液位控制系统硬件设计毕业论文
液位系统的控制器设计__毕业设计论文 精品
毕业论文（设计）题目：液位系统的控制器设计系部名称：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：教师职称：201 年月日摘要液位是工业过程生产中经常遇到的控制对象之一，对所需的液位控制对象进行精确的控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。
因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
近年来，随着控制理论的深入研究，出现了许多新的控制算法。
但是，以PID 为原理的各种控制器仍是过程控制中不可或缺的基本控制单元。
根据液位系统的特点，设计合适的PID控制器对其进行液位控制，不仅成本低，而且控制效果很好，具有较高的实用价值。
本文通过实验的方法，确立的被控对象的数学模型。
并采用多种方法确定被控对象的传递函数。
主要完成了以下工作：首先，通过实验测试法对水箱进行数学建模，并用MATLAB进行仿真，验证其数学模型的正确性。
接着，分析对比作图法和计算法分别得出的数学模型，通过仿真比较，确立最接近的数学模型。
然后对PID控制器的参数进行整定。
采用基于Ziegler－Nichols法,C-C工程法，稳定边界法对液位系统进行PID控制器参数的整定，并用MATLAB进行仿真。
分析对比了几种方法的性能。
关键字：液位系统，PID控制器，参数整定，MATLAB仿真Parameters Design of Liquid Level ControllerAbstractT he liquid level is one of the control objects which is often encountered in industrial production process. Giving the precise level control to the control objects, is related to the quality of the product, and is a guarantee of production and the important problem of safety. Thus, the liquid level control has important practical significance and broad application prospect.In recent years, with the in-depth research of the control theory , appeared a lot of new control algorithm. However, with PID as the principle of various controller is an indispensable basic process control control unit. According to the liquid level system characteristic, to design the appropriate PID controller for the liquid level control, not only the cost is low, but also has the good control effect and high practical value.In this paper, through the experimental method, established the mathematics model of the controlled object, and use a variety of methods to determine the transfer function of the controlled object. Mainly completed the following work: firstly, the mechanism of model analysis method. Through the experimental test on the tank for mathematical modeling, and using MATLAB simulation, verified the correctness of the mathematical model. Then, analysis and comparison of drawing and calculating method were derived by mathematical model, by simulation and comparison, the closest mathematical model establishment. Then the parameters of PID controller tuning. Ziegler based on the Nichols method, C-C engineering method, the stability boundary method for liquid level system PID controller parameter tuning, and using MATLAB simulation. Analysis and