液位自动控制系统方案
水箱液位自动控制系统设计
第一章水箱液位自动控制系统原理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。
应用范围在制浆造纸过程中涉及的所有池、罐、槽体液位自动控制。
图1.1中，是控制器的传递函数，是执行机构的传递函数，是测量变送器的传递函数，是被控对象的传递函数。
图5.1中，控制器，执行机构、测量变送器都属于自动化仪表，他们都是围绕被控对象工作的。
也就是说，一个过程控制的控制系统，是围绕被控现象而组成的，被控对象是控制系统的主体。
因此，对被控对象的动态特性进行深入了解是过程控制的一个重要任务。
只有深入了解被控对象的动态特性，了解他的内在规律，了解被控辩量在各种扰动下变化的情况，才能根据生产工艺的要求，为控制系统制定一个合理的动态性能指标，为控制系统的设计提供一个标准。
性能指标顶的偏低，可能会对产品的质量、产量造成影响。
性能指标顶的过高，可能会成不必要的投资和运行费用，甚至会影响到设备的寿命。
性能指标确定后，设计出合理的控制方案，也离不开对被控动态特性的了解。
不顾被控对象的特点，盲目进行设计，往往会导致设计的失败。
尤其是一些复杂控制方案的设计，不清楚被控对象的特点根本就无法进行设计。
有了正确的控制方案，控制系统中控制器，测量变送器、执行器等仪表的选择，必须已被控对象的特性为依据。
在控制系统组成后，合适的控制参数的确定及控制系统的调整，也完全依赖与对被控对象动态特性的了解。
由此可见，在控制工程中，了解被控制的对象是必须首先做好的一项工作。
双容水箱液位控制系统设计
双容水箱液位控制系统设计首先，双容水箱液位控制系统的基本原理是根据水位信号的反馈来控制水泵的启停。
当水箱液位低于设定值时，水泵启动，开始抽水；当液位达到设定值时，水泵停止运行。
这样就可以实现水箱液位的自动控制。
第一，确定水箱的容积和设计液位。
容积和设计液位的确定需要根据实际应用情况来选择，一般要考虑水泵的流量和工作时间等因素。
容积大的水箱可以减少水泵启停的频率，但其建设和维护成本也较高。
第二，确定水位传感器的选择和安装。
水位传感器是检测水箱液位的关键部件，可以选择浮子式传感器、超声波传感器等。
选择合适的传感器需要考虑其精度、可靠性、成本和使用环境等因素。
安装传感器时要确保其与水箱的接触良好，避免信号干扰。
第三，确定控制器的选择和编程。
控制器是实现水位控制的核心部件，可以选择PLC、单片机等。
控制器的选择要考虑其处理能力、输入输出接口和编程灵活性等因素。
编程时需要设置液位设定值和控制逻辑，使得系统能够准确地控制水泵的启停。
第四，确定水泵的选择和安装。
水泵是水箱液位控制系统的关键设备，可以选择离心泵、自吸泵等。
选择合适的水泵需要考虑其流量、扬程、功率和效率等因素。
水泵的安装要确保其与水箱的连接可靠，并考虑水泵的防护和维护问题。
第五，确定报警和保护措施。
对于水箱液位控制系统，需要设置相应的报警和保护机制，以及应急措施。
例如，当水泵故障或水箱液位异常时，系统应该能够及时发出报警，并采取相应的措施避免设备损坏或事故发生。
最后，测试和调试系统。
在系统设计和安装完成后，需要进行全面的测试和调试工作。
首先测试传感器和控制器的工作是否正常，然后测试水泵的启停控制是否准确。
同时，还需要进行系统的稳定性和灵敏度测试，确保系统能够稳定运行和满足实际需求。
总之，双容水箱液位控制系统的设计需要综合考虑容积、液位传感器、控制器、水泵、报警保护和测试调试等方面的因素。
只有设计合理并正确配置这些部件，才能实现高效、稳定的液位控制。
水箱液位自动控制系统工作原理
水箱液位自动控制系统工作原理
1水箱液位自动控制系统
水箱液位自动控制系统是一种控制水箱液位的自动化控制系统，它包括一个液位探测器、一个液位计算机、水箱液位控制装置和一个加水控制装置。
1.1液位探测器
液位探测器是系统的最重要的组成部分，它可以实时测量水箱中液位和水温，并将其实时数据发送到液位计算机。
1.2液位计算机
