四重水箱PLC自动控制
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计
基于PLC水箱液位控制系统毕业设计水箱液位控制系统是一种常见的自动化控制系统，通过控制水位的高低来实现水箱中水的供应与排放。
该系统常用于水处理、供水系统、工业生产等领域。
本篇毕业设计将基于可编程逻辑控制器（PLC）来设计一个水箱液位控制系统。
PLC作为控制器，能够实现对水位的监测、控制和保护。
首先，本设计将使用传感器来监测水箱的液位。
液位传感器将放置在水箱内部，在不同的液位位置测量水的高度。
传感器将通过模拟信号将液位信息传输给PLC。
PLC将读取并处理传感器的信号，得到水箱的液位信息。
其次，PLC将根据液位信息来控制水泵的运行。
当水箱的液位低于一定的阈值时，PLC将启动水泵，从水源处将水注入到水箱中。
当液位达到一定的高度时，PLC将关闭水泵，停止水的注入。
通过控制水泵的启动和停止，系统可以实现自动补水，从而保持水箱的水位在一个恰当的范围内。
此外，本系统还将具备一定的保护功能。
当水箱液位过高或过低时，PLC将触发报警装置，以便及时采取措施解决问题。
同时，系统将设置相应的安全控制，以防止水泵出现过载或短路等故障。
为了实现PLC控制系统的功能，本设计将使用PLC编程软件进行程序的编写和调试。
程序将根据液位传感器的输入信号，进行逻辑判断和控制指令的输出。
同时，本设计将与水泵、报警装置等硬件进行连接，以实现实际的控制功能。
最后，本设计将进行系统的仿真和调试。
通过模拟真实的液位变化情况，测试系统的控制性能和稳定性。
在确保系统正常运行的前提下，对系统进行各项性能指标的测试和评估。
通过该毕业设计的实施，我将能够掌握PLC水箱液位控制系统的原理和设计方法，提升自己在自动化控制领域的实践能力和工程应用能力。
同时，通过该设计的完成，也能为工业生产中的水箱液位控制问题提供一种可行的解决方案。
PLC水箱液位控制设计
PLC水箱液位控制设计水箱液位控制是工程和工业应用中的一个重要任务，受到工业生产和生活的影响。
PLC（可编程逻辑控制器）被广泛应用于自动化控制系统中。
在这里，我们将讨论PLC在水箱液位控制中的设计和应用。
一、设计要求1.自动控制水箱液位:根据需要自动控制水箱液位，以保持水箱液位在合适的范围内。
2.液位传感器:使用能够准确测量液位的传感器，例如超声波、浮子或电容传感器等。
3.控制阀门:根据液位传感器的信号，控制阀门的开关来调节进出水的流量。
4.安全保护:设置安全保护机制，如最高和最低液位报警，以防止水箱溢出或干涸。
二、系统设计1.硬件设计：选择适当的液位传感器、PLC和执行器，如电磁阀，来实现水箱液位的控制。
2.软件设计：编写PLC的控制程序，包括液位传感器读取、液位控制算法和输出控制信号给执行器的逻辑。
3.输入输出设计：将传感器连接到PLC的输入模块，并将执行器连接到PLC的输出模块。
4.安全保护设计：为了确保系统的安全性，设计液位报警机制，当液位低于最低限制或高于最高限制时，触发报警信号。
三、工作原理1.初始状态：水箱液位低于最低限制，控制系统开始工作。
2.传感器读取：PLC读取液位传感器的信号，并将其转换为数字量进行处理。
3.液位控制算法：根据传感器信号，PLC计算水箱液位的偏差，并决定相应的动作，如开启或关闭阀门。
4.输出控制信号：根据液位控制算法的结果，PLC将控制信号发送到执行器（电阀）以调节进出水量。
5.液位报警：如果液位低于最低限制或高于最高限制，PLC将触发报警信号以提醒操作员。
四、实施细节1.选择合适的液位传感器：液位传感器的选择取决于应用场景和预算。
超声波传感器具有高精度和无接触的特点，但价格较高。
浮子和电容传感器价格较低，但精度较低。
2.选择适当的PLC：根据应用要求选择适当的PLC。
考虑到通信接口、输入输出数量和处理速度等因素。
3.选择适当的执行器：根据流量要求选择适当的执行器，例如电磁阀。
PLC水箱液位控制系统毕业设计
PLC水箱液位控制系统毕业设计PLC水箱液位控制系统是一种基于可编程逻辑控制器（PLC）的自动控制系统，用于监测和调节水箱中的液位。
这个系统可以应用于各种场景，比如工业生产中的水箱液位控制、建筑物的水池液位控制等。
在本篇文章中，将详细介绍PLC水箱液位控制系统的设计和实现。
首先，我们需要对PLC水箱液位控制系统的硬件进行设计。
其中包括传感器模块、执行器模块和PLC控制器。
传感器模块用于监测水箱中的液位，可以选择合适的液位传感器，如浮球开关、超声波传感器等。
执行器模块用于控制水箱中的液位，可以选择水泵或阀门等执行器。
PLC控制器用于接收传感器模块的信号，根据预设的控制策略来控制执行器模块的工作。
同时，还需要考虑电源模块、通信模块等其他辅助模块。
