成绩 _______
楼宇自动化系统与应用原理
课程设计报告
题目热水给水系统自动控制的设计
系别
专业名称
班级
学号
姓名
指导教师
热水给水系统自动控制的设计
1、热水给水系统运行参数与状态监控点版/位及常用传感器，电
气控制一、二次接线图和原理图设计。
2、热水给水系统连锁控制；
3、热水给水系统运行与调节控制；
4、热水给水系统连锁控制流程图；
5、热水给水系统PID调节原理框图；
6、使用西门子PLC STEP7完成热水给水系统连锁控制和PID调节编程及仿真。
摘要
本文针对居民住宅小区的供水要求,设计了一套由PLC、传感器、远传压力表、多台水泵机组等主要设备构成的全自动恒压供水系统,具有全自动变频恒压运行、自动工频运行等功能。通过内置PID模块的变频器,利用远传压力表的水压反馈量,构成闭环系统,根据用水量的变化,采取PID调节方式,在全流量范围内利用变频泵的连续调节和工频泵的分级调节相结合,实现恒压供水且有效节能。
给排水系统是任何建筑必不可少的重要组成部分。一般建筑物的给排水系统包括生活给水系统、生活排水系统和消防水系统。这里主要介绍生活热水给水自动控制的设计。
随着电气控制技术的发展, 现代楼宇小区大都属于高层建筑, 其供水系统都向智能化方向发展.高层建筑高度大,一般的城市管网中的水压不能满足其用水要求,除了最下面几层可由城市管网供水外, 其余上部各层均需提升水压供水. 由于过高的水压对使用, 材料设备, 维修管理均不利,因此必须进行合理的竖向分区供水. 为了节省能量,应充分利用室外管网中的水压,在最地区可直接采用城市网管供水,并将大用水户如洗衣房,餐厅,理发室,浴室等布置在低区,以便城市管网直接供水,充分利用室外管道的压力,可以节省电能. 根据建筑给水高度,要求,分区压力等情况,进行合理分区,然后布置供水系统.供水系统形式有多种,各有其优缺点,但基本上可划分为两大类,即重力供水系统和压力供水系统.重力供水系统的特点是以水泵将水提升到最高水箱中,以重力给水管网配水,对楼顶水池水位的监测当高/低水位超限时报警,根据水箱的高/低水位控制水泵的启动/停止,监测给水泵的工作状态喝故障,如果当使用水泵出现故障时,备用水泵投入工作.重力供水系统供水压力稳定,且有水箱储水,供水较为安全,但水箱重量大,增加建筑符合,占用楼层建筑面积,且有产生噪声振动之弊,应根据具体情况使用.考虑到重力供水系统的缺点,为此可考虑压力供水系统. 不在楼层中或屋顶上设置水箱, 仅在地下室或者空余之处设置水泵机组, 气压水箱等设备, 采用压力供水满足供水要求. 压力供水系统可用并联的气压水箱给水系统, 也可采用无水箱的几台水泵并联供水系统.并联气压水箱需要金属制造,投资比较大,且运行效率低,还需设置空气压缩机为水箱补气,因此耗费动力较多,近年来有的采用密封式弹性隔膜气压水箱,可以不用空气压缩机充气,既节省了电能又防止了空气污染水质,有利于环境卫生. 水泵直接供水系统, 一般不采用水箱, 而是采用多台可自动控制的水泵并联运行, 根据用水量的变化,开停不同的水泵来满足用水要求,也可节省电能,如用计算机控制更为理想.一般采用调速水泵供水,即根据水泵出水量与转速成正比的关系的特性,调整水泵的转速满足用水量的变化, 同时可节省动力. 水泵的调速一般是采用水泵电动机可调速的联轴器或者采用调速电动机, 不过近年来国外研究一种自动控制水泵叶片角度的水泵, 即随着用水量的变化控制叶片角度来改变调节水泵的出水量, 以满足用水量的需要, 这种供水系统设备简单,使用方便,是一种恨有前途的新型水泵供水系统.不过无水箱的水泵供水系统,最好是用于水量变化不太大的建筑, 因为水泵要长时间不停的工作, 即便在夜间用水量不大的情况下,也要消耗动力,且水泵机组投资较高. 以上几个比较有代表性的供水系统,如何选用,应在使用要求,用水量大小,建筑物结构以及材料设备供应等具体问题上全面考虑.在用水安全可靠的前提下,考虑技术先进,经济上最合理的供水系统.
关键字:热水给水、电气一二次、PLC 、PID调节
设计目的
1、了解生活给水的方式；
2、掌握生活给水的自动控制原理与要求。
设计要求
1、热水给水系统运行参数与状态监控点版/位及常用传感器，电气控制一、
二次接线图和原理图设计。
2、热水给水系统连锁控制；
3、热水给水系统运行与调节控制；
4、热水给水系统连锁控制流程图；
5、热水给水系统PID调节原理框图；
6、使用西门子PLC STEP7完成热水给水系统连锁控制和PID调节编程及仿真。（所有设计使用CAD完成。）
设计内容
本次课程设计的内容为小区水塔水位控制系统的设计, 按要求是基于水位的变化来控制三台电机的启停,同时带有LED 显示的水位指示器,方便工作人员观察水位变化.根据自己所学过的电气控制知识, 本次供水系统的设计采用无浮子液位继电器的供水控制电路, 通过在水箱中设置几个不同的水位点控制3 台电机的启动/停止, 三台电机都采用同功率的电机, 根据水塔高度和小区用水量选择电动机的型号,查阅相关资料,水泵的种类很多,根据水泵的流量,扬程,功率及数量选用型号Y132S—4,5.5KW,380V,12A,1440r/min 的电机.同时为了达到水位指示的要求,安装10 个二极管液位传感器,其中最上端和最下端分别为上溢和下溢警戒水位,通过点显示模式显示相应的水位.由于是小区供水,楼层也不会特别高, 设计的系统的功能也能够满足小区的供水需求. 设计的原理较为简单, 没有采用PLC 及单片机,只使用了基本的电气控制器件和传感器,工作人员也容易掌握,便于对系统进行控制和故障维修.在考虑实用与经济的情况下,选用的器件都为常用的器件,成本低,稳定性好, 也便于工作人员维修.考虑到具体情况,该设计也可以进行功能扩展,可以设计出可切换自动控制和手动控制操作两种控制形式, 通过LED 等的显示当前电机的运行情况, 看是启动还是停止,同时对电机进行过流和过载的保护也是必不可少的. 不过本设计也存在一些缺点,由于采用的是基本的电气控制器件,没有实用单片机及PLC 不能对水位进行精确控制,同时水位显示也不够精确,只能显示反映几个水位采集点的水位.此外没有做后备电机的考虑,在出现意外情况下,只能更换电机.由于时间有限, 设计也难免有局限性。
一、系统功能及模块分析
现代建筑中生活给水的方式：高位水箱给水方式、水泵直接给水方式、气压给水方式。
1.1给水系统自动控制
（一）高位水箱给水方式
1. 概念
在建筑的最高层设置高位供水水箱，用水泵将低位水箱送到高位水箱，再通过高位水箱向给水管网供水，将水输送到用户。
一般情况下，生活用水和消防用水独立设置高位水箱。
2. 控制原理与要求
1）水泵节能控制
用液位传感器检测水箱水位，由控制器控制水泵的运行，从而达到稳定供水水量的目的。
2）系统应急控制
在多台水泵组成的系统中，多台水泵互为备用。当一台水泵损坏时，备用水泵能投入使用，以保证系统正常运行。
3）水泵累计运行时间控制
为了延长水泵的使用寿命，通常要求水泵的累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的水泵，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。
4）设备的远程控制
控制中心能实现对现场设备的远程开/关控制。
4.高位水箱分区给水系统图
(a) 分区水箱给水
(b) 单一水箱分区减压给水
（二）水泵直接给水方式
1. 概念
用水泵直接向终端用户提供一定压力的供水方式。
2. 控制原理与要求
1）水泵节能控制
用水管式压力传感器检测水泵出口管网的压力，与给定值比较，由控制
器控制变频器输出调节水泵转速，从而达到稳定供水压力的目的。
2）系统应急控制
在多台水泵组成的系统中，多台水泵互为备用。当一台水泵损坏时，备
