水位控制系统设计报告（精选14篇）
水位控制系统设计报告 第1篇
水塔水位PLC控制系统的设计
摘要：通过设计采用计算机网络技术、信息处理技术、PLC控制技术等多种先进技术组成的水塔水位控制系统，实现信息的实时监控、信息的集成和应急辅助等功能，从而为学生的综合知识的学习提供更好的教学设备。
关键词：MCGS组态；PLC；触摸屏；水位传感器
中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）04-0004-01
水塔水位的控制在现实生活中占有着很重要的位置，随着高位生活用水的逐渐增多，?λ?塔水位的控制要求也越来越高。例如：要求对水位采集监控，并具有实时显示功能；由计算机进行实时数据的采集和保存；打印历史水位数据；水位过高、过低的报警设置等功能。为了满足这功能，我们可以利用MCGS开发界面环境，PLC开发控制环境，传感器采集水塔水位，从而实现水塔水位的自动控制。学生通过水塔水位的模拟控制，能对专业知识的综合应用达到一个新的高度[1]。系统所要达到的控制要求
（1）水箱里面有4个液位传感器，SQ1、SQ2、SQ3、SQ4，与之相对应有四个输出口，可以与PLC的输入信号相连接。（2）水塔下方有一个电机来控制水位，并有一个输出口与PLC的输出连接，还有2个报警指示灯分别用来高液位报警和低液位报警。（3）当水位上升时，浮标式传感器会根据水位的升高而升高，当浮标浮起，信号会接通，信号会传输到PLC，从而控制水泵的启停。（4）如果水位过高或者过低时，模拟站的报警指示灯会点亮。（5）当水位到达高液位时，水泵在设定时间内会保持工作状态，让水位充分到达高液位，计时结束后水泵会停止，水位慢慢下降，当水位下降到低液位时，水泵会自动启动，无限循环，直至按下停止按钮。（6）控制程序利用三菱FX3U系列的PLC编写；利用MCGS组态软件编辑触摸屏控制界面，要求实时监控水位，并能远程控制水泵的动作。水塔模型图1所示。控制系统的制作分为两部分
2.1 PLC控制系统的设计
整个设计过程包括：熟悉控制要求；梳理输入、输出分配；完成外围电路；进行程序设计。在实际教学过程中，可以让学生自行分析并设计控制程序。水塔上设有4个液位传感器，安装位置由低到高依次分别为SQ1（X030）、SQ2（X031）、SQ3（X032）、SQ4（X033）[2]。凡是液面高于传感器安装的位置，则传感器接通（ON）。凡是液面低于传感器安装位置时则传感器断开（OFF）。其中SQ2和SQ3则作为水位控制信号，而SQ1和SQ4作为水位的上下限信号，起到保护作用。按下SB1（X034）后，水泵（Y022）开始运行，直到收到SQ3信号并保持2秒以上，确认水位到达高液位时停止运行；当水塔水位下降到低水位即SQ2接通时则重新开启水泵。一旦传感器SQ3失灵，则水位会继续上升至SQ4位置，此时SQ4发出信号，点亮高液位报警指示灯（Y021），水泵停止工作；而若传感器SQ2一旦失灵，则在收到SQ1信号时，点亮低液位报警指示灯（Y020），水泵停止工作。按下启动按钮SB1时，将报警指示灯复位，可重新开始工作。按下停止按钮SB2（X035），可立即停止整个控制程序。
2.2 MCGS组态界面的设计
MCGS水塔水位控制需要读取PLC实时数据，在将数据通过屏幕显示出来，并且将信号输入到PLC，如启动、停止信号等。在开始组态工程之前，先对该工程进行剖析，以便从整体上把握工程的结构、流程、需实现的功能及如何实现这些功能。结合实际环境进行仿真界面的设计，变量的组态和连接，设备的组态等[3]。结语
经过对整个系统进行连接和运行调试发现，该系统能很好的完成一个短距离内的水位监控。但在实际应用过程中，其实是远程控制，这时我们采用现场总线的方式，来实现上下位机的联合运行即可。水塔水位的控制模型能更好的让学生对专业知识的综合应用有更清晰地认识，有着很好的实际应用价值。
参考文献
[1]王传艳.MCGS触摸屏组态控制技术[M].北京师范大学出版社，2015.[2]张伟林，郭艳萍.三菱PLC、变频器与触摸屏综合应用实训[M].电力出版社，2011.[3]文杰.三菱PLC电气设计与编程自学宝典[M].电力出版社，2015.