液位计算机负责接收液位探测器发送过来的实时温度和液位数据，并对其进行分析，计算出水箱当前的液位状态和液位变化趋势，并将运算结果发送给控制装置。
1.3水箱液位控制装置
水箱液位控制装置接收到液位计算机发送过来的水箱当前液位状态和液位变化趋势，根据实际情况确定是否需要加水，并根据设定的液位变化趋势来决定加水的次数和加水量。
1.4加水控制装置
加水控制装置接收来自水箱液位控制装置发送过来的控制信号，根据设定次数和加水量，控制加水泵启动停止，最终实现自动控制水箱液位，保持水箱液位的稳定。
水箱液位自动控制系统通过液位探测器实时测量水箱液位和温度，液位计算机对测量数据进行分析，水箱液位控制装置根据设定液位趋势确定是否需要加水，加水控制装置根据设定次数和加水量控制加水泵启动停止，实现了水箱液位的稳定控制。
基于PLC的液位控制系统设计
基于PLC的液位控制系统设计液位控制系统是一种自动控制系统，用于控制液体在容器中的液位。
PLC（可编程逻辑控制器）被广泛应用于液位控制系统中，因为它具有可编程性、易于安装和维护以及可靠性高的特点。
在本文中，我们将基于PLC设计一个液位控制系统。
首先，我们需要选择适合的PLC设备。
根据液位控制系统的规模和需求，我们可以选择不同型号和品牌的PLC，例如西门子、施耐德等。
一个PLC系统通常包括CPU、输入和输出模块、通信模块等组成部分。
根据液位控制系统的需求，我们可以选择适当的输入和输出模块来连接传感器和执行器。
接下来，我们将设计液位传感器和执行器的布置。
液位传感器用于检测液位的高度，并将信号传输给PLC系统。
常用的液位传感器包括浮球传感器、压力传感器等。
根据液位控制系统的需求，我们可以将传感器布置在不同的位置和高度。
执行器用于控制液位，例如开关泵来增加液位或者打开泄水阀来降低液位。
然后，我们需要设计PLC的逻辑控制程序。
PLC的逻辑控制程序决定了液位控制系统的工作方式。
我们可以使用PLC编程语言（如ladder diagram）来编写逻辑控制程序。
在程序中，我们可以定义液位的上下限，并根据实际液位与设定值之间的偏差来控制执行器的开关状态。
例如，当液位低于设定值时，PLC会启动泵来增加液位；当液位高于设定值时，PLC会打开泄水阀来降低液位。
最后，我们需要测试和调试液位控制系统。
在测试过程中，我们可以使用仿真工具来模拟真实情况，并验证PLC的逻辑控制程序是否正确。
如果发现问题，我们可以对逻辑控制程序进行修改或优化。
一旦测试通过，我们就可以将液位控制系统部署到实际环境中，并进行调试。
在调试过程中，我们需要确保PLC系统能够稳定地控制液位，并及时响应外部输入和输出信号。
总结起来，基于PLC的液位控制系统设计包括选择PLC设备、设计液位传感器和执行器布置、编写逻辑控制程序以及测试和调试系统等步骤。
通过合理设计和调试，PLC可以有效地控制液位，提高系统的自动化程度和稳定性。
液位控制系统的工作原理及应用
液位控制系统的工作原理及应用1. 液位控制系统的概述液位控制系统是一种用于测量、监控和控制液体在容器中的高度的系统。
它主要通过测量液体的高度来调节液体的进出量，以保持液体在设定的液位范围内。
2. 液位控制系统的工作原理液位控制系统通常由以下几个组成部分组成：传感器、控制器和执行器。
下面是液位控制系统的工作原理：2.1 传感器液位传感器是液位控制系统中最关键的部分之一。
它通常通过物理或电子方法来测量液体的高度，并将测量结果转化为电信号。
常见的液位传感器包括浮球传感器、电容传感器和超声波传感器等。
2.2 控制器控制器是液位控制系统中的中枢部件，负责接收传感器的信号并进行处理和判断。
根据设定的液位范围，控制器可以发出控制信号来调节液体的进出量。
控制器还可以通过显示屏或指示灯等方式提供工作状态和警告信息。
2.3 执行器执行器是液位控制系统中用于调节液体进出量的设备。
常见的执行器包括阀门、泵和搅拌器等。
根据控制器的信号，执行器可以自动打开或关闭阀门、启动或停止泵等操作，从而实现液位的控制。
3. 液位控制系统的应用3.1 工业生产液位控制系统在工业生产中广泛应用。