用水泵能投入使用，以保证系统正常运行。
3）水泵累计运行时间控制
为了延长水泵的使用寿命，通常要求水泵的累计运行时间尽可能相同，每次
启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的水泵，故控制系统应具有自动记录
设备运行时间的功能。
4）设备的远程控制
控制中心能实现对现场设备的远程开/关控制。水泵直接给水系统监控原理图如图示:
4.水泵直接给水分区给水系统图
(a) 分区水泵给水
(b) 单一水泵分区减压给水
（三）气压给水方式
1. 概念
气压给水方式是利用气压罐代替高位水箱的给水系统。
2.控制原理与要求
1）水泵节能控制
用水管式压力传感器检测管网输入口压力，由控制器与给定值比较，控制水泵的运行，从而达到稳定供水水量的目的。
2）系统应急控制
在多台水泵组成的系统中，多台水泵互为备用。当一台水泵损坏时,备用水泵能投入使用，以保证系统正常运行。
3）水泵累计运行时间控制
为了延长水泵的使用寿命，通常要求水泵的累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的水泵，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。
4）设备的远程控制
控制中心能实现对现场设备的远程开/关控制。
气压给水系统监控原理图
1.2热水给水系统自动控制
热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。
生活热水与空调热水的区别：
生活热水：开式系统；
空调热水：闭式系统。
（一）热水给水系统的监测与控制
1. 节能控制
根据生活热水出水口温度和压力检测，以调节蒸汽电动阀的开度和热水泵的运行台数，达到节能目的。
2. 设备累计运行时间控制
通常要求设备累计运行时间尽可能相同，每次启动系统时，应优先启动累计运行时间最少的设备，故控制系统应具有自动记录设备运行时间的功能。
3. 设备的开/关控制
控制系统能够根据预先制定的时间表，实现设备的按时启停控制。
控制系统应具有对设备进行远程控制的功能。
4. 连锁控制
?启动顺序：启动热水泵→开启一次侧蒸汽阀门。
?停止顺序：关闭一次侧蒸汽阀门→停止热水泵。
（二）热水给水系统的运行参数及状态监测原理图如下所示:
二、技术需求分析
在许多现代高档建筑中还有生活和卫生热水给水系统。热水给水系统由热交换器、补水箱、热水泵等组成。生活热水的热交换系统与空调热交换系统的区别在于空调热交换系统二次侧是闭式系统，而生活热水的热交换系统二次侧是开放式系统。这个章节将介绍简单的热水给水系统。
生活热水系统将热源设备提供的蒸汽或高温热水，通过热交换转换为满足温度要求的生活热水输送到热水用户。在楼层高，用户分布比较广的热水系统中，往往有多个热交换站，向分布在不同区域的用户就近提供热水，这样可以节约远距离
输送热水所需的动力。当热水用量小，用户集中时，可由一个热交换站向所有用户提供热水，以减少设备投资。
1.生活热水给水系统运行参数与状态监控点/位及常用传感器
*热交换器一次侧蒸汽与冷凝水回水温度测量：取自安装蒸汽管与冷凝水回水管上的温度传感器，采用管式温度传感器。
*热交换一次侧蒸汽压力测量：取自安装在蒸汽供汽管与冷凝水回水管上的温度传感器，采用管式温度传感器。
*生活热水供水温度测量：取自安装在生活热水供水管上的水温传感器输出，常选用管式水温传感器。
*生活热水供水流量测量：取自安装在生活热水供水管上的流量传感器，常选用电磁流量计。
*生活热水供水压力测量：取自安装在生活热水供水干管上的液体压力传感器，常用管式液体压力传感器。
*补水箱水位监测：取自安装在补水箱上的液位开关，一般有溢流、启泵、停泵、低限报警四个液体开关。
*生活热水启停状态：取自生活水泵配电箱接触器辅助触点。
*补水泵启停状态：取自补水配电箱接触器辅助点。
*生活热水故障报警：取自生活热水泵配电箱热继电器触点。
*补水泵故障报警：取自补水泵配电箱热继电器触点。
*水流状态：水流开关状态输出点：一次侧蒸汽（热水）流量控制－蒸汽（热水）阀门开度控制：从DDC模拟输出口（AO）输出到一次侧蒸汽阀门驱动控制输入口。
*热水启停控制：从DDC数字输出口（DO）输出到热水泵配电箱接触器控制回路。
*补水泵启停控制：从DDC数字输出（DC）输出到补水配电箱接触器控制回路。
2.生活热水给水系统设备启停顺序
系统设备启动顺序控制：启动热水泵－开启一次侧蒸汽阀门。
系统设备停止顺序控制：关闭一次侧蒸汽阀门－停止热水泵。
3.生活热水给水系统控制原理
DDC控制器将生活热水出水检测值与设定值进行比较，根据温度偏差由控制器按照设定的调节规律，输出控制信号，调节蒸汽电动阀的开度，使生活热水出口温度接近并保持在设定值。当介质为蒸汽时，电动控制阀门一般应采用直线阀调节阀。
当系统内有多少台热交换器并联使用时，应在每台热交换器二次热水进口处加电动蝶阀，把不使用的热水交换器水路切断。
在多台热交换器与热水泵的生活热水给水系统中，多台设备互为备用，当一台设备损坏时，备用设备自动投入使用，以确保生活热水给水系统正常工作。为了延长各设备的使用寿命，通常要求热交换器与水泵累计运行时间数尽可能相同。因此，每次启动系统时，都应优先启动累运行小时数少的设备，控制系统应有自动记录设备运行时间的功能。监控系统能够在控制中心实现对现场设备的远程开/关控制。
通过生活热水管的流量计和给水温度，监控系统自动计算生活热水的消耗量，为能源消耗，用水量费用的结算和管理提供数据。
当补水箱水位降低到启动水位时，自动启动补水泵向补水箱补水；当水箱水位达
到停泵水位时自动停泵结束补水。如果补水故障不能不水，使补水箱水位达到低限报警水位，或者补水泵不能及时停机，使水位到达溢流水位，则监控系统报警，提醒值班工作人员人及时处理。
生活热水给水系统能够按照预设的运行时间表自动定时启停；控制系统能够对设备远程的开/关控制，在控制中心能实现对现场设备的控制。
热交换系统检测、控制点配置表
电源CPU SM3331(AI) SM332(AO) SM321(DI) SM332（DO）
10A S7-3BC 6ES7331- 6ES7332 6ES7321 6ES7322
307-1 2DP 7NF10-OABO 5HD01 1BL80- 56H00-
KA01 6E373B- -OABO OAAO OABO
OAAO -6CE00
-OABA
6*120%=7.2 1*120%=1.2 10*120%=12 4*120%=4.8
8点2点12 5点
一块一块一块一块
输入I:热源争气压力检测00000
冷凝水回水温度检测00001
热源蒸汽温度检测00002
一次侧蒸汽（热水）流量控制00003
生活热水泵故障报警00004
生活热水泵运行状态00005
热水供水压力检测00006
水池高/中/低水位监测00007
水流开关00008
补水泵故障报警器00009
补水泵运行状态00010
输出O:水流开关01000
生活热水泵启停控制01001
热水供水流量检测01002
补水泵启停控制01003
SIMATIC S7-300 PLC