comparison of several methods for the performance.Keywords:Level system PID controller Parameter setting MATLAB simulation目录1 绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 研究的意义和目的 (1)1.3 PID控制算法的研究现状 (2)1.4 MATLAB简介 (3)2 液位控制系统的原理 (4)2.1 人工控制与自动控制 (4)2.2 水箱液位控制系统的原理框图 (5)3 被控对象的数学模型 (6)3.1 基本知识 (6)3.1.1 被控过程传递函数的一般形式 (6)3.1.2 建立过程数学模型的方法 (7)3.2 基于MATLAB的数字仿真 (12)3.2.1 利用MATLAB根据作图法建立一阶系统数学模型 (12)3.2.2 利用MATLAB根据计算法建立一阶系统数学模型 (15)4 控制系统参数的整定及MATLAB的数字仿真 (17)4.1 基本知识 (17)4.1.1 简单控制系统的设计 (17)4.1.2 简单控制系统的参数整定 (19)4.2 基于MATLAB的数字仿真 (26)4.2.1 C-C工程整定法对PID参数整定 (26)4.2.2 Z-N工程整定法对PID参数整定 (31)4.2.3 根据稳定边界法对PID参数整定 (33)5 系统调试、性能分析 (38)5.1 系统数学模型的确立 (38)5.2 几种参数整定方法性能分析 (39)结论 (41)致谢 (42)参考文献 (43)1 绪论1.1 引言液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，他在工业中的各个领域都有广泛的应用。
液位控制系统设计
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...................................................... - 13 -4.1 延时子程序..................................................... - 13 -4.2 感应系统程序................................................... - 13 -4.3 指示系统程序................................................... - 14 -4.4 电机和警报系统程序............................................. - 14 -4.5 液位预选系统程序............................................... - 15 -4.6 系统主流程图................................................... - 17 - 第5章系统测试...................................................... - 18 -5.1 仿真测试过程................................................... - 19 -5.2 仿真结果....................................................... - 21 -总结................................................................ - 22 - 致谢................................................................ - 23 - 参考文献.............................................................. - 22 -附录1 系统仿真电路................................................... - 25 - 附录2 源程序......................................................... - 26 -第１章绪论21世纪，电子技术获得了飞速的发展，在其推动下，现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高，产品更新换代的节奏也越来越快。
双容水箱液位控制系统毕业设计(论文)
内蒙古科技大学本科生毕业设计说明书（毕业论文）题目：双容水箱液位控制系统学生姓名：学号：专业：班级：指导教师：双容水箱液位控制系统摘要本设计以PCT-Ⅲ型过程控制实验装置为基础，对双容水箱进行对象特性测试及液位控制。
通过对双容水箱液位控制系统的分析建模，针对其对象特性，采用串级PID控制方式，构成了以上水箱液位为副调节参数、下水箱液位为主调节参数的液位串级控制系统，有效地克服了二次干扰以及双容水箱的容量滞后等问题，从而缩短了调节时间。
利用北京亚控公司生产的组态王软件实施上位机界面组态，对系统进行实时地操作、监控。
在控制过程中不需要下位机，通过在组太王软件工程浏览器中的命令语言编辑对话框里面输入PID控制源程序，实现计算机直接控制的方式，通过RS232/485转换器和牛顿模块实现计算机与现场设备之间的数据交换。
