CN208805734U - 一种水箱液位控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水箱液位控制系统。该系统包括上位机、下位机、智能仪表控制器、水箱、D/A转换器、A/D转换器、液位传感器、液位变送器、三相磁力泵、电流转换器和电动调节阀，三相磁力泵与电动调节阀电性连接，上位机包括液位设定器，下位机包括数字PID调节器，液位设定器的输出端与数字PID调节器的输入端相连接，数字PID调节器的输出端与智能仪表控制器的输入端相连接，仪表输出端、D/A转换器、电流转换器和电动调节阀依次顺序连接，液位传感器的输出端与液位变送器的输入端相连接，液位变送器的输出端通过A/D转换器接入数字PID调节器的输入端。本实用新型提供的水箱液位控制系统，能够实现对水箱液位的精确控制。

Description

一种水箱液位控制系统

技术领域

本实用新型涉及工业过程控制技术领域，特别是涉及一种水箱液位控制系统。

背景技术

随着产业过程更加的多元化，过程控制在含有液位控制的领域内起到了必不可少的作用，通常的研究对象为六大参数。在实际生产生活中，水箱液位控制系统广泛分布于石油，化工，轻工，纺织等领域。然而，在很长一段时间内，液位控制的精度不高。主要原因包括：液位控制精度一度与部署成本不成正比，无法满足工业过程控制的刚性需求，所以导致在工业控制等领域一直未能形成气候。

发明内容

本实用新型提供一种水箱液位控制系统，通过增量式数字PID控制器对水箱进行闭环控制，使水箱的液位值跟随给定值实现精确控制。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下方案：

一种水箱液位控制系统，包括上位机、下位机、智能仪表控制器、水箱、 D/A转换器、A/D转换器、液位传感器、液位变送器、三相磁力泵、电流转换器和电动调节阀，所述上位机与所述下位机通过TCP/IP协议进行通讯，所述下位机通过RS485协议总线与所述智能仪表控制器进行数据通讯，所述三相磁力泵与所述电动调节阀电性连接，所述上位机包括液位设定器，所述下位机包括增量式数字PID调节器，所述液位设定器的输出端与所述增量式数字PID调节器的预设信号输入端相连接，所述增量式数字PID调节器的输出端与所述智能仪表控制器的输入端相连接，所述智能仪表控制器的输出端、D/A转换器、电流转换器和电动调节阀依次顺序连接，所述电动调节阀安装在所述水箱的进水管处，所述液位传感器用于采集所述水箱的液位，所述液位传感器的输出端与所述液位变送器的输入端相连接，所述液位变送器的输出端通过A/D转换器接入所述增量式数字PID调节器的实测信号输入端。