S7-300是模块化小型PLC系统，能满足中等性能要求的应用。各种单独的模块之间可进行广泛组合构成不同要求的系统。与S7-200 PLC比较，S7-300 PLC采用模块化结构，具备高速（0.6~0.1μs）的指令运算速度；用浮点数运算比较有效地实现了更为复杂的算术运算；一个带标准用户接口的软件工具方便用户给所有模块进行参数赋值；方便的人机界面服务已经集成在S7-300操作系统内，人机对话的编程要求大大减少。SIMATIC人机界面（HMI）从S7-300中取得数据，S7-300按用户指定的刷新速度传送这些数据。S7-300操作系统自动地处理数据的传送；CPU的智能化的诊断系统连续监控系统的功能是否正常、记录错误和特殊系统事件（例如：超时，模块更换，等等）；多级口令保护可以使用户高度、有效地保护其技术机密，防止未经允许的复制和修改；S7-300 PLC设有操作方式选择开关，操作方式选择开关像钥匙一样可以拔出，当钥匙拔出时，就不能改变操作方式，这样就可防止非法删除或改写用户程序。具备强大的通信功能，S7-300 PLC可通过编程软件Step 7的用户界面提供通信组态功能，这使得组态非常容易、简单。S7-300 PLC具有多种不同的通信接口，并通过多种通信处理器来连接AS-I总线接口和工业以太网总线系统；串行通信处理器用来连接点到点的通信系统；多点接口（MPI）集成在CPU中，用于同时连接编程器、PC机、
人机界面系统及其他SIMATIC S7/M7/C7等自动化控制系统
SIMATIC S7工业软件
西门子的工业软件分为三个不同的种类：
（1）编程和工程工具编程和工程工具包括所有基于PLC或PC用于编程、组态、模拟和维护等控制所需的工具。STEP 7标准软件包SIMATIC S7是用于
S7-300/400，C7 PLC和SIMATIC WinAC基于PC控制产品的组态编程和维护的项目管理工具，STEP 7-Micro/WIN是在Windows平台上运行的S7-200系列PLC的编程、在线仿真软件。
（2）基于PC的控制软件基于PC的控制系统WinAC允许使用个人计算机作为可编程序控制器（PLC）运行用户的程序，运行在安装了Windows NT4.0操作系统的SIMATIC工控机或其它任何商用机。WinAC提供两种PLC，一种是软件PLC，在用户计算机上作为视窗任务运行。另一种是插槽PLC（在用户计算机上安装一个PC卡），它具有硬件PLC的全部功能。WinAC与SIMATIC S7系列处理器完全兼容，其编程采用统一的SIMATIC编程工具（如STEP 7），编制的程序既可运行在WinAC上，也可运行在S7系列处理器上。
（3）人机界面软件人机界面软件为用户自动化项目提供人机界面（HMI）或SCADA系统，支持大范围的平台。人机界面软件有两种，一种是应用于机器级的ProTool，另一种是应用于监控级的WinCC。
ProTool适用于大部分HMI硬件的组态，从操作员面板到标准PC都可以用集成在STEP 7中的ProTool有效地完成组态。ProTool/lite用于文本显示的组态，如：OP3，OP7，OP17，TD17等。ProTool/Pro用于组态标准PC和所有西门子HMI 产品，ProTool/Pro不只是组态软件，其运行版也用于Windows平台的监控系统。
WinCC是一个真正开放的，面向监控与数据采集的SCADA（Supervisory Control and Data Acquisition）软件，可在任何标准PC上运行。WinCC操作简单，系统可靠性高，与STEP 7功能集成，可直接进入PLC的硬件故障系统，节省项目开发时间。它的设计适合于广泛的应用，可以连接到已存在的自动化环境中，有大量的通信接口和全面的过程信息和数据处理能力，其最新的WinCC5.0支持在办公室通过IE浏览器动态监控生产过
三、电气一二次图设计
水箱水位与电机启动及停止的原理
在无浮子液位继电器的供水控制电路中,水箱中放置3 个电极保持器,每个电极保持器包括 3 个电极E1,E2,E3.所谓无浮子液位继电器就是在不采用浮子的情况下,使电流在液体中流动,并且通过电流的变化控制液位,这时会对电极间的电流变化进行放大,然后变为电磁继电器的运行形式.其工作原理如下图所示,利用电动泵的运转实现供水.当水箱中的水位
达到无浮子液位继电器的电极E1 时,电极E1 和E3 导通,电动泵停止运转,于是停止供水,电动泵的停止运行状态将持续到水箱的水位下降到低于E2 极为止;当不断使用水箱中的水,使水位下降到低于无浮子液位继电器的电极E2 时,电极E2(E1)与E3 之间变为非导通状态, 于是启动电动机并向水箱供水, 电动泵的运转状态一直将持续到水箱的水位达到电极E1 时停止.所以把电极E1 最下端设为上限水位,电极E2 最下端设为下限水位, 水位就在E1 和E2 点之间变化. 当然考虑实际情况,一个电机可能不够,通常情况下需要3 台电机工作,此时,只要使用 3 个电极保持器分别控制 3 台电机即可,电极保持器E2 点设置为不同的水位,以便在不同水位时启动不同的电机.当水位上升到上限水位时,3 台电机都会停止工作,随着水位的下降,低于A1 电极保持器的E2 时启动M1 电机;如果水位下降太快,低于A2 电极保持器的E2 点时,启动M2 电机,此时有 2 台电机在工作;如果用水量太大以至于低于A3 电极保持器的E2(下限水位)时,启动M3,此时 3 台电机一起工作,直到达到上限水位时停止,以满足用水要求
上限水位
下限水位
图3.1 水箱电极保持器示意图
供水控制电路设计
主电路设计如下图所示,两台电机都进行过流和过载保护
热水给水泵
热水泵
控制电路设计如下图所示, 水位的自动控制在实际应用中由于水面的上下浮动, 使接触 触电时通时断,造成接触器频繁吸合释放,恨容易烧坏接触器触点.所以在一般的晶体管水 位控制电路中,加一个电容 C 使三极管的导通或者截止时间延迟,不使接触器马上动作,即 可保护接触器触点.当总开关 QS 按下时,此时如水塔中的水位下降到最低水位时,VT2 截 止,VT1 导通,这样使得继电器 K1 吸合,其常闭触点断开,其常开触点闭合,使电磁接触 器 MC 得电,启动电机;待水箱水满时,VT2 导通,VT1 截止,使 K1 释放,常开断开,常闭 闭合,使电机停止.同时 MC 的一个常闭和一个常开分别接一显示灯,绿灯表示运行,红灯 5 表示停止,达到显示电机的运行/停止.在实际应用中,控制电路二端分别接主电路的 L1 和 L2 端提供 380V 的相电压.这只是控制一台电机 M1 的电路,如果要控制 2 台电机,只需 采用 2个这样的简单电路即可,将接触器 KM1 换成 KM2 ,这样即可控制电机 M2 和,同样二端接 380V 的相电压
水塔水位控制电路图
四、自动控制系统原理图设计
1、热交换器一次侧蒸汽与冷凝水回水温度测量：取自安装蒸汽管与冷凝管水回水管上的温度传感器，采用管式温度传感器。
热交换器一次侧蒸汽压力测量：取自安装在蒸汽供气管上的压力传感器，采用管式压力传感器。
生活热水供水温度测量：取自安装在生活热水供水管上的水温传感器输出，常选用管式水温传感器。
生活热水流量测量：取自安装在生活热水供水管上的流量传感器。
生活热水供水压力测量：取自安装在生活热水供水管上的液体压
力传感器。
补水箱水位监测：取自安装在补水箱上的液位开关，一般有溢流、
启泵、停泵、低限报警四个液位开关。
热水给水泵