水位控制系统设计报告 第2篇
关键词：水位自动控制系统
0引言
近年来对城市供水提出了更高的要求，水塔水位控制自动化系统被不断地改造，以适应社会的发展和人民生活水平的提高，满足及时、准确、安全和保证充足供水。目前水位自动控制系统有很多成熟的产品，控制手段主要有单片机监控、比较电路监控、利用PLC和传感器构成水塔水位恒定的控制系统等，运行可靠，可实现远程监控和无人值守。在许多偏远地区，特别是居住相对分散的农村地区，供水问题也待解决。如果仍然沿用人工方式，劳动强度大，工作效率低，安全性难以保障。本文针对乡镇和偏远农村家庭供水的特点，设计一款简单实用、符合要求的水位自动控制系统。
1水箱水位自动控制系统的组成
针对偏远农村分散居住，取水不方便（包括从水井取水）的特点，考虑到农民生活消费水平不高，设计的供水系统必须是既方便农民的生活，又经济实惠等特点的水箱水位自动控制系统。水箱水位自动控制系统的组成。
水位监测系统设计 第3篇
关键词：水位监测,无线水位遥测,自动报警
0 引言
水位遥测系统是水情遥测中十分重要的环节之一,水位检测的准确与否直接影响到水情检测系统的质量好坏。我国是一个洪涝灾害较重的国家,水位无限遥测系统在水情观测系统中占有极其重要的位置。
1 系统的设计
浮力法、浮力重力法、浮力磁力法原理相对简单,结构简易、设备安装方便,但系统可靠性差,设备投资大,维护不方便。本设计采用传感器电路法原理。选取电极式传感器电路法测量水位,在水箱上安装一个无线遥测水位装置,利用水的导电性连续地测量水位的变化,再转换成相应的电信号,通过中间电路及显示电路,完成相应的水位显示及报警功能。原理方框图如图1所示。
原理方框图由三个模块构成:水位采集电路、中间电路显示电路中间电路包括编码电路发射电路、接收电路、译码电路四个部分。水位采集电路主要是负责采集水位信号,并把采集到的水位信号转换成电平信号送入中间殿禄;中间电路主要负责把信号编码调制后进行发射,然后接收解调出原始信号,在由译码电路进行译码,最后将信号送入显示电路。
1.1 水位采集电路
水位采集电路由电极式传感器构成,制作简便,工作可靠。传感器一级为+5V电源输入,另一级在一块绝缘板上距低端5cm～20cm处均匀插10根不锈钢探针。如图2所示。
1.2 中间电路
中间电路主要包括编码电路、调制发射电路、接收解调电路、译码电路四部分,发射原理框图如图3所示。接收解调电路如图4所示。
1.3 显示电路
显示电路方框图如图5所示。
显示部分采用发光二极管作为显示器、制作一个水位显示仪。不同水位对应的二极管由译码信号驱动器一次点亮。
2 系统硬件设计
在水位采集电路中,十根水位探针采用导线制作,可测量水位十段。十根水位探针不等长。
编码电路和译码电路的芯片都是配对购买,本设计采用VD5026作为编码器。利用其可靠性能高和抗干扰性强等优点其管脚功能图如图所示
发射电路硬件设计采用中功率发射模块PCZTX实现,方便快捷,成本低、性能好。
接收电路硬件采用超在生接收器PCRIA,该模块与接收模块搭配使用,效果好。
译码电路的硬件设计采用VD5027。
显示电路硬件设计由BCD十进制译码器CD4028、十个LED以及一个1K电阻做成。报警电路采用一个三极管9018、一个凤鸣岐、一个1K电阻做成。
3 系统调试
发射电路调试时,将探针短路,观察示波器显示VD5026的数据码的十个脉冲波形的变化。接收电路板的调试先同时接通发射电路板和接收电路板的+5V电源和地线。示波器接到VD5027的14脚处,短接探针,观察对婴二极管亮度变化。
4 结束语
通过设计调试,水箱水位遥测系统达到了指标要求,遥测距离达20米以上,可测量水位十段,兼有缺水河满水报警功效;操作方便,LED现实具有一定的可靠性,不足之处是无法通过LED显示水位上升和下降过程水箱有局限性
参考文献
[1]张金存,郭宝江.地下水位自动监测系统在水资源管理中的应用[J].山东水利,2003(2):12-15.
[2]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社,1999:23-24.
水位遥测自动控制系统的设计 第4篇
【摘 要】本控制系统以AT89S51单片机为主控单元，通过超声波传感器和液位变送器实现液位实时数据的检测和自动控制。该系统具有有性价比高、操作简便、可视化操作等优点。
【关 键 词】AT89S51单片机， nRF24L01， 超声波传感器，GFSK
【中图分类号】G71【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0259-02
1 前言
由于需要测量的水池或水塔与控制室有相当长的距离，常常需要架设上百到近千米的输电和控制线路，费用大。给测量和控制带来了极大的不方便。本系统利用单片机的无线测量和自动控制系统完成了不需要架设电缆和实现水位的远程自动控制和遥测，对于工业生产和生活有极大的实用价值。
2 原理框图
应用单片机控制的水位遥测自控系统的原理框图如图1所示：
以AT89S51单片机为主要控制核心，构建成两个无线短矩离通信数字电台，利用软件控制水位传感器测量出实时的水位信息。而数据的无线传送应用Nordic公司的高速无线单片无线射频芯片nRF24L01通GFSK调制以最高达1Mbit/s的速度快速发送出去。通过设置主控制站的键盘可以远程设置水位的上下限，主控制站采用易于人机交换的LCD1602作为数据显示。采用单片机设计具有成本低、效益高的优点。另外，单片机控制系统的灵活性和程序的可移植性好。
键盘：采用独立式键盘，AT89S51的I/O口具有位驱动能力，而且所用按键数目不多，可以通过单片机软件利用查询或中断方式简单地实现各种控制。考虑到该控制软件系统和硬件系统都比较复杂，CPU需要驱动较多的电子器件，要利用到单片机内部的资源较多，所以采用独立式键盘显示模块：使用专用的LCD1602显示驱动器和LCD1602显示模块。LCD1602显示模块通过接口接收显示命令和数据，并按指令和数据的要求进行显示。LCD显示模块一般带有内部显示RAM和字符发生器，只要输入ASCII码就可以进行显示而且不用一直扫描显示，可以减轻CPU的工作负担，使其可以去做其它更重要的处理。
液位传感器：使用超声波液位传感器，这种传感器是通过测量超声波在空气中行走时间来计算液位的实时高度。因为超声波测量时与被测物体无直接接触，能够清晰稳定地显示测量结果，而且超声波指向性强，能量消耗缓慢，在介质中传播的距离较远，因而超声波经常用于距离的测量，利用超声波检测往往比较迅速、方便、计算简单、易于做到实时控制，并且在测量精度方面能达到工业实用的要求。而且它的造价也不高，且安装方便，实用性好。本设计属于近距离测量，采用常用的压电式超声波换能器来实现。超声波因其方向性好、测量精度高，已广泛应用于液位、流量、物距等方面的检测。本系统采用单片机输出40KHZ的方波经过74HC04所组成的几个与非门放大发射出去，经过一定时间延时以后再打开外中断。CX20106A接收到40KHz的信号时，会在第7脚产生一个低电平下降脉冲，这个信号可以接到单片机的外部中断引脚作为中断信号输入。超声波测距是通过不断检测超声波发射后遇到障碍物所反射的回波，从而测出发射和接收回波的时间差△T，然后求出距离S。在速度V已知的情况下，距离S的计算，公式如下为S=V△T/2
