基于智能儀表的串聯(lián)雙容水箱液位控制系統(tǒng)的設(shè)計

1 引言

串聯(lián)雙容水箱在工業(yè)過程控制中應(yīng)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)人第一個水箱，然后通過第二個水箱流出，與一個水箱相比，由于增加了一個水箱，使得被控量的響應(yīng)在時間上更落后一步，即存在容積延遲，從而導(dǎo)致該過程的難以控制。串級控制是改善調(diào)節(jié)過程動態(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(tǒng)的容積延遲。采用兩步整定法，通過MCGS組態(tài)軟件對整定過程及曲線進(jìn)行實時監(jiān)控，直至達(dá)到主、副回路的最佳整定參數(shù)。

2 串聯(lián)雙容水箱系統(tǒng)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，通過電動凋節(jié)閥的作用，可以調(diào)節(jié)進(jìn)水量，再通過手動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。在整個工作過程中，均有相應(yīng)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(tǒng)的控制要求及實現(xiàn)

3．1 串聯(lián)雙容水箱液位的控制要求

根據(jù)工藝要求，為了保證控制精度，系統(tǒng)以低位水箱液位為主調(diào)節(jié)參數(shù)，高位水箱液位為副調(diào)節(jié)參數(shù)，構(gòu)成串聯(lián)雙容水箱串級控制系統(tǒng)。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(diào)節(jié)器，經(jīng)PID運算后，其輸出作為副調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)器，經(jīng)PID運算后．其輸出控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，控制進(jìn)水流量的大小，從而控制水箱的液位口。系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3．2 控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及實現(xiàn)

根據(jù)工藝要求，考慮到系統(tǒng)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實現(xiàn)對信號的處理和整個系統(tǒng)的控制；采用組態(tài)軟件MCGS對系統(tǒng)進(jìn)行顯示和監(jiān)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(shù)字校正系統(tǒng)及自校準(zhǔn)技術(shù)，測量精確穩(wěn)定，消除了溫漂和時漂引起的測量誤差。

可以設(shè)置多種報警方式。儀表接熱電阻輸入時，采用三線制接線，消除了引線帶來的誤差；接熱電偶輸入時，儀表內(nèi)部帶有冷端補(bǔ)償部件；接電壓／電流輸入時，對應(yīng)顯示的物理量程可任意設(shè)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(diào)節(jié)、報警、變送、通訊等功能，同時還有手動調(diào)節(jié)、手動自整定、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?biāo)準(zhǔn)信號后送入主調(diào)節(jié)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(diào)節(jié)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際信號（同樣也要經(jīng)過液位變送器變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)信號）進(jìn)行比較，經(jīng)PID運算后，其輸出驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥使閥門開大或關(guān)小，從而控制低位水箱的液位在其精度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。各儀表的參數(shù)設(shè)置如表1所示。

3．2．2 上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件

本系統(tǒng)采用北京昆侖公司的MCGS5．5工業(yè)控制組態(tài)軟件，通過RS232／RS485轉(zhuǎn)換器使PC機(jī)與智能儀表AI808進(jìn)行通信。MCGS5．5組態(tài)軟件能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、工藝過程實時監(jiān)控、趨勢曲線等功能。

4 控制系統(tǒng)的調(diào)試

為了滿足控制系統(tǒng)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(diào)節(jié)器的參數(shù)和副調(diào)節(jié)器的參數(shù)分別為：δ1=100，T11=20s，δ2=5，T12=10s，TD2=3s，將它們投入系統(tǒng)運行可得到如圖3所示的實時控制曲線。

5 結(jié)束語

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。通過上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)界面的設(shè)計，使整個系統(tǒng)的運行和控制狀態(tài)更直觀。目前，控制系統(tǒng)已調(diào)試完畢投入運行，系統(tǒng)運行情況良好。