基于智能仪表的串联双容水箱液位控制系统的设计

　　1 引言

　　串联双容水箱在工业过程控制中应用非常广泛。在串联双容水箱水位的控制中，进水首先进人第一个水箱，然后通过第二个水箱流出，与一个水箱相比，由于增加了一个水箱，使得被控量的响应在时间上更落后一步，即存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。串级控制是改善调节过程动态性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系统的容积延迟。采用两步整定法，通过MCGS组态软件对整定过程及曲线进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数。

　　2 串联双容水箱系统的流程图

　　工艺流程如图1所示。

　　图1中，采用水泵作为输送源，把储水槽中的水抽到高位水箱，通过电动凋节阀的作用，可以调节进水量，再通过手动阀可以将水从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。在整个工作过程中，均有相应的仪表对高位水箱和低位水箱的液位进行检测和控制。

　　3 控制系统的控制要求及实现

　　3．1 串联双容水箱液位的控制要求

　　根据工艺要求，为了保证控制精度，系统以低位水箱液位为主调节参数，高位水箱液位为副调节参数，构成串联双容水箱串级控制系统。低位水箱的液位传感器检测的液位信号与给定液位值进行比较后送人主调节器，经PID运算后，其输出作为副调节器的给定值，与高位水箱的液位传感器检测到的液位信号进行比较后送人副调节器，经PID运算后．其输出控制电动调节阀的开度，控制进水流量的大小，从而控制水箱的液位口。系统的结构如图2所示。

　　3．2 控制系统的结构及实现

　　根据工艺要求，考虑到系统中处理的主要是液位、流量等模拟量信号，所以采用智能仪表AI808实现对信号的处理和整个系统的控制；采用组态软件MCGS对系统进行显示和监控。如图2所示。

　　3．2．1 信号的采集及控制

　　智能仪表AI808采用先进的微电脑芯片及技术，减小了体积，并提高了可靠性及抗干扰性能。仪表的测量精度为0．2级，具备AC85～265V宽范围输入的自由电源，备有多种安装尺寸，输入采用数字校正系统及自校准技术，测量精确稳定，消除了温漂和时漂引起的测量误差。[page]

　　可以设置多种报警方式。仪表接热电阻输入时，采用三线制接线，消除了引线带来的误差；接热电偶输入时，仪表内部带有冷端补偿部件；接电压／电流输入时，对应显示的物理量程可任意设置。适合于温度、压力、流量、液位、湿度等的精确控制，具有控制、人工智能调节、报警、变送、通讯等功能，同时还有手动调节、手动自整定、位置比例输出等，非常适合于液位的串级控制。由低位压力传感器检测到的低位水箱压力信号经液位变送器变为标准信号后送入主调节器AI808（1）中，与液位给定值进行比较，经PID运算后，其输出作为副调节器AI808（2）的给定值，其值与高位水箱压力传感器检测到的高位水箱实际信号（同样也要经过液位变送器变为标准信号）进行比较，经PID运算后，其输出驱动电动调节阀使阀门开大或关小，从而控制低位水箱的液位在其精度范围内调节。各仪表的参数设置如表1所示。

　　3．2．2 上位机监控组态软件

　　本系统采用北京昆仑公司的MCGS5．5工业控制组态软件，通过RS232／RS485转换器使PC机与智能仪表AI808进行通信。MCGS5．5组态软件能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、工艺过程实时监控、趋势曲线等功能。

　　4 控制系统的调试

　　为了满足控制系统的精度要求，采用两步整定法，先整定副环，按4：l衰减曲线法得到δs1=83，Ts1=40s，用同样的方法再整定主环，得到δs2=6．5，Ts2=30s，从而得到主调节器的参数和副调节器的参数分别为：δ1=100，T11=20s，δ2=5，T12=10s，TD2=3s，将它们投入系统运行可得到如图3所示的实时控制曲线。

　　5 结束语

　　作者所采用的串级控制方案很好地克服了双容对象的容量延迟对液位控制的不利影响，取得了较好的控制效果。通过上位机监控组态界面的设计，使整个系统的运行和控制状态更直观。目前，控制系统已调试完毕投入运行，系统运行情况良好。

参考文献:

[1]. RS232 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS232_585128.html.
[2]. RS485 datasheet http://www.dzsc.com/datasheet/RS485_585289.html.