接下来，我们需要对PLC水箱液位控制系统的软件进行设计。
PLC控制器通常使用Ladder Diagram（梯形图）进行编程。
在本设计中，我们可以根据液位传感器的信号来控制执行器的开关。
当液位低于一定阈值时，PLC控制器可以启动水泵或打开阀门，以增加水箱中的液位。
当液位高于一定阈值时，PLC控制器可以停止水泵或关闭阀门，以减少水箱中的液位。
同时，我们还可以增加一些安全措施，如设置最大液位和最小液位报警，当液位超出范围时，PLC控制器可以发出警报信号或采取相应的措施。
在实际应用中，我们还可以通过人机界面（HMI）来对PLC水箱液位控制系统进行监控和操作。
通过HMI，我们可以实时查看水箱中的液位，修改控制策略，记录操作日志等。
同时，我们还可以将PLC水箱液位控制系统与上位机进行通信，实现远程监控和控制。
最后，我们需要对PLC水箱液位控制系统进行实验验证。
在实验中，我们可以模拟不同的液位情况，观察PLC控制器的响应和执行器的工作情况。
通过实验，我们可以测试系统的稳定性、精度和可靠性，并对系统进行优化和改进。
总结而言，PLC水箱液位控制系统是一种自动控制系统，用于监测和调节水箱中的液位。
西门子PLC高级项目应用 第四章 水箱的PID控制
FACTORY I/O是一款蕴含了工业系统搭建、PLC编程、PLC控制系统调试等技能训练的PLC交互式教学仿真软件。FACTORY I/O提供超过20个典型的工业应用场景让您如身临其境般地练习控制任务。
创建虚拟水箱
选择Level Control
创建虚拟水箱
创建后的虚拟水箱
高级设置—手动输入PID参数
① 启用手动输入后，在PID_Compact组态界面才可以修改PID参数 ② 通过组态界面修改参数（此处修改的参数对应工艺对象背景数据块>Static>Retain>PID参数）需要重新下载组态并重启PLC。建议直接对工艺对象背景数据块进行操作。 ③ 控制器结构可在预调节和精确调节期间计算PID或者PI参数。
01
虚拟水箱控制系统搭建
液位的手动调节
液位的PID调节
第四章 水箱的PID控制
02
03
什么是虚拟水箱控制系统
PLC控制器
液位计
进水阀
出水阀
本项目采用FACTORY IO软件提供的虚拟水箱代替实际居民楼屋顶水箱，使用西门子S7-1200PLC（CPU1212C DC/DC/DC）作为虚拟水箱的控制器，对水箱进行液位控制。
高级设置—输出值限值
① 在“输出值的限值”窗口中，以百分比形式组态输出值的限值。无论是在手动模式还是自动模式下，都不要超过输出值的限值。 ② 手动模式下的设定值必须介于输出值的下限与输出值的上限之间的值。 ③ 如果在手动模式下指定了一个超出限值范围的输出值，则CPU会将有效值限制为组态的限值。 ④ PID_Compact可以通过组态界面中输出值的上限和下限修改限值。最广范围为-100.0到100.0，如果采用Output_PWM输出时限制为0.0到100.0。
基于PLC水箱水位自动控制系统的设计思路
研发设计I RESEARCH DESIGN摘要：文章就P L C水箱水位自动控制系统的设计思路进行简单论述，该设计思路是采用西门子S7-200P L C为主控制机的多泵恒 压供水控制系统。
在传统水箱供水的基础上，加入了 P L C、变频器等器件，以实现恒压供水。
关键词：P L C:恒压供水；自动控制I基于P L C水箱水位自动控制系统的设计思路■文水是生命之源，水对人民生活与工业生产的影响非常大，同时人们对供水系统的质量和可靠性的要求也很高。
变频恒 压供水系统是集变频技术、PLC技术、现代控制技术等多种 技术于一体，可靠地为人民生活和工业生产提供优质水服务 的一项技术。
1. 恒压供水系统的意义及设计思路众所周知，水是生产生活中不可缺少的重要组成部分。
企业生产和人民生活对水的需求非常大，对来水的量和来水 的压力都有严格的要求。
同时，企业生产和人民生活对水需 求的时段有所不同，企业生产可能是全时段，而人民生活基 本上是在白天。
夏季人民的生活用水就会多些，冬季就会少 些。
这就需要一套系统，既能保证企业生产和人民生活的用 水量和用水压力，又能识别哪个季节哪个时段的用水。
综上 所述，在设计上只要把上述需求转换到水压上就能够解决难 题。
该设计就是从这个点出发，利用PLC对通过压力传感 器采集过来的信息进行分析处理，给出合理的控制信息，进 行恒压供水。
把PLC技术运用在水箱水位控制系统中，具 有很大的发展空间和应用价值。
2.自动控制系统相关组件2. 1PLC组件PLC是可编程逻辑控制器，它采用一类可编程的存储器，用于其内部存储程序，执行逻辑运算、顺序控制、定时、计 数与算术操作等面向用户的指令，并通过数字或模拟式输入 和输出控制，各种类型的机械或生产过程。