可选的，所述系统还包括三相电源和变频器，所述变频器的输入端与所述三相电源相连接，所述变频器的输出端与所述三相磁力泵相连接。

可选的，所述液位传感器为测量液位的扩散硅压力传感器。

可选的，所述扩散硅压力传感器采用的型号为CKY-204。

可选的，所述电动调节阀采用的型号为QSVP-16K。

可选的，所述变频器采用的型号为FR-S520S-0.4K-CHR。

可选的，所述三相磁力泵采用的型号为16CQ-8P。

可选的，所述上位机和下位机采用的型号为联想启天M410。

该技术与现有技术相比，具有如下有益效果：一种水箱液位控制系统，上位机包括液位设定器，下位机内部采用增量式数字PID调节器，通过键盘将液位的设定值输入液位设定器中，液位设定器将数值输入到增量式数字 PID调节器的预设信号输入端，液位传感传感器检测水箱内的液位，并通过液位变送器将被测信号的物理量转转变为4-20mA标准电信号，再经过A/D 转换器将信号的采样值转换为数字信号，输入到增量式数字PID调节器的实测信号输入端，得到的偏差信号经过增量式数字PID调节器处理后，将控制信号传输给智能仪表控制器，通过智能仪表控制器控制电动调节阀的开度大小从而实现对水箱液位的控制。同时，增量式数字PID调节器具有误动作少、并且易于实现手自动的无扰切换等优点。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例水箱液位控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型提供一种水箱液位控制系统，通过增量式数字PID控制器对水箱进行闭环控制，使水箱的液位值跟随给定值实现精确控制。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本实用新型实施例水箱液位控制系统结构示意图，如图1所示，一种水箱液位控制系统，包括上位机、下位机、智能仪表控制器3、水箱7、 D/A转换器4、A/D转换器10、液位传感器9、液位变送器9、三相磁力泵 13、电流转换器5和电动调节阀6，所述上位机与所述下位机通过TCP/IP 协议进行通讯，所述下位机通过RS485协议总线与所述智能仪表控制器3 进行数据通讯，所述三相磁力泵13与所述电动调节阀6电性连接，所述上位机包括液位设定器1和按键模块，所述下位机包括增量式数字PID调节器 2，所述按键模块与所述液位设定器1的输入端相连接，所述液位设定器1 的输出端与所述增量式数字PID调节器2的预设信号输入端相连接，所述增量式数字PID调节器2的输出端与所述智能仪表控制器3的输入端相连接，所述智能仪表控制器3的输出端、D/A转换器4、电流转换器5和电动调节阀6依次顺序连接，所述电动调节阀6安装在所述水箱7的进水管处，所述液位传感器8用于采集所述水箱7的液位，所述液位传感器8的输出端与所述液位变送器9的输入端相连接，所述液位变送器9的输出端通过A/D转换器10接入所述增量式数字PID调节器2的实测信号输入端。所述系统还包括三相电源11和变频器12，所述变频器12的输入端与所述三相电源11相连接，所述变频器12的输出端与所述三相磁力泵13相连接，保证系统的正常运行。所述液位传感器8为测量液位的扩散硅压力传感器。所述扩散硅压力传感器采用的型号为CKY-204。所述电动调节阀6采用的型号为QSVP-16K。所述变频器12采用的型号为FR-S520S-0.4K-CHR。所述三相磁力泵13采用的型号为16CQ-8P。所述上位机和下位机采用的型号为联想启天M410。所述智能仪表控制器3为数字智能式控制器，它是以数字计算机为核心的数字式仪表。智能仪表控制器3本身包含了状态数码显示器、键盘、报警喇叭等，所述智能仪表控制器3的作用是输出控制信号控制电动调节阀 6。随着微处理器的出现，数子计算机趋于微型化，使得以计算机技术为核心的数字调节装置嵌人普通仪表得以实现。在工业上使用较多的数字智能式控制器有可编程调节器和可编程序控制器。可编程调节器的外形结构、面板布置保留了模拟式仪表的一些特征，但其运算、控制功能更为丰富，通过组态可元成各种运算处理和复杂控制。

电气控制工作原理是：在液位设定器1中输入液位的设定值，并输入到增量式数字PID调节器2的预设信号输入端，扩散硅压力传感器将检测到的水箱液位数据信息通过液位变送器9转变为4-20mA标准电信号，再经过A/D 转换器10将信号转换为数字信号，输入到增量式数字PID调节器2的实测信号输入端，得到的偏差信号经过增量式数字PID调节器2处理后，所述增量式数字PID调节器2输出为增量信号值，并将增量信号值传输给智能仪表控制器3，智能仪表控制器3对增量信号值做出处理后发出控制信号，去控制电动调节阀6的开度大小；当液位升高时，增量式数字PID调节器2输出的增量值增大，则智能仪表控制器3的输出控制信号减小，使得电动调节阀 6关小。反之，当液位降低时，增量式数字PID调节器2输出的增量值减小，则智能仪表控制器3的输出控制信号增大，使电动调节阀6开大，由此水箱内液位保持稳定。

