单容水箱液位高度的计算机直接控制系统设计

　　1　设计思路及设计原理流程图

　　1.1　设计思路

　　要对容器的液位高度进行计算机直接控制,也就是给定一个液位值,然后用一台计算机对液位(被控对象)进行巡回检测,检测结果与设定值进行比较,再按一定的控制规律或控制方法进行控制运算,然后输出到调节阀(执行机构),对液位(被控对象)进行控制,使液位(被控对象)稳定在给定值上。可以看出该系统主要由被控对象、检测装置、控制器和执行机构组成。

　　为了实验方便,我们利用了实验室现有的设备“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”、和“PCI采集卡”,设计一个对下水箱液位进行控制的计算机直接控制系统。

　　1.2　设计原理流程图

　　图1是我们给出的一个典型的简单负反馈控制回路,通过传感器将实际的物理量(即下水箱液位)转换为电压信号传给采集卡,经采集卡A/D转换后送入PC中,与指定值进行比较得出偏差值,这些偏差值经过PID算法处理后得到一个输出指令,重新回到采集卡中经D/A还原成电压信号,将电压信号经过V/I转换,通过电流信号调节电动调节阀的阀门开度,从而改变进水流量,以实现对水箱液位的控制。

　　2　线路连接及仪表调零

　　首先,我们要将THJ-2型过程控制实验装置电源接通,将压力变送器的两个输出端口与采集卡上的输入通道相连(我们选择AI0通道作为输入通道),同时与智能调节仪表的输入端相连,并把智能调节仪表调为跟随状态,只对得到的数据跟踪,不起调节作用。将采集卡的输出通道(我们选择A0通道作为输出通道)接到V/I转换的输入端(1~5V的输入信号转换为4~20mA的输出信号),输出端与电动调节阀相连(如图2所示)。

　　连好线后,我们要对仪表调零。从智能调节仪采集进来的电压是1~5V,与之对应的是0~100cm下水箱液位,具体操作如下:将水箱注满水(高于16cm)停止进水,打开阀,当水位在16cm左右时关闭,水位稳定后用万用电表测量压力变送器输出端口电压值,调节电磁阀中电阻使其值约为1.8V;再次打开阀直至水位在0cm左右时关闭,调节电磁阀中电阻使此时的压力变送器端口电压为1V。这样,仪表输出电压值与水箱液位值一一对应。

　　然后对V/I转换调零。我们输出的电压是1~5V,而阀门开度0~100对应的电流是4~20mA,因此调节V/I转换,使输出电压为1V时,对应的电流为4mA;输出电压为5V时,对应的电流为20mA,至此便完成了输出电压值与阀门开度的一一对应。采集卡的的准备:本次设计中用到的采集卡为PCI-1711,它是一款功能强大的低成本多功能PCI总线数据采集卡。PCI-1711有16路模拟量输入通道和2路模拟量输出通道,同时还具有数字输入、数字输出和计数功能。在本设计中,主要是用PCI-1711采集卡采集数据,进行A/D转换后,经过PID算法对采集所获的数据进行处理,结果通过模拟输出给执行器,执行器通过改变其具体参数来控制液位。