当前，P L C已是 适用于工业现场工作的标准设备。
2.2变频器组件变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工 作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。
水箱水位PLC自动控制系统的设计
DOI：10．19392/j．cnki．1671-7341．201927007水箱水位PLC自动控制系统的设计许赟江苏雷博科学仪器有限公司江苏无锡214400摘要：在本研究中针对水箱水位可编程控制系统进行分析设计，阐述了该系统的构成，硬件设计。
软件设计，通过该系统能够实现建筑设备稳定运行以及自动化控制。
关键词：水箱水位；PLC；自动控制系统；设计一、系统阐述PLC系统。
从其结构上来看，PLC系统是集散型控制系统，此外也有全分布式控制系统这两种类型，其中目前采用最广的是体系系统。
该系统由现场监控设备构成的多台CCD控制器，进而能够对控制器完成实时设备监控，在中央控制室中设置数字显示计算机。
在给排水子系统中，该系统主要保障供排水系统能够实现生产运行，从内容上来看能够对排水泵，给水泵，污水泵的运行参数进行实时监测，能够对不同的水箱，污水池具体的水位情况以及压力参数进行实时监测，利用该信息控制水泵的启动和停止。
对给水系统来说，给水系统主要是由阀门，水箱，水泵等设备共同构成的，在对给水系统进行监控过程中，主要从以下几点出发：首先，监测水泵的运行状态，以及有效控制水泵的启动和停止时刻，监视水泵出现一些故障之后的报警信号，监测水箱的水位情况，一旦超过水位限值则需要及时发出报警信号。
二、水箱水位的自动化控制在水位水箱自动化控制系统中，主要是由高低水位检测电路，电动机，控制电路，监控台以及可编程控制部件共同构成的，其中最核心的是可编程控制部件。
从高低水箱的水位检测电路上来看，高层建筑为实现稳定供水，通常在楼顶设置水箱，该水箱的水控制是高层建筑当前应用范围较广的一种技术。
在本研究中采用插入式磁性液位变送器，将其作为水位检测电路，而对于UR插入式磁性液位变送器来说，由于其利用环形磁性浮子，能够随其液面的上升和下降，使传感器的干簧管吸合之后，能够将水位信号转化为相应的电阻值，该信号能够与数字显示器进行配套使用，进一步实现对水面液位的远距离操控检测，及时发出信号报警，做好相应的控制操作。
PID水箱水位PLC控制
微分（D）调节器
根据误差信号的微分进行调节，误差越大，调节幅度 越大。
PID控制器的参数
Kp
比例系数，影响系统的响应速度和调节精度。
Ki
积分系数，影响系统的稳态误差和积分项的 强度。
Kd
微分系数，影响系统的动态性能和超调量。
PID控制器的优点
05 实际应用与效果分析
实际应用情况
应用场景描述
控制策略实施
硬件配置
PID水箱水位控制广泛应用于工业和 民用领域，如水处理、冷却塔、锅炉 系统等。通过PLC（可编程逻辑控制 器）实现自动化控制，确保水箱水位 稳定，满足工艺需求。
在PLC控制系统中，PID算法用于调节 水箱进水和出水流量，以维持设定水 位。通过实时监测水位传感器信号， PLC计算偏差并输出控制信号至执行 机构。
PID水箱水位PLC控 制
目录
CONTENTS
• PID控制原理 • PLC简介 • PID水箱水位控制系统 • PID水箱水位PLC控制实现 • 实际应用与效果分析 • 结论与展望
01 PID控制原理
PID控制器的组成
比例（P）调节器
根据误差信号的大小进行调节，误差越大，调节幅度 越大。
积分（I）调节器
04 PID水箱水位PLC控制实 现
PLC选型与配置
PLC型号选择
根据控制需求和规模，选择合适 的PLC型号，确保其具有足够的输 入输出点数、处理速度和通讯接 口。
I/O模块配置
根据水位检测和阀门控制等需求， 配置适当的输入输出模块，包括 模拟量输入输出、数字量输入输 出等。
通讯设置
根据需要，配置PLC的通讯接口， 如RS485、以太网等，以便与上 位机或其他设备进行数据交换。
plc水箱温度控制国内外研究现状
plc水箱温度控制国内外研究现状
关于PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）水箱温度控制的国内外研究现状，目前能提供的信息如下：
国内方面，对于PLC水箱温度控制方面的研究，一些学术机构和企业进行了相关的实验和开发。
他们通常利用传感器实时监测水箱温度，然后通过PLC控制器对加热设备或冷却设备进行自动控制，以维持水箱温度在设定的范围内。
国外方面，PLC水箱温度控制的研究也比较活跃。
在工业自动化领域，许多研究机构和公司致力于开发先进的PLC系统用于温度控制。
