CN103105860A - 计算机液位控制系统及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种计算机液位控制系统。该计算机液位控制系统主要由与控制对象分别相连的压力变送器和电动调节阀、与压力变送器相连的A/D转换器、与电动调节阀相连的D/A转换器、与A/D转换器和D/A转换器均相连的控制器、以及与控制器相连的上位机构成。本发明还公开了一种基于上述计算机液位控制系统的控制方法。本发明能抑制外部干扰的影响，确保过程的稳定性，真实再现实际工业现场的情况，使过程稳态和动态工况最优。
Description
技术领域
本发明涉及一种计算机液位控制系统及其控制方法。
背景技术
控制理论经历了经典控制理论、现代控制理论两个发展阶段，现在已进入了非线性智能控制理论发展时期。从控制理论解决的问题而论，很多重大的、根本的问题，如可控性、可观测性、稳定性等，在传统控制中都建立了比较完善的理论体系。应用传统控制理论基本能够满足工程技术及各种其它领域的需要。但是随着工业和现代科学技术的发展，各个领域中自动控制系统对控制精度、响应速度、系统稳定性与适应能力的要求也越来越高。自从上世纪80年代以来，电子计算机的快速更新换代和计算技术的高速度发展，推动了控制理论研究的深入开展，并进入了新的一段历程。随着控制理论的迅速发展，出现了许多先进的控制算法。但是，以PID为原理的各种控制器仍是过程控制中不可或缺的基本控制单元。至今，PID控制算法在世界范围内80％以上的工业过程中被采用，PID控制技术已经得到了很好的发展，研究者提出了许多控制系统设计方法和参数调整理论。这是因为PID控制具有结构简单、容易实现、控制效果好等特点，且PID算法原理简明，参数物理意义明确，理论分析体系完整，为广大控制工程师所熟悉。
液位是工业过程生产中经常遇到的控制参数之一，对所需的控制对象进行精确的液位控制，关系到产品的质量，是保障生产效果和安全的重要问题。因而，液位的控制具有重要的现实意义和广泛的应用前景。
液位控制系统是以液位为被控参数的系统，它在工业中的各个领域被广泛的涉及到。在工业生产过程中，有很多地方需要对控制对象进行液位控制，使液位高精度地保持在给定的数值，如在建材行业中，玻璃窑炉液位的稳定对窑炉的使用寿命和产品的质量起着至关重要的作用。还有在工业生产中，尤其是石油、化工以及冶金生产中也会经常遇到液位控制问题。因此，对所需的控制对象进行精确的液位控制，关系到控制目标的实现，是保障生产效果和安全的重要问题。
1939年，Taylor Instrument Company和Foxboro Instrument Company制造出完全具有PID控制功能的气动控制器。人们普遍认为PID应该被称之为智能控制，因为它是基于生产操作人员的控制经验。发明者通过观察认为，控制器应该象一个熟练的操作者那样去控制，减少直至消除系统中出现的误差。在当时PID控制面临的有三个主要问题：(1)寻找一种简单方法，能够计算PID控制器的三个调节参数。(2)判断生产过程是否可控。(3)PID控制器的操作不依赖于复杂易损的机械元件。理论研究主要集中在前两个问题，1942年，给予部分解决。第二个问题是系统的可控性。第三个问题由于工业革命的飞速发展，今天的PID控制器基本使用电子元件和微处理器，已经给予近乎完美的解决。
PID控制器作为最早实用化的控制器已有近70年的历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。究其原因，是因为PID控制器有以下主要特点：(1)PID控制器简单易懂，使用中不需要特别精确的系统模型。(2)使用性灵活，只需设定三个参数即可。在很多情况下，并不一定需要全部三个单元，可以取其中的一到两个单元。(3)PID参数较易整定，也就是PID参数可以根据过程的动态特性及时整定。如果过程的动态特性变化，例如可能由负载的变化引起系统动态特性变化，PID参数就可以重新整定。而阶跃输入响应曲线是PID控制效果最重要的依据和标准。一般认为阶跃干扰是最严重的干扰，只要反馈控制系统能在此类干扰下在规定的时间内能恢复到给定值，系统就是基本满足要求的。
PID控制的实现是以实际控制系统的建立为基础。因此，在初定PID控制器参数之后，应先根据实际控制系统的需要以及性价比选择合适的控制硬件，组成实际的控制系统。
多容液位系统的构建，总体上要考虑到四方面的因素：
(1)抑制外部干扰的影响。控制系统的首要目的是消除外部对生产的影响，即引入控制系统，使过程产生尽可能小的变化，以消除外部扰动对生产造成的不良影响。控制系统的设计目的是以尽可能小的代价，来争取最佳的控制效果。
(2)确保过程的稳定性。使整个系统稳定是控制的最基本目的。对于生产过程本身特性是稳定的，则在外部干扰的作用下，过程无需控制干扰就能达到稳定。在这种场合下，控制的目的只是抑制干扰的影响，保持预定的生产条件。然而，对于生产过程本身特性是不稳定的，则控制目的除了抑制干扰的影响外，还必须使过程保持稳定。
(3)要真实再现实际工业现场的情况。多容液位系统设计的出发点，就是让操作者能够清楚认识生产工业现场的条件和情况。这样，当操作者真正到了生产现场，就可以从容的进行控制。因此，也要根据实际工业现场液位系统的特点来进行设计。
(4)使过程稳态和动态工况最优。使过程满足生产指标和安全指标是生产过程的两个基本目的。在达到这两个目的之后，下一个目标就是如何使工厂获得更多的经济效益。假如影响生产过程的操作条件是变化的，就需要按经济目标最大或成本最低的方式去改变工艺操作条件，这就是优化控制的目标。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种计算机液位控制系统，该计算机液位控制系统能抑制外部干扰的影响，确保过程的稳定性，真实再现实际工业现场的情况，使过程稳态和动态工况最优。
本发明的另一目的在于提供了一种基于上述计算机液位控制系统的控制方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：计算机液位控制系统，主要由与控制对象分别相连的压力变送器和电动调节阀、与压力变送器相连的A/D转换器、与电动调节阀相连的D/A转换器、与A/D转换器和D/A转换器均相连的控制器、以及与控制器相连的上位机构成。