远程测量与控制：采用无线RF射频模组进行数据传输。采用Nordic公司的收发一体的无线RF芯片nRF24L01，通过简单的几个外部连接元件可以实现最高2Mbit/S的速率传输。nRF24L01工作在全球开放2.4～2. 5GHZ波段，只要通过SPI把配置字写到nRF24L01里，就可以把所要传送的数无线传送出去，还以实现自应答和自动重发。其操作简单，成本低，且能够满足本设计要求。
3 总体硬件系统电路设计
主测控站系统设计原理详图如图2 所示：
从测控站系统设计原理详图如图3 所示：
4 系统软件流程图
（1） 测控站主程序流程图如图4所示：
（2） 超声波测距流程图如图5所示：
（3） 主控站流程图如图 6所示：
（4） 无线发射流程图如图7所示：
5 结论
本水位遥测自动控制系统对于小型水泵的控制采用慢速汲水，以确保超声波传感器测量的精度和水位控制的精度，在测量水位时，安装超声波传感器时要离容器正上方一定高度按装，以消除超声波测量的盲区。本系统是安装在容器正上方十厘米处。整套设备结构简洁，操作方便，具有比较好的稳定性，能够精确的测量液位，遇警时能自动调至正常，并且可以在允许范围内任意设定液位。通过按键可以在允许范围内任意设定水位报警的上下限，使得装置更加智能化。
参考文献
[1]朱爱红、朱宁文等，基于 AT89C51的超声波测距系统
[2]求是科技，单片机通信技术与工程实践，人民邮电出版社，2005.1
[3]徐晋、赵俊逸、黄勇，《ET13X210/221射频收发芯片原理及应用》
[4]赵亮 侯国锐编著，单片机C语言编程与实例，人民邮电出版社，2003
[5]康华光主编.电子技术基础：数字部分.高等教育出版社
水位控制系统设计报告 第5篇
时间：2009-06-23 09:47:04 来源：国外电子元器件 作者：马俊，陈靖 青海师范大学
摘要：设计一种基于单片机水塔水位检测控制系统。该系统能实现水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，实现超高、低警戒水位报警，超高警戒水位处理。介绍电路接口原理图，给出相应的软件设计流程图和汇编程序，并用Proteus软件仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。
关键词：单片机；水位检测；控制系统；仿真
l 引言
水塔供水的主要问题是塔内水位应始终保持在一定范围，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。目前，控制水塔水位方法较多，其中较为常用的是由单片机控制实现自动运行，使水塔内水位保持恒定，以保证连续正常地供水。实际供水过程中要确保水位在允许的范围内浮动，应采用电压控制水位。首先通过实时检测电压，测量水位变化，从而控制电动机，保证水位正常。因此，这里给出以Atmel公司的AT89C5l单片机为核心器件的水塔水位检测控制系统仿真设计，实现水位的检测控制、电机故障检测、处理和报警等功能，并在Pmteus软件环境下实际仿真。实验结果表明，该系统具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。水塔水位控制原理
单片机水塔水位控制原理如图l所示，图中的虚线表示允许水位变化的上、下限位置。在正常情况下，水位应控制在虚线范围之内。为此，在水塔内的不同高度处，安装固定不变的3根金属棒A、B、C，用以反映水位变化的情况。其中，A棒在下限水位，B棒在上、下限水位之间，C棒在上限水位(底端靠近水池底部，不能过低，要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水，单片机控制电机转动，随着供水，水位不断上升，当水位上升到上限水位时，由于水的导电作用，使B、C棒均与+5 V连通。因此b、c两端的电压都为+5 V即为“1”状态．此时应停止电机和水泵工作，不再向水塔注水；当水位处于上、下限之间时，B棒和A棒导通，而C棒不能与A棒导通，b端为“1”状态，c端为“0”状态。此时电机带动水泵给水塔注水，使水位上升，还是电机不工作，水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位处于下限位置以下时，B、C棒均不能与A棒导通，b、c均为“0”状态，此时应启动电机转动，带动水泵给水塔注水。
电路设计
水塔水位控制系统主要由CPU(AT89C51)、水位检测接口电路、报警接口电路、存储器扩展接口电路、复位电路、时钟振荡等部分组成，如图2所示。图3为系统硬件电路。
3．1 水位检测接口电路
为了便于实现水位检测功能，用一个两位的拨码开关模拟b、c端的状态（1、0)，正电极接+5 V电源，每个负电极分别通过4．7 kQ的电阻(尺1，R2)接地。将单片机的P1．0端口接开关1，P1．1端口接开关2。假设被水淹没的负电极都为高电平，此时开关置1；露在水面的负电极都为低电平，开关此时置为0。单片机通过负电极重复采集检测水位，当缺水时(此时两个开关均置0)，电机必须带动水泵抽水；若水位在正常范围内时，检测信号为高，低电平(此时开关1置1，开关2置0)；当水位过高时，检测信号为高电平(此时开关l和2都置1)，单片机检测到P1．0和P1．1为高电平后，立即停机。3．2 报警接口电路
为了避免系统发生故障时，水位失去控制造成严重后果，在超出、低于警戒界水位时，报警信号直接从高、低警界水位电极获得。单片机P1．7端口为启动电机命令输出端口，P1．7=0为低电平，经过非门后与电机的另一端接地导通，启动电机工作；P1．7=l为高电平，反之，电机停止工作。电机故障报警由单片机控制，电机故障报警信号由P1．0和P1．1输人．当P1．5为高电平时蜂鸣器报警。水位超过高警戒水位，单片机控制系统使电机停止转动，向水塔内供水工作也停止。3．3 存储器扩展接口电路
为了便于系统扩展，存放大容量应用程序，系统设计扩展一片程序存储器，用于存放源程序代码。74LS373用于锁存地址，单片机的P0．0～P0．7通过复用方式分别接锁存器74LS373的DO～D7和存储器2732的D0～D7端，地址锁存信号线ALE接锁存器的OE端，通过软件设置实现地址和数据信息的传输，锁存器的输出端OQ0～O7与存储器地址线A0～A7相连，剩余的3根地址线A8～A11接P2．0～P2．2．单片机选通引脚丽接存储器OE端，因只扩展一片存储器，片选端CE接地。系统软件设计
