CN106094905A - 四容水箱液位控制系统 - Google Patents

Abstract

四容水箱液位控制系统，其特征在于，包括设备装置的型号、组态软件、转换器、软件环境和通信协议。采用本发明所述的四容水箱液位控制系统，改善了调节过程动态性能，由于超前控制，可以大大克制系统的延迟。通过对系统的控制及界面的实时监控，直至达到系统的稳定状态。

Description

四容水箱液位控制系统

技术领域

本发明属于电子技术领域，涉及一种四容水箱液位控制系统。

背景技术

四容水箱在工业过程控制中应用非常广泛。在四容水箱水位的控制中，有两个进水口和两个出水口。四容水箱系统由四个水箱、液位检测装置、水泵、蓄水池、电动调节阀和变频器组成，包含连续变量和离散变量，变量之间互相影响，每个水箱都配有一个检测液位的压力传感器，水泵用来给水箱供水，电动调节阀通过调节阀门开度来调节控制回路的水流量，变频器通过调节水泵的频率改变泵的出水量，其中两个水箱有出水口，出水直接流入蓄水池，通过调节，蓄水箱为水箱提供用水。由于四容水箱中有多个变量，从而导致液位控制的难以准确实现。

发明内容

四容水箱在工业过程控制中应用非常广泛。在四容水箱水位的控制中，有两个进水口和两个出水口。四容水箱系统由四个水箱、液位检测装置、水泵、蓄水池、电动调节阀和变频器组成，包含连续变量和离散变量，变量之间互相影响，每个水箱都配有一个检测液位的压力传感器，水泵用来给水箱供水，电动调节阀通过调节阀门开度来调节控制回路的水流量，变频器通过调节水泵的频率改变泵的出水量，其中两个水箱有出水口，出水直接流入蓄水池，通过调节，蓄水箱为水箱提供用水。由于四容水箱中有多个变量，从而导致液位控制的难以准确实现。

附图说明

图1为本发明四容水箱液位控制系统的四容水箱结构图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。

CS4000装置提供两个独立的水路动力系统，一路是主回路，主要由水泵、电动调节阀、电磁流量计组成，通过电动调节阀控制进水量，用电磁流量计测量进水量；副回路主要由变频器、水泵、涡轮流量计组成，通过变频器调节进水量，用涡轮流量计测量进水量。

CS4000装置提供一组四容水箱，每个水箱装有一个压力传感器，通过测量水压，进而测量液位值，为控制器提供数据；通过切换阀门，可以使任意的动力水流进入任意一个水箱。所以，设备能够实现多种方式下的液位、流量及各种耦合实验，比如单回路液位控制实验、不同干扰方式下液位控制实验、前馈-反馈控制实验以及耦合控制实验等。

CS4000装置具有准确的执行机构。主回路中的电动调节阀主要是通过改变改变管道中水流的横截面积来控制通过的进水量，主要由电动执行机构和调节阀组成。调节阀主要由阀杆、阀体、阀芯、及阀座等部分组成。通过控制阀芯在阀体内上下移动，改变阀芯和阀座间的水流通过的面积，来控制进水量。电动执行机构采用随动执行方式。把从调节器获得的执行信号通过伺服放大器进而驱动电动机，再进过减速器带动调节阀。另一方面，位置信号发射器把阀杆的行程传给伺服放大器，即组成位置随动执行方案。把副回路的水泵直接与变频器的输出端相连，通过改变变频器的输出值控制水泵电机的转速，进而控制管道的进水量。这样可以大大提高执行器工作的可靠性及准确性。

CS4000装置提供了西门子S7-200PLC的控制系统。西门子S7系列的PLC具有编程简单、调试方便、驱动能力大的优点，在工业生产中应用很广。同时，CS4000装置提供EM235扩展模块，实现对液位信息的模拟量采集与和控制量的模拟量输出。

实验装置的控制主机主要实现对控制策略的完成和设备状态的监控。设备提供组态王作为设备状态的监控软件。组态王开发监控系统软件具有丰富的装置图形库，多种数据显示曲线，使监控界面的设计简单易学。完备的设备驱动程序，使组态王能与多种智能模块相连，显示模块的数据信息。

但是，在组态王中很难实现高级的逻辑运算，以及复杂的程序设计。所以，高级控制策略的设计一般是在VB中完成的。Visual Basic是一种由微软公司开发的结构化的、模块化的、面向对象的、包含协助开发环境的事件驱动为机制的可视化程序设计语言。VB编程简单，功能模块丰富，能满足大型工业项目的编写要求。