并利用变频器使抽水泵工作在恒压供水的状态下，通过电动调节阀来实现控制目标。
在对双容水箱液位控制系统进行参数整定时，以使调节过程稳、准、快为原则，从而得到适合的调节器参数。
实验结果表明，系统实现了对过程参数的无稳态误差控制，具有良好的稳态性能和动态性能。
关键词: 液位；串级控制；PID 控制；组态软件；参数整定Double tank water level control systemAbstractThe design is based on the PCT-Ⅲ type of process control device for the testing object properties and level control on the two-tank. Through analysis and modeling for the two-tank water level control system, use of cascade PID control for its object properties and constitute a water level control system ,its deputy adjustable parameter is previous water level and the main adjustable parameters is under the tank's liquid level cascade control system. It overcomes the problems effectively about the second two-tank and capacity lagged behind and reduces the adjustment time. Use Configuration software which is generated by Beijing Asia's PC to implement the interface configuration, operate water level real-time and monitor the system. In the control process does not require the next crew, edit dialog box to enter the PID control inside source through the software engineering group in the browser command language to achieve direct control of the computer, through the RS232/485 converter and Newton module achieve the exchange of data between computer and field devices. And use the drive to work in the constant pressure water supply pumps in the state, through the electric control valve to achieve the control objectives. In two-tank water level control system parameters adjustment, follow the principle of steady, accurate, fast in adjustment process to get appropriate parameters. The experimental results show that the system of process parameters to achieve steady-state error-free control, with good steady state performance and dynamic performance.Keywords:Level; Cascade control; PID control; configuration software; parameter tuning目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题研究背景及意义 (1)1.2本文主要研究的内容 (2)第二章PCT试验装置介绍 (3)2.1 PCT实验装置构成简介 (3)2.1.1水箱 (3)2.1.2液位传感器 (3)2.1.3电动调节阀 (4)2.1.4压力传感器 (4)2.1.5变频器 (4)2.1.6三项磁力水泵 (5)2.1.7牛顿模块 (5)2.2双容水箱系统硬件结构 (6)2.3 水箱液位实验控制系统的用途 (7)第三章双容水箱液位控制系统分析设计 (8)3.1双容水箱液位控制系统分析 (8)3.1.1液位控制系统组成 (8)3.1.2液位控制系统的控制目标 (9)3.1.3液位控制系统的模型分析 (9)3.2 双容水箱液位控制系统方案设计 (12)3.2.1控制方案的选定 (12)3.2.2串级控制系统的特点 (13)3.2.3串级控制系统的设计 (13)3.2.4计算机串级控制算法实施 (17)3.2.5液位串级控制系统工作过程 (18)3.3液位控制系统参数整定 (19)3.3.1Kp、Ti、Td对控制质量的影响 (20)3.3.2几种工程整定方法介绍 (21)3.3.3串级控制系统的参数整定 (24)第四章组态软件设计 (27)4.1“组态王”简介 (28)4.2组态画面的建立 (28)4.2.1建立工程 (28)4.2.2设备配置 (29)4.2.3变量定义 (31)4.2.4画面设计与动画连接 (33)4.2.5实时曲线和历史曲线的建立 (36)4.2.6手自动切换和PID控制画面的建立 (38)第五章双容水箱液位控制系统实验 (40)5.1实验所用设备 (40)5.2实验过程 (40)5.3实验结果分析 (42)总结 (43)参考文献 (44)附录 (46)致谢 (48)第一章绪论1.1课题研究背景及意义随着科学技术的发展，现代工业生产工艺中的控制问题也日趋复杂。