当水塔水位处于上、下限之间时，P1．0=l，P1．1=0，此时无论电机是在带动水泵给水塔供水使水位不断上升．还是电机没有工作使水位不断下降，都应继续维持原有工作状态；当水位低于下限时，P1．0=0，P1．1=0，此时启动电机转动，带动水泵给水塔供水。水位检测信号与输出控制操作关系如表1所列，图4为水塔水位控制程序流程。实验仿真结果
根据所设计系统的软件流程图，编写相应的程序在Pro-teus软件环境下实际仿真，实验结果表明，该系统能成功实现了水位检测、电机故障检测、处理和报警等功能，具有良好的检测控制功能，可移植性和扩展性强。通过制作PCB板子，该系统已成功运用于某实验水冷却系统。
结语
水位控制系统设计报告 第6篇
专业：电子信息工程 学号：7020907013 姓名：刘以鹏 指导老师：方安安
摘要：水塔水位自动控制器，具有适应各种液体液位的检测和控制的功能，设计中分析了利弊，考虑了其实用性，提出了我的设计思路：运用AT89C52单片机，设计了一种自动控制电路,该电路可以自动进行液位检测，使水塔自动补水或排水，真正做到最简单化，并且该电路易于扩展，可实现更多点的液位检测。本文阐述了自动化装置在水塔水位控制系统中的应用，通过分析几种水塔水位自动控制系统的弊端，提出改进的设计思路，并经过硬件设计、调试，完成了水塔水位控制器的设计。关键词：单片机，自动控制系统，水塔水位，液位检测
Abstract:The water-level automatic controller system is able to adapt to monitor and control any liquid level.Analyzing its advantages and disadvantages and considering its practical, I have put forward my design ideas: Using AT89S52 single chip computer, design a kind of automatic control circuit, what is automatically level detection, making water tower automatic filling water or drainage, that accomplish truly most simplistic.The circuit is easy to expand, and can realize more multi-point level detection.The thesis simply discusses the application research on water tower water level auto control system.It analyzes the limitation on the pre-designation of water tower water level auto control system, and devises the advanced plan.To be proved in the practice, the water tower water level auto control system is compatible for all kinds of liquids, and can throw into the effective production.Keyword: SCM, Auto Control System, Water Level Water Tower, The liquid location to measure 引言
水塔水位智能控制是一个常谈常新的话题，早年采用模电技术和继电控制方法直到现在的PLC控制。前者虽然成本低，但电路复杂、可靠性差，后者能保证可靠性但成本非常昂贵。要学生用单片机的控制方法来实现上述方法的全部优点，跨学科，弱电强电相结合来克服他们的缺点，培养学生的综合创新思维能力，要学生精益求精的去完善和扩展所需功能，这样才能说学好了所学课程。系统硬件方案设计
1.1 设计分析
塔水位控制系统的控制对象为水泵，由水泵的正反转来实现对水塔的加水和放水，如此可以让水位控制在正常范围内。为了能够控制好水位就必须要有水位检测电路，水位检测电路是由传感器组成，转化成电信号输入于控制台中，再由控制台逻辑判断去控制电机的正反转动。
在水塔内的不同高度处，设置A、B、C三点反映水位的情况，如下图1所示。其中，C为上限水位，B在上、下限水位之间，A为下限水位(底端靠近水池底部，不能过低，要保证有足够大的流水量)。水塔由电机带动水泵供水，随着供水，水位不断上升，当水位上升到上限水位时，此时使电机反转和水泵放水；当水位处于上、下限之间时，电机保持。当水位下降到下限时，此时应启动电机正转，带动水泵给水塔注水。
基于单片机的水塔位控制器，如图2为电路构架图。
图1：水位采样原理图
图2：基于单片机的水塔位控制器
上图2为水塔水位控制系统组成电路框图，它由电源电路、液位检测电路、电机电路、报警电路、时钟电路、LCD显示电路和最小系统组成。各部分电路的组成及其用途如下：
液位检测电路：利用传感器检测水位变化，实现由位移转化成电信号的功能并利用三极管构成放大电路并由发光二极管将水位状态显示出来。
电机驱动电路：完成控制电机电路以带动水泵放水与进水。报警电路：实现水位在水少和水满时发出报警。时钟电路：当前时间和日期存储与提取。
LCD显示电路：LCD显示当前水位情况、时间日期和控制模式。最小系统（CPU）：利用单片机作为整个水塔水位控制系统的控制电路。按键电路：外部高低电位变化来实现对CPU系统的逻辑控制。电源电路：为所有电路提供直流电源。1.2 电路原理图
图3：水塔位控制器之控制台原理图
图4：水塔位控制器之电机驱动电路原理图 系统软件方案设计
单片机实际是个小的微型机，除了硬件电路搭接外，还由软件支持，使电路功能更加强大。软件部分由主程序、液位检测子程序、时钟读取子程序、电机驱动子程序、PWM子程序、显示子程序、按键扫描子程序以及延时子程序组成。
软件流程图： 结束语
经调试，该系统能正常工作，满足设计的所有要求。该设计思路清晰，方法创新，容易实现，性能稳定可靠，成本实惠等特点。能实现以下功能：
①水塔水位实时取样；
②水位情况在LCD中显示和当前控制模式； ③显示时间：年月日周时分秒；
④时间日期调整、控制模式切换、设计版本查询； ⑤电机PWM控制实现进水和放水； ⑥水位异常情况报警。
参考文献（References）
[1] 赵全利、肖兴达．单片机原理及应用教程．机械工业出版社，2008
变频调速在水位控制系统中的应用 第7篇
本文介绍了生活水塔供水方式的`构成、节能算法,以及使用施耐德变频器ATV61所作的调速方案.