实验装置的控制系统，首先，系统通过下位机PLC采集水箱液位值，并把实时数据传给组态王，让组态王实现对设备状态的监控。组态王通过DDE方式与VB进行实时数据交换，把设备的状态传输给控制器，VB中的控制器把计算后的控制量传输给组态王，经下位机PLC传给执行器，实现对液位系统的控制。

DDE通讯协议是一种动态数据交换协议，是一种在Microsoft Windows运行环境下，首先由客户机向当前的服务器发送一条请求信息，服务器按照请求信息给出响应响应，实现客户机与服务器之间的数据交换的方式。DDE是一种实现进程间通讯（InterProcessCommunication,IPC）的方法。进程间通讯（IPC）主要是指进程之间和同步事件之间的信息交换。DDE是通过两个程序使用共享内存来实现进程之间的信息交换以及使用DDE协议获得数据的实时同步传递。组态王与VB程序都是在Windows运行环境下的应用程序，彼此可以共用一个数据库，实现数据的交换。

在DDE协议中，把两个程序分为Client程序和Server程序，两个程序都可作为Client程序，也可作为Server程序。当一个程序发出询问时，它就是Client程序，而当它做出应答时，就是Server程序。本次实验中的组态王与VB程序都是既做Client程序，又做Server程序。当VB程序向组态王查询系统液位数据时，VB程序就是客户端，组态王就是服务器；而当组态王向VB程序查询控制量时，组态王是客户端，VB程序是服务器。在组态王中设置设备时，要与VB程序中的程序名、主题名和项目名一一对应。同时要把VB程序中运行界面的LinkMode属性设置为1，以便组态王访问数据。

在本次实验中VB程序的工程名为FNNC，即DDE连接对象为FNNC。命名DDE的话题名为FNNC_BP，则在组态王中建立DDE设备信息。在组态王中添加下位机PLC设备。PLC设备为西门子生产的S7-200系列，通信方式为PPI。在组态王软件中编写监控界面，绘制水箱液位系统，把设备运行状态与监控界面关联，使监控界面实时反映设备状态，形成动态画面，让监控界面生动形象。绘制设备运行状态实时曲线。

在VB中绘制控制界面。在神经网络控制系统中，把液位设定值、实际液位值、开关开度等变量分别于组态王中的相关变量连接，显示设备运行状态。在VB环境中编写模糊神经网络控制策略。

在组态软件中绘制组态监控界面，通过RS485—PPI转换器实现主机与S7-200的通信，完成数据信息的采集与输出。另外，根据DDE通信协议，以使组态王与VB程序实现数据的实时交换。在VB程序中实现模糊神经PID算法和常规PID算法的设计。在CS4000设备中进行实验验证。

从系统实际运行曲线可知，模糊神经PID算法具有很好的控制效果，超调量小，调节时间短，而PID算法的控制效果不是很好，有很大的超调量，调节时间长；在相同干扰下模糊神经PID能够更快的达到平衡。实验结果虽然没有仿真结果那么明显，但也能看出模糊神经PID的优势。由于模糊神经网络PID的参数可以自己调整，所以其初值的取值范围很大；但是用PID进行控制时，却要手动一步步的调整参数，费时费力。证明模糊神经网络结合了模糊推理与神经网络的自学习能力，能够对系统参数进行在线调整，而且效果较好。

采用本发明所述的四容水箱液位控制系统，改善了调节过程动态性能，由于超前控制，可以大大克制系统的延迟。通过对系统的控制及界面的实时监控，直至达到系统的稳定状态。

前文所述的为本发明的各个优选实施例，各个优选实施例中的优选实施方式如果不是明显自相矛盾或以某一优选实施方式为前提，各个优选方式都可以任意叠加组合使用，所述实施例以及实施例中的具体参数仅是为了清楚表达发明人的发明验证过程，并非用以限制本发明的专利保护范围，本发明的专利保护范围仍以其权利要求书为准，凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.四容水箱液位控制系统，其特征在于，包括设备装置的型号、组态软件、转换器、软件环境和通信协议。

2.如权利要求1所述的四容水箱液位控制系统，其特征在于，所述设备四容水箱为CS4000。

3.如权利要求1所述的四容水箱液位控制系统，其特征在于，所述组态软件为组态王。

4.如权利要求1所述的四容水箱液位控制系统，其特征在于，所述转换器为RS485—PPI。

5.如权利要求1所述的四容水箱液位控制系统，其特征在于，所述软件环境为VisualBasic。

6.如权利要求1所述的四容水箱液位控制系统，其特征在于，所述通信协议为DDE。