PLC水箱液位控制系统毕业设计.pdf

本次毕业设计的研究课题是基于可编程逻辑控制器（PLC）的液位控制系统设计，这是一项针对水箱液位进行有效管理的技术性工作。在设计过程中，笔者主要负责的是建立数学模型和控制算法，因此在本论文中，会深入探讨PID算法的应用，并辅以FX2系列PLC的相关硬件知识。 论文会回顾PLC的历史起源和定义，阐述可编程控制器的产生背景。PLC是在20世纪60年代产生，以回应当时世界技术改造的需求，寻找一种比传统继电器更可靠、功能更全面的控制设备。可编程控制器因其编程灵活、运行可靠、功能强大等特点，迅速被广泛应用于工业自动化控制系统中。 接着，论文将介绍过程控制的发展，探讨从早期的模拟控制到如今的数字控制的演变过程。过程控制领域的发展不仅涉及硬件技术的进步，也包括控制理论的创新，尤其是以PID（比例-积分-微分）控制理论为典型代表。PID控制是一种工业中常见的反馈控制策略，通过不断调整控制量以达到系统的预定目标。 在水箱特性确定与实验曲线分析方面，论文将介绍水箱作为控制对象的特性，包括一阶单容水箱和二阶双容水箱的特性。为了获得这些特性，需要进行实验并绘制出相应的实验曲线，从而为后续的系统建模和控制策略设计提供依据。 本文接下来将详细介绍FX2系列PLC的硬件特性。FX2系列是三菱电机推出的一款PLC产品，它在工业自动化领域应用广泛。控制单元是PLC的核心部分，通常包含一个CPU模块，它是系统的大脑，负责处理输入信号，执行用户程序，并控制输出信号。 在PID调节及串级控制系统部分，将详细讲解PID调节的各个环节及其调节过程，包括比例控制、比例积分调节和比例积分微分调节。比例控制（P）是根据误差的当前值进行控制；积分控制（I）则是根据累积误差进行控制，消除稳态误差；微分控制（D）是根据误差的变化趋势进行控制，减少系统的超调和振荡。 串级控制系统作为一种高级的控制策略，它的特点包括动态响应快、稳定性好，能够有效改善系统性能。串级控制系统由主调节器和副调节器组成，其中主调节器负责整个系统的稳定性，副调节器则负责提高系统的动态性能。 在扩充临界比例度法方面，这是一种确定PID参数的方法，通过这种方法可以确定系统的临界比例度、临界积分时间以及临界微分时间，从而帮助设计者确定最佳的PID参数。 在PLC中的PID控制编程部分，将介绍回路的输入输出信号的转换和标准化，以及如何在PLC中进行PID控制的编程。实现PID控制需要将物理量转换成PLC可处理的数字量，并进行必要的标准化处理。 在软件设计部分，将讲解系统的控制逻辑，包括自动调节和串级控制系统的实现。在硬件设计方面，会涉及检测单元和控制单元的设计，详细说明如何搭建和配置相应的硬件环境。 本文将讨论系统的自动调节策略，包括比例调节、比例积分调节和比例积分微分调节，并对每种调节策略的实验曲线进行分析，评估其控制性能。 PLC水箱液位控制系统的设计是一个集成了硬件设计、控制算法开发和系统调试的综合性项目。通过对FX2系列PLC的掌握，以及对PID控制算法的应用，可以实现对水箱液位的有效监控与调节。毕业设计的目的在于利用现代自动化技术，提升传统液位控制系统的性能，从而达到节水节能、提高生产效率的效果。