毕业论文---液位控制系统设计
毕业论文目录摘要 (3)1 前言 (4)1.1 课题背景 (4)1.2 国内外研究的现状 (4)1.3 使用单片机实现水体液位控制的优点 (5)1.4 系统的总体研究方案 (5)1.4.1 系统硬件总体方案 (5)1.4.2 系统软件总体方案 (6)1.4.3 设计的研究进程 (6)2 系统硬件设计 (7)2.1 核心芯片8051单片机 (7)2.2 液位传感器设计 (10)2.3 光电传感器的基本特性 (13)2.4 DAC0832 D/A 转换器和ADC0809 A/D 转换器 (16)2.4.1 D/A转换基本原理及特征 (16)2.4.2ADC0809转换芯片 (18)2.5键盘及显示接口 (19)2.6 报警装置 (21)3 软件的设计 (22)3.1 软件设计流程图 (23)3.2 水位检测的主程序 (24)4 结论 (26)致谢 (27)参考文献 (28)摘要本文主要设计了一种液位控制器，它以8051作为控制器，通过8051单片机和模数转换器等硬件系统和软件设计方法，实现具有液位检测报警和控制双重功能，并对液位值进行显示。
本系统是基于单片机的液位控制，在设计中主要有水位检测、按键控制、水位控制、显示部分、故障报警等几部分组成来实现液位控制。
主要用水位传感器检测水位，用六个控制按键来实现按健控制，用三位7段LED显示器来完成显示部分，用变频器来控制循环泵的转速，并且通过模数转换把这些信号送入单片机中。
把这些信号与单片机中内部设定的值相比，以判断单片机是否需要进行相应的操作，即是否需要开启补水泵或排水泵，来实现对液面的控制,从而实现单片机自动控制液面的目的。
本设计用单片机控制，易于实现液位的控制,而且有造价低、程序易于调试、一部分出现故障不会影响其他部分的工作、维修方便、等优点。
关键词：8051单片机; 模数转换; 水位控制; 自动控制1 前言1.1 课题背景液位控制系统是以液位为被控参数的控制系统，它在工业生产的各个领域都有广泛的应用。
基于PLC的液位控制系统毕业设计论文
基于PLC的液位控制系统毕业设计论文摘要：本文基于PLC（可编程逻辑控制器）技术，设计了一种液位控制系统，该系统能够实时监测液位，并根据设定值进行液位控制。
本文详细介绍了该系统的硬件设计、软件设计以及系统测试，并对系统的性能进行了评估和分析。
实验结果表明，该液位控制系统能够稳定可靠地实现对液位的控制。
关键词：PLC；液位控制；硬件设计；软件设计；系统测试1.引言液位控制是工业中常见的一种控制过程。
在各种工业领域，如化工、能源、水利等，在液位控制方面都有较高的需求。
随着自动化技术的不断发展，PLC技术成为液位控制的一个重要工具。
2.系统硬件设计在本系统硬件设计中，我们采用了PLC、液位传感器、电磁阀等关键元件。
PLC作为控制中心，接收传感器的信号，根据设定值来控制电磁阀的开启和关闭。
液位传感器负责实时监测液位的变化，并将信号传输给PLC。
电磁阀根据PLC的指令来控制液位的增减。
3.系统软件设计在本系统软件设计中，我们使用了PLC编程语言来实现液位控制的逻辑。
首先，我们定义了PLC的输入和输出信号，然后根据设定的逻辑进行编程。
具体来说，当液位高于设定值时，PLC会关闭电磁阀，减少液位的上升；当液位低于设定值时，PLC会打开电磁阀，增加液位的下降。
通过循环执行这些逻辑，系统可以实现对液位的控制。
4.系统测试为了验证系统的可行性和性能，我们进行了一系列的测试。
首先，我们针对液位控制器的输入输出进行了测试，确保其正常工作。
然后，我们使用液位泵和液位计进行了实际测试，记录了系统在不同液位变化条件下的性能。
实验结果表明，该液位控制系统具有良好的稳定性和可靠性。
5.结果和分析通过对实验数据的分析，我们得出了以下结论：该液位控制系统能够满足不同液位变化条件下的控制需求；系统响应速度较快，能够在短时间内完成液位的调整；系统具有良好的稳定性，能够稳定地维持设定的液位。
6.结论本文基于PLC技术设计了一种液位控制系统，并进行了详细的硬件设计、软件设计和系统测试。
毕业设计基于plc的液位控制系统
毕业设计基于plc的液位控制系统毕业设计（论文）题目：基于PLC的液位控制系统-下位机设计学生姓名：学号：专业：电气工程及其自动化班级： 1126班指导教师：2015年 5 月 22 日摘要摘要随着当今社会科学技术的迅猛发展，各类监测并调控液位系统对自动化程度的要求也越来越高，原有的水位控制系统，已远远不能满足当前高度自动化的需要。
本课题是研究通过PLC系统来控制水位，监控组态来模拟监控界面，实现生产的自动化，可视化。
本课题首先设计PLC控制系统，根据要求实现的功能分配IO口，接线，然后编制通过V4.0 step 7软件进行梯形图的编辑、运行，并把现场的水塔水位状况实时传送给上位机，上位机采用力控组态软件进行监控。