水位自动控制系统就是将水位信号转换为开关信号，再用这个开关信号去控制交流接触器，交流接触器再控制一个水泵，就可以达到水位自动控制的目的。水泵有各种各样的工作方式，所以交流接触器也有多种设计方案，这些电气元件按照设计方案连接起来就是电气控制箱。现有多种成熟的设计方案，如GKY1X单台泵系统、GKY2X双台泵系统等等，在网上可以查到各种各样的设计原理图。水泵电气控制箱是很常用的控制设备，工作可靠、使用寿命长。影响水位自动控制系统可靠性和使用寿命的关键因素是液位传感器，就是将水位信号转换为开关信号这一部分。现在主要有电极式、UQK/GSK干簧管式、光电式、压力式、GKY和超声波式等几种方式。这些方式检测原理不同，因而水位自动控制的原理也不同。下面，我们根据液位传感器的检测方式来讲解水位自动控制系统的原理，这是决定水位自动控制系统使用寿命和可靠性的主要因素。 一、电极式液位控制原理 电极式是最早的液位控制方式，其控制原理很简单：因为水是导体，有水的时候两个电极间导电，交流接触器吸合，水泵就开始抽水。图1为电极式在水中控制原理示意图。但是电极在水中会分解而且会吸附很多杂质。如果不及时清理，电极就会失去作用，这是电极式液位传感器固有的缺陷。电极式液位传感器的制造非常简单，有人将导线外皮拨开，插到水里就可以做成电极式液位控制器。所以电极式液位控制器造价很低，价格便宜，但使用寿命很短。即使采用不锈钢做电极，也需要2-3个月清理一下，在污水中电极的使用寿命就更短了。 图1 二、UQK/GSK干簧管液位控制原理 干簧管将电极触点密封在玻璃管内，这样就不直接接触液体了，所以电极不会吸附杂质，使用寿命提高。干簧管的特点就是接近磁铁，触点就会吸合。所以我们将干簧管固定在管壁内固定的位置。浮子里装上磁铁，随着浮力沿着管壁上下滑动，见图2。当浮子经过干簧管时，触点吸合。干簧管触点一般直接驱动交流接触器，可以控制水泵启动。GSK上下限位置精确，但管壁不能有脏东西，安装不能倾斜（小于30°），否则会影响浮子的上下移动。
第1章绪论 1.1选题的目的和意义 由于现代加工技术的日益提高，对加工机床特别是工作母机的要求也越来越高，由此人们也将注意力集中到机床上来，数控技术是计算机技术、信息技术、现代控制技术等发展的产物，他的出现极大的推动了制造业的进步。机床的控制系统的优劣与机床的加工精度息息相关，特别是PLC广泛应用于控制领域后，已经显现出它的优越性。可编程控制器PLC已广泛应用于各行各业的自动控制。在机械加工领域，机床的控制上更显示出其优点。由于镗床的运动很多、控制逻辑复杂、相互连锁繁多，采用传统的继电器控制时，需要的继电器多、接线复杂，因此故障多维修困难，费工费时，不仅加大了维修成本，而且影响设备的功效。采用PLC控制可使接线大为简化，不但安装十分方便而且工作可靠、降低了故障率、减小了维修量、提高了功效。 1.2 关于课题的一些介绍和讨论 1.2.1 设计目标、研究内容和拟定解决的关键问题 完成对T6113机床的整个控制系统的设计改造，控制核心是PLC，并使其加工精度进一步提高，加工范围扩大，控制更可靠。 研究内容： （1） T6113的电气系统（PLC）硬件电路设计和在机床上的布局。 （2） PLC程序的编制。 解决的关键问题：PLC对机床各个工作部分的可靠控制电气电路的安全问题的解决 1.2.2题目的可行性分析 虽然目前数控机床以其良好的加工性能得到了人们的肯定，但是其昂贵的价格是一般用户望尘莫及的，所以改造现有的机床以达
到使用要求是比较现实的，也是必须的。经过实践证明这样的改造是可以满足大多数情况下的精度和其他加工要求，并且在实践中已取得的相当好的效益。 1.2.3本项目的创新之处 利用PLC作为控制核心，替代传统机床的继电器控制，使得机床的控制更加灵活可靠，减少了很多中间的机械故障的可能。利用PLC的可编程功能使得变换和改进控制系统成为可能。 1.2.4设计产品的用途和应用领域 镗床是一种主要用镗床刀在工件上加工孔的机床。通常用于加工尺寸较大、精度要求较高的孔。特别是分布在不同表面上、孔距和位置精度要求较高的孔，如各种箱体，汽车发电机缸体等零件的孔。一般镗刀的旋转为主运动，镗刀或工件的移动为进给运动。在镗床上除镗孔外，还可以进行铣削、钻孔、扩孔、铰孔、锪平面等工件。因此镗床的工作范围较广。它可以应用于机械加工的各个领域，但因其价格比一般机床贵好多，所以在比较大的加工车间才可见到。 1.3 电气控制技术的发展 电气控制技术是随着科学技术的不断发展、生产工艺不断提出新的要求而迅速发展的，从最早的手动控制到自动控制，从简单的控制设备到复杂的控制系统，从有触点的硬接线控制系统到以计算机为中心的存储系统。现代电气控制技术综合应用了计算机、自动控制、电子技术、精密测量等许多先进的科学技术成果。作为生产机械的电机拖动，已由最早的采用成组拖动方式，发展到今天无论是自动化功能还是生产安全性方面都相当完善的电气自动化系统。 继电接触式控制系统主要由继电器、接触器、按钮、行程开关等组成，其控制方式是断续的，所以又称为断续控制系统。由于这种系统具有结构简单、价格低廉、维护容易、抗干扰能力强等优点，至今仍是机床和其他许多机械设备广泛采用的基本电气控制形式，也是学习先进电气控制的基础。这种控制系统的缺点是采用固定的
一种简单实用的水位自动控制系统设计 发表时间：2010-03-10T16:21:22.827Z 来源：《中小企业管理与科技》2010年2月上旬刊供稿作者：周玲钟义广[导读] 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周玲钟义广（广西机电职业技术学院） 摘要：本文介绍一种简单实用的水箱水位自动控制系统的基本组成及工作原理，通过对该系统组装测试，达到预期效果，正式应用于乡镇供水系统中。实践证明，该水位控制系统设计方案合理，运行效果好，具有低成本、高使用价值的优点。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。 由图中可知，水位自动控制系统电路主要由主电路和控制电路两大部分组成。主电路是一台抽水水泵，由220V交流电源电压供电。控制电路由包括整流、滤波、稳压电路、感应电路及限流限压电路组成。 2 水箱水位自动控制系统的设备 水位自动控制系统的设备只需选用价格低廉、安全可靠的设备。 由设备表可知，所有的设备都是简单而常用的小型设备，价格低廉，控制和维护简单易于掌握，对远离城市的偏远地区非常适用。传统的水位控制系统通常使用传感器进行上、下限控制，以保证水位在上、下限之间。此设计中只用三根导线来代替传感器放置在上、下限水位之间，利用水的导电特性完成上、下限水位的自动控制，节省了购买传感器的费用，也不必考虑传感器的故障，进一步降低成本，提高系统的可靠性。 常见的生活用水供应系统工作形式是由外来补充水源（一次水源）向一个高位水塔和一个低位水池补水，再由高位水塔和低位水池（二次水源）向各用户供水。此设计主要考虑针对家庭供水系统（或者某些单独取用水之处），因此只需用（储）水箱而非水塔供水。系统供水是由水箱直接供应，不用考虑由位置高度所形成的压力来进行供水，不用气压供水，不必在屋顶上设置水箱，也不用单独建筑水塔，仅在厨房或需用水的地方放置一足够大的（储）水箱即可满足供水要求。 3 水箱水位自动控制系统的控制原理 该水箱水位自动控制系统结构简单，控制原理如下：系统上电后，交流电源经整流、滤波、稳压后，由电位器调节获得12V直流工作电压。当水箱水位低于下限时，接触器线圈失电，其常闭触头使水泵接通工作，抽水到水箱中；当水位上升到上限时，接触器线圈得电，常闭触头断开，常开触头闭合，水泵停止抽水。 V1、V2用来保护LM317输出端电压为安全电压，使其免受短路电流的影响；V3用来保护三极管，同时避免触电事故的发生。水位的上、下限可通过调整三根导线的位置设定。 4 测试应用 该设计经安装调试，结合实验室给排水系统进行测试，效果良好。正式应用于某乡镇几个家庭的日常用水装置中已将近两年，至今未发生故障。该系统在运行期间稳定性高，完全符合预先规定的标准，只需将控制电路稳压输出调整在10V-12V之间，可投入使用。可用交流变压器供电，也可以用直流供电。 5 结束语 设计的水箱水位控制系统因价格便宜，结构简单，使用方便，不易发生故障，可用于要求不高的给排水系统中，特别适用于城镇及偏远山区取水装置。 参考文献： [1]布挺，王帆.基于西门子PLC的水塔水位自动控制系统[J].科技信息，2009年第12期. [2]曹琦.一种节能的变压变频供水系统[J].变频器世界，2006（7）：133-137. [3]朱晓青主编.过程检测控制技术与应用.北京，冶金工业出版社，2002年.
