CN202956673U - 基于单水箱液位的自动控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于单水箱液位的自动控制系统，包括设有调节阀的水箱本体（1），在所述的水箱本体（1）内设有液位传感器（2），本实用新型在所述的液位传感器（2）上设有PID控制器，所述的PID控制器与调节阀相连接，所述的调节阀包括位于水箱本体（1）顶部的进水阀（3）以及位于水箱本体（1）底部的出水阀（4）、泄水阀（5），在所述的进水阀（3）上设有控制阀门开度的电机，而所述的出水阀（4）、泄水阀（5）则分别与PID控制器相连接。本实用新型采用PID控制器对出水阀4、泄水阀5进行控制，当工艺参数（即：进水阀3）出现不规律变化时，PID控制器始终能对阀门的开度进行准确的调整，不仅能保证水箱本体1内液面的正常，还能维持系统的稳定，避免了人工操作可能带来的误差，提高生产效率。

Description

基于单水箱液位的自动控制系统

技术领域

本实用新型涉及液位控制领域，具体的说，是基于单水箱液位的自动控制系统。 

背景技术

在工业生产中，常存在单水箱循环结构，可用于数学建模以及液位控制策略的研究，具有很强的代表性，包括水箱、水位监测元件（液位传感器）、水泵、数据采集模块以及上位机构成，其中，负责监测、变送、执行的元件包括液位传感器、电动调节阀等。如图1所示，图中的水箱通过进水阀和排水阀与系统相连通，通过泄水阀门可以排出容器里的水，供水泵循环使用，水泵抽出的水再通过进水阀门进入水箱，构成一个封闭的回路。在水箱上个装有液位传感器作为测量元件，用来读出水箱的实时液位值，将水位值转换为相应的电信号传到数据采集模块，又由数据采集模块传给上位机，控制信号也需要经过数据采集模块传送至执行元件。在实际应用过程中，进水阀、排水阀的流量通常不稳定，为保证液位的正常，通常需要对泄水阀的流量进行调节。在现有技术中，工作人员需通过上位机的操作界面对阀门的开度进行调节，不仅要求工作人员需要有相当丰富的工业生产经验，还需要工作人员能对水箱液位进行实时的监测。因此，为防止人工操作可能带来的监测失误或操作误差，本实用新型应运而生。 

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供基于单水箱液位的自动控制系统，采用PID控制器对调节阀进行控制，在实际应用过程中，PID控制器能从液位传感器得到测量结果，然后通过计算自动对调节阀进行控制，可广泛应用于工业控制系统中液位变量的控制，具有很强的代表性。 

本实用新型通过下述技术方案实现：基于单水箱液位的自动控制系统，包括设有调节阀的水箱本体，在所述的水箱本体内设有液位传感器，工业生产过程中，对于生产装置的液位常常要求维持在一定的数值上或按一定的规律变化，在现有技术中，通过人工操作进行调节并不能达到最佳的预期效果，因此，本实用新型在所述的液位传感器上设有PID控制器，所述的PID控制器与调节阀相连接，应用时，PID控制器可根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求预定值一致，避免了人工操作可能带来的误差，提高生产效率。 

为更好的实现本实用新型，所述的调节阀包括位于水箱本体顶部的进水阀以及位于水箱本体底部的出水阀、泄水阀，在所述的进水阀上设有控制阀门开度的电机，而所述的出水阀、泄水阀则分别与PID控制器相连接。在本实用新型中，水箱本体通过进水阀、出水阀与系统相连通，进水阀的流量为变量，在工业控制系统中，由工艺参数而决定，出水阀与泄水阀则通过PID控制器进行控制，使用时，PID控制器将时间水位与设定值相比较，产生输出信号作用于泄水阀上，当水箱本体的液位下降时，PID控制器控制出水阀与泄水阀的阀门开度减小，保持水箱内液位的正常。 

本实用新型在所述的水箱本体上还设有分别与进水阀、出水阀相连接的管道，所述的进水阀通过管道连接于水箱本体的顶部，而所述的出水阀则通过管道连接于水箱本体的底部，在所述的水箱本体上还设有连通水箱本体底部与进水阀的循环管，所述的泄水阀设于循环管上。 

本实用新型可模拟多种工业控制系统的液位情况，在实际工业应用时，常需要在水箱上设置循环管，使容器内的液体充分反应，因此，为更好的实现这一目的，本实用新型在所述的循环管上还设有循环泵。 

本实用新型在所述的水箱本体上还设有与水箱本体相连通的连通管，所述的液位传感器设于连通管内，安装与维护均十分方便。 

本实用新型与现有技术相比，具有以下优点及有益效果： 

（1）本实用新型结构简单，采用PID控制器对出水阀、泄水阀进行控制，当工艺参数（即：进水阀）出现不规律变化时，PID控制器始终能对阀门的开度进行准确的调整，不仅能保证水箱本体内液面的正常，还能维持系统的稳定，避免了人工操作可能带来的误差，提高生产效率。

