【摘要】介紹了用擴(kuò)散硅壓力變送器測量水位信號的原理和方法，并且利用擴(kuò)散硅壓力變送器作為水位檢測部件，結(jié)合組態(tài)監(jiān)控技術(shù)，組成了實(shí)用的水位控制系統(tǒng)。
在水位控制中，擴(kuò)散硅壓力變送器可以將水位信號轉(zhuǎn)化為壓力信號，實(shí)現(xiàn)參數(shù)的間接測量。而組態(tài)監(jiān)控技術(shù)為實(shí)施數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺(tái)，可以和檢測部件、控制部件構(gòu)成復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)，在節(jié)能、提高計(jì)量精度、改善產(chǎn)品質(zhì)量、完成部門間精que傳遞生產(chǎn)信息等方面發(fā)揮核心作用，有利于企業(yè)消除信息孤島、降低運(yùn)作成本、提高生產(chǎn)效率。
1、擴(kuò)散硅壓力變送器的技術(shù)特點(diǎn)和工作原理
擴(kuò)散硅壓力變送器由擴(kuò)散硅壓力芯片和信號處理電路組成，經(jīng)過精密的補(bǔ)償技術(shù)、信號處理技術(shù)，具有測量范圍寬、測量精度高的特點(diǎn)，可以長期在線檢測壓力信號。擴(kuò)散硅壓力變送器采用24V直流電源，當(dāng)外加壓力時(shí)，將引起壓力芯片的輸出電壓發(fā)生變化，再經(jīng)過信號處理電路將其放大，并轉(zhuǎn)換為與輸入壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的標(biāo)準(zhǔn)4-20mA直流信號輸出，可直接與二次儀表以及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動(dòng)檢測和控制，可廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域中壓力的檢測。正常情況下，擴(kuò)散硅壓力變送器測量的是壓力信號，根據(jù)壓力參數(shù)與水位參數(shù)之間的關(guān)系P=pgh.
式中：P—容器中液體的靜壓力；p—容器中液體的密度，常數(shù)；g —重力加速度，常數(shù)；h —容器中液體的水位。
由上式可知，容器中液體的水位參數(shù)和壓力參數(shù)之間存在著線性關(guān)系。因此可以將擴(kuò)散硅壓力變送器直接安裝在水罐底部，根據(jù)測量的壓力信號即可得到水位信號，從而將水位測量轉(zhuǎn)換為壓力測量，實(shí)現(xiàn)了信號的間接測量。測量所得的水位模擬信號經(jīng)壓力變送器轉(zhuǎn)換成4-2OmA直流信號后，再經(jīng)250歐姆電阻轉(zhuǎn)換成直流1-5V標(biāo)準(zhǔn)信號，分別送顯示儀表和計(jì)算機(jī)。
2、水位控制系統(tǒng)介紹
利用擴(kuò)散硅壓力變送器作為水位檢測部件組成的水位控制系統(tǒng)被控對象由上、下兩個(gè)儲(chǔ)液罐組成，水位測量由安裝在罐底的兩個(gè)GYG型擴(kuò)散硅壓力變送器來完成，水位調(diào)節(jié)通過對水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥的通斷控制來實(shí)現(xiàn)。其控制要求為:將水罐1水位日1控制在1-8m，水罐2水位日:控制在1-5m。其控制策略如下:
a.水罐1水位日,H1》8 m，關(guān)閉水泵。
b.水罐1水位日H1《lm，打開水泵。
c.水罐2水位日H2》5 m,關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。
d.水罐2水位日H2《 m，打開調(diào)節(jié)閥。
e.水罐2水位H2《1 m，關(guān)閉出水閥，否則打開出水閥。
2.1 硬件部分
水位控制系統(tǒng)，是利用安裝在罐底的兩個(gè)GYG型擴(kuò)散硅壓力變送器對兩個(gè)水罐的水位進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，然后將被測的1-5V標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)，根據(jù)采集到的信號情況，計(jì)算機(jī)將控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)，對水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥進(jìn)行上述的控制，從而形成計(jì)算機(jī)控制的閉環(huán)控制方案。其系統(tǒng)組成如圖1所示。
圖1中，由于本系統(tǒng)有兩路模擬量輸入(AI)，三路開關(guān)量輸出(DO)，因此I/o接口設(shè)備選用研祥PCL-818L多功能板卡，該卡有16路模擬量輸入，輸入模擬電壓范圍一10 ~ +10V,1路模擬量輸出(#大士1OV),16路數(shù)字量輸入(DI)和16數(shù)字量輸出(DO)，TTL/D丁L電平兼容。為了便于對象與PCL-818L多功能板卡之間接線，同時(shí)選用相應(yīng)的接線端子板，DO通道選用16路繼電器輸出端子板PCLD-785，該端子板輸出觸點(diǎn)負(fù)載為DC: 30V/1 A, AC: 120V/0.5A，完全滿足水泵和電磁閥的需要。AI通道選用PCLD-880端子板。