他们通常利用PID（Proportional Integral Derivative）控制算法来实现对水箱温度的精确控制，并通过网络通信技术实现远程监控与控制。
需要注意的是，具体的研究现状需要参考相关的学术论文、专利和行业报告，以获取更详细和最新的信息。
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4.四容水箱控制系统设计
FC106将PID运算后PLC内部可识别的数据转换为液位信号
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5.远程监控
（1）界面设计
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自动化与电气工程学院 电气工程与控制科学学院 （2）水箱参数设定
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自动化与电气工程学院 电气工程与控制科学学院 （3）水箱数据
研究的背景及意义 四水箱实验装置概况和控制系统软件
PLC的硬件设计及选型 四容水箱控制系统软件设计 WinCC与远程监控
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1.研究的背景及意义
目前，国内外学校、科研单位及企业对多 容水箱的研究多集中在单容、双容、三容水箱 上，对四容水箱的的研究还比较少。而四容水 箱是具有时滞性、非线性、多输入、多输出、 耦合等特性的典型对象，工业生产过程中的许 多被控对象(如工业锅炉、结晶器液位控制)都 可以抽象成四容水箱的数学模型，因此对四容 水箱的建模及控制策略的研究是很有价值的。
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四容水箱实验装置PLC自动控制系统
汇报人： xxx 指导老师： xxx 学 号： 2015.6
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论文主要内容
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自动化与电气工程学院 电气工程与控制科学学院 1.液位控制系统程序设计
开始
初始化
自动
N
Y
手动
Y
水位低于下限
低水位报警 器
N
PID调节
水泵运行
N
水位高 于上限
Y
高水位报警
图3-8 程序设计流程图
停止
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4主要程序记录如下
pump1
Pump2
图2-1 四容水箱液位系统
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检测机构执ຫໍສະໝຸດ 机构系统软件超声波液位计 电磁流量计
变频器 水泵 手动阀
PLC300 STEP7 WinCC
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3.PLC的硬件设计及选型
图3-2 PLC300 实物图
电源模块（PS）选型：型号为PS307
10A,订货号为1KA026AAD .把220V交流电转化成24V的直流电源的作用，经过计算电源 的容量后，转换成相应的24V直流电源，通常要留有20%左右的裕 量。
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自动化与电气工程学院 电气工程与控制科学学院 CPU选型：
执行机构
辅助系统 控制系 统
PLC可编程控制器控制系统 WINCC计算机直接控制系统
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表2-1 四水箱系统构成
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1.实验对象系统：四容水箱液位系统
Tank3
Tank4
电 磁 流 超 量 声 计 波
液 位 计
Tank1
Tank2
超 声 波 液 位 计
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2.四容水箱对象传递函数
V1对h1，V2对h2 （一阶）
V1对h3，V2对h4 （二阶非振荡 ）
U1(s)
G11
+
y1(s)
+
G12
G21
+
U1:泵1的控制信号； U2:泵2的控制信号; Y1: 液位 1 输出信号； Y2:液位2输出信号。
干扰f2 下水箱
y1
上水箱
测量值 -
测量电路1 测量电路2 Ym2
图3-6 双容水箱串级控制系统框图
