡，但因油井生产状态及用户用气量的不同，使分离器进、出液量不平衡，当进液量多，出液量少时，就会发生分离器内的液体 进入到天然气管线内，堵塞气线，不但损坏设备造成经济损失，而且 降低企业的声誉;当进液量少，出液量多，气、液一同从排液阀中排出，进入到储液罐内，使大量的天然气外泄，既损失了气量又对环境 造成污染，还造成了安全隐患。针对以上所述的困难，应研发、设计 一种具有高度自动化分离器液位自动控制系统，从而解决现有技术中
的难题。 一、改进思路及方案实施 1.设计思路。 将分离器液体排出阀由普通阀门改为自动控制开关的电磁阀，原来由人工操作控制的分离器液位高度，实现由电信号自动控制，同时该系统具有自动报警功能，在值班室设有报警装置，当分离器计量排液系统不能自动排液，分离器内的液位超过上下警戒位时，报警系统开始启动运行，发出声光警报，提示工人及时进行排除。通过在现有 的计量系统基础上进行改动，在实现以上功能的同时，做到既不违反安全规定，又尽量减少投入。 尽量利用分离器现有的磁翻板液位计中的功能，根据磁翻板液位计内的磁浮标随分离器内液位高低发生移动，磁浮标移动到什么位 置，就在什么位置发出磁力线的特性，在磁翻板液位计上下计量标高处及在分离器上下液位警戒位处磁感电器元件，当磁浮标达到计量标高时，磁感电器元件在磁浮标磁力线的作用上，通过仪表转换成控制电磁阀的电信号，实现分离器排液阀门根据高度的设定值实现自动开关;如果出现故障不能自行关闭和开启排液阀时，磁浮标将继续上行 或下移，到达分离报警高度时，磁感电器元件转变成报警信号，值班 室内的警铃或警灯开始运行，警示值班人员去排除故障，故障不排除，警示不停。 2.组成及特征。 分离器液位自动控制系统主要由分离计量系统、信号传输系统、
等级: 课程设计 课程名称电气控制与PLC课程设计 课题名称液位自动控制系统设计与调试 专业 班级 学号 姓名 指导老师
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师 课程设计时间 教研室意见审核人： 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程围的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
四.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 （2）控制要求 控制系统技术参数表
毕业论文（设计）题目：基于PLC控制的高精度液位控制系统的设计 姓名：濮孝金 学号： 专业：机械电子工程 年月
摘要 在工农业生产过程中，经常需要对水位进行测量与控制，而日常生活中应用 到的水位控制也相当广泛。在以往水塔液位控制系统中，常规继电器的频繁操作容易导致机械磨损，不方便更新和维护，不能满足人们的实际需求；另外，随着人口的递增和生活条件的提高，人们用水的需求量也日益增加。 为了提高液位控制系统的质量和效率，节约能源，本次模拟水塔液位控制系统的装置考虑结合可编程逻辑控制器，继电器和传感器等技术，实现液位控制系统的自动控制。本设计使用西门子S7-300 PLC可编程控制器作为液位控制系统的核心，配合硬件与软件实现液位控制池液位动态平衡，过高、过低水位报警等功能。主要 的实验方法是在水箱上安装一个自动水位测量装置，通过水位变送器检测水箱实际液位并将该液位反馈到PLC控制器，经A/D转换后，所得数据与PLC内部设定数据进行比较，控制器处理数据并发送相应指令改变电机的转速从而控制抽 水速率，改变进水量，使水位稳定地保持在设定值附近。此外，通过液位标定计算出控制器输出PIW数值与实际水位的关系，就可以在触摸屏上直观显示实时水位情况。实验结果表明本设计能较好地完成自动液位控制的功能。 关键词：水塔液位控制，水位控制，继电器，PLC Abstract In the course of routine industrial and agricultural production we the need to measure the water level and
control it. Furthermore everyday level control applications are quite extensive , such as hydropower , water towers and other water control . According to the water supply system in the past, frequent operation towers will produce mechanical wear of conventional relay convenient maintenance and updates, that means it can not meet the actual needs of the people, and with Gradual growth of population and living conditions, the demand for water is also increasing .In order to improve the quality of the water supply system, energy conservation, so I considered use a programmable logic controller, relay and sensor technology, with hardware and software to achieve low water level alarm, warning switch between work and procedures manual / automatic to design practical level control tower scheme. I completed the set up of this simulation using the tank water tower , based on Siemens S7-300 PLC programmable controller tank water level control system as the core .I completed a water tank to