所述控制器与上位机之间通过RS485接口和RS232接口相连。
所述控制器为智能仪表。
所述智能仪为AI-818型智能仪。
所述上位机为计算机。
基于上述计算机液位控制系统的控制方法，包括以下步骤：
(a)首先，压力变送器检测到控制对象中的液位，将检测到的信号传送到A/D转换器；
(b)A/D转换器将信号转换以后，传送到AI-818型智能仪；
(c)AI-818型智能仪将信号传送到上位机；
(d)上位机对信号进行计算分析后，输出控制指令到AI-818型智能仪；
(e)AI-818型智能仪将信号传送到D/A转换器；
(f)D/A转换器将信号转换以后，传送到电动调节阀；
(g)电动调节阀作为执行器，控制磁力驱动泵的开度，进而对控制对象进行控制。
综上所述，本发明的有益效果是：能抑制外部干扰的影响，确保过程的稳定性，真实再现实际工业现场的情况，使过程稳态和动态工况最优。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
实施例：
如图1所示，本发明涉及的计算机液位控制系统，主主要由与控制对象分别相连的压力变送器和电动调节阀、与压力变送器相连的A/D转换器、与电动调节阀相连的D/A转换器、与A/D转换器和D/A转换器均相连的控制器、以及与控制器相连的上位机构成。
所述控制器与上位机之间通过RS485接口和RS232接口相连。
所述控制器为智能仪表。
所述智能仪为AI-818型智能仪。
所述上位机为计算机。
计算机用来运行力控组态软件，通过对串口的访问作用于智能仪表实现水箱液位的控制。计算机在整个实验中是一个人员操作和控制维护平台，通过力控中的人机界面来直观显示液位，专家报表和历史报表来存储数据以供查阅和分析。
AI-818型仪表为PID控制型，输出为4～20mA DC信号。AI-818型仪表通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。
电动调节阀具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，控制信号为4～20mA DC或1～5V DC，输出4～20mA DC的阀位信号，使用和校正非常方便。
压力变送器采用工业用的扩散硅压力变送器，含不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。压力变送器用来对三个水箱的液位进行检测，变送器为二线制，故工作时需串接24V直流电源。
基于上述计算机液位控制系统的控制方法，包括以下步骤：
(a)首先，压力变送器检测到控制对象中的液位，将检测到的信号传送到A/D转换器；
(b)A/D转换器将信号转换以后，传送到AI-818型智能仪；
(c)AI-818型智能仪将信号传送到上位机；
(d)上位机对信号进行计算分析后，输出控制指令到AI-818型智能仪；
(e)AI-818型智能仪将信号传送到D/A转换器；
(f)D/A转换器将信号转换以后，传送到电动调节阀；
(g)电动调节阀作为执行器，控制磁力驱动泵的开度，进而对控制对象进行控制。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.计算机液位控制系统，其特征在于，主要由与控制对象分别相连的压力变送器和电动调节阀、与压力变送器相连的A/D转换器、与电动调节阀相连的D/A转换器、与A/D转换器和D/A转换器均相连的控制器、以及与控制器相连的上位机构成。
2.根据权利要求1所述的计算机液位控制系统，其特征在于，所述控制器与上位机之间通过RS485接口和RS232接口相连。
3.根据权利要求1所述的计算机液位控制系统，其特征在于，所述控制器为智能仪表。
4.根据权利要求3所述的计算机液位控制系统，其特征在于，所述智能仪为AI-818型智能仪。
5.根据权利要求1所述的计算机液位控制系统，其特征在于，所述上位机为计算机。
6.基于上述计算机液位控制系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
(a)首先，压力变送器检测到控制对象中的液位，将检测到的信号传送到A/D转换器；
(b)A/D转换器将信号转换以后，传送到AI-818型智能仪；
(c)AI-818型智能仪将信号传送到上位机；
(d)上位机对信号进行计算分析后，输出控制指令到AI-818型智能仪；
(e)AI-818型智能仪将信号传送到D/A转换器；
(f)D/A转换器将信号转换以后，传送到电动调节阀；
(g)电动调节阀作为执行器，控制磁力驱动泵的开度，进而对控制对象进行控制。
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| CN 201110375243 CN103105860A (zh) | 2011-11-14 | 2011-11-14 | 计算机液位控制系统及其控制方法 |
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| CN103105860A true CN103105860A (zh) | 2013-05-15 |
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104608968A (zh) * | 2014-12-30 | 2015-05-13 | 楚天科技股份有限公司 | 大输液重力灌装机高位槽液位控制方法及系统 |
| CN109799845A (zh) * | 2017-11-16 | 2019-05-24 | 长沙闽壹湖电子科技有限责任公司 | 一种基于can总线的液位控制装置的设计 |
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- 2011-11-14 CN CN 201110375243 patent/CN103105860A/zh active Pending
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20130515 |