作 者：冯春辉 李翊君 作者单位：冯春辉(施耐德电气(中国)投资有限公司)
李翊君(上海市政工程设计研究总院第三设计院)
汽包水位串级控制系统设计 第8篇
汽包液位是锅炉运行中的一个重要监控参数, 它反映了锅炉负荷与给水的平衡关系。汽包液位过高会造成蒸汽带水影响过热器运行, 影响汽水分离效果;水位过低会造成锅炉水循环的破坏, 影响省煤器运行, 容易使水全部汽化烧坏锅炉甚至爆炸。对于一般锅炉汽包液位的控制来说, 经典三冲量控制在一定范围内是成功的。但对于热源的不稳定变化来说, 经典三冲量控制即显得力不从心。形成余热锅炉的液位稳定性的两个重要因素为假液位及热源的变化, 针对这样的问题, 根据本人多年的工程经验及所学的理论知识, 将串级控制应用于三冲量系统中, 对次要问题简化后, 是完全可以达到控制要求及应用目的。
2、串级控制系统设计
串级控制是改善控制系统品质的有效方法之一, 在工业过程控制中应用很广泛。串级系统在结构上形成两个闭环。串级系统的计算顺序是先主环后副环。副环在控制过程中起着“粗调”作用, 主环用来完成“细调”的任务, 以最终保证被调量满足工艺要求。串级控制系统如图1-1所示。
串级控制系统具有以下较好的控制性能: (1) 对二次干扰有很强的克服能力; (2) 改善了对象的动态特性, 提高了系统的工作能力; (3) 对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。
汽包水位的三冲量PID串级控制系统。
由于在采用三冲量, 在系统中控制器的输入端有三个输入信号, 这就水位极易引起偏差, 因此, 本文根据汽包水位控制系统的运行情况, 提出了消除三冲量调节系统消除水位控制偏差的两个方法:
(1) 辅助信号自消的方法。所谓自消就是辅助信号x (t) 经一个不完全微分环节 (或带滤波器的微分环节) 得到信号x (t) 再加至控制器, 当系统稳定时有:
(2) 辅助信号对消的方法。所谓对消就是辅助信号满足对消条件。设有两辅助信号x1 (t) 和x2 (t) , 满足对消条件:
本文汽包水位控制系统采用三冲量PID串级控制系统如图1-2所示。与一般串级系统不同的是引入了蒸汽流量作为静态前馈信号, 是一个带有静态前馈的串级控制系统。串级系统比三冲量系统多用了一个调节器, 但它对信号的静态配合要求不很严格, 这是因为主调节器能自动校正信号配合不准所引起的误差。水位偏差控制采用蒸汽流量与给水流量对消的方式来消除偏差, 即取。
其中, KD、KW、KH分别为蒸汽流量、给水流量、水位变送器的传递系数, Gc1为主调节器, Gc2为副调节器。为静态前馈系数。
3、仿真
(1) 试验和现场采集得到下列近似传递函数及系数
(1) 水流量的传递函数:
(2) 蒸汽流量的传递函数:
(3) 变送器的比例系数:
水位变化范围为±50mm, 水位变送器的电流变化为0-10mA, 所以水位变送器的比例系数为:。
(2) 通过估算及仿真实验得到:根据, 给水流量信号和汽流量信号的分流系数为:0.021。
PID控制器的参数整定采用逐步逼近法, 通过仿真实验得到: (1) 主控制器的PID参数为:KP=150, KI=0.001, KD=5 (2) 副控制器的PID参数为:KP=1, KI=0.001, KD=4.1
(3) 汽包水位三冲量串级PID控制系统。系统如图1-3所示。
对以下三种情况进行仿真: (1) 水位给定值时; (2) 加入蒸汽流量扰动时; (3) 加入给水流量扰动时。
(2) 100秒时加入蒸汽流量扰动时的仿真结果
4、结论
(1) 串级控制系统超调量小, 调节时间短。在图1-4 (1) 中, 输入一个幅值为1的干扰脉冲, 串级控制系统的超调量为7.07%, 调节时间为26秒。 (2) 当控制对象参数发生改变时, 自整定模糊控制系统较快平稳, 取得较好的控制效果, 说明自整定模糊控制的鲁棒性好。在图1-4 (2) 中, 串级控制系统的超调量为3.13%, 调节时间为15秒。 (3) 自整定模糊控制系统的振荡周期短。在图1-4 (3) 中, 在100秒时加入给水流量扰动, 串级控制系统的振荡周期为18秒。
5、结语
汽包水位采用串级控制系统的控制品质优于常规PID控制, 串级控制系统在控制过程中, 根据工况的变化可以进行“粗调”和“细调”, 具有响应时间短的特点。其双环控制特点, 又决定了其具有良好的鲁棒性。因此, 串级控制系统在汽包水位上具有很好的应用前景。
摘要：本文结合安钢75T干熄焦锅炉对影响汽包水位的三冲量进行分析, 提出了串级控制方式, 并设计了串级控制系统, 利用MATLAB进行仿真, 从仿真结果可以看出, 串级控制系统对汽包水位的控制效果显著。
关键词：汽包水位,串级控制
参考文献
[1]潘立慧, 魏松波等.干熄焦技术[M].北京:冶金工业出版社, 2005, 58-62.
[2]孙优贤, 孙红编著.锅炉设备的自动调节[M].北京:化工工业出版社, 1982, 63-66.