目录 摘要 (1) 关键词 (1) 引言 (2) 1设计任务目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (2) 2系统元件的选择 (3) 2.1有自平衡能力的单容元件 (3) 2.2 无自平衡能力的单容元件 (4) 2.3单容对象的特性参数 (6) 3控制器参数的整定 (7) 3.1 参数的确定 (7) 3.2 电动机的数学模型 (9) 3.3 控制系统的数学模型 (10) 3.4 PID控制器的参数计算 (10) 4控制系统的校正 (11) 4.1 控制器的正反作用 (12) 4.2 串级控制系统 (12) 5系统的稳定性分析 (16) 5.1 系统的稳定性分析 (16)
5.2 控制系统的稳态误差 (17) 结束语 (19) 参考文献 (20) 致 (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 1.1 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
控制类系统设计 ——液位自动控制系统 摘要 随着电子技术、计算机技术和信息技术的发展，工业生产中传统的检测和控制技术发生了根本性的变化。液位作为化工等许多工业生产中的一个重要参数，其测量和控制效果直接影响到产品的质量，因此液位控制成为过程控制领域中的一个重要的研究方向。 液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。 液位控制有很多方法，如，非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。 液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。
1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成：显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块，系统简单易行。 系统框图如下： 2 硬结构与功能 2.1 该设计的总体结构 该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括：电源部分的7808，定时部分的555定时器，数字分段的LM3914等。 电路原理图如下图所示：
辽宁工业大学 电子技术基础课程设计（论文） 题目：水位自动控制装置 院（系）： 专业班级： 学号： 学生姓名： 指导教师： 教师职称： 起止时间：
课程设计（论文）任务及评语 院（系）：电子与信息工程学院教研室：电子信息工程 学号学生姓名专业班级 课程设计 （论文）水位自动控制装置 题目 设计任务： 1 、水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米），当水位低至 2 米时使电机启动， 带动水泵上水；当水位升至 6 米时，使电机停转。 2 、因特殊情况水位超限（如高至7米、低至1米）报警器报警。 3 、设有手动按键，便于随机控制。 4 、由数码管直观显示当前水位。 课 程设计要求： 设 1 . 分析设计要求，明确性能指标。必须仔细分析课题要求、性能、指标及应用计 环境等，广开思路，构思出各种总体方案，绘制结构框图。 （ 2 . 确定合理的总体方案。对各种方案进行比较，以电路的先进性、结构的繁简、 论 并考虑器件的来源，敲定可行方案。 文成本的高低及制作的难易等方面作综合比较， ） 3 . 设计各单元电路。总体方案化整为零，分解成若干子系统或单元电路，逐个 任 设计。 务 4.组成系统。在一定幅面的图纸上合理布局，通常是按信号的流向，采用左进 右出的规律摆放各电路，并标出必要的说明。 指 导 教 师 评 语 及 成 绩 成绩：指导教师签字： 年月日
目录 第 1 章水位自动控制装置设计方案论证 (2) 1.1 水位自动控制装置的应用意义 (2) 1.2 水位自动控制装置设计的要求及技术指标 (2) 1.3 总体设计方案框图及分析 (2) 第 2 章水位自动控制装置各单元电路设计 (3) 2.1 信号产生部分 (3) 2.2信号处理部分 (4) 2.3 水位显示电路 (6) 2.4 电机控制电路 (8) 2.5 报警控制电路 (9) 第 3 章水位自动控制装置整体电路设计 (11) 设计总结 (12) 参考文献 (12)
目录 第１章绪论............................................................................................... - 1 - 第2章设计方案........................................................................................ - 2 - 2.1 方案举例......................................................................................... - 2 - 2.2 方案比较......................................................................................... - 3 - 2.3 方案确定......................................................................................... - 3 - 第3章硬件设计........................................................................................ - 4 - 3.1 控制系统......................................................................................... - 4 - 3.1.1 AT89C51单片机 ..................................................................... - 4 - 3.1.2 AT89C51的信号引脚............................................................... - 6 - 3.1.3 单片机最小系统 ....................................................................... - 7 - 3.2 感应系统......................................................................................... - 8 - 3.3 指示系统......................................................................................... - 9 - 3.4 液位控制系统................................................................................. - 10 - 3.5 电机与报警系统.............................................................................. - 11 - 第4章软件设计...................................................................................... - 14 - 4.1 延时子程序.................................................................................... - 14 - 4.2 感应系统程序................................................................................. - 14 - 4.3 指示系统程序................................................................................. - 15 - 4.4 电机和警报系统程序 ....................................................................... - 16 - 4.5 液位预选系统程序 .......................................................................... - 16 - 4.6 系统主流程图................................................................................. - 19 - 第5章系统测试...................................................................................... - 21 - 5.1 仿真测试过程................................................................................. - 22 - 5.2 仿真结果....................................................................................... - 24 -总结...................................................................................................... - 25 - 致谢...................................................................................................... - 26 - 参考文献................................................................................................... - 25 -附录1 系统仿真电路 ................................................................................ - 28 - 附录2 源程序.......................................................................................... - 29 -
等级: 课程设计 2016年6月17日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
四.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 （2）控制要求 控制系统技术参数表
课 程 设 计 2016年6月17 日
