液位控制系统设计说明
水箱液位自动控制系统的设计
自动控制原理课程设计说明书
水箱液位自动控制系统的设计
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2018年 1月
系统阶跃响应如下：
由此可知,校正后的系统性能比校正前大大提升,而且符合预设要求。
0123456789100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
输出波形符合要求
四附录
用Matlab进行分析时所需程序代码：
den=［0。
05 0。
6 1 0］;
num=［3。
5]；
G=tf(num,den) %原系统开环传递函数
G1=feedback(G，1） %原系统闭环传递函数margin（G) ％原系统伯德图
step（G1）％原系统单位阶跃响应
impulse（G1）％原系统单位脉冲响应
num1=conv([0.566 1］，3.5）;
den1=conv([0.185 1]，[0。
05 0.6 1 0］);
G2=tf(num1，den1) %校正后系统开环传递函数
G3=feedback（G2，1) %校正后系统闭环传递函数margin(G2) %校正后系统伯德图
step（G3) %校正后系统单位阶跃响应。
液位自动控制系统设计
根据 Nyquist 稳定性判据 I ：如果开 环是稳定的，那么闭环稳定的条件是： 当ω 由-∞→∞时，Wk( j ω ) 的轨迹不包 围（-1，j0）点。所以由图5中可以看 出，该控制系统的Nyquist图中开环传 递函数没有包围（ -1 ， j0 ）这个点， 即液位控制系统的闭环传递函数是稳 定的。 接着研究液位自动控制系统的对数 频率曲线，同样的用 matlab 软件绘制 bode图，进一步分析系统的稳定性及 稳态误差。
得到系统最佳稳定状态，以实现该系统的功能。
二、液位自动控制系统原理
如图1所示：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。
三、系统分解
相关参数如下： 1) 放大器增益Kθ ； 2) Gf(s)代表浮子，杠杆部分传递函数； 3) Gm(s) 代表直流电动机部分传递函数； 4) Gs(s)代表水箱控制部分传递函数； 5) Gv(s)代表阀门控制部分传递函数。
3.1 各部分传递函数
浮子、杠杆部分 式中Ku为电压与液位高度之 比，传递函数为： 阀门部分 传递函数为：
水箱控制部分 传递函数为：
电动机控制部分 传递函数为：
3.2 系统整体传递函数
则系统的开环传递函数为： 从而得出系统的闭环传递函数为 ：
四、时域分析
四、时域分析
• 2、当给定输入信号为单位阶跃信号时，用MATLAB 软件绘制出系统 输出信号的响应曲线图，同时求出系统过程中的超调量 pos、峰值时 间tp、调节时间ts。 • 程序1如下：
四、时域分析
• 输出信号的响应曲线 图如下图所示：
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。
液位控制系统研究与设计
液位控制系统的 设计
设计目标与要求
响应速度：提高系统对液位 变化的响应速度
稳定性：保证系统在长时间 运行中的稳定性
准确性：确保液位测量的准 确性
易操作性：设计易于操作和 维护的系统界面
安全性：确保系统在运行过 程中的安全性
成本控制：在满足设计要求的 前提下，尽量降低系统成本
设计方案选择与比较
液位设定值：设定液位控制的目标值
液位偏差：实际液位与设定值之间的差值
液位控制精度：液位控制系统的准确性和稳 定性
液位控制系统的 研究现状
国内外研究现状
国外研究现状： 液位控制系统在 欧美等发达国家 已经广泛应用， 技术成熟，产品 种类丰富，市场
占有率高。
国内研究现状： 液位控制系统在 国内起步较晚， 技术水平相对较 低，产品种类较 少，市场占有率
添加标题
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添加标题
控制算法：自适应、鲁棒性、实时 性
应用领域：工业、农业、环保、医 疗等
