CN203866903U - 基于云模型的水箱液位控制系统 - Google Patents

基于云模型的水箱液位控制系统 Download PDF

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Abstract

基于云模型的水箱液位控制系统，包括水箱和云模型控制系统，所述的水箱外表面设有液位刻度标示，水箱内部设有防波板，所述的防波板与水箱下表面垂直，水箱下表面设有出水管，出水管上方设有手动闸板，还包括水箱底部设有引压空，所述的引压空内连接压力变送器，所述的云模型控制系统包括液位读取模块和水泵控制模块，本实用新型的目的是提供基于云模型的水箱液位控制系统，解决了在没有精确的数学模型控制下，水箱液位难以准确调控的问题，对工业生产中的水箱液位控制具有一定的实用性。

Description

基于云模型的水箱液位控制系统
技术领域
本实用新型涉及一种水箱液位控制系统，特别的指出一种基于云模型的水箱液位控制系统。
背景技术
在工业生产以及人们生活中等诸多领域经常涉及到液位的控制问题，例如居民生活用水的供应、金属冶炼、溶液过滤、化工生产等多种行业的生产加工过程，经常需要使用蓄水池。通常蓄水池的液位需要固定在某一高度，因为液位过低可能会满足不了生产生活的需求，液位过高则会造成资源的浪费。这些不同背景的工业现场都可以简化为某种水箱的液位控制问题。
云模型是李德毅院士在概率论和模糊数学理论两者交互的基础之上，通过特定的结构算法所形成的定性概念与其定量表示之间的转换模型。目前，云模型的研究大多停留在理论阶段。将云模型与实际的工业现场结合是云模型研究的热点之一。鉴于此，本实用新型将云模型控制器运用在水箱液位控制中。工业控制现场的数学模型往往很难建立精确的数学模型，而云模型又具有不依赖精确的数学模型的特点，本实用新型就是将云模型控制器运用在水箱的液位控制系统中。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供基于云模型的水箱液位控制系统，解决了在没有精确的数学模型控制下，水箱液位难以准确调控的问题，对工业生产中的水箱液位控制具有一定的实用性。
实现本实用新型目的的技术方案如下：
基于云模型的水箱液位控制系统，包括水箱和云模型控制系统，所述的水箱外表面设有液位刻度标示，其特征在于，水箱内部设有防波板，所述的防波板与水箱下表面垂直，水箱下表面设有出水管，出水管上方设有手动闸板，还包括水箱底部设有引压空，所述的引压空内连接压力变送器；
所述的云模型控制系统包括液位读取模块和水泵控制模块；
所述的云模型的规则推理的规则库为：
IfA＝AK,ThenB＝BK,K＝1～L
其中，A作为云模型规则推理的前件云，规则B作为规则推理的后件云，还包括与输入模块和输出模块，所述的输入模块的输入端与压力变送器的输出端连接，输出端与液位读取模块输入端连接，所述的输出模块的输入端与液位读取模块的输出端连接，输出端分别连接了水泵和变频器的输入端，变频器的输出端连接水泵。
进一步的，所述的水泵采用S18WG-18微型增压水泵，输入功率为260W，额定电压220V，额定电流1.2A，额定频率50Hz，额定转速2800r/min，所述的变频器采用三菱的FS520S变频器，其额定电流为4～20ma，额定频率为0～50Hz。
进一步的，所述的压力变送器采用福光百特的FB0803CE2R型压力变送器，供电电压为直流24V，最大工作压力为225kPa,量程为0～150kPa，输出电流为4～20mA。
采用上述结构后，本实用新型提出的基于云模型的水箱液位控制系统，所述的压力变送器测试水箱内的水压，将水压值对应为液位值，所述的云模型控制系统将液位值作为云模型的输入的条件云，在云模型控制系统的规则推理下，所述的云模型控制系统将输出作为变频器的频率指标，该频率指标将控制变频器对水泵的开启大小或者闸板的开启大小，在没有精确数学模型的情况下，做到了对水箱液位的调整控制。
附图说明
图1所示是本实用新型的控制模块化结构框图。
图2所示是本实用新型的水箱结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。
基于云模型的水箱液位控制系统，包括水箱1和云模型控制系统，所述的水箱1外表面设有液位刻度标示2，其特征在于，水箱内部设有防波板3，所述的防波板3与水箱1下表面垂直，水箱1下表面设有出水管4，出水管4上方设有手动闸板5，还包括水箱1底部设有引压空6，所述的引压空6内连接压力变送器7；
所述的云模型控制系统包括液位读取模块和水泵控制模块；
所述的云模型的规则推理的规则库为：
IfA＝AK,ThenB＝BK,K＝1～L
其中，A作为云模型规则推理的前件云，规则B作为规则推理的后件云；
还包括与输入模块和输出模块，所述的输入模块的输入端与压力变送器的输出端连接，输出端与液位读取模块输入端连接，所述的输出模块的输入端与液位读取模块的输出端连接，输出端分别连接了水泵控制模块和变频器的输入端，变频器的输出端连接水泵。
所述的水泵控制采用S18WG-18微型增压水泵，输入功率为260W，额定电压220V，额定电流1.2A，额定频率50Hz，额定转速2800r/min，所述的变频器采用三菱的FS520S变频器，其额定电流为4～20ma，额定频率为0～50Hz。
所述的压力变送器采用福光百特的FB0803CE2R型压力变送器，供电电压为直流24V，最大工作压力为225kPa,量程为0～150kPa，输出电流为4～20mA。
水箱上有液位刻度标示，可以从中读取水箱的实时液位，闸板为手动调节闸板，通过调节闸板可以控制水箱的泄流量。
防波板主要是防止水箱进水时，引起液位的波动，从而导致测量液位的误差变大。
引压孔下面连接着压力变送器，防波板下有一开口，根据液位联通的原理，防波板两侧的液位高度是相等的，因此，根据压力变送器测得的水压就是水箱的水压。
出水管在闸板的后侧，当闸板关闭时，出水管的流量为零。
所述的控制策略方式具体为：
1：如果水箱水位为零，那么进水量最大；
2：如果水箱水位较低，那么进水量很大；
3：如果水箱水位高，那么进水量大；
4：如果水箱水位较高，那么进水量小；
5：如果水箱水位达到设定液位，那么进水量为零；
6：如果水箱液位超出设定液位，那么进水量为零，变频器频率为零。
上述控制策略第五条与第六条是不相同的，这是因为水箱的进水量是由水泵来决定的，而水泵的转速又是由变频器的频率决定的，所以通过控制变频器的频率就可以控制进水量的大小。变频器的频率最大时，毫无疑问进水量也最大。但是由于水泵与水箱存在一定的高度差，因此变频器的频率在13Hz左右时，水泵由于水压不足就不能向水箱供水了。所以针对本实用新型，实际上变频器频率在0～13Hz之间，对于控制系统来说，控制效果都是一样的。
将上述控制方案转化为液位的误差与变频器频率之间的关系，就可以得到基本的控制策略如下：
控制策略1：如果液位误差最大，那么变频器频率最大；
控制策略2：如果液位误差较大，那么变频器频率很大；
控制策略3：如果液位误差较小，那么变频器频率大；
控制策略4：如果液位误差很小，那么变频器频率较小；
控制策略:5：如果液位误差为零，那么变频器频率很小；
控制策略6：如果液位误差为负，那么变频器频率为零；
设定变频器的频率为[0Hz50Hz],作为云模型的输出。选定定云模型规则推理为三规则，L＝9，(L为规则数)定义输入云模型集合，输出云模型集合，设定规则库规则为：
IfA＝AK,ThenB＝BK,K＝1～L。
将上述规则A作为云模型规则推理的前件云，对应本实用新型为液位的误差，作为云模型规则推理的输入。规则B作为规则推理的后件云，对应本实用新型的变频器的频率，作为云模型规则推理的输出。