电气信息学院 课程设计任务书 课题名称液位自动控制系统设计与调试 姓名专业班级学号 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 一.课程设计的性质与目的 本课程设计是自动化专业教学计划中不可缺少的一个综合性教学环节，是实现理论与实践相结合的重要手段。它的主要目的是培养学生综合运用本课程所学知识和技能去分析和解决本课程范围内的一般工程技术问题，建立正确的设计思想，掌握工程设计的一般程序和方法。通过课程设计使学生得到工程知识和工程技能的综合训练，获得应用本课程的知识和技术去解决工程实际问题的能力。 二. 课程设计的内容 1.根据控制对象的用途、基本结构、运动形式、工艺过程、工作环境和控制要求，确定控制方案。 2.绘制水箱液位系统的PLC I/O接线图和梯形图，写出指令程序清单。 3.选择电器元件，列出电器元件明细表。 4.上机调试程序。 5.编写设计说明书。 三. 课程设计的要求 1.所选控制方案应合理，所设计的控制系统应能够满足控制对象的工艺要求，并且技术先进，安全可靠，操作方便。 2.所绘制的设计图纸符合国家标准局颁布的GB4728－84《电气图用图形符号》、GB6988－87《电气制图》和GB7159－87《电气技术中的文字符号制定通则》的有关规定。 3.所编写的设计说明书应语句通顺，用词准确，层次清楚，条理分明，重点突出，篇幅不少于7000字。
四.进度安排 1.第一周星期一：布置课程设计任务，讲解设计思路和要求，查阅设计资料。 2.第一周星期二～星期四：详细了解搬运机械手的基本组成结构、工艺过程和控制要求。确定控制方案。配置电器元件，选择PLC型号。绘制传送带A、B的拖动电机的控制线路原理图和搬运机械手控制系统的PLC I/O接线图。设计PLC梯形图程序，列出指令程序清单。 3.第一周星期五：上机调试程序。 4.第二周星期一：指导编写设计说明书。 5.第二周星期二～星期四：编写设计说明书。 6.第二周星期五：答辩。 附录：课题简介及控制要求 （1）课题简介 某化工厂水箱的排水量根据工业生产的需要而不断地变化，为了保持水箱压力恒定，就要保持水位恒定，因此就必须自动调整进水量。 本系统要求有手动和自动两种工作方式。手动控制方式用于水泵的调试，即当按下按钮时水泵运转，松开按钮时水泵停止，目的是为了调试水泵是否能正常工作；当系统切换为自动控制方式并启动后，控制系统自动调整水泵的进水量达到给定水位恒定。水位设定高限和低限，当水位超过设定的限位时要进行超限报警。 （2）控制要求 控制系统技术参数表
单容液位控制系统设计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
目录1系统设计认识 (1) 前言 (1) 2系统方案确定、系统建模和原理介绍 (1) 控制方案确定 (1) 控制系统建模 (1) (1) (2) 3系统构成 (4) 控制系统结构 (4) 控制系统方框图 (4) 4系统各环节分析 (5) 调节器PID控制 (5) 执行器分析 (6) 检测变送环节分析 (6) 被控对象分析 (6) 5系统仿真 (7) 系统结构图以及参数整定 (7) 6仪器仪表选型 (10)
PID调节器选择 (10) 执行器选择 (11) (11) (11) (12) 差压变送器的选择 (12) 7课程设计结束语 (14) 参考文献 (15)
一、系统设计认识 前言 过程控制早已在矿业、冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。在液位控制方面，比如:水塔供水、工矿企业排给水、锅炉汽包液位控制、精馏塔液位控制等更是发挥着重要作用。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作，极易出现操作失误引起事故，造成厂家的经济损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响着工厂的生产成本、经济效益以及设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。 本设计以单容水箱的液位控制系统为研究对象。由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便，且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛的应用，所以本设计单容水箱的液位控制系统采用的就是单回路反馈控制。它的控制任务就是使水箱液位保持在给定值所要求的高度，并且减少或消除来自系统内部和外部扰动的影响。通过系统方案的选择，完成系统的工艺流程图设计和方框图的确定，各环节仪表仪器的选型，控制算法的选取，系统的仿真以及控制参数的整定等工作。 二、系统方案确定、系统建模和原理介绍 控制方案确定 如前言所介绍，由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便，且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛的应用，故采用单回路反馈控制。 液位控制的实现除模拟PID调节器外，还可以采用计算机PID算法控制。由差压传感器检测出水箱水位；水位实际值通过单片机进行A/D转换，变成数字信号后输入计算机中；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，再将输出值传送到单片机中，由单片机将数字信号转换成模拟信号；最后，由单片
液位控制系统设计 学院： 专业班级： 学生姓名： 指导老师：
液位控制系统设计 本文主要讲了压力传感器实现的液位控制器的设计方法，以单片机为核心。通过外围硬件电路来达到实现控制的目的，根据需要设定液位控制高度，同时具备报警、高度显示等功能，具有与液面不接触的特点，可用于有毒、腐蚀性液体液位的控制，具有较高的研究价值。该控制器不仅可用于学校进行教学研究，还可用于生产实际，是目前比较缺少的一种产品。随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。 。关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真 0 引言 随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。中国使用单片机的历史只有短短的30年，在初始的短短五年时间里发展极为迅速。1986 年在上海召开了全国首届单片机开发与应用交流会，很多地区还成立了单片微型计算机应用协会，那是全国形成的第一次高潮。单片机应用技术飞速发展，我们上因特网输入一个“单片机”的搜索，将会看到上万个介绍单片机的网站，这还不包括国外的。电子界，在2003年7月，https://www.doczj.com/doc/6515107212.html, （91 猎头网）在上海、广州、北京等大城市所做的一次专业人才需求报告中，单片机人才的需求量位居第一。