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串级MATLAB仿真
图 3-7 串级MATLAB仿真曲线波形
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y2(s)
G22
U2(s) +
图3-3 四容水箱对象模 型
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自动化与电气工程学院 电气工程与控制科学学院 2.整定控制系统PID参数
（1）单回路流量PID控制实验设计
设定值 +
干扰
PID控制器
测量值 -
执行器
水箱
测量电路
图3-4 单回路流量PID控制系统的方框图
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单回路MATLAB仿真
图3-5 单回路MATLAB仿真曲线波形图
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（2）串级PID控制实验设计
设定值 r1 +
§1
PID控制 器1
r1
§2 PID控制器2 Ym1
r2
干扰 f1 y2
1.实验装置数学模型的建立
U1:Pumpl泵输出水流量 U2:Pump2泵输出水流量 y1上面的液位1,y2上 面的液位2。根据伯努利原理，可得四容水箱系统满足以下方程： Ai为水箱i的横截面积， ai为水箱底部的排水 孔横截面积， hi为水 位的高度; 右泵控制 的总流量为v1，左泵 控制的总流量为v2， r1为v1供给水箱1的 阀门开度，r2为v2供 给水箱的阀门开度。
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自动化与电气工程学院 电气工程与控制科学学院 （4）通过监控画面
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总结
四容水箱实验装置PLC自动控制系统是对实际生 产过程中具有惯性大、时滞大、非线性等特性对象 的模拟。对于单输入单输出系统，主管路水流量可 作为主要的操作变量，而副管路水流量可作为主要 的扰动变量；而对于多输入、多输出的系统，主副 管路的水流量都将作为多变量系统的操作变量。 实时液位曲线只是在计算机上通过对实际系统仿 真得到的较理想的模拟曲线.实际系统设计现场必须 综合考虑各方面的因素,不可能得到与计算机仿真一 致的理想曲线和控制性能。
OB1块中的F105主要是将现场采集的液位信号转化成PLC内部 可以识别的数据
图3-9 OB1中F105功能块
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PLC中进行PID运算，与设定值进行运算
图3-10 OB1中进行PID运算模块
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PLC300 硬件构成图
IM 361 SM 321 …….
SM 332
CPU 模块
PS307 CPU处理部件 通信部件 IM 360
FM 351
…… .
SM 331
SM 332
MPI网
背板总线
PG
OP
其他 PLC
图3-1 硬件构成图
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对比图3-5和图3-7仿真结果：
1.阶跃响应性能。引入副回路组成水箱液位串级控
制系统后动态特性比单回路的控制系统有了很大的改善，提高 了系统的工作频率，对被控对象的调节能力更强。
2.抗扰动能力。在克服二次扰动方面串级控制比单回
回路的非串级控制好
综上所述,选择串级PID控制的设计方案完成对水 箱液位的控制调节是可行的.而且在改善系统的动态 特性、抗扰动能力等方面与非串级控制系统是较为 有效的。
315-2 PN/DP，订货号315-2EH14-AOBO.具有集中式和分散 式I/O的结构,多达32个模块，256 KB 主存储器。
数字量模块选型：数字输出模块SM322，型号为32xDC
24V/0.5A， 订货号为321-1BL00-OAAO。本系统有两个数字量输出口（DO）。
模拟量模块选型：模拟量输入模块SM331，型号为8x12bit,订货号
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2.四水箱实验装置概况和控制系统软件
实验装置概述：整个系统由对象系统和控制系统两部分组成
实验对象 检测机构 对象系 统 四容水箱液位系统 电磁流量计
超声波液位计
交流水泵 手动调节阀 变频器 漏电保护器 防干烧系统
四容水箱 实验装置