介绍了用差压变送器测量水位信号的原理和方法,并且利用差压变送器作为水位检测部件,结合组态监控技术,组成了实用的水位控制系统。
在水位控制中,差压变送器可以将水位信号转化为差压信号,实现参数的间接测量。而组态监控技术为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台,可以和检测部件、控制部件构成复杂的应用系统,在节能、提高计量精度、改善产品质量、完成部门间精确传递生产信息等方面发挥核心作用,有利于企业消除信息孤岛、降低运作成本、提高生产效率。
1 差压变送器的技术特点和工作原理
差压变送器由差压芯片和信号处理电路组成,经过精密的补偿技术、信号处理技术,具有测量范围宽、测量精度高的特点,可以长期在线检测差压信号。差压变送器采用24V直流电源,当外加差压时,将引起差压芯片的输出电压发生变化,再经过信号处理电路将其放大,并转换为与输入差压成线性对应关系的标准4~20mA直流信号输出,可直接与二次仪表以及计算机控制系统连接,实现生产过程的自动检测和控制,可广泛应用于各种工业领域中差压的检测。正常情况下,差压变送器测量的是差压信号,根据差压参数与水位参数之间的关系:P=ρgh
式中:P—容器中液体的静差压;ρ—容器中液体的密度,常数;g—重力加速度,常数;h—容器中液体的水位。
由上式可知,容器中液体的水位参数和差压参数之间存在着线性关系。因此可以将差压变送器直接安装在水罐底部,根据测量的差压信号即可得到水位信号,从而将水位测量转换为差压测量,实现了信号的间接测量。测量所得的水位模拟信号经差压变送器转换成(4~20m直流信号后,再经2500Ω电阻转换成直流1~5V标准信号,分别送显示仪表和计算机。
2 水位控制系统介绍
利用差压变送器作为水位检测部件组成的水位控制系统被控对象由上、下两个储液罐组成,水位测量由安装在罐底的两个abg型差压变送器来完成,水位调节通过对水泵、调节阀、出水阀的通断控制来实现。其控制要求为:将水罐1水位H控制在1~8m,水罐2水位H2控制在1~5m。其控制策略如下:
a 水罐1 水位H1≥8m,关闭水泵。
b 水罐1 水位H1≤1m, 打开水泵。
c 水罐2 水位H2≥5m,关闭调节阀。
d 水罐2 水位H2≤1m,打开调节阀。
e 水罐2 水位H2≤1m,关闭出水阀,否则打开出水阀。
2.1 硬件部分
水位控制系统,是利用安装在罐底的两个ABG型差压变送器对两个水罐的水位进行实时检测,然后将被测的1~5V标准信号经A/D转换后输入计算机,根据采集到的信号情况,计算机将控制信号经D/A转换后输出给执行机构,对水泵、调节阀、出水阀进行上述的控制,从而形成计算机控制的闭环控制方案。其系统组成如图1所示。图1中,由于本系统有两路模拟量输入(Al),三路开关量输出(DO),因此i/o接口设备选用研祥PCL-818L多功能板卡,该卡有16 路模拟量输入,输入模拟电压范围-10~+10v,1路模拟量输出(最大±10V),16路数字量输入(DI)和16数字量输出(do),TTL/DTL电平兼容。为了便于对象与PCL-818L多功能板卡之间接线,同时选用相应的接线端子板,DO通道选用16路继电器输出端子板PCLD-785, 该端子板输出触点负载为DC:30V/1A ,AC:120V/0.5A,完全满足水泵和电磁阀的需要。
Al通道选用PCLD-880端子板。
PCL-818L多功能板卡可以插入计算机机箱内任何一个空余的ISA扩展槽上。端子板可以安装在机箱外适当处。PCL-818L多功能板卡与AI端子.PCLD-880之间通过37芯D型插头连接,与DO输出端子板.PCLD-785间用20芯扁平电缆连接,对象与接线端子板间用导线连接。其I/O分配方式如表1所示。
系统中的计算机选用工业控制计算机,通过相连的打印机,可以实现水位参数的报表输出以及曲线显示。而通过TCP/IP协议,计算机可以和Internet或局域网实现互联,从而实现远程监控。
2.2 软件部分
水位控制系统以硬件为基础,以软件为核心。硬件的组成给系统提供了与计算机连接的必要条件;软件的设计充分利用计算机的特点、发挥计算机的作用。本系统设计软件采用组态软件2(34,组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术,开发人员通常不需要编制具体的指令和代码,只要利用组态软件包中的工具,通过硬件组态(硬件配置)、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作,它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。
根据水位控制系统对自动测控系统的要求,在选择好相应的硬件设备后,即可用MCGS,组态软件对自动测控系统进行应用软件系统的组态,也就是在MCGS 工控组态软件的基础上进行二次开发,其具体的组态过程简述如下:
1)系统菜单和系统参数组态:在MCGS的“主控窗口”中,按水位控制系统对自动测控系统的要求,对其系统菜单和系统参数进行定义和设置。
2)设备构件的组态:按此自动测控系统中的硬件配置情况,在MCGS 的“设备窗口”中对I/O卡等进行设置和组态。
3)用户界面的组态:按水位控制系统的要求和用户的习惯,在MCGS 的“用 |