液位检测与控制试验系统设计 1.发展现状： 液位检测在许多控制领域已较为普遍，各种类型的液位检测装置也不少，按原理分有浮力式、压力式、超声波式、差压式、电容式等，这各种方法都根据其需要设计完成，其结构、量程和精度各有特色, 适用于各自的场合, 但都是基于固定液箱液位检测而设计。市面上也有现成的液位计，有投入式、浮球式、弹簧式等，绝大多数价格惊人。 “水是生命之源”，不仅人们生活以及工业生产经常涉及到各种液位和流量的控制问题，例如饮料、食品加工，居民生活用水的供应，溶液过滤，污水处理，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要维持合适的高度，太满容易溢出造成浪费，过少则无法满足需求。因此，需要设计合适的控制器自动调整蓄液池的进出流量，使得蓄液池内液位保持正常水平，以保证产品的质量和生产效益。这些不同背景的实际问题都可以简化为某种水箱的液位控制问题。因此液位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，能收到很好的生产效果。高老师也进行了多次的实验得出了一些相关的数据，水箱液位控制系统的设计应用非常长广泛，可以把一个复杂的液位控制系统简化成一个水箱液位控制系统来实现。所以就选择了该题目的设计。由于液位检测应用领域的不同，性能指标和技术要求也有差异，但适用有效的测量成为共同的发展趋势，随着电子技术及计算机技术的发展，液位检测的自动控制成为其今后的发展趋势，控制过程的自动化处理以及监控软件良好的人机界面，操作人员在监控计算机上能根据控制效果及时修运行参数，这样能有效地减少工人的疲劳和失误，提高生产过程的实时性、安全性。随着计算机控制技术应用的普及、可靠性的提高及价格的下降，液位检测的微机控制必将得到更加广泛的应用。 所以，我们在此设计了这个简易的监测系统，一方面，节省了大量的经济开支；另一方面，让我们对监测系统有了更加深刻、透彻的了解，不仅增加了我们的感性认识，还促进了我们对于系统各个部分的深刻剖析，从传感器选型到整个
课程设计任务书（A） 题目高低位水箱供水系统电气控制系统的设计（F1）学院(部) 电控学院 专业电气工程及其自动化 班级32040901 学生姓名蒋秋华 学号3204090115 6 月11 日至 6 月1 7 日共 1 周 指导教师(签字) 系主任(签字) 2012年 5 月26 日
目录 摘要 (3) 第一章引言 (4) 第二章案的论证及方案确定 (5) 第三章系统各部分的设计 (6) 3.1主电路的设计 (6) 3.2控制电路的设计 (6) 3.3梯形图的设计与分析 (7) 3.3.1手动、自动的工作方式选择 (7) 3.3.2机组的启动条件及操作使用 (7) 3.3.3备泵自投功能的实现 (8) 3.3.4信号灯的指示 (8) 3.3.5指令语言程序 (9) 第四章元器件的选择及依据 (10) 4.1 低压断路器的选择 (10) 4.2 PLC的选择 (10) 4.3 交流接触器的选择 (10) 4.4 热继电器的选择 (11) 4.5 控制按钮和旋钮的选择 (11) 4.6 指示灯的选择 (11) 4.7 端子排的选择 (11) 第五章控制柜的尺寸设计 (12) 总结 (12) 参考文献 (13) 鸣谢 (13) 附录 (13)
摘要 水箱是自动供水系统中的重要部分，在我们的生活中扮演着非常重要的角色。本设计旨在于通过所学知识，设计一个简单的高低位水箱供水系统，满足一些简单的基本功能。 为了满足该设计中提出的基本功能的要求，本次设计在主电路上采用两台电动机，且为三角形接直接启动的接法，同时采用了两个电源线圈对电机进行工作的控制，采用热继电器和低压断路器对电机进行过载和短路保护。控制电路上，为了简单灵活起见，采用课堂中所学过的三菱F1系列的PLC进行控制。再加入必需的一些压力继电器、按钮、开关、指示灯等。从而基本形成了一个简单的高低位水箱供水系统。 本次设计旨在于学习和了解设计一个系统的流程和需要注意的问题，故在本设计中，主要进行的工作是设计系统原理图，画出系统的接线图和系统平面布置图，最后再进行控制柜大小的设计。通过这些琐碎的工作，从而了解和掌握相关的设计方法和知识。 关键词：电动机PLC 原理图接线图布置图
控制类系统设计 ——液位自动控制系统 摘要 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。 液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。该系统利用了常见的芯片，设计并实现了液位控制系统的智能性及显示功能。电路组成简单，调试方便，性价比高，抗干扰性好等优点，能较好的实现水位监测与控制的功能。能够广泛的应用于工业场所。 液位控制有很多方法，如，非接触传感。只需要将传感器紧贴在非金属容器的外壁，就可以侦测到容器里面液位高度变化，从而及时准确地发出报警信号，有效防止液体外溢或防止机器干烧。由于不需要与液体接触且安装简便，避免了水垢的腐蚀，可取代传统的浮球传感和金属探针传感，延长寿命。而本设计是基于纯电路的设计，低成本且抗干扰性好。在本设计中较好的实现了水位监测与控制的功能。 液位控制系统是以液位为被控参数的系统，液位控制一般是指对某控制对象的液位进行控制调节，以达到所要求的液位进行调节，以达到所要求的控制精度。
1 概述 液位控制系统是以液位为被控参数的系统,是现代工业生产中的一类常见的、重要的控制过程。而传统的液位控制多采用单回路控制,并采用传统的指针式仪表来显示液位值,使液位控制的精度和显示的直观性受到限制,而随着生产线的更新及生产过程控制要求的提高,要求液位系统有高的控制性能。基于此，本系统就设计了一种电路简单，调试方便且性价比高的系统，来完成液位的自动调控。本系统主要由四部分组成：显示模块、振荡模块、传感器模块和声光报警模块，系统简单易行。 系统框图如下： 2 硬结构与功能 2.1 该设计的总体结构 该设计是一块集多种电子芯片于一体的多功能实验板，实现了液位系统的控制及显示。主要功能器件包括：电源部分的7808，定时部分的555定时器，数字分段的LM3914等。 电路原理图如下图所示：
等级: 课程设计 2016年6月17日
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 指导老师沈细群 课程设计时间2016年6月6日～2016年6月17日（第15～16周） 教研室意见同意开题。审核人：汪超林国汉 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范围内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. 课程设计的内容 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 摘要 (1) 关键词 (1) 引言 (2) 1设计任务目的及要求 (2) 1.1 设计目的 (2) 1.2 设计要求 (2) 2系统元件的选择 (3) 2.1有自平衡能力的单容元件 (3) 2.2 无自平衡能力的单容元件 (4) 2.3单容对象的特性参数 (6) 3控制器参数的整定 (7) 3.1 参数的确定 (7) 3.2 电动机的数学模型 (9) 3.3 控制系统的数学模型 (10) 3.4 PID控制器的参数计算 (10) 4控制系统的校正 (11) 4.1 控制器的正反作用 (12) 4.2 串级控制系统 (12) 5系统的稳定性分析 (16) 5.1 系统的稳定性分析 (16)
5.2 控制系统的稳态误差 (17) 结束语 (19) 参考文献 (20) 致 (21)
