【文章內(nèi)容簡介】 控制方法進行了比較分析。論文中為設(shè)計和實現(xiàn)的多級液位控制試驗裝置以及相應(yīng)軟件為探索和驗證各種先進的控制方法提供了一個良好平臺。本設(shè)計的單容水箱液位定值控制系統(tǒng)主要是根據(jù)外界因素的變化，諸如出水閥門的開度、外部用戶用水量的變化等因素，對水箱中的液位值進行實時的采集，通過控制入水調(diào)節(jié)閥進行實時自動調(diào)節(jié)，以此使水箱液位保持恒定的狀態(tài)。自動模式時，當操作者輸入液體的液位值時，系統(tǒng)自動的控制整個過程，并最終以理想的方式穩(wěn)定在輸入值。當罐中的液位低于下限位置時，系統(tǒng)發(fā)出下限報警,當液體到達上限位置時能發(fā)出上限報警；計算機能夠監(jiān)控整個系統(tǒng)的工作過程包括：顯示罐體的液位測量值、工程單位及控制泵的狀態(tài)。手動模式時，當系統(tǒng)處于手動模式時可以通過計算機或外部的按鈕調(diào)節(jié)系統(tǒng)的參數(shù)，如閥門開度，水泵的啟停，電池閥的關(guān)斷等。一、本課題研究所實現(xiàn)的功能和現(xiàn)實意義在當今社會中雖然有很多現(xiàn)代化的設(shè)備，可是很難全部用到我們的生活中去，現(xiàn)在普遍采用單片機和PLC控制，它們當然也有各自的優(yōu)勢，可是它們沒有那么直觀的把一些實在地東西給反映出來，沒有真正學過的人很難掌握它們。其缺點和不足應(yīng)該讓我們深思熟慮，應(yīng)該想到用到遠程控制模塊這一功能，要想實時并且簡單明了還得請上我們的組態(tài)技術(shù)本設(shè)計在現(xiàn)實中意義非常重大，可以用于水庫水位的測量以及控制，可以隨時知曉水位值。不錯，這個課題的現(xiàn)實意義就是應(yīng)用于現(xiàn)實中，像水庫大壩，工廠生產(chǎn)，生活用水等。本設(shè)計的功能是將水容箱之間的水通過一定數(shù)量的管道、閥門、壓力變送器和遠程數(shù)據(jù)模塊等一系列的硬件設(shè)備，同時通過組態(tài)王、PID等幾種軟件進行控制。能實時監(jiān)控水位值，當液位到達預(yù)設(shè)高度時會自動報警，系統(tǒng)又會自動采取措施將出水閥門開度調(diào)小，使液位控制在一定范圍之內(nèi)。在設(shè)計中設(shè)有液位監(jiān)控畫面、報警畫面和歷史趨勢曲線畫面，既能隨時監(jiān)控設(shè)備的運行，又能查看之前的液位情況，可根據(jù)需要進行有必要的設(shè)定。也可以根據(jù)實時趨勢曲線曲線情況了解當前的液位穩(wěn)定情況。精確的定位，可以隨時控制水位的高度，若水位到達一定位置時會自動報警，提供第一信號讓工作人員采取一定的措施，調(diào)節(jié)出水量使水位保持在一定的高度。當水池里的水供應(yīng)不足時，閥門開度會自動調(diào)整大，使進水量大于出水量。二、系統(tǒng)控制方案設(shè)計本系統(tǒng)是在實驗原有的設(shè)備基礎(chǔ)上建立和完善的。系統(tǒng)控制的主要變量包括液位和閥門開度，對這些變量的控制應(yīng)采取閉環(huán)控制方式。本系統(tǒng)控制指標要求是：對單容水箱控制液位調(diào)整范圍為050cm，液位控制精度小于等于1cm。軟件設(shè)計需能進行人機對話，并能實現(xiàn)遠程監(jiān)控。針對上述指標要求，本系統(tǒng)通過組態(tài)軟件作為主控制核心，液位的采集通過遠程數(shù)據(jù)采集模塊采集到計算機內(nèi)，經(jīng)過PID運算后通過遠程數(shù)據(jù)控制模塊驅(qū)動執(zhí)行機構(gòu)對液位進行控制，系統(tǒng)控制流程圖如圖1所示。初始化通信測試設(shè)定液體位置進 水液位到否啟動PID控制液位 圖1系統(tǒng)控制流程圖 三、系統(tǒng)硬件設(shè)計、系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)設(shè)置本系統(tǒng)通過計算機和組態(tài)軟件作為主控制核心，液位的采集通過壓力變送器采集后送入宏格I7017模擬量采集模塊，組態(tài)軟件通過讀取該模塊的相關(guān)寄存器的數(shù)值并經(jīng)過一定的算法后確定當前水箱的液位值，與液位設(shè)定值比較后經(jīng)過PID運算把運算的結(jié)果送到宏格I7024模擬量輸出模塊，通過該模塊來控制調(diào)節(jié)閥的開度，以此達到控制的目的，通過宏格I7524模塊實現(xiàn)RS232與RS485的相互轉(zhuǎn)換及對系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。 