监控组态界面是通过ForceContro7.0进行监控界面的编写、运行。
首先设计监控界面，设置通信参数和IO口，使得上下位机能够可靠通信。
本水位控制系统以PLC为控制核心，具备开始和停止功能，这是一种PLC控制的自动调节控制系统。
应用此控制系统能显著提高劳动效率，减少劳动强度。
关键词：PLC 监控组态 STEP7 力控AbstractWith the rapid development of science and technology in today's society.All kinds of monitoring and control system of liquid level of automation are increasingly high requirements.The original control system of water level, can not meet the current needs of the highly automated.This project is to research through the PLC system to control water level monitoring, configuration simulation monitoring interface, realizing production automation, visualization.In this paper, the design of PLC control system, according to the functional requirements to achieve the distribution of I/O, then the preparation of wiring, editing, operation ladder through V4.0 step 7 software, and the water level scene of the real-time transmission to the PC, PC monitoring using ForceContro7.0 configuration software.The configuration, operation monitoring interface is edited by ForceContro7.0 software. First, the monitoring interface design, communication parameters setting and I/O port, the computer can reliable communication. The water level control system using PLC as the control core, have open and all stop function, this is a kind of automatic control system PLC control. The application of this control system can significantly improve the work efficiency, reduce labor intensity.Keys words：PLC configuration step7 forcecontrol目录摘要............................................................. Abstract . (I)第一章绪论 01.1设计的意义及目的 01.2 课题的发展现状 01.3 本设计主要工作 (1)第二章 PLC及SIEMENS S7-200 (2)2.1 PLC概述 (2)2.1.1 PLC的产生及发展 (2)2.1.2 PLC的组成 (3)2.2 PLC的特点、性能及分类 (8)2.2.1 PLC的特点 (8)2.2.2 PLC的性能指标 (8)2.2.3 PLC的分类及应用 (9)2.3 SIEMENS S7-200系列PLC (10)2.3.1 S7-200系统组成 (10)2.3.2 S7-200内存结构 (11)2.3.3 S7-200寻址方式 (11)2.3.4 S7-200控制指令 (13)第三章液位控制系统硬件设计 (15)3.1 PLC选型 (15)3.2 液位传感器（YWCGQ）选型 (15)3.3 变频器及PLC连接 (16)3.4 电机 (18)3.5 系统接线图（见附图3-5） (19)3.6 I/O地址分配 (19)第四章液位控制系统软件设计 (20)4.1 V4.0 STEP 7 MicroWIN SP3软件的使用 (20)4.1.2 控制程序 (23)4.1.3 控制程序通信 (25)4.2 程序设计 (26)4.3 S7-200仿真 (29)第五章监控系统设计 (32)5.1 ForceContro7.0简介 (32)5.2 ForceContro7.0作用 (32)5.3 监控系统概述 (32)总结 (33)致谢 (34)参考文献 (35)附录 (37)第一章绪论1.1设计的意义及目的基于PLC的水位控制系统可以实现生产的自动化，使实际操作简单容易，省时省力。
基于PLC的液位控制系统研究毕业设计(论文)
毕业设计论文基于PLC的液位控制系统研究摘要本文设计了一种基于PLC的储罐液位控制系统。
它以一台S7-200系列的CPU224和一个模拟量扩展模块EM235进行液位检测和电动阀门开度调节。