水位控制系统设计报告 第9篇
【关键词】涵洞水位监测；GPRS；嵌入式系统
1.系统概述
最近几年，夏季暴雨频繁，北京、成都、广州等地都发生过城市涵洞人、车溺水事故，主要原因在于不知涵洞水位。基于城市涵洞水位监测系统能够对实时监测、显示涵洞水位，当水位超过警戒线时，自动发出警报，及时提醒过往行人。本系统的开发能够补充城市涵洞排水不够完善的缺点，切实消除安全隐患，保证人民生命和财产安全。
2.系统总体设计
本文所设计的城市涵洞水位监测系统采用GPRS通信方式，并采取自报/应答混合的工作方式，主要由以下三部分组成：监测节点、GPRS 网络和远程监控中心。监测节点的主要功能是检测涵洞水位信息，并通过 GPRS网络与远程监控中心实现互通。远程监控中心的主要功能是处理涵洞数据存储、接收等水位信息，实现实时数据显示、历史数据分析及查询等。城市涵洞水位监测总体设计如图1所示。
3.硬件设计
3.1监测节点子系统
监测节点控制子系统硬件核心为LPC2368的处理器，可以将传感器调理电路感知到的水位信号进行处理。控制器的AD接口通过 I/V 转换电路连接水位传感器。控制器的 UART0 接口通过 RS232 串口通信电平接口转换电路连接 GPRS 模块，用以传输水位数据。控制器的 SPI 接口连接存储模块，用以存储水位数据。水位传感器采用 WL400 投入式压力传感器。量程为 10m，精度为±1%，分辨率为 1mm，工作电压为 12V。监测节点将传感器采集上来的水位信号转换为水位数据信息，通过给GPRS模块发送AT指令，使其按照一定格式发送数据给远程监控中心。水位传感器采集的水位信息，输出为 4-20mA 标准电流信号，通过 I/V 转换电路转换成标准电压信号后，传输给控制器。控制器通过对水位信号的处理后，将其转变为数字信号存储在存储模块中，当水位超过警戒线后启动报警模块，并通过通信模块GPRS将数字信号传输给远程监控中心。监测节点子系统硬件设计如图2所示。
3.2 GPRS通信子系统
本系统平台应用于城市涵洞，既要保证将釆集到的水位信息及时有效的发送到监测中心，同时又要求在系统监测节点发生故障时能够发出报警信息，综合各方面考虑，釆用GPRS与SMS混合通信的方式，以实现数据传输与报警反馈的功能。
设备的串口根据接收数据中的通道选择命令来决定数据通过GPRS或SMS方式来发送数据，方式转换采用虚拟串口即软件复用串口方式，通过AT指令选择工作在哪个通道。通信模块釆用SIMCOM公司的双频GSM/GPRS SIM900A，对通信模块的控制由MCU发出的AT指令进行控制，没有引出语音接口，外部功能模块主要是电源接口、SIM卡接口以及MCU相关的接口等。GPRS模块与控制器通过串口进行收发数据，如图3所示：
3.3远程监控中心
远程监控中心主要将无线基站发出的水位信息入库，在此基础上管理和分析水位数据。系统开发主要基于J2EE平台，采用B/S架构的管理模式，采用分层的MVC的架构设计模式，包含实时数据显示、报表输出、统计分析、超标报警、系统时钟、参数设置等功能。
4.软件设计
本设计中选用的μC/OS-II嵌入式实时操作系统，结构简单，主要优点有：本操作系统采用C语言和汇编语言编写，而且其中绝大部分是C语言，易于上手，修改方便。监测节点软件流程如图4所示：
5.小结
本论文研究开发了一种面向城市涵洞水位监测系统。该系统以嵌入式处理器为基础，通过GPRS无线通信技术，对城市涵洞水位信息进行采集、传输、报警等处理，实现了水位监测的实时性和自动化。 [科]
【参考文献】
[1]呼娜.基于无线传感器网络的水质监测系统研究[D].西安建筑科技大学，2012.
[2]张小强，杨放春.一种基于GPRS技术的无线监控系统[J].中国数据通信，2004，1：18-21.
[3]李忠远.智能水位监测仪的研究[D].南京理工大学，2008.
实训五 水塔水位自动控制 2 第10篇
1、实验目的：
用PLC构成水塔水位控制系统。学习PLC程序设计和系统设计的方法。
2、实验设备：（1）PLC实验台；（2）水塔水位实验板；（3）连接导线一套；
（4）计算机（已安装FPWIN-GR编程软件）
3、实验内容
图1水位控制原理示意图
（1）控制要求：
控制对象为水泵，容器为水塔或储液罐。S1、S2、S3、S4水位高度正常情况下控制在S3、S2之间，水位控制示意图如图1所示。当水位在低于S3点时，水泵开始进水，当水位高于S2点时，水泵停止进水，当
水位低于S3点并到达S4点时就报警，采取手动启动水泵，当水位超过S2点并到达S1点时上限报警，采取强制停止水泵，水位从溢流口流出。
扩展功能：报警及水位指示面板功能：主要由电源指示灯、报警确认灯、水位指示灯以及报警确认开关组成。接通电源时，电源指示灯亮，当水塔中水深处于不同位置时，水位指示灯S1、S2、S3、S4情况不同。如图2所示。
①当水位处于S4点之下，指示灯S1、S2、S3、S4全亮，报警电路开始报警，即下限报警。
②当水位处于S4、S3之间，指示灯S4灭，S1、S2、S3亮，水泵开始进水。
③当水位处于S3、S2之间，指示灯S4、S3灭，S2、S1亮，保持状态，即保持进水。
④当水位处于S2、S1之间，指示灯S4、S3、S2灭，S1亮，停进状态，即水泵不工作。
⑤当水位处于S1点之上，指示灯S4、S3、S2、S1全灭，水泵不工作，报警电路开始溢出报警，即上限报警。
⑥报警电路可以手动关闭，只要按下报警确认开关，就可以解除报警的蜂鸣声。此时，报警确认灯亮起。处理完故障时，必须关闭报警确认灯，报警确认电路复位，恢复其监测故障的功能。
图2 报警及水位指示面板
（2）I/O分配
输入：水塔上限报警S1：X1 水塔高水位界S2：X2 水池低水位界S3：X3 水塔下限报警S4：X4 启动按键： X5 报警消除按键 X6
输出：水泵 ： Y0 电源指示：Y1 水塔高水位界S1指示灯：Y2 水塔低水位界S2指示灯：Y3 水池高水位界S3指示灯：Y4 水塔低水位界S4指示灯：Y5 报警器： Y6 报警确认灯： Y7
（3）编制梯形图程序
（4）调试并运行程序
区域地下水位监测网优化设计方法 第11篇
区域地下水位监测提供了定量评价含水层地下水位持续下降及其对环境影响必不可少的信息.历史上的地下水位监测网是为了评价地下水资源或监测水源地降落漏斗而设立的.,目前它们已经不能适应为流域水资源综合管理提供必需的信息.本文在综述国际地下水位监测现状的基础上,介绍了区域地下水位监测网优化设计的方法.采用地理信息系统编制的地下水动态类型图为地下水位监测井位置的选择提供了坚实的水文地质基础;克里金插值法能定量评价监测网观测值绘制的地下水位等高线的精度,因而可以用来定量设计地下水位监测网;时间序列分析和统计检验提供了优化地下水位监测频率的定量标准.这些方法已被应用于北京平原、乌鲁木齐河流域和济南岩溶泉域,其成果将在本刊分期发表.