PCL-818L多功能板卡可以插入計(jì)算機(jī)機(jī)箱內(nèi)任何一個(gè)空余的ISA擴(kuò)展槽上。端子板可以安裝在機(jī)箱外適當(dāng)處。PCL-818L多功能板卡與Al端子板PCLD-880之間通過37芯D型插頭連接，與DO輸出端子板PCLD-785之間用20芯扁平電纜連接，對象與接線端子板間用導(dǎo)線連接。其I/O分配方式如表1所示。
系統(tǒng)中的計(jì)算機(jī)選用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，通過相連的打印機(jī)，
可以實(shí)現(xiàn)水位參數(shù)的報(bào)表輸出以及曲線顯示。而通過TCP/IP協(xié)議，計(jì)算機(jī)可以和Internet或局域網(wǎng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。
2.2軟件部分
水位控制系統(tǒng)以硬件為基礎(chǔ)，以軟件為核心。硬件的組成給系統(tǒng)提供了與計(jì)算機(jī)連接的必要條件;軟件的設(shè)計(jì)充分利用計(jì)算機(jī)的特點(diǎn)、發(fā)揮計(jì)算機(jī)的作用。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件采用組態(tài)軟件MCGS，組態(tài)軟件是近年來在工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域興起的一種新型的軟件開發(fā)技術(shù)，開發(fā)人員通常不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態(tài)軟件包中的工具，通過硬件組態(tài)(硬件配置)、數(shù)據(jù)組態(tài)、圖形圖像組態(tài)等工作即可完成所需應(yīng)用軟件的開發(fā)工作，它具有二次開發(fā)簡便、開發(fā)周期短、通用性強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。 根據(jù)水位控制系統(tǒng)對自動(dòng)測控系統(tǒng)的要求，在選擇好相應(yīng)的硬件設(shè)備后，即可用MCGS組態(tài)軟件對自動(dòng)測控系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用軟件系統(tǒng)的組態(tài)，也就是在MCGS工控組態(tài)軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)，其具體的組態(tài)過程簡述如下:
1)系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)組態(tài):在MCGS的“主控窗口”中，按水位控制系統(tǒng)對自動(dòng)測控系統(tǒng)的要求，對其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行定義和設(shè)置。
2)設(shè)備構(gòu)件的組態(tài):按此自動(dòng)測控系統(tǒng)中的硬件配置情況，在MCGS的“設(shè)備窗口”中對I/o卡等進(jìn)行設(shè)置和組態(tài)。
3)用戶界面的組態(tài):按水位控制系統(tǒng)的要求和用戶的習(xí)慣，在MCGS的“用戶窗口”中用MCGS的工具進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行封面和主控界面的設(shè)計(jì)組態(tài)。
4)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對象的組態(tài):按此水位控制系統(tǒng)對其自動(dòng)測控系統(tǒng)的要求，在MCGS的“實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫窗口”中分別對有關(guān)的數(shù)據(jù)和變量等進(jìn)行定義和設(shè)置。
5)運(yùn)行策略的組態(tài):按該水位控制系統(tǒng)對自動(dòng)測控系統(tǒng)的運(yùn)行要求，在MCGS`‘運(yùn)行策略”窗口中，可分別對系統(tǒng)的“啟動(dòng)策略”、“循環(huán)策略”、“報(bào)警策略”、“用戶策略’夕等進(jìn)行設(shè)置和組態(tài)。
在完成上述的各項(xiàng)組態(tài)設(shè)置后，即可生成一個(gè)適用于該水位控制系統(tǒng)的自動(dòng)測控應(yīng)用軟件系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)可以達(dá)到水位測量與顯示，水位控制，水位報(bào)警，報(bào)表輸出，曲線顯示等功能。
3、結(jié)束語
從水位控制系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用情況來看，利用擴(kuò)散硅壓力變送器作為水位檢測部件，結(