系统主要实现的功能是恒液位PID控制和高低限报警。
本文的主要研究内容：控制系统方案的选择，系统硬件配置，PID算法介绍，系统建模及仿真和PLC编程实现。
本设计用PLC编程实现对储罐液位的控制,具有接线简单、编程容易，易于修改、维护方便等优点。
关键字：储罐;液位控制;仿真;PLCAbstractThis article is designed based on PLC, tank level control system. It takes a series s7-200 CPU224 and an analog quantities of EM235 expansion module to level detection and electric valve opening regulation.System main function is to achieve constant low level PID control and limiting alarm.The main contents of this paper: the choice of the control system plan, system hardware configuration, PID algorithm introduced, system modeling and simulation, and PLC programming. PLC programming with the design of the tank level control have the advantage of simple wiring, easy programming, easy to modify, easy maintenance and so on.Key word: tank ; level ;control ;simulation ;plc目录摘要 (I)ABSTRACT ........................................................... I I 1 绪论. (1)1.1盐酸储罐恒液位控制任务 (1)1.2本文研究的意义 (2)1.3本文研究的主要内容 (2)2 控制系统方案设计 (3)2.1储罐液位控制的发展及现状 (3)2.2系统功能分析 (3)2.3系统方案设计 (4)3 系统硬件配置 (5)3.1电动控制阀的选择 (5)3.1.1 控制阀的选择原则 (5)3.1.2 ZAJP 精小型电动单座调节阀性能和技术参数介绍 (10)3.2液位测量变送仪表的选择 (13)3.2.1 液位仪表的现状及发展趋势 (13)3.2.2 差压变送器的测量原理 (13)3.2.3 差压式液位变送器的选型原则 (14)3.2.4 DP系列LT型智能液位变送器产品介绍 (15)3.3PLC机型选择 (16)3.3.1 PLC历史及发展现状 (16)3.3.2 PLC机型的选择 (18)3.3.3 S7-200系列CPU224和EM235介绍 (20)4 PID算法原理及指令介绍 (21)4.1PID算法介绍 (22)4.2PID回路指令 (24)5 系统建模及仿真 (28)5.1系统建模 (28)5.2系统仿真 (30)5.2,1 MATLAB语言中Simulink交互式仿真环境简介 (30)5.2.2 系统仿真 (31)第6章系统编程实现 (33)6.1硬件设计 (33)6.1.1 绘制控制接线示意图 (33)6,1.2 I/O资源分配 (33)6.2软件设计 (34)6.2.1 STEP 7 Micro/Win V4.0 SP6编程软件介绍 (34)6.2.2 恒液位PID控制系统的PLC控制流程 (35)6.2.3 编写控制程序 (36)6.2.4 程序清单 (39)结束语 (40)参考文献 (41)致谢 (42)1 绪论1.1 盐酸储罐恒液位控制任务如图1.1所示为某化工厂稀盐酸储罐，该罐为钢衬聚四氟乙烯储罐，罐体高6米，容量为50立方米，重500千克。
基于单片机的液位控制系统设计毕业设计论文
摘要
液位测量广泛应用于工业、经济、生活等领域。本设计以水箱供水为模型，用于对水箱液位信号进行测量监控记录。
基于单片机的液位测量装置具有测量准确、重复性好、功耗低、使用寿命长的特点，是广泛采用的技术。在深入学习科学发展观的同时，电子设备的设计也需融入可持续发展的设计理念。故此，在基于单片机的液位测量装置基础上，扩展实时监控、数据采集、计算机串行通信等功能，从而能够通过科学的方法将液位测量与统计科学结合，合理调度水资源，降低能源消耗。
作者签名：日 期：
学位论文原创性声明
本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名：日期： 年 月 日
学位论文版权使用授权书
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Keywords：MCU；LiquidLevelMeasurement；Real-time monitoring；Serial C明和使用授权说明
原创性声明
本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。