例如，在化工过程中，液位控制系统可以用于调节液体的进出量，保持反应器中恰当的液位，从而确保反应的稳定性和安全性。
在石油行业，液位控制系统可以用于储罐中的油品或化学品的管理，提高生产效率和安全性。
3.2 水处理液位控制系统在水处理领域也有广泛的应用。
例如，在污水处理厂，液位控制系统可以用于调节混凝剂的投加量，控制沉淀池的液位，以确保废水的处理效果。
在供水系统中，液位控制系统可以用于监控水库或水井的液位，并自动控制水泵的启停，保持水源的稳定供应。
3.3 智能家居随着智能家居的发展，液位控制系统也开始在家庭生活中得到应用。
例如，在水器中，液位控制系统可以用于检测水位，防止水箱溢出。
在洗衣机中，液位控制系统可以用于监测洗衣机内的水位，确保洗衣的效果和节约水资源。
几种自动液位(水位)控制的方法介绍
几种自动液位（水位）控制的方法介绍在工农业生产以及日常生活应用中，常常会需要对容器中的液位（水位）进行自动控制。
比如自动控制水箱、水池、水槽、锅炉等容器中的蓄水量，生活中抽水马桶的自动补水控制、自动电热水器、电开水机的自动进水控制等。
虽然各种水位控制的技术要求不同，精度不同，但基本的控制原理都可以归纳为一般的反馈控制方式，如下图所示，它们的主要区别在于检测液位的方式、反馈形式，以及控制器上的区别。
1、机电控制式水位控制下图是这种控制方式的结构示意。
漂浮在水面上的浮球与控制器中的“检测机构”通过连杆机构相连，当水位发生变化时，浮球上下运动带动“检测机构”产生位移，这个位移可以直接用来驱动阀门动作，关闭或者开启进水口，调节水位。
如果需要控制的水筏较大，浮球的浮力不足以驱动控制水阀动作时，可以在“检测机构”与“阀门控制”之间增加一套机电控制驱动装置，具体控制过程为：①“检测机构”的位移先去带动一个位移开关动作；②位移开关控制电机的转动；③电机驱动水阀门。
这种控制方式结构比较复杂，但可以对大型蓄水装置进行控制，因此常常应用于工农业生产中。
2、全机械结构的水位控制方式家用抽水马桶是典型的全机械结构水位控制，以下是原理示意图：当用户进行冲水操作之后，蓄水箱的水被排空，浮球下降，这个信号通过连杆机构传递给进水阀门，使进水阀门开启，对蓄水箱补水；随着水量的增加，浮球逐步上移，直至达到设定的某个水位时，正好能够关闭进水阀，停止进水。
由此可见，在这种水位控制系统中，浮球=水位检测器（传感器），连杆机构=控制器，水位的“给定量”通过进水阀门与连杆机构的相对位置来设定。
3、古老的水位控制山区坡地种植水稻与平原不同，需要依山修筑层叠而上的梯田。
这种梯田结构至少有两个作用：其一，保持每一块田地都是平面，以便于耕作，其二，灌溉的水源从最上层引入，逐层注满后又逐层向下浇灌，因此，当水量充足时，只要每一层田埂上的排水口高度合适，就可以确保每块田地中的水位高度适中。
液位自动控制系统分析
二．系统分析2.1系统工作原理浮球杠杆式液位自动控制系统原理示意图工作原理：当电位器电刷位于中点位置时，电动机不动，控制阀门有一定的开度，使水箱中流入水量与流出水量相等，从而液面保持在希望高度上。
一旦流入水量或流出水量发生变化，水箱液面高度便相应变化。
例如，当液面升高时，浮子位置亦相应升高，通过杠杆作用使电位器电刷从中点位置下移，从而给电动机提供一定的控制电压，驱动电动机通过减速器减小阀门开度，使进入水箱的流量减少。
此时，水箱液面下降，浮子位置相应下降，知道电位器电刷回到中点位置，系统重新处于平衡状态，液面恢复给定高度，反之，若水箱液面下降，则系统会自动增大阀门开度，加大流入的水量，使液面升到给定的高度。
2.2系统分解水位自动控制系统由浮子，杠杆，直流电动机，阀门及水箱控制部分构成。
根据不同的需要可以对各部分进行不同的设计。
该系统结构简单，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。
液位控制系统原理方框图如下所示：图22.3．数学模型2.3.1浮子、杠杆、电位计（比例环节）浮球杠杆测量液位高度的原理式U o=U总b∆ℎal式中Uo为电位计的输出电压，U总为电位计两端的总电势，b a⁄为杠杆的长度比，∆ℎ为高度的变化，l为电位计电阻丝的中点位置到电阻丝边缘的长度。