下位机中的增量式数字PID调节器2相比模拟PID调节器，控制精度更高。增量式数字PID调节器2内部集成了积分分离的算法，增量式PID数字调节器2是指数字控制器的输出只是控制增量Δu(k)。采用增量式算法时，计算机输出的控制量Δu(k)对应的是本次执行机构位置的增量，而不是对应执行机构的实际位置，因此要求执行机构必须具有对控制量增量的累积功能，才能完成对被控对象的控制操作。执行机构的累积功能通过采用软件算法得到了实现。此外，增量式数字PID控制器2具有误动作少、并且易于实现手自动的无扰切换等优点。

所述水箱7采用了有机玻璃，不仅表面光滑好，而且抗腐蚀。此外，有机玻璃的透明度非常高，便于我们观察液位的变化趋势。控制结构采用了电动调节阀6，相比于手动调节阀精度更高。三相磁力泵13的泵体完全包住内部结构，有效地解决了泄漏等一系列问题，避免了在石油化工等行业应用存在的安全隐患。可根据具体场景定制结构，可以是楼房中蓄水池的液位控制、石油领域中油田的控制、化工领域中化工原料的控制、纺织领域液体原料的控制中的一种。

一种水箱液位控制系统，上位机包括液位设定器，下位机内部采用增量式数字PID调节器，通过键盘将液位的设定值输入液位设定器中，液位设定器将数值输入到增量式数字PID调节器的预设信号输入端，液位传感传感器检测水箱内的液位，并通过液位变送器将被测信号的物理量转转变为 4-20mA标准电信号，再经过A/D转换器将信号的采样值转换为数字信号，输入到增量式数字PID调节器的实测信号输入端，得到的偏差信号经过增量式数字PID调节器处理后，将控制信号传输给智能仪表控制器，通过智能仪表控制器控制电动调节阀的开度大小从而实现对水箱液位的控制。同时，增量式数字PID调节器具有误动作少、并且易于实现手自动的无扰切换等优点。本实用新型提供一种水箱液位控制系统，通过增量式数字PID控制器对水箱进行闭环控制，使水箱的液位值跟随给定值实现精确控制，且该结构简单，稳定性高，成本低，控制精度高。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本实用新型的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本实用新型的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本实用新型的限制。

Claims (8)

1.一种水箱液位控制系统，其特征在于，包括上位机、下位机、智能仪表控制器、水箱、D/A转换器、A/D转换器、液位传感器、液位变送器、三相磁力泵、电流转换器和电动调节阀，所述上位机与所述下位机通过TCP/IP协议进行通讯，所述下位机通过RS485协议总线与所述智能仪表控制器进行数据通讯，所述三相磁力泵与所述电动调节阀电性连接，所述上位机包括液位设定器，所述下位机包括增量式数字PID调节器，所述液位设定器的输出端与所述增量式数字PID调节器的预设信号输入端相连接，所述增量式数字PID调节器的输出端与所述智能仪表控制器的输入端相连接，所述智能仪表控制器的输出端、D/A转换器、电流转换器和电动调节阀依次顺序连接，所述电动调节阀安装在所述水箱的进水管处，所述液位传感器用于采集所述水箱的液位，所述液位传感器的输出端与所述液位变送器的输入端相连接，所述液位变送器的输出端通过A/D转换器接入所述增量式数字PID调节器的实测信号输入端。

2.根据权利要求1所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述水箱液位装置还包括三相电源和变频器，所述变频器的输入端与所述三相电源相连接，所述变频器的输出端与所述三相磁力泵相连接。

3.根据权利要求1所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述液位传感器为测量液位的扩散硅压力传感器。

4.根据权利要求3所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述扩散硅压力传感器采用的型号为CKY-204。

5.根据权利要求1所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述电动调节阀采用的型号为QSVP-16K。

6.根据权利要求2所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述变频器采用的型号为FR-S520S-0.4K-CHR。

7.根据权利要求1所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述三相磁力泵采用的型号为16CQ-8P。

8.根据权利要求1所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述上位机和下位机采用的型号为联想启天M410。