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液位控制系统硬件设计毕业论文目录1 引言 (1)1.1课题的提出 (1)1.2 PLC及过程控制技术的概述及发展 (1)1.3 本课题研究的容与目的 (4)2 液位控制系统硬件设计 (5)2.1 液位控制系统的系统设计 (5)2.2 PLC的选型 (5)2.2.1 CPU型号的选择 (6)2.2.2 模拟量模块（SM）的确定 (6)2.2.3 电源模块的选用 (8)2.3变频器的选型 (8)2.4变送器的确定 (9)2.5水位检测开关的选定 (9)3 液位控制系统的软件设计 (11)3.1液位控制系统结构设计 (11)3.1.1液位控制系统的控制方案 (11)3.2 PLC程序设计 (12)3.2.1 固定频率的设定 (12)3.2.2 PLC控制要求和策略 (12)3.2.3 PLC程序控制流程 (12)3.2.4 STEP 7编程过程 (13)3.3上位机组态软件设计 (16)3.3.1 “组态王”软件界面 (17)3.3.2 上位机组态画面的创建 (17)3.3.3 上位机组态软件数据词典的创建 (18)3.3.4 设置上位机通讯连接设备 (19)4 系统调试 (21)结论 (22)参考文献 ............................................... 错误!未定义书签。
附录 (23)致谢 (32)1 引言1.1课题的提出过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。
其应用围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、纺织、建材、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要的地位。
近几十年来，自动控制系统已被广泛使用，在其研究与发展上也已趋于完备，而控制的概念更是应用在许多生活周围的事物。
在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到液位和流量的控制问题，液位控制系统已是一般工业界所不可缺少，例如居民生活用水的供应, 饮料、食品加工, 溶液过滤, 化工生产等多种行业的生产加工过程, 通常需要使用蓄液池, 蓄液池中的液位需要维持合适的高度, 既不能太满溢出造成浪费, 也不能过少而无法满足需求。
假若我们能使用此系统来自动维持液位的高度，那么工作人员便可轻易的在操作室获知整个设备的储水状况，因此，液面高度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，不仅能收到很好的效果，而且提升了工作效率。
随着我国科学技术和经济的不断发展，社会高度信息化，新的高科技技术不断应用到各个方面中，使得智能化已成为一种发展的必然趋势。
智能化也往往是从设备自动控制系统开始。
可编程控制器（Programmable Logic Controller, PLC）是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通信技术而发展起来的一种通用工业自动控制装置。
因此，基于PLC的液位控制系统在现代工业控制系统中具有重要的意义。
1.2 PLC及过程控制技术的概述及发展可编程控制器是计算机家族中的一员，是在继电器控制和计算机控制的基础上开发的产品，是为工业控制应用而设计制造的以微处理器为核心，把自动化技术、计算机技术和通讯技术融为一体的新型工业自动控制装置。
早期的可编程控制器称作可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller），简称PLC，它主要用来代替继电器实现逻辑控制。
随着技术的发展，这种装置的功能已经大大超过了逻辑控制的围，还可以进行算术运算和模拟量控制等，因此，美国电器制造协会（NEMA）于1980年正式将这种装置命名为可编程控制器（Programmable Controller），简称PC。
但是为了避免与个人计算机（Personal Computer）的简称混淆，所以将可编程控制器简称PLC。
PLC实质是一种专门用于工业控制的计算机，所以其硬件结构基本上与微型计算机相同，主要由中央处理器（CPU）、存储器（RAM、ROM）、输入输出器件（I/O接口）、电源及编程设备几大部分组成。
PLC的硬件结构框图如图1-1所示。
图1-1 PLC硬件结构框图PLC作为一种专用于工业控制的计算机具有以下特点：1、高可靠性2、丰富的I/O接口模块3、采用模块化结构4、编程简单易学5、安装简单，维修方便20世纪末期，可编程控制器的发展特点是更加适应于现代工业的需要。
从控制规模上来说，这个时期发展了大型机和超小型机；从控制能力上来说，诞生了各种各样的特殊功能单元，用于压力、温度、转速、位移等各式各样的控制场合；从产品的配套能力来说，生产了各种人机接口单元、通信单元，使应用可编程控制器的工业控制设备配套更加容易。
目前PLC在国外已广泛应用于钢铁、石油、化工、电力、建材、机械制造、汽车、轻纺、交通运输、环保及文化娱乐等各个行业。
而对于过程控制技术，在20世纪40年代以前，工业生产技术水平相对落后，生产过程大多处于手工操作状态，操作工通过目测判断生产过程的状态，手动调整生产过程，生产效率很低。
40年代以后，工业生产过程自动化技术发展很快，尤其是近些年来，在IT技术的带动下，过程控制技术发展十分迅猛。
过程控制装置与系统的发展大致分为以下几个阶段：1.局部自动化阶段（20世纪50—60年代）这个阶段的过程控制系统绝大多数是单输入-单输出系统；被控参数主要有温度、压力、流量和物位四种参数；控制的目的是保持这些工艺参数的稳定，确保安全生产。
