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一、选题的目的与意义
在人们生活以及工业生产等诸多领域经常涉及到水箱液位和流量的控制。例如居民生活用水的供应，饮料、食品加工、溶液过滤，化工生产等多种行业的生产加工过程，通常需要使用蓄液池中的液位需要维持合适的高度，既不能太满溢出造成浪费，也不能过少而无法满足需要。因此液位高度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，采用合适的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。可编程控制器(PLC）是计算机家族中的一员，是为工业控制应用而设计制造的，主要用来替代继电器实现逻辑控制。PID控制是目前使用最多的控制方法。
由于目前理论上的研究尚缺乏在实际应用中的检验，新的科研成果一旦运用到生产实际就难免出现这样或那样的问题，致使在实际工业生产过程中应用先进的控制理论研究成果受到了很大的限制。因此根据过程控制中典型对象的特性，开发一套用以检验理论研究成果的实验装置具有很高的现实意义。同时，为使自动化相关专业学生专业课学习期间得到更多实践锻炼的机会，使他们对自己所学的知识能有更好的认识和理解。由此根据学术理论研究需要及自动化相关专业教学特点，开发了四容水箱过程控制实验装置。本实验装置包括一个典型的过程控制对象四容水箱，在该典型的工业过程对象的基础上，构建了工业上常用的PLC现场总线控制系统，而且利用OPC的通讯技术把Matlab与PLC工业控制系统进行了集成，使得一些先进的系统辨识技术和先进的计算机控制技术可以轻松的应用在工业控制系统中，实现了基于Matlab/simulink的实时的网络化控制。
本文主要是对水箱液位控制系统的设计过程，涉及到液位的动态控制、控制系统的建模、PLC控制、PID算法、传感器和调阀器等一系列的知识。作为水箱液位的控制系统，其模型为一阶惯性函数，控制方法采用了PID算法，控制核心为S7-300系列的CPU222以及A/D、D/A转换模块，传感器为扩散硅式压力传感器，调节阀为电动调节阀。选用以上的器件设备、控制方案和算法等，是为了能最大限度地满足系统对诸如控制精度、调节时间和超调量等控制品质的要求。
二、PLC简介
可编程控制器是以微处理器为基础，综合了计算机技术、自动控制技术和通讯技术发展而来的一种新型工业控制装置。它具有结构简单、编程方便、可靠性高等优点，已广泛用于工业过程和位置的自动控制中。据统计，可编程控制器是工业自动化装置中应用最多的一种设备。专家认为，可编程控制器将成为今后工业控制的主要手段和重要的基础设备之一，PLC、机器人、CAD/CAM将成为工业生产的三大支柱。
PLC是在继电器控制逻辑基础上，与3C（Computer，Control，Communication）技术相结合，不断发展完善的。目前已从小规模单机顺序控制，发展到包括过程控制、位置控制等场合的所有控制领域。
自动化系统中所使用的各种类型PLC，有的是集中安装在控制室，有的是分散安装在生产现场的各单机设备上，虽然它们大多处在强电电路和强电设备所形成的恶劣电磁环境中，但PLC是专门为工业生产环境而设计的控制装备，在设计和制造过程中采用了多层次抗干扰和精选元件措施，故具有较强的适应恶劣工业环境的能力、运行稳定和较高的可靠性，因此一般不需要采取什么特殊措施就可以直接在工业环境使用。
高可靠性是电气控制设备的关键性能。由于采用现代大规模集成电路技术，PLC采用严格的生产工艺制造，内部电路采取了先进的抗干扰技术，具有很高的可靠性。从PLC的机外电路来说，使用PLC构成控制系统，和同等规模的继电接触器系统相比，电气接线及开关接点已减少到数百甚至数千分之一，故障也就大大降低。此外，PLC带有硬件故障自我检测功能，出现故障时刻及时发出警报信息。在应用软件中，应用者还可以编入外围器件的故障自诊断程序，使系统中除了PLC以外的电路及设备也获得故障自诊断保护。这样，整个系统具有极高的可靠性。
长期以来，PLC始终处于工业控制自动化领域的主战场，为各种各样的自动化控制设备提供非常可靠的控制方案，与DCS和工业PC形成了三足鼎立之势。同时，PLC也承受着来自其他技术产品的冲击，尤其是工业PC所带来的冲击。
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