水箱液位自动控制系统原理 摘要：水箱液位自动控制系统就是利用自身的水位变化进行调节和改变的系统，它自身具平衡能力，并由电动机带动下自动完成水位恢复的功能。水箱液位是由传感器检测水位变化并达到设定值时，水箱自己的阀门关闭，防止溢出，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。 关键词：有自平衡能力、无自平衡能力、电动机、单容对象、系统稳定 引言 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。 1 设计任务目的及要求 1.1 设计目的 通过课程设计，对自动控制原理的基本内容有进一步的了解，特别是水箱液位系统的设计。能把本学期学到的自动控制理论知识进行实践，操作。在提高动手能力的同时对常
课程：创新与综合课程设计 电子与电气工程学院实践教学环节说明书 题目名称水箱水位自动控制装置 学院电子与电气工程学院 专业电子信息工程 班级 学号 学生姓名 起止日期13周周一~14周周五
水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。 本次课程设计思路是以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本维持不变。 一、设计题及即要求 1、设计并制作一个水箱水位自动控制装置，原理示意图如下： 2、基本要求：设计并制作一个水箱水位自动控制装置。 （1）水箱1 的长×宽×高为50 ×40 ×40 cm；水箱2 的长
×宽×高为40×30 × 40 cm（相同容积亦可）；水箱1 的放在地面，水箱2 放置高度距地0.8-1.2m。 （2）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤1cm。 （3）水箱 2 中要求的水位高度及上下限可以通过键盘任意设置； （4）实时显示水箱2 中水位的实际高度和水泵、阀门的工作状态。 3、发挥部分： （1）在出水龙头各种开度状态下装置能够自动控制水箱 2 中水位的高度不变， 误差≤0.3 cm。 （2）由无线远程控制器实现基本要求，无线通讯距离不小于10 米。远程控 制器上能够同步实现超限报警显示。 （3）其他创新。 二、设计思路： 以单片机为控制中心，对水位传感器、电机驱动模块、按键及显示进行控制。通过按键设置水位传感器的位置，在水龙头及阀门的各种开度下，通过控制水泵工作或不工作来维持水箱二的液面高度基本
浅谈电气自动化控制系统及设计 发表时间：2018-08-13T17:23:35.390Z 来源：《电力设备》2018年第12期作者：张健 [导读] 摘要：随着社会的进步和电力技术的发展，电气自动化技术在今后的使用会越来越广泛，为了更好了将控制模块应用于各行各业，在自动化模块设计上要充分实现规范化设计，总结典型的设计思路，从而使典型设计起到部分标准和规范性的作用。 （13063819880924xxxx） 摘要：随着社会的进步和电力技术的发展，电气自动化技术在今后的使用会越来越广泛，为了更好了将控制模块应用于各行各业，在自动化模块设计上要充分实现规范化设计，总结典型的设计思路，从而使典型设计起到部分标准和规范性的作用。 关键词：电气自动化水电站设计应用 工程建设的关键环节是工程设计工作，它是工程建设的灵魂，在工程建设中起主导作用。设计工作对项目的工期、工程质量、施工安全、竣工后的安全运行起着决定性作用。嵌入式控制系统的发展和现场总线技术的应用，对从事电气、自动化工程技术工作者提出了更高的要求。不但要对传统专业电气知识掌握纯熟，还要掌握学习不断发展的自动化网络知识，对计算机软件运用娴熟。随着互联网信息时代的到来，供应商、项目工程设计工作者或企业管理的所有电气设备可通过互联网实现远程技术支持和调试。 1 电气控制对象的特点和要求 电气控制量与热工控制量相比在控制要求及运行过程中有着很多不同点，电气的主要特点表现为： （1）电气控制系统相对热机设备而言对信息的掌握不大，目标少，操控次数少，不过，速度更快，准确度也更高。 （2）电气设备保护自动装置对稳定性要求更高，更快速，并且，有一定抗干扰的能力。 （3）热力系统需要大容量来满足处理信息的需要，并且内部情况复杂，过程掌握十分严格，对于电控系统（ECS），强调数据提取和顺序的掌握作为主要方面，有助于实现连锁保护。 因此，机组的电气系统纳入DCS控制，要求控制系统具有很高的可靠性。除了能够进行一般的启动和停止，对于异常问题的显现和控制的数据也要精确显示。并给出可行的操作意见，以及意外控制办法，使电气系统控制处于科学、有效、合理的情况之中。 2电气自动化控制系统的设计 2.1集中监控方式 这种监控方式优点是运行维护方便，控制站的防护要求不高，系统设计容易。但由于集中式的主要特点是将系统的各个功能集中到一个处理器进行处理，处理器的任务相当繁重，处理速度受到影响。由于电气设备全部进入监控，伴随着监控对象的大量增加随之而来的是主机冗余的下降、电缆数量增加，投资加大，长距离电缆引入的干扰也可能影响系统的可靠性。同时，隔离刀闸的操作闭锁和断路器的联锁采用硬接线，由于隔离刀闸的辅助接点经常不到位，造成设备无法操作。这种接线的二次接线复杂，查线不方便，大大增加了维护量，还存在由于查线或传动过程中由于接线复杂而造成误操作的可能性。 2.2远程监控方式 远程监控方式具有节约大量电缆、节省安装费用、，节约材料、可靠性高、组态灵活等优点。由于各种现场总线（如 Lonworks 总线， CAN总线等）的通讯速度不是很高，而电厂电气部分通讯量相对又比较大，所有这种方式适合于小系统监控，而不适应于全厂的电气自动化系统的构建。 2.3现场总线监控方式 目前，对于以太网（Ethernet）、现场总线等计算机网络技术已经普遍应用于变电站综合自动化系统中，且已经积累了丰富的运行经验，智能化电气设备也有了较快的发展，这些都为网络控制系统应用于发电厂电气系统奠定了良好的基础。现场总线监控方式使系统设计更加有针对性，对于不同的间隔可以有不同的功能，这样可以根据间隔的情况进行设计。采用这种监控方式除了具有远程监控方式的全部优点外，还可以减少大量的隔离设备、端子柜、I/0 卡件、模拟量变送器等，而且智能设备就地安装，与监控系统通过通信线连接，可以节省大量控制电缆，节约很多投资和安装维护工作量，从而降低成本。另外，各装置的功能相对独立，装置之间仅通过网络连接，网络组态灵活，使整个系统的可靠性大大提高，任一装置故障仅影响相应的元件，不会导致系统瘫痪。因此现场总线监控方式是今后发电厂计算机监控系统的发展方向。 3 探讨电气自动化控制系统的发展趋势 OPC（OIJEforProcess Control）技术的出现，IEC61131 的颁布，以及 Microsoft 的 Windows平台的广泛应用，使得未来的电气技术的结合，计算机日益发挥着不可替代的作用。IEC61131 已成为了一个国际化的标准，正被各大控制系统厂商广泛采纳。Pc 客户机/服务器体系结构、以太网和Internet 技术引发了电气自动化的一次又一次革命。正是市场的需求驱动着自动化和 IT 平台的融和，电子商务的普及将加速着这一过程。Internet/Intranet 技术和多媒体技术在自动化领域有着广泛的应用前景。企业的管理层利用标准的浏览器可以存取企业的财务、人事等管理数据，也可以对当前生产过程的动态画面进行监控，在第一时间了解最全面和准确的生产信息。虚拟现实技术和视频处理技术的应用，将对未来的自动化产品，如人机界面和设备维护系统的设计产生直接的影响。相对应的软件结构、通讯能力及易于使用和统一的组态环境变得重要了。软件的重要性在不断提高。这种趋势正从单一的设备转向集成的系统。 4 提高控制设备可靠性的方法 4.1保护电子设备的环境 潮湿、霉菌、灰尘、气压、盐雾和污染气体等恶劣环境都对正在使用的电子设备有很大的影响，较轻的表现为电子设备的灵敏度降低，严重的会使电子设备报废。在这些因素中，潮湿的影响最严重，特别是在湿度高、温度低的情况下，达到湿度饱和的情况下导致设备内部的元器件和印制电路板上出现凝露和产色现象，降低设备性能，致使设备不能使用；除此之外，当店子设备遭到潮湿空气后，材料会有一层水膜凝聚在表面，并且渐渐渗透到材料的内部，增加了绝缘材料的导电能力，降低体积电阻率，增加介质消耗导致电气漏电、短路甚至击穿，引发设备故障。 4.2切合实际开发控制 设备控制设备设计的开发阶段的关键是设备的可靠性，在设计的科学和切合实际才能产出实用的产品。所以在这个阶段，要认真研究设备、零部件、元器件的技术环境、技术条件，在这个基础上分析出设备的设计参数，从而制定使用的设计方案；然后在掌握了