现有液位控制系统的优缺点
优点：能够实 时监测和控制 液位，提高生 产效率和准确
性
缺点：存在一 定的误差，可 能导致液位控
制不准确
优点：具有较 高的稳定性和 可靠性，能够 适应各种工作
环境
缺点：成本较 高，维护和维
较低。
研究热点：液位 控制系统的研究 热点主要集中在 传感器技术、控 制算法、系统集
成等方面。
发展趋势：随着 物联网、大数据、 人工智能等技术 的发展，液位控 制系统将向智能 化、网络化、集 成化方向发展。
研究热点和难点
传感器技术：高精度、高稳定性、 长寿命
系统集成：模块化、标准化、智能 化
添加标题
液位控制系统设计
液位控制系统设计
摘要：油箱液位控制系统通常用于检测油箱中液位的高度，并且可以
用于控制进油和放油的状态。
基于此，本文设计了一个油箱液位控制系统，该系统主要分为硬件和软件两部分，其中硬件部分负责进行液位检测和液
位控制，软件部分负责接收硬件传感器的信号并作出相应的控制反馈。
该
系统采用三传感器架构方式，分别是液位传感器、温度传感器和压力传感器，它们共同作用来检测液位并做出相应的控制反馈。
关键词:油箱液位控制系统，液位传感器，温度传感器，压力传感器
1 Introduction
油箱液位控制系统是一种常用的液位控制系统，有助于控制油箱内的
液位，从而提高工作效率和使用寿命。
它可以有效防止油箱液位过低，从
而降低设备的维护和使用成本。
为了解决这一挑战，在本文中，我们设计
了一种油箱液位控制系统，该系统可以有效地控制油箱内的液位，以避免
该设备发生故障。
2 System Design
2.1 Hardware Design
该系统采用三传感器架构方式，它们分别是液位传感器、温度传感器
和压力传感器。
液位传感器是该系统的关键部件，它的主要功能是检测油箱中的液位。
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。
基于PLC与组态的液位控制系统设计
基于PLC与组态的液位控制系统设计液位控制系统是工业自动化中的重要组成部分，在许多工业领域中都有广泛的应用。
本文将基于PLC（可编程逻辑控制器）与组态软件对液位控制系统进行设计。
首先，我们需要明确液位控制系统的基本原理。
液位控制系统主要通过监测液位传感器的信号，并根据设定的液位值进行控制，以实现液位的稳定控制。
在设计液位控制系统之前，我们需要进行系统的需求分析，包括液体的性质、液位范围、控制精度要求等。
接下来，我们可以选择适合的PLC型号，并搭配相应的组态软件。
PLC作为液位控制系统中的核心控制设备，负责接收和处理液位传感器的信号，并输出控制信号控制液位的变化。
组态软件负责图形化地配置PLC 的输入和输出，以及实现控制逻辑图的编程。
在液位控制系统的设计中，需要将液位传感器与PLC进行接线，并进行参数的配置。
液位传感器可以选择合适的类型，如浮球式、电容式或超声波式等，以满足实际应用的需求。
接线和参数配置的正确与否直接影响到液位控制系统的准确性和可靠性。
接下来，我们需要在组态软件中进行逻辑控制的编程。
根据系统的需求分析，我们可以设置液位的目标值、偏差范围，同时结合输出控制信号的方式（如开关量控制、模拟量控制等），设计相应的控制逻辑。
在组态软件中，我们可以使用逻辑语言来实现这些控制逻辑，如梯形图、功能块图等。
此外，还可以设置报警功能，当液位超过预设范围时，及时发出报警信号，保证系统的安全性。
完成逻辑控制的编程后，我们需要进行系统的调试与测试。
可以通过手动调节液位传感器的输入信号，观察PLC输出的控制信号是否满足预期要求，以及液位的变化是否稳定。
如果发现问题，可以对液位控制系统的参数和控制逻辑进行调整，直到满足实际应用需求。
最后，我们还可以根据实际应用的需求，对液位控制系统进行扩展和优化。
例如，可以增加远程监控和控制功能，通过网络连接，实现对液位控制系统的远程监控和操作。
此外，还可以根据不同的液位范围和控制精度要求，选择不同型号的液位传感器和PLC，以满足不同工业领域的应用需求。
基于组态软件的液位—液位串级控制系统设计
基于组态软件的液位—液位串级控制系统设计液位—液位串级控制系统是指通过控制多个液位传感器的液位信号，来实现多个液位控制阀门的自动调节，以达到控制系统中多个液位的目标值的系统。