则：G1(s)=K12.3.2微分调理电路（微分环节）由于水面震荡，导致浮子不稳定，在电位计的输出电压与电动机的输入端之间接一个微分调理电路，对输入的电压进行调理传递函数为G2(s)=K2s2.3.3电动机（惯性环节）查资料知电动机的传递函数：G3(s)=K3Ts+12.3.4减速器（比例环节）这是一个比例环节，增益为减速器的减速比。
故，传递函数为G4(s)=K42.3.5控制阀（积分环节）这是一个积分环节，故，传递函数为G5(s)=K5s2.3.6水箱（积分环节）这是一个积分环节，实际液位Y是流入量Q in与流出量Q out的差值∆Q对时间t的积分。
液位自动控制系统
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。
本文设计了一种以单片机为核心的液位控制系统,使得液位控制更加精确稳定,并具有良好的人机交互功能。
一、系统结构系统采用下位机以单片机为核心的控制系统。
系统由单片机、D/A、A/D转换、V/I转换、电动调节阀、放大电路以及液位传感器等组成。
其系统结构框图如图1所示。
系统的核心采用AT89C52单片机,该芯片具有极高的性价比,适用于多数嵌入式系统。
上位机采用普通PC机,通过串口与单片机进行通信。
同时利用Visual C 6.0设计了监控软件,使其具有友好的人机界面,方便监控室工作人员对液位进行监控。
二、硬件系统设计1.液位传感器系统选用CYB31型压力液位变送器来进行液位的测量。
CYB31系列隔离式液位变送器采用进口不锈钢隔离膜片的高精度、高稳定性的力敏芯片,经合理精密的结构设计和厚膜技术温度补偿、信号放大、V/I转换,对不锈钢壳体进行全密封焊接,使用有通风导管的防水电缆,使传感器背压腔与大气连通,从而制成工业标准的4～20mA或0～10mA信号输出且性能稳定可靠的全固态产品。
2.A/D转换模块考虑到转换器的转换位数和速率,本系统采用了TI公司的10位模数转换器TLC1549。
它采用CMOS工艺,具有内在的采样和保持,采用差分基准电压高阻输入,抗干扰,可按比例量程校准转换范围。
通过A/D转换器可以将传感器输入的模拟电压量转换为数字量通过串行通信送给计算机。
3.液位调节系统经过单片机得到控制量输出后,经D/A转换器转换为模拟量,再经放大器放大从而调节阀门的开度来改变液体的流量,以达到对液位的控制。
4.液位设定、显示及报警单片机的P1口连接了一个4×4的16键行列式键盘,通过键盘可以实现液位上、下限的设定。
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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
目录
第1章液位自动控制系统的特点和发展 (2)
1.1摘要 (2)
1.2、液位自动控制系统的发展 (2)
1.3、液位自动控制系统的特点 (2)
第2章控制要求和系统设计 (3)
2.1、液位自动控制系统的控制要求 (3)
2.2、液位自动控制系统的控制方法 (3)
2.3、系统的控制流程图 (3)
第3章控制系统具体设计 (4)
3.1、液位自动控制系统的操作设计说明 (4)
3.2、梯形图 (4)
第4章 PLC程序调试 (8)
第5章心得体会 (10)
附录 (11)
参考资料 (11)
程序图 (11)
第1章液位自动控制系统的特点和发展
1.1摘要
随着现代社会生产的发展和技术进步，现代工业自动化生产水平的提高，以及在现实生活中暴露的一些问题，在工农业生产中经常对水位进行测量和控制水位控制在日常生活中也相当应用广泛。
1.2、液位自动控制系统的发展
近几十年来，控制系统已被广泛采用，在研究和发展已趋于完美。
除了传统的PID控制系统之外，随着PLC技术的发展，加入智能型控制的系统也得以应用。