圖2 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖、數(shù)據(jù)采集及控制模塊計算機監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建宏格I7000系列模塊是一套可以進行遠程控制和數(shù)據(jù)采集的模塊。它們提供A/D、D/A、DI/0、時鐘/計數(shù)、MMI和其它功能。這些模塊可以通過與上位機通信進行遠程控制。本系統(tǒng)各模塊網(wǎng)絡(luò)連接如圖3所示。 圖3 網(wǎng)絡(luò)連接圖I7017為8通道模擬量輸入模塊，輸入范圍：177。150mV,177。500Mv,177。1V, 177。5V, 177。10V和177。20mA；I7024是通道模擬量輸出模塊，輸出范圍是：020mA,420mA,05v,+/_5V,+/_10V。I7017模塊端子接線圖如圖4所示。液位變送器的信號為15V通過I7017的Vin0通道進行采集；電動調(diào)節(jié)閥的控制信號為420mA,通過I7024的Iout0通道輸出420mA信號進行控制。I7024端子接線圖如圖5所示。圖4 I7017模塊端子接線圖圖5 I7024端子接線圖 壓力變送器 本設(shè)計所用到的硬件設(shè)備還有CYB36SA智通型濺射壓力變送器，該變送器使用CYB10S壓力傳感器的濺射膜片為敏感元件，和智能電子線路做成一體化結(jié)構(gòu)，輸出符合HART協(xié)議的420mA數(shù)字量信號，適合多種場合使用，是系統(tǒng)配套的理想選擇。CYB36A智能型濺射壓力變送器廣泛用于航空航天、煤礦、石油、化工、電力、冶金、液壓等工業(yè)領(lǐng)域，即可測量液體，也可測量氣體或蒸汽的壓力。本系列變送器適合遠距離傳輸和要求比較高的工業(yè)自動化行業(yè)使用，本產(chǎn)品具有本安防爆安全標志認證，防爆標志：ExiaIICT6。技術(shù)特點：高溫、高壓、高精度、精度可達177。%FS。高穩(wěn)定性、智能型每年優(yōu)于177。%FS；可通過HART通訊手操器和就地按鈕實現(xiàn)遠程、就地參數(shù)設(shè)定與功能組態(tài)；通過數(shù)字通訊或本地按鍵調(diào)整零點與量程調(diào)整之間互不影響。應(yīng)用領(lǐng)域：石油、化工、冶金行業(yè)；醫(yī)藥、生化、發(fā)酵檢測系統(tǒng)；自動控制及檢測系統(tǒng)；需要本安防爆要求的工業(yè)現(xiàn)場；實物圖如圖6所示。 圖6 壓力變送器實物圖宏格模塊在與組態(tài)軟件向配合使用前要進行參數(shù)設(shè)置，測試設(shè)備的好壞，地址和波特率等需要設(shè)置的都必須和組態(tài)控制軟件相同，具體設(shè)置如圖圖8所示。 圖7 模塊測試總圖 圖8 I7060模塊設(shè)置圖四、系統(tǒng)軟件設(shè)計、配置設(shè)備連接及通信調(diào)試。 建立名為“單容水箱液位控制”的工程，并對設(shè)備進行配置，具體設(shè)備配置如表1所示、設(shè)備的地址須通過宏格公司提供的軟件進行配置。進行完設(shè)備連接后通過組態(tài)王的測試功能參照相關(guān)說明書進行通信參數(shù)的設(shè)定后可對具有權(quán)限的寄存器進行讀寫操作，查看通信是否成功。設(shè)備名稱設(shè)備驅(qū)動設(shè)備地址宏格I7017D3I7017串行3宏格I7024D4I7024串行4表1進入組態(tài)王頁面，我們使用的是宏格模塊，使用之前要建立組態(tài)王與軟件宏格模塊的鏈接，需要進行設(shè)備測試和通訊參數(shù)的設(shè)置，在寄存器一欄我們從B00開始，一直測到B03，數(shù)據(jù)類型全部使用Bit，按添加即可顯示出需要測試的數(shù)據(jù)。畫面如圖9所示。 圖9 串口設(shè)備測試圖組態(tài)王建立了3個畫面：分別為