作 者：周仰效 李文鹏 ZHOU Yang-xiao LI Wen-peng 作者单位：周仰效,ZHOU Yang-xiao(联合国教科文组织荷兰水资源学院,荷兰德尔福特)
李文鹏,LI Wen-peng(中国地质环境监测院,北京,100081)
水源地地下水水位模糊控制仿真 第12篇
水源地地下水水位模糊控制仿真
文章对城市供水水源地地下水的补水和供水系统进行了分析,并利用MATLAB模糊控制工具箱和SIMULINK构建了仿真模型进行了仿真.
作 者：李新宁 作者单位：潍坊学院机电工程系,潍坊,261061刊 名：科技资讯英文刊名：SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION年，卷(期)：“”(12)分类号：X523关键词：地下水水位 模糊控制 仿真
水位控制系统设计报告 第13篇
1 使用变频调速系统的目的
1.1 水位控制
将水面的位置限制在一定范围内, 比如用水泵将水运输至一个位置比较高的水池中, 向低水位的用户供水。通常运用于排水系统、锅炉和其他工业设备中。
1.2 调试作用
根据实际水位与理想水位的偏差大小, 调节频率控制水泵的转速。
1.3 控制要求
(1) 系统要求用户能够直观了解现场设备的工作状态及水位的变化; (2) 要求用户能够远程控制变频器的启动和停止; (3) 用户可选择设置水位的高低, 以及控制变频器的运转; (4) 变频器及电路中的其他设备的故障信息能够及时反映在触摸屏上; (5) 具有水位监测报警和提醒用户功能。
1.4 优点
(1) 可以降低电机功率, 节能效果显著; (2) 由于是由自动化系统控制, 节省了劳动力; (3) 由于水泵处于变频的状态, 出口流量小于额定流量, 转速降低从而减少摩擦发热, 延长设备使用寿命, 节约了维护设备的资金; (4) 由于是变频, 通过减少电能, 减少管道阻力, 减少水泵容量等参数, 减少了整体能源的消耗; (5) 最大限度地满足被控对象的控制要求, 系统工作要稳定、可靠, 控制系统能方便的进行功能扩展、升级。
2 设计原理
2.1 变频器组成
交流变直流、滤波、直流变交流、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等。
2.2 可编程控制器
(1) 数字运算操作的电子系统, 早期的可编程控制器指令简单, 简化计算机的内部结构。随着科学技术的提高, 当今的可编程控制器具有逻辑控制、顺序控制、计数控制、计时控制、算数预算、数据处理、通信等功能, 由于其功能多样性被世界顶级制造厂商应用于日常的工业生产中。
(2) 本文中, 可编程控制器起到控制水管压力的作用, 接受传感器传来的管网水压的实际测量值, 衡量给定值和实际测量值, 以一定的调节规律传播系统调节信号, 以此来调节实际水位差的作用。
(3) 优点:可靠性高、抗干扰能力强, 编程简单、使用方便, 很容易被操作人员接受, 并且易于设计安装, 减少维护工作。适用于恶劣的工业环境, 采用封装的方式, 适合于各种震动、腐蚀、有毒气体等的应用场合。与外部设备连接方便, 功能完善、通用性强、能耗低、性能价格比高。
2.3 变频器工作原理
(1) 目前, 在工业中使用的大部分电机均为感应式交流电机。通过改变电源的频率来达到改变电源电压的目的, 根据电机的实际需要来提供所需要的电源电压, 实现电机的无极调速, 进而达到节能的同时, 达到控制水位的目的。
(2) 变频调速时, 不管是低速还是高速, 变频器都可以保持一定的转差率。因此, 电路中采用变频器具有效率高、准确性高、机械特性较硬、平滑性高等优点。
综上, 利用变频器调速从而控制水位是比较科学和合理的方法, 应得到广泛的应用。
2.4 水泵工作原理
开大供水阀门, 水量上升, 调小供水阀门, 水量下降。本文采用的是通过改变水泵运转速度控制水位, 转速增大, 水位上升, 转速较小, 水位下降, 这种方法具有显著的节能效果。
2.5 系统结构
由触摸屏、可变程序控制器变频器、液位计、配电装置、水泵电机组、工控机等组成, 电路是一个简单的串联电路。触摸屏的作用是显示系统工作状态、储水池水位、变频器频率等各种工作参数。液位计的作用是测量水位。电路将检测好的数据传输至可编程控制器控制变频器进行计算, 从而控制水位。
3 小结
为了实现能源的充分利用和生产的需要, 本文所述变频调速系统能够通过液位计测量水位, 经过可编程控制器计算, 再经过变频器控制水泵电机调节转速, 最终调节水位。水泵转速越快, 产生的水压越高, 水位越高, 可以将水运输到高处。通过采用现代化的手段实现水位调节, 不仅节约了人力资源成本, 更节省了能源, 提高了能源利用率。中小型自来水厂的自动化技术改造在我国有着广阔的前景, 本系统简化了水厂在管理、数据统计和分析等方面的工作量, 因此本控制系统具有较大的发展潜力和使用价值。
摘要：变频调速系统是建立在控制技术、电子电力技术、微电子技术和计算机技术的基础上的现代工业控制产品, 变频调速系统在工业控制中得到越来越广泛的应用。本文主要描述了变频调速系统利用可编程控制器控制变频器, 进而控制水泵投入的台数, 保护水位恒定的具体方法。本文详细地介绍了其工作原理、基本结构和应用领域, 通过设计研究变频调速系统, 避免了能源的浪费。
关键词：水位控制,调速系统,变频
参考文献
[1]吴中俊, 黄永红.可编程序控制器原理及应用[M].北京:机械工业出版社, 2003.