（2）本实用新型是一种基于单水箱循环结构的改进，其结构可对工业控制领域中许多被控对象的整体或局部进行模拟、研究，极具代表性。 

（3）本实用新型设计合理，可广泛应用于工业控制系统中液位变量的控制，具有很强的代表性，采用循环管、连通管等结构，更提高生产效率。 

附图说明

删除此段 

图1为本实用新型的控制结构示意图。 

其中1—水箱本体，2—液位传感器，3—进水阀，4—出水阀，5—泄水阀，6—管道，7—循环管，8—循环泵，9—连通管。 

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。 

实施例： 

基于单水箱液位的自动控制系统，包括设有调节阀的水箱本体1，在水箱本体1内设有液位传感器2，在实际应用过程中，进水阀3的流量通常不稳定，为保证液位的正常，通常需要对泄水阀5、排水阀的流量进行调节。现有技术中，工作人员需通过上位机的操作界面对阀门的开度进行调节，不仅要求工作人员需要有相当丰富的工业生产经验，还需要工作人员能对水箱液位进行实时的监测。因此，本实用新型在液位传感器2上设有PID控制器， PID控制器与调节阀相连接，应用时，PID控制器可根据PID控制原理对整个控制系统进行偏差调节，从而使被控变量的实际值与工艺要求预定值一致，避免了人工操作可能带来的误差，提高生产效率。

如图1所示，调节阀包括位于水箱本体1顶部的进水阀3以及位于水箱本体1底部的出水阀4、泄水阀5，在进水阀3上设有控制阀门开度的电机，而出水阀4、泄水阀5则分别与PID控制器相连接。在本实用新型中，水箱本体1通过进水阀3、出水阀4与系统相连通，进水阀3的流量为变量，可通过电机进行控制，电机采用步进电机，可通过计算机进行控制。在工业控制系统中，进水阀3的流量由工艺参数而决定，根据生产需要通过电机对进水阀3进行调节，同时，出水阀4与泄水阀5则通过PID控制器进行控制，使用时，PID控制器将实际液位与设定值相比较，产生输出信号作用于泄水阀5上，当水箱本体1的液位下降时，PID控制器控制出水阀4与泄水阀5的阀门开度减小，保持水箱内液位的正常。 

如图1所示，本实用新型在水箱本体1上还设有分别与进水阀3、出水阀4相连接的管道6，进水阀3通过管道6连接于水箱本体1的顶部，而出水阀4则通过管道6连接于水箱本体1的底部。在实际工业应用时，常涉及到循环管7结构，其作用在于：使容器内的液体充分反应，因此，本实用新型在水箱本体1上还设有连通水箱本体1底部与进水阀3的循环管7，泄水阀5设于循环管7上，为更好的实现上述结构，本实用新型在循环管7上还设有循环泵8，位于水箱底部的液体可通过泄水阀5在循环泵8的作用下传送至顶部的进水阀3处，设计合理。 

本实用新型结构简单，不仅应用价值高，还可对工业上许多被控对象的整体或局部进行模拟，代表性强，在实际应用过程中，为方便液位传感器2的安装与维护，本实用新型在水箱本体1上还设有与水箱本体1相连通的连通管9，液位传感器2则设于连通管9内。 

本实用新型是一种基于单水箱循环结构的改进，采用PID控制器对出水阀4、泄水阀5进行控制，当工艺参数（即：进水阀3）出现不规律变化时，PID控制器始终能对阀门的开度进行准确的调整，不仅能保证水箱本体1内液面的正常，还能维持系统的稳定，避免了人工操作可能带来的误差，提高生产效率。 

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型做任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.基于单水箱液位的自动控制系统，包括设有调节阀的水箱本体（1），在所述的水箱本体（1）内设有液位传感器（2），其特征在于：在所述的液位传感器（2）上设有PID控制器，所述的PID控制器与调节阀相连接。

2.根据权利要求1所述的基于单水箱液位的自动控制系统，其特征在于：所述的调节阀包括位于水箱本体（1）顶部的进水阀（3）以及位于水箱本体（1）底部的出水阀（4）、泄水阀（5），在所述的进水阀（3）上设有控制阀门开度的电机（6），而所述的出水阀（4）、泄水阀（5）则分别与PID控制器相连接。

3.根据权利要求2所述的基于单水箱液位的自动控制系统，其特征在于：在所述的水箱本体（1）上还设有分别与进水阀（3）、出水阀（4）相连接的管道（6），所述的进水阀（3）通过管道（6）连接于水箱本体（1）的顶部，而所述的出水阀（4）则通过管道（6）连接于水箱本体（1）的底部，在所述的水箱本体（1）上还设有连通水箱本体（1）底部与进水阀（3）的循环管（7），所述的泄水阀（5）设于循环管（7）上。

4.根据权利要求3所述的基于单水箱液位的自动控制系统，其特征在于：在所述的循环管（7）上还设有循环泵（8）。

5.根据权利要求1～4任一项所述的基于单水箱液位的自动控制系统，其特征在于：在所述的水箱本体（1）上还设有与水箱本体（1）相连通的连通管（9），所述的液位传感器（2）设于连通管（9）内。