基于智能儀表的串聯(lián)雙容水箱液位控制系統的設計

1 引言

串聯(lián)雙容水箱在工業(yè)過(guò)程控制中應用非常廣泛。在串聯(lián)雙容水箱水位的控制中，進(jìn)水首先進(jìn)人第一個(gè)水箱，然后通過(guò)第二個(gè)水箱流出，與一個(gè)水箱相比，由于增加了一個(gè)水箱，使得被控量的響應在時(shí)間上更落后一步，即存在容積延遲，從而導致該過(guò)程的難以控制。串級控制是改善調節過(guò)程動(dòng)態(tài)性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系統的容積延遲。采用兩步整定法，通過(guò)MCGS組態(tài)軟件對整定過(guò)程及曲線(xiàn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監控，直至達到主、副回路的最佳整定參數。

2 串聯(lián)雙容水箱系統的流程圖

工藝流程如圖1所示。

圖1中，采用水泵作為輸送源，把儲水槽中的水抽到高位水箱，通過(guò)電動(dòng)凋節閥的作用，可以調節進(jìn)水量，再通過(guò)手動(dòng)閥可以將水從高位水箱送人低位水箱，使低位水箱的液位保持在一定的高度。在整個(gè)工作過(guò)程中，均有相應的儀表對高位水箱和低位水箱的液位進(jìn)行檢測和控制。

3 控制系統的控制要求及實(shí)現

3．1 串聯(lián)雙容水箱液位的控制要求

根據工藝要求，為了保證控制精度，系統以低位水箱液位為主調節參數，高位水箱液位為副調節參數，構成串聯(lián)雙容水箱串級控制系統。低位水箱的液位傳感器檢測的液位信號與給定液位值進(jìn)行比較后送人主調節器，經(jīng)PID運算后，其輸出作為副調節器的給定值，與高位水箱的液位傳感器檢測到的液位信號進(jìn)行比較后送人副調節器，經(jīng)PID運算后．其輸出控制電動(dòng)調節閥的開(kāi)度，控制進(jìn)水流量的大小，從而控制水箱的液位口。系統的結構如圖2所示。

3．2 控制系統的結構及實(shí)現

根據工藝要求，考慮到系統中處理的主要是液位、流量等模擬量信號，所以采用智能儀表AI808實(shí)現對信號的處理和整個(gè)系統的控制；采用組態(tài)軟件MCGS對系統進(jìn)行顯示和監控。如圖2所示。

3．2．1 信號的采集及控制

智能儀表AI808采用先進(jìn)的微電腦芯片及技術(shù)，減小了體積，并提高了可靠性及抗干擾性能。儀表的測量精度為0．2級，具備AC85～265V寬范圍輸入的自由電源，備有多種安裝尺寸，輸入采用數字校正系統及自校準技術(shù)，測量精確穩定，消除了溫漂和時(shí)漂引起的測量誤差。

可以設置多種報警方式。儀表接熱電阻輸入時(shí)，采用三線(xiàn)制接線(xiàn)，消除了引線(xiàn)帶來(lái)的誤差；接熱電偶輸入時(shí)，儀表內部帶有冷端補償部件；接電壓／電流輸入時(shí)，對應顯示的物理量程可任意設置。適合于溫度、壓力、流量、液位、濕度等的精確控制，具有控制、人工智能調節、報警、變送、通訊等功能，同時(shí)還有手動(dòng)調節、手動(dòng)自整定、位置比例輸出等，非常適合于液位的串級控制。由低位壓力傳感器檢測到的低位水箱壓力信號經(jīng)液位變送器變?yōu)闃藴市盘柡笏腿胫髡{節器AI808（1）中，與液位給定值進(jìn)行比較，經(jīng)PID運算后，其輸出作為副調節器AI808（2）的給定值，其值與高位水箱壓力傳感器檢測到的高位水箱實(shí)際信號（同樣也要經(jīng)過(guò)液位變送器變?yōu)闃藴市盘枺┻M(jìn)行比較，經(jīng)PID運算后，其輸出驅動(dòng)電動(dòng)調節閥使閥門(mén)開(kāi)大或關(guān)小，從而控制低位水箱的液位在其精度范圍內調節。各儀表的參數設置如表1所示。

3．2．2 上位機監控組態(tài)軟件

本系統采用北京昆侖公司的MCGS5．5工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過(guò)RS232／RS485轉換器使PC機與智能儀表AI808進(jìn)行通信。MCGS5．5組態(tài)軟件能夠完成現場(chǎng)數據采集、實(shí)時(shí)和歷史數據處理、報警和安全機制、工藝過(guò)程實(shí)時(shí)監控、趨勢曲線(xiàn)等功能。

4 控制系統的調試

為了滿(mǎn)足控制系統的精度要求，采用兩步整定法，先整定副環(huán)，按4：l衰減曲線(xiàn)法得到δs1=83，Ts1=40s，用同樣的方法再整定主環(huán)，得到δs2=6．5，Ts2=30s，從而得到主調節器的參數和副調節器的參數分別為：δ1=100，T11=20s，δ2=5，T12=10s，TD2=3s，將它們投入系統運行可得到如圖3所示的實(shí)時(shí)控制曲線(xiàn)。

5 結束語(yǔ)

作者所采用的串級控制方案很好地克服了雙容對象的容量延遲對液位控制的不利影響，取得了較好的控制效果。通過(guò)上位機監控組態(tài)界面的設計，使整個(gè)系統的運行和控制狀態(tài)更直觀(guān)。目前，控制系統已調試完畢投入運行，系統運行情況良好。