基于PLC的水箱液位控制系统设计开题报告

1. 研究目的与意义

液位控制技术在现实生活、生产中发挥了重要作用，如锅炉汽包液位的控制(若锅炉内液位过低会使锅炉过热，可能发生事故)和精流塔液位控制(控制精度与工艺的高低会影响产品的质量与成本)等，在这些生产领域里，基本上都是劳动强度大或者操作有危险性的工作，极易出现操作失误，引起事故，造成损失。可见，在实际生产中，液位控制的准确程度和控制效果将直接影响到工厂的生产成本、经济效益甚至设备的安全系数。所以，为了保证安全，方便操作，应研究开发先进的液位控制方法和策略。目前，PLC技术已成为在各个场合发挥重要作用的重要工业技术。PLC技术包括位置控制、远程控制等。随着我国工业技术的不断发展，变频器得到了广泛应用。在实际操作的过程中，PLC技术中的液位控制系统直接关系着造价成本和企业的经济效益。因此，为了保证设备安全、提高效益，应设计、研究最新的液位控制系统。

2. 课题关键问题和重难点

1.选定合适的控制原件，可编程控制器plc控制具有可靠性和紧凑性。控制元件易操作，具有便捷的特点，且具备良好的通信功能。

2.选定合适的执行原件，执行元件中的单元是单个电动执行器，它是液位控制系统中的必不可缺的核心组成环节，主要功能是接收各个单元所传达的信号，并处理信号、信息，改变工作液位，控制液体的流入、流出，从而在液位控制系统中实现自动控制功能。

3.选定合适的检测元件，检测环节是液位控制系统中的重要环节，只有通过测量液位，才可了解剩余量。因此，监测元件有利于对流入、流出的液体进行调节，使液位控制系统达到平衡状态，从而保证液位控制系统可稳定、正常运行，液位控制系统中的检测装置为采用多个液位传感器，只有通过监测元件对原料进行调节，才可保证液位系统正常运行。

3. 国内外研究现状（文献综述）

研究现状及主要内容

1.液位控制系统，在国内外研究现状，近几十年来，在自动控制理论和设计方法发展的推动下，国外液位控制系统发展迅速，国外的液位控制器正朝着高精度，智能化等快速发展。

反观我国，虽然液位控制系统在国内生产生活中的应用十分广泛。但是国内的液位控制器的发展水平仍然不高，同先进国家的差距仍然很大.

4. 研究方案

（1）PLC的选型及相关扩展电路设计，包括液位传感器器件、运行状态显示器件、水泵控制器、管道、水箱、阀门等器件等的选择及扩展电路设计，使之能适应PLC\信号电平要求，便于与后续电路接口；选用可编程控制器，型号是繁易公司的FL2N-28MRT-8AD-4DA，如图1所示。

图1 .FL2N-28MRT-8AD-4DA

FL2N-28MRT-8AD-4D该型号的PLC有一下几种特点： 1.ARM 32-bit Cortex-M3处理器；2.支持源型漏型两种方式；3.程序容量：200K Bytes(>10K 步)；4.掉电保持存储容量：2K Bytes；5.梯形图、标准 C语言，可混用。6.符合 RoHS。

水箱采用普通塑料材质，水箱上有刻度尺寸 0～500mm。水箱底部接有液位变送器（H2O），可对水箱的液位进行检测和变送。整个系统管道由 PP-R 塑料管连接而成，所有的手动阀门均采用优质阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。水箱的液位检测采用液位变送器。其相关参数为：量程：0～500mmH2O；精度：0.5%FS（FS 就是满量程）；输出信号：4～20mA DC；电源电压：18～30V DC。泵是生产过程用来输送流体或者提高流体压头的一种重要的机械设备，泵是液体的输送设备。由于离心力的作用，使叶轮通道内的液体被排出时，叶轮进口处在负压情况之下，液体即被吸进。触摸屏（人机界面）使用的是繁易公司F010型号的触摸屏，该触摸屏的特点是：1.塑胶外壳低成本，高可靠；2.多点电容触摸屏，抗刮擦，无漂移；3.主机板三防漆处理，适应各种恶劣环境；4.全新组态软件，丰富图库，强大功能。F010使用RS-485或者RS-232通信线与PLC实现通信。繁易公司F010型号的触摸屏的部分技术参数如表1所示

表1 繁易公司F010型号的触摸屏的技术参数

系统的硬件电路设计，包括PLC与液位传感器电路的接口设计，PLC与显示电路的接口，PLC与水泵控制器的接口；系统的软件设计，包括液位传感器信号输入处理模块设计，显示电路设计，水泵控制电路设计；

（2）根据控制要求和 I/O 分配，则 PLC 控制电气系统的I/O分配表可按表2所示；

表2：I/O分配表

（3）系统的软件设计，包括液位传感器信号输入处理模块设计，显示电路设计，水泵控制电路设计；

（4）进行系统软硬件调试，分块进行，完成整体功能调试,大体流程如图2所示

图2 流程图

可实现功能简述：本次毕业设计将要完成的是通过触摸屏给PLC控制信号，完成对液位的控制，例如：给一个水箱供水500ML，或者300ML，在触摸屏内输入500或者300数值，按下启动按键，小水泵开启，当满足供水需求时，小水泵自动停止，并有一个手动控制小水泵的开关，用于控制突发状况的水泵起停。

（5）构建一套水箱液位监控系统，不仅可以显示系统的工作状态、系统参数，还可以在现场进行参数调节，全部指标完成后录视频。

5. 工作计划

第1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关资料；

第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；

第3 周翻译相关英文资料，写出相关开题报告一份；