出现了许多新兴的液位控制仪，如超声波液位计、雷达液位计等，这些控制器的出现大大的提高了控制系统的精度，实现了控制系统的多样性。
随着科学技术的不断发展，人们对液位控制系统的要求不断提高，高精度、人性化的液位控制系统是国外液位控制系统发展的必然趋势。
1.3、液位自动控制系统的特点
通过闭环控制系统对水位进行控制，使水位尽量保持在给定水位，当水位超出设计要求的最大值时报警，从而实现水位从注水到放水，直至保持在给定水位过程中的实时监控。
2.1、液位自动控制系统的控制要求
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。
2.2、液位自动控制系统的控制方法
S7-200 CPU提供了8个回路的PID功能，用以实现需要按照PID控制规律进行自动调节的控制任务，比如温度、压力和流量控制等。
因为PID回路没有设置控制方式，只有当PID指令盒接通时才能执行PID运算。
所以说，从这个角度来说，PID运算可以算是一种“自动”的运行方式，当PID不被执行时，就可以称之为“手动” PID运算的任务就是根据反馈与给定的相对差值，按照PID运算规律计算出结果，输出到固态开关元件（控制加热棒），或者变频器（驱动水泵）等执行机构进行调节，以达到自动维持被控制的量跟随给定变化的目的。
2.3、系统的控制流程图
3.1、液位自动控制系统的操作设计说明
本系统要具备手动和自动功能。
当开始时水泵持续供水，达到给定上限水位时，停止供水。
并报警。
同时，因为需要水位保持在给定值左右，因而当实际水位超过给定水位上限或者低于给定水位下限时，需要报警提示并控制水泵执行相应的放水和注水功能。
3.2、梯形图
液位自动控制系统的梯形图分为中断程序、给定值、检测值值转换、PID指令、控制量输出转换，报警程序。
图2 中断程序
图3 给定数值
图4 检测值转换
图5 PID指令
图6 控制量输出转换
图7 报警程序
第4章程序调试
正常阶段，水位控制在一个稳定的围。
如图8
图8 正常阶段
当水位过高或者过低时，Q0.1亮，系统报警
图9 报警
图10 系统运行程序截图
第5章心得体会
通过这次课程设计，让我更加深刻了解书本的知识，和以往对知识的疏忽部分得已补充。
在这次课程设计中我们是拿到的是最难得几个课程设计之一。
在一开始我们一点思路都没是老师一步步的教我们怎么去做、怎么去思考把这个设计做出来，最后在调试时候因为数据处理的原因总是没变换，后来在数据方面进行仔细的研究之后，终于解决了这个问题。
圆满完成了此次课程设计。
通过课程设计不仅可以巩固专业知识，为以后的工作做准备打下了坚实的基础，而其还可以培养和熟练使用资料，运用工具书的能力，把我们的课本知识和实践结合起来，起到温故而知新的作用。
课程设计不光是一门专业课，给我许多专业知识以及专业技能上的提升，同时又是一门设计课，给了许多的思路，给我莫大的空间。
同时设计让我感触很深。
让我对抽象的理论有很深的认识。
回顾此次课程设计至今我还感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里。
可以说是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西把理论和实践结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的动手和独立思考能力。
在实验过程中，也对团队精神进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。
团结就是力量只有互相之间的默契融合的配合才能换来最终完美的结果。
附录
参考资料
[1] 星平.PLC原理及工程应用[M].：中国电力，2014年。
[2]廖常初.S7-200 PLC编程及应用[M].：机械工业，2014年。
[3] 王阿根.西门子S7-200 PLC 编程实例精解[M].：电子工业，2013年。
[4] 赖指南.PLC原理与应用补充教材（部使用），本校自编教材，2010年。
程序图
电气信息学院课程设计评分表。