生产的规模比较小，多用气动仪表进行测量与控制，采用0.02~0.MPA的气动信号作为统一标准信号，压缩空气为动力的气动仪表实现就地的简单控制。
到20世纪50年代后期至60年代，先后出现了气动和电动单元组合仪表，采用了集中监控与集中操作的控制系统，实现了工厂仪表化和局部自动化。
2.集中控制阶段（20世纪60—70年代）在20世纪的60年代，随着工业生产规模不断扩大，生产过程越来越复杂、产品质量要求越来越高，对过程控制技术提出了新的要求，迫切需要生产过程集中控制与管理。
随着电子技术的发展，半导体产品取代了电子真空管，之后，集成电路取代了分立元件，电子仪表的可靠性大为提高，逐步替代了气动仪表。
这时的过程控制系统大量采用单元组合仪表和组装式仪表，生产过程实现了车间围和大型系统的集中监控。
为了提高控制质量和满足特殊工艺的控制要求，开发使用了多种复杂控制系统方案，例如串级控制、前馈控制、比值控制、均匀控制等。
特别式前馈控制、选择控制的实现，使过程控制品质、安全性大为提高。
前馈控制使控制质量显著提高；选择控制自动实现保护性自动控制，以免强制性连锁停车，改变了过去不得不切向手动或被迫连锁停车的状况，从而扩大了自动化的围。
3.集散控制阶段（20世纪70年代中期至今）20世纪70年代，随着大规模集成电路出现及微处理器的问世，计算机的性价比和可靠性大为提高，采用了冗余技术和自诊断措施的工业计算机完全满足工业控制对可靠性的要求，为新的过程控制仪表、装置与系统的设计开发提供了强有力的支持。
此时的大型生产过程一般都是分散系统，这样可以使生产过程控制分散进行，将发生故障和危险的风险分散。
基于“集中管理，分散控制”理念，在数字仪表和计算机与网络技术基础上开发的集散型控制系统（DCS, Distributed Control System）在大型生产过程控制中得到广泛应用。
过程控制系统的结构也由单变量控制系统发展到多变量系统，由生产过程的定值控制发展到最优控制、自适应控制等。
到20世纪90年代以后，随着测量仪表数字化、通信系统网络化和集散型控制技术日益成熟、现场总线技术以及基于现场总线技术的网络化分布式控制系统逐步推广、使用，使过程控制系统的开放性、兼容性和现场仪表与装置的智能化水平发生了质的飞跃。
工厂自动化（FA）、计算机集成过程控制（CIPS）、计算机集成制造系统（CIMS）和企业资源综合规划（ERP）等方案的规划和实施，正在成为提高工业生产过程经济效益的关键手段。
1.3 本课题研究的容与目的液位自动控制系统中，主要是针对单容水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的总体设计、PLC控制、位式控制算法、压力变送器和电磁阀等一系列的知识。
设计单容液位控制系统中，控制方式采用了位式控制算法，控制核心为S7-300系列的CPU313C-2DP以及PLC部A/D、D/A转换模块，检测元件为压力传感器，执行器为电动调节阀。
通过以上的器件设备、位式控制算法和上位机的组态等，实现液位自动控制系统的设计。
本课题研究容：（1）控制器的算法（2）通过PLC实现液位自动控制（3）对输入变量的转换与归一化（4）组态软件的使用（5）实现上位机对液位的实时监控2 液位控制系统硬件设计2.1 液位控制系统的系统设计硬件设计是在对课题进行深入分析，对相关信息进行调查之后所进行的基础性工作，是软件设计实现的前提。
硬件的合理选用，对于整个课题的设计至关重要，既要合理、适合，也要经济适用。
本设计要实现用S7-300 PLC作为控制器，通过变频器控制电机速度，同时由变送器和四个液位检测开关收集液位信号反馈给PLC来进行进一步控制，从而实现使液位保持在设定值附近的自动控制系统。
单容水箱的液位控制系统如下图2-1所示。
图2-1 液位控制系统2.2 PLC的选型S7-300是模块化的通用型PLC，适用于中等性能的控制要求。
SIMATIC S7-300编程序控制器是模块化结构设计。
各种单独的模块之间可进行广泛组合以用于扩展。
其CPU集成了过程控制功能，用于执行用户程序。
不需附加任何硬件、软件、编程，就可建立一个MPI网络。
若有PROFIBUS-DP接口，就可建立一个DP网络。
S7-300可大围扩展各种功能模块，很好的满足自动控制任务。
简单实用的分散式结构和多界面网络能力，使其应用十分灵活。
且指令集成功能强大，可用于复杂控制。
其功能较S7-200要强大很多。
而且，就其价格而言，又较S7-400要经济得多。
所以，S7-300是本次设计中控制器的首选。
2.2.1 CPU型号的选择S7-300有20种不同等级的CPU，分别使用于不同等级的控制要求。
CPU 313C-2 DP 带集成数字量输入/输出和PROFIBUS DP主站/从站接口的紧凑型CPU，带有与过程相关的功能，可以完成具有特殊功能的任务，可以连接单独的I/O设备。
该控制器配置为：16DI/16DO⨯DC24V、Flash EPROM微存储器卡（MMC）、一个MPI接口和一个DP 总线接口。
相比之下，CPU 312C适用于对处理能力有较高要求的小型应用；CPU 313C满足对处理能力和响应时间要求较高的场合，但不带主站/从站接口；CPU 312适用于全集成自动化的基本型CPU及中等处理速度的小规模应用；CPU 314适用于中等处理量的应用；而CPU 315-2 DP、CPU 315-2 PN/DP、CPU 317-2DP、CPU 317-2 PN/DP及CPU 319-3 PN/DP，固然有较高的性能，可用于要求较高的应用，但对于本设计来说是不经济的，也是不必要的。