Claims (3)

1.基于云模型的水箱液位控制系统，包括水箱和云模型控制系统，所述的水箱外表面设有液位刻度标示，其特征在于，水箱内部设有防波板，所述的防波板与水箱下表面垂直，水箱下表面设有出水管，出水管上方设有手动闸板，还包括水箱底部设有引压空，所述的引压空内连接压力变送器；
所述的云模型控制系统包括液位读取模块和水泵控制模块；
所述的云模型的规则推理的规则库为：
IfA＝AK,ThenB＝BK,K＝1～L
其中，A作为云模型规则推理的前件云，规则B作为规则推理的后件云，还包括与输入模块和输出模块，所述的输入模块的输入端与压力变送器的输出端连接，输出端与液位读取模块输入端连接，所述的输出模块的输入端与液位读取模块的输出端连接，输出端分别连接了水泵和变频器的输入端，变频器的输出端连接水泵。
2.根据权利要求1所述的基于云模型的水箱液位控制系统，其特征在于，所述的水泵采用S18WG-18微型增压水泵，输入功率为260W，额定电压220V，额定电流1.2A，额定频率50Hz，额定转速2800r/min，所述的变频器采用三菱的FS520S变频器，其额定电流为4～20ma，额定频率为0～50Hz。
3.根据权利要求1所述的基于云模型的水箱液位控制系统，其特征在于，所述的压力变送器采用福光百特的FB0803CE2R型压力变送器，供电电压为直流24V，最大工作压力为225kPa,量程为0～150kPa，输出电流为4～20mA。
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