组态软件是指一种用于编程和配置自动化系统的软件工具，它可以通过图形化界面来配置系统的控制逻辑，监视系统的状态并进行调试。
在液位—液位串级控制系统中，组态软件可以用于设计控制逻辑、配置传感器和执行器、进行调试和监视等工作。
本文将详细介绍基于组态软件的液位—液位串级控制系统的设计过程和关键技术。
首先，我们需要确定系统的目标和需求。
例如，我们可能需要将液位控制在一定的范围内，或者需要保持不同液位之间的差值在一定的范围内。
根据具体的需求，我们可以确定系统中需要使用的液位传感器数量和位置。
接下来，我们需要选择合适的液位传感器。
液位传感器的选择应该考虑到被测液体的性质、液体的压力和温度范围、传感器的精度和可靠性等因素。
常见的液位传感器包括浮球液位传感器、电容式液位传感器、压力式液位传感器等。
然后，我们需要选择合适的执行器，用于控制液位阀门的开关。
执行器可以是电磁阀、调节阀等。
选择执行器时，需要考虑其控制精度、响应速度和使用寿命等因素。
接着，我们可以使用组态软件来进行系统的设计和配置。
组态软件通常提供了一个图形化界面，可以通过拖拽和连接元件来设计控制逻辑。
我们可以将液位传感器和执行器等元件添加到画布中，并进行连接和配置。
例如，我们可以将液位传感器的输出信号连接到执行器的输入端口，并设置液位的目标值和控制算法等参数。
在配置完成后，我们可以使用组态软件提供的调试和监视工具来检查系统的状态和调整控制参数。
例如，我们可以使用组态软件提供的实时监视功能来查看液位传感器的读数和执行器的状态。
如果系统的反馈不符合预期，我们可以通过调整控制参数来优化系统的性能。
最后，我们需要进行系统的联调和测试。
在联调过程中，我们需要验证系统的各个组件之间的协作是否正常，并调整参数来使系统达到预期的控制效果。
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液位控制系统设计说明
1.引言
2.系统组成
2.1液位传感器：用于实时测量液体容器中的液位，并将测量值传输
给控制器。
常见的液位传感器有浮球式液位传感器、压力式液位传感器等。
2.2控制器：接收液位传感器传输的液位信息，并根据预设的液位设
定值进行控制动作。
控制器可以采用PLC（可编程逻辑控制器）或微处理
器等。
2.3执行机构：根据控制器的指令，对液位进行调节。
常见的执行机
构有阀门、泵等。
3.设计考虑
在液位控制系统的设计过程中，需要考虑以下几个方面：
3.1系统准确度：液位控制系统需要具备较高的测量准确度和控制精度。
因此，需要选择合适的液位传感器和控制器，并进行校准以提高系统
的准确度。
3.2系统稳定性：液位控制系统需要具备良好的稳定性，以保证液位
控制的精确性。
在设计过程中，可以采用反馈控制方法来提高系统的稳定性。
3.3安全性：液位控制系统需要具备良好的安全性，以避免因液位控
制不准确导致的安全事故。
在设计过程中，需要考虑故障判断与报警系统，以及紧急停机装置等。
4.系统设计步骤
4.1确定液位控制的目标和要求：明确需要控制的液位范围、控制精度等指标。
4.2选择合适的液位传感器：根据液体性质和工艺要求，选择适合的液位传感器，并确定传感器的测量范围和准确度。
4.3选择合适的控制器：根据需要控制的液位范围和控制精度，选择适合的控制器，并确定控制器的输出信号类型。
4.4确定执行机构：根据需要的控制方式，选择适合的执行机构，并确定执行机构的控制动作方式和控制信号类型。
4.5进行系统集成：将液位传感器、控制器和执行机构进行连接，并进行系统调试和测试。
4.6系统优化与改进：根据实际运行情况，对液位控制系统进行优化和改进，以提高系统稳定性和控制精度。
5.结论
液位控制系统是工业生产过程中常见的一种控制系统，其设计涉及液位传感器、控制器和执行机构等多个组成部分。
在设计过程中，需要考虑系统的准确度、稳定性和安全性等因素。
通过合理的设计和优化，可以实现对液位的精确测量和控制，满足工业生产过程对液位的要求。
在实际应用中，还可以根据具体需求进行进一步的改进和优化，以提高系统的性能和可靠性。