大家都有些奇怪一块小小的片子，为何有这样的魔力？我们首先从它的构成说起：单片机，亦称单片微电脑或单片微型计算机。它是把中央处理器（CPU）、随机存取存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出端口（I/0）等主要计算机功能部件都集成在一块集成电路芯片上的微型计算机。正因为如此他才改变了我的生活它为我们改变了什么？纵观我们现在生活的各个领域，从导弹的导航装置，到飞机上各种仪表的控制，从计算机的网络通讯与数据传输，到工业自动化过程的实时控制和数据处理，以及我们生活中广泛使用的各种智能IC 卡、电子宠物等，这些都离不开单片机。以前没有单片机时，这些东西也能做，但是只能使用复杂的模拟电路，然而这样做出来的产品不仅体积大，而且成本高，并且由于长期使用，元器件不断老化，控制的精度自然也会达不到标准。在单片机产生后，我们就将控制这些东西变为智能化了，我们只需要在单片机外围接一点简单的接口电路，核心部分只是由人为的写入程序来完成。这样产品的体积变小了，成本也降低了，长期使用也不会担心精度达不到了。所以，它的魔力不仅是在现在，在将来将会有更多的人来接受它、使用它。据统计，我国的单片机年容量已达3 亿片，且每年以大约20%的速度增长，但相对于世界市场我国的占有率还不到1%。特别是沿海地区的玩具厂等生产产品多数用到单片机，并不断地
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：变频液位自动控制系统 课程：电力拖动自动控制系统 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：
第一部分 任 务 书
电力拖动自动控制系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。
三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。 四、进度安排：共1.5周 本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天） 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1、退火炉温度控制系统 2、变频液位自动控制系统设计 3、变频流量自动控制系统设计 4、变频供水系统设计 5、变频调速恒张力控制系统设计 6、变频器在温度控制系统中的应用 7、线缆设备恒张力变频器控制设计 六、参考书 1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社1992 2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社1998
2006年山东省大学生 电子设计大赛 液位自动控制装置 院系：自动化学院 参赛队员：徐坤增、王伟臣、高平 指导老师：张天开、张民、庞中华、郑钢、赵艳秋 编号：G甲0601 2006年9月8日至11日目录 一、题目要求
二、系统功能概述 三、方案论证与比较 1、传感器 2、A/D采集电路 四、系统框架 五、硬件电路设计 1、最小系统 2．液位控制及报警电路 2、ADCICL7135信号采集传输电路 4、键盘和显示电路 六、软件设计 七、测试分析 八、设计总结
一、题目要求 1、任务 设计并制作一个水位监测与控制装置，示意图如下图所示。 2、要求 (1)基本要求 （1）通过键盘可以设定B瓶里的液位（0-25cm内的任意值），并通过控制电磁阀（或类似于电磁阀的装置）使B瓶的液位达到设定值。 （2）液位误差不超过±0.3cm。 （3）液位超过25cm或液位低于2cm时发出警报。 （4）显示器能实时显示当前液位状态和瓶内液体重量，以及阀门状态。 (2)发挥部分 设计并制作一个由主站控制8个从站的有线监控系统。8个从站中，只有一个从站是按基本要求制作的一套液位监控装置，其它从站为模拟从站 (仅要求制作一个模拟从站)。
（1）主站功能： a．具有所有基本要求里的功能。 b．可显示从站传输过来的从站号和液位讯息，可控制从站液位。 c．在巡回检测时，主站能任意设定要查询的从站数量、从站号和各从站的液位讯息。 d．收到从站发来的报警信号后，能声光报警并显示相应的从站号；可自动调整从站液位为20cm。 （2）从站功能： a．能输出从站号、液位讯息和报警信号；从站号可以任意设定。 b．接收主站设定的液位控制信息并显示。 c．对异常情况进行报警和自动调整。 （3）主站和从站间的通信方式不限，通信协议自定，但应尽量减少信号传输线的数量。 （4）其它。 二、系统功能概述 本设计充分体现电子设计大赛的宗旨，利用MCS-51单片机结合数字芯片、模拟电路，完成了液位自动控制系统的设计与制作。实际测试表明，所设计的液位自动控制系统可很好地满足任务要求。 该电路能够通过键盘设定液位（0-25cm内的任意值），主机可以显示和设定从机的液位。通过传感器和ADC7135把当前液位传到控制器与设定值相比较，单片机控制电磁阀调节液位，使其接近设定值。 基本工作流程为：主机通过键盘设定自己和从机的液位，超声波传感器测出当前水位对应的电压值，再经过AD7135模数转化送入控制器与设定值相比较，单片机通过控制电磁阀调节主机液位，并且把设定值与当前值显示在LCD上；主机控制器通过485通讯对从机控制器传输设定值，从机控制器也可以如主机控制器一样对液位进行控制，并且通过LCD显示主机给定值与当前液位值；并利用485通讯把从机当前液位传给主机显示出来。 三．方案论证与比较 1．传感器 方案一：压力传感器 目前的液位压力传感器大部分是投入式静压液位变送器，而投入式静压液位传感器只有参考大气压才能进行准确测量，然而连接电缆中的通气会受到环境的影响，造成气管内壁冷凝，结露。露水滴到电子器件和传感器上，会影响精度或者输出漂移。同时，结露过快，变送器的使用寿命也会大大缩短。此压力传感器容易受到环境的影响而造成测量不准确，并且安装不方便。所以本设计不采用此传感器。 方案二：压阻式压力传感器 压阻式传感器是用集成电路工艺直接在硅平膜片上按一定晶向制作