一、课程设计(综合实验）的目的与要求 锅炉是工业生产及人民生活的主要的动力及能源。汽包水位是工业蒸汽锅炉安全、稳定运行的重要指标,水位过高会导致蒸汽带水进入过热器，并在过热管内结垢,影响传热效率，严重的将引起过热器爆管；水位过低又将破坏部分水冷壁的水循环引起水冷壁局部过热而爆管。高性能的锅炉产生的蒸汽流量很大，而汽包的体积相对来说较小，水位的时间常数很小。大容量锅炉若给水不及时，数秒之内就可能达到危险水位，所以锅炉汽包水位的控制显得非常重要。因此,必须采取有效、精确的自动调节,严格控制汽包水位在规定范围内。 影响汽包水位变化的因素很多，如燃煤量、给水量和蒸汽流量。燃煤量对水位变化的影响是比较缓慢的,容易克服。因此,主要考虑给水量和蒸汽流量对水位的影响。水位过高会影响汽包内汽水分离,饱和水蒸汽温度急剧下降,该过热蒸汽作为汽轮机动力的话,将会损坏汽轮机叶片，影响运行的安全性和经济性。水位过低，则由于汽包内的水量转少，而负荷很大时，如不及时调节就会使汽包内的水全部液化,导致水冷壁烧坏，甚至引起爆炸。因此,锅炉汽包水位必须严加控制。 二、设计（实验）正文 1控制系统的整体分析： 1.1影响汽包水位的主要因素 1)给水流量W 2)主蒸汽流量D 3)燃料量B 1.2控制指标 保证给水流量W和主蒸汽流量D保持平衡,维持汽包水位Ｈ在较小范围内波动。１.３汽包水位控制对象的动态特性分析 做各种主要影响因素的阶跃扰动,记录并分析汽包水位的响应曲线 1)给水扰动: Maｔlab仿真如图1:
图1：给水扰动Ｍatlab仿真 运行结果如图2： 图2:给水扰动下的水位响应曲线 由被控对象在给水量扰动下的水位阶跃响应曲线，可以看出该被控对象无自平衡能力,且有较大的迟延，因此应采用串级控制，将给水流量的扰动消除在采用带比例作用的副调节回路中，以保证系统的稳定性。 2)蒸汽扰动： Mａtｌａb仿真如图３： 图3:蒸汽扰动Maｔlaｂ仿真 运行结果如图4:
水池水位自动控制系统设计与制作 摘要 根据物体在水中漂浮的性质，可以用一个浮球来感知水塔里水位的升降，用来控制水泵，使水泵能自动对水池上水，水满时能自动断电停止，真正做到了水池的全自动控制功能，解决了人们日常用水的诸多不便。 本毕业论文范文写的是水池水位自动控制电路的作用是根据水位的高低，自动地控制水泵的启动与停止。水泵和水位的高低是相互反馈的。这样就可以实现水位自动控制的目的。我所设计的水位制动控制装置是有以下几部分组成：水位自动控制电路，高低水位报警器，数码显示。水位自动控制在一定范围内（如 2 -6 米），当水位低至2米时使水泵启动上水；当水位升至6米时，使水泵停止工作。因特殊情况水位超限（如高至7米、低于2米）报警器报警。设有手动按键，便于随机控制。由数码管直观显示当前水位。本系统可以随时的控制水位的高低，防止过量放水或来水无人打开关。 关键词：水池；浮子开关；自动上
Abstract According to the nature of an object floating in the water, you can use a float to sense the water level in the lift tower to control the pump, the pump automatically to the water tower, Sheung Shui, water, power off automatically when full stop pumping water tower, and truly automatic control tower to solve the inconvenience of daily water. Pham Van of the thesis is written in the role of water level automatic control circuit is based on the level of the water level, automatic control of pump start and stop. Pumps and water level is the level of mutual feedback. This level can automatically control. I designed the brake control device is the water level has the following components: automatic water level control circuit, high and low water level alarm, digital display. Automatic water level control within a certain range (eg. 2-6 meters), when the water level as low as 2 meters, the Sheung Shui to start the pump; when the water level to 6 meters, the pump stopped working. Water level gauge due to special circumstances (such as up to 7 meters, as low as 2 meter) alarm to the police. With manual buttons, easy to stochastic control. Visual display by the LED current level. The system can control the water level at any level, to prevent excessive drainage or runoff and no open relations Keywords:water tower; float switch; automatic pumpin
单容液位控制系统设计 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT
目录1系统设计认识 (1) 前言 (1) 2系统方案确定、系统建模和原理介绍 (1) 控制方案确定 (1) 控制系统建模 (1) (1) (2) 3系统构成 (4) 控制系统结构 (4) 控制系统方框图 (4) 4系统各环节分析 (5) 调节器PID控制 (5) 执行器分析 (6) 检测变送环节分析 (6) 被控对象分析 (6) 5系统仿真 (7) 系统结构图以及参数整定 (7) 6仪器仪表选型 (10)
PID调节器选择 (10) 执行器选择 (11) (11) (11) (12) 差压变送器的选择 (12) 7课程设计结束语 (14) 参考文献 (15)
一、系统设计认识 前言 过程控制早已在矿业、冶金、机械、化工、电力等方面得到了广泛应用。在液位控制方面，比如:水塔供水、工矿企业排给水、锅炉汽包液位控制、精馏塔液位控制等更是发挥着重要作用。在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有一定危险性的工作，极易出现操作失误引起事故，造成厂家的经济损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果直接影响着工厂的生产成本、经济效益以及设备的安全系数。所以，为了保证安全条件、方便操作，就必须研究开发先进的液位控制方法和策略。 本设计以单容水箱的液位控制系统为研究对象。由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便，且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛的应用，所以本设计单容水箱的液位控制系统采用的就是单回路反馈控制。它的控制任务就是使水箱液位保持在给定值所要求的高度，并且减少或消除来自系统内部和外部扰动的影响。通过系统方案的选择，完成系统的工艺流程图设计和方框图的确定，各环节仪表仪器的选型，控制算法的选取，系统的仿真以及控制参数的整定等工作。 二、系统方案确定、系统建模和原理介绍 控制方案确定 如前言所介绍，由于单回路反馈控制系统结构简单、投资少、操作方便，且能满足一般的生产过程要求，在液位控制中得到了广泛的应用，故采用单回路反馈控制。 液位控制的实现除模拟PID调节器外，还可以采用计算机PID算法控制。由差压传感器检测出水箱水位；水位实际值通过单片机进行A/D转换，变成数字信号后输入计算机中；在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值传送到单片机中，由单片机将数字信号转换成模拟信号；最后，由单片
扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计 题目：变频液位自动控制系统 课程：电力拖动自动控制系统 专业：电气工程及其自动化 班级：电气 学号： 姓名： 指导教师： 完成日期：
第一部分 任 务 书
电力拖动自动控制系统课程设计任务书 一、课程设计的目的 通过电力拖动自动控制系统的设计、了解一般交直流调速系统设计过程及设计要求，并巩固交直流调速系统课程的所学内容，初步具备设计电力拖动自动控制系统的能力。为今后从事技术工作打下必要的基础。 二、课程设计的要求 1、熟悉交直流调速系统设计的一般设计原则，设计内容以及设计程序的要求。 2、掌握控制系统设计制图的基本规范，熟练掌握电气控制部分的新图标。 3、学会收集、分析、运用自动控制系统设计的有关资料和数据。 4、培养独立工作能力、创造能力及综合运用专业知识解决实际工程技术问题的能力。
三、课程设计的内容 完成某一给定课题任务，按给出的工艺要求、运用变频调速对系统进行控制。 四、进度安排：共1.5周 本课程设计时间共1.5周，进度安排如下： 1、设计准备，熟悉有关设计规范，熟悉课题设计要求及内容。（1.5天） 2、分析控制要求、控制原理设计控制方案（1.5天） 3、绘制控制原理图、控制流程图、端子接线图。（2天） 4、编制程序、梯形图设计、程序调试说明。（1.5天） 5、整理图纸、写课程设计报告。（1.5天） 五、课程设计报告内容 完成下列课题的课程设计及报告（课题工艺要求由课程设计任务书提供） 1、退火炉温度控制系统 2、变频液位自动控制系统设计 3、变频流量自动控制系统设计 4、变频供水系统设计 5、变频调速恒张力控制系统设计 6、变频器在温度控制系统中的应用 7、线缆设备恒张力变频器控制设计 六、参考书 1、陈伯时主编电力拖动自动控制系统(第二版) 机械工业出版社1992 2、陈伯时, 陈敏逊交流调速系统机械工业出版社1998
课题名称：水箱水位控制系统设计专业：电气工程及其自动化学号： 姓名：
水箱水位控制系统设计 摘要 本设计主要基于单片机的硬件电路设计,实现一种能够实现水位自动控制、具有自动保护、自动声光报警功能的控制系统。本控制系统由A/D转换部分、单片机控制部分、数码显示部分、电机驱动部分、电机控制部分等构成。同时对各个部分进行了详细的论述。在设计中对水塔水位控制原理进行分析,选用AT89C51单片机作为控制水塔水位的处理芯片,由AT89C51的P1口直接来控制.设计方案采用模块化程序设计方法,结合程序流程图,编写程序代码,最后利用KEIL公司的u Vision3软件及伟福仿真软件进行仿真实验,达到单片机自动控制水塔水位变化的目的. 关键词：单片机，水塔水位控制原理，AT89C51，伟福仿真软件
目录 前言 (1) 第1章设计内容 (2) 1.1 设计要求 (2) 1.2 方案设计 (2) 第2章硬件电路设计 (3) 2.1 系统框图设计 (3) 2.2 系统原理 (4) 第3章水塔水位控制系统的硬件电路设计 (5) 3.1 水位检测电路 (5) 3.2 水位显示电路 (5) 3.3电机控制电路 (6) 3.4振荡电路和复位电路 (7) 3.5声光报警电路 (7) 第4章软件程序设计 (8) 4.1 系统主程序流程图 (8) 4.2编写C程序 (9) 第5章硬件制作与调试 (10) 结论 (11) 附录 (12) 仿真总图 (12) 源代码 (13)
前言 水塔是在日常生活和工业应用中经常见到的蓄水装置，在我们的生活中起到了重要的作用，而水基于单片机的水塔水位控制系统使水塔水位自动保持在一定的位置，通过对其水位的控制对外供水，以满足需要。塔里面的水位控制是一个水塔发挥作用的关键。该系统使用水位传感器对水塔水位进行检测并将检测到的信号传给单片机来进行处理，通过调整定时器的定时时间来增大或者缩小占空比，并编写程序加以控制，从而实现电机的调速。最后，使用液晶屏显示当前水位状态以及电动机的转速。该系统通过了报警模块来实现了过低水位蜂鸣器鸣笛报警、过低警戒水位自动处理、正常水位蜂鸣器鸣笛报警以及正常水位处理。本系统适应在不同的用水场合下的用水速度需要，节省工作时间，提高了整体工作的效率，实现水塔水位的自动控制。 液位控制是工业控制中的一个重要问题，针对液位控制过程中存在大滞后、时变、非线性的特点，为适应复杂系统的控制要求，人们研制了种类繁多的先进的智能控制器，模糊PID控制器便是其中之一。模糊PID控制结合了PID控制算法和模糊控制方法的优点，可以在线实现PID参数的调整，使控制系统的响应速度快，过渡过程时间大大缩短，超调量减少，振荡次数少，具有较强的鲁棒性和稳定性，在模糊控制中扮演着十分重要的角色。
课程设计报告 设计题目：水箱液位控制系统 班级：自动化0901班 学号：20092400 姓名：刘弟文 指导教师：王姝梁岩 设计时间：2012年5月7日至5月25日
摘要 水箱液位控制系统是典型的自动控制系统，在工业应用上可以模拟水塔液位、炉内成分等多种控制对象的自动控制系统。 本次课程设计通过将电磁流量计和涡轮流量计分别作为主管道和副管道控制系统的调节阀控制水箱液位高度。首先通过测取被控液位高度过程的图像，建立了主回路的进水流量和主管道流量、进水流量和水箱（上）液位高度、副回路进水流量和水箱（上）液位、双容水箱的进水流量和水箱（下）液位之间的数学模型，从而加强了对液位控制系统的了解。然后，通过参数试凑法对PID参数的调试，实现了单容水箱液位（上）的单回路控制系统和双容水箱液位的单回路控制系统控制器的设计。最后通过MATLAB仿真实验，加深了对双容水箱滞后过程已经串级水箱液位过程和前馈控制系统的理解，对工业控制工程中对控制系统设计过程有了一定的认识。 关键词：水箱液位控制器PID参数整定串级控制前馈控制
目录 1 引言 (3) 2 课程设计任务及要求 (3) 2.1 实验系统熟悉及过程建模 (3) 2.2 实现单容水箱（上）液位的单回路控制系统设计 (3) 2.3 实现双容水箱液位（上下水箱串联）的单回路控制系统设计 (4) 2.4 实现水箱（上）液位与进水流量的串级控制系统设计 (4) 2.5 实现副回路进水流量的前馈控制 (5) 3 实验系统熟悉及过程建模 (5) 3.1 系统结构 (5) 3.2 过程建模 (6) 3.2.1 进水流量和主管道流量模型 (6) 3.2.2 进水流量和上水箱液位模型 (8) 3.2.3 副回路流量与上水箱液位数学模型 (9) 3.2.4 双容水箱串联进水流量与下水箱液位模型 (11) 4 单容水箱液位的单回路控制系统设计 (12) 4.1 结构原理 (12) 4.2 单容水箱控制器PID参数整定 (13) 4.2.1 单容水箱比例系数Kp的整定 (14) 4.2.2 单容水箱积分时间参数整定 (14) 4.2.3 单容水箱微分时间参数整定 (14) 4.3 单容水箱旁路阶跃干扰响应曲线 (15) 4.4 单容水箱副回路进水阶跃干扰响应曲线 (16) 4.5 干扰频繁剧烈变化的解决办法 (16) 5 双容水箱液位的单回路控制系统设计 (17) 5.1 双容水箱单回路控制系统原理 (17) 5.2 双容水箱控制器PID参数整定仿真实验 (18) 5.2.1 比例参数的整定 (18) 5.2.2 积分常数参数的整定 (19)