单片机在变水头法标定系统中的PID控制

　　1引言

　　流量计在几十年前就已经研制使用,现在已经用于工业中的多个环节,如:污水处理、工业生产、石油化工等。现在环境问题日益严峻,世界对污染的治理已经提上日程,大口径流量计在污水的处理,控制方面已经必不可少。然而大流量的仪表对于其流量的标定系统肯定会有很高的要求,而且近年来流量仪表的口径以及测量技术以及类型都有了很多的改观,很多的现在的标定系统已经不再是标定的最佳方法。并且现在的流量测量仪表种类繁多,其测量原理、仪表结构、使用条件和安装方式等各不相同,为使各制造厂家生产的各类仪表的流量量值统一,并达到一定的测量精确度,必须对新制造或使用中的流量仪表进行标定或校验。现在的很多恒水头标定系统是按要求将被检流量计安装到试验管路中,用来确定被检流量计的相关特性。运用这些方法,设计良好的水流量标准装置系统,其装置稳定性一般可以优于0.05%,装置总精度可达0.1%左右(按水流量标准装置检定规程JJG-164-75计算)。但是,若将这些方法运用于大口径大流量仪表的标定装置,则存在很大的缺点。随着工业生产大型化,大口径大流量测量日益增加,我国大口径流量仪表的标定工作也提到日程上来,变水头大流量标准装置的研发亦迫在眉睫。

　　2控制系统结构

　　控制系统采用单片机在变水头法标定系统中的PID控制,使得流量保持在一个恒定的状态,实现了恒水头法标定过程中水泵必须向水流量标准装置持续注水以保持压头不变的过程。从而解决大口径流量仪表的标定问题。系统结构如下图所示:

　　3控制系统工作原理

　　水容量标准装置设有16个标定点,其底部装有压力变送器,温度变送器,注水泵和试验管路。BST 为测量液位以及HQ911的通道转换电路,工作过程中,BST液位信号以四个开关量信号传送给8051单片机,单片机采集到信号之后,当装置内液位达到最高点时单片机就会控制水泵关闭,当液位达到最低时,单片机会控制水泵自动打开,这一过程实现了装置内水位的自动控制。此外,BST将被校表的测量信号以频率信号的方式传送给HQ911, HQ911将其换算成为仪表读数,然后与标定装置内的实际读数作比较可得到标定结果。

　　此过程中,8051单片机除了控制注水泵的启动与停止之外,还有实现PI控制的作用。带流量调节的变水头高位槽法的特点是设有若干个标定点并在试验管路中装有受控制的流量调节阀,标定过程中高位槽中液位下降,调节阀的开度也随着增加,以保证流量恒定,这是由单片机实现PI调节的关键技术。 这是一种动态容积法流量标准装置。由于采用了利用流体自由降落和阀门动态调节流量的关键技术,解决了恒水头法标定过程中水泵必须向水流量标准装置持续注水以保持压头不变的过程,节省了大量的电力资源,是一种方便并且节约的一种新的标定方法。