水塔水位控制系统上位机监控 第14篇
关键词: PLC 组态 水位控制
组态软件是工业应用软件的一个组成部分，其发展受到很多因素的制约。归根结底，应用的带动对其发展起着最为关键的推动作用。未来的传感器、数据采集装置、控制器的智能化程度越来越高，实时数据浏览和管理的需求日益高涨，我们需要在自己的办公室里监督其工作过程。本文主要讲的是用PLC实现水塔的水位控制和组态监控。
一、系统情况描述和具体方案的实施
根据我们在现实生活中的运用，画出控制模拟图。
1、保持水池的水位在S1——S2之间，当水池水位低于下限液位开关S1，此时S1为OFF，电磁阀打开，开始往水池里注水，当5S以后，若水池水位没有超过水池下限液位开关S1时，则系统发出警报；若系统正常运行，此时水池下限液位开关S1为ON，表示水位高于下限水位。当液面高于上限水位S2时，则S2为ON，电磁阀关闭。
2、保持水塔的水位在S3——S4之间，当水塔水位低于水塔下限水位开关S3时，则水塔下限液位开关S3为OFF，则驱动电机M开始工作，向水塔供水。当S3为ON时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位开关S4时，则S4为ON，电机M停止抽水。
3、当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，电机M不能启动。
二、硬件设计
1、I/O分配表
根据系统的控制要求给出I/O分配表，如表3所示。
2、PLC硬件接线图
根据控制要求及I/O分配表，绘制PLC控制端子硬件接线图。
3、工作过程
设水塔、水池初始状态都为空着的，4个液位指示灯全亮。当执行程序时，扫描到水池液位低于水池下限位时，电磁阀打开，开始往水池里进水，如果进水超过5S，而水池液位没有超过水池下限位，说明系统出现故障，系统就会自动报警。若5S之后水池液位按预定的超过水池下限位，说明系统在正常的工作，水池下限位的指示灯A1灭。此时，水池的液位已经超过了下限位了，系统检测到此信号时，由于水塔液位低于水塔水位下限，电机M开始工作，向水塔供水，当水池的液位超过水池上限液位时，水池上限指示灯A2灭，电磁阀就关闭，但是水塔现在还没有装满，可此时水塔液位已经超过水塔下限水位，则水塔下限指示灯A3灭，电机M继续工作，在水池抽水向水塔供水，水塔抽满时，水也超过水塔上限，水塔上限指示灯A4灭，但刚刚给水塔供水的时候，电机M已经把水池的水抽走了，此时水塔液位已经低于水池上限，水池上限指示灯A2亮。此次给水塔供水完成。
三、软件设计
水塔的工作方式是通过装设在水塔和水池里的水位传感器的信号来确定的，根据水位传感器检测出的水塔和水池的液位高低，来合理调节。具体系统控制要求如下：
1、流程图
根据系统的控制要求，画出控制流程图。
2、梯形图
根据系统控制要求设计PLC程序梯形图。
四、水塔水位控制系统的组态设计
1、定义外设I/O连接
在项目导航器的工程项目栏双击“I/O设备组态”,在弹出的画面中点击“PLC”前面的“+”，再点击 “SIEMENS (西门子)”前面的“+”，然后双击“S7-200（PPI）”，在弹出的画面中定义I/O设备的名称及设备的地址号，填写后点击“下一步”选择与I/O设备通信的COM口最后形成。
2、定义数据库变量
在Draw导航器中双击“实时数据库”启动组态程序DbManager,将弹出数据库组态界面。在数据库组态界面里，单击菜单栏的“点”然后“新建”，将出现“请指定区域、点类型”向导界面。
在“请指定区域、点类型”向导界面里，双击“区域...00”中的“数字I/O点”，出现界面后在“点名”和“点说明”中输入对应的文字。
将所有的输入、输出用同样的方法新增到数字I/O点，最后新增后的点。
3、建立工程组态画面
在力控组态应用中，最重要的一部分是监控画面图像对象的制作。现场数据采集到装有力控组态的计算机中后，操作人员通过力控组态仿真的画面对象便可以实现监控。
本次需要的画面对象有：水塔、水池、水泵、电磁阀、自动开关、报警灯、供出水管等。在“图库”里精灵图库中都可以找到，将它拖到窗口中。
4、建立动画连接
所有的数据通过数据库变量进行动画连接，人机界面HMI里的数据库变量对应区域数据库DB的一个点参数，通过点参数的数据连接来完成与设备通信的连接。
动画连接是将画面中的图形对象与变量之间建立某种关系，当变量的值发生变化时，在画面上图形对象的动画效果以动态变化方式体现出来，有了变量之后就可以进行动画连接了。一旦创建了一个图形对象，给它进行动画连接就相当于赋予它“生命”，从而活动起来。动画连接使对象按照变量的值改变其大小、颜色、位置、字符等，定义变量和制作动画连接这两件工作可以相互独立的完成。
参考文献
[1] 柴瑞娟，陈海霞.西门子PLC编程技术及工程应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[2] 廖常初.S7—200PLC编程及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.
[3] 西门子自动化与驱动集团.西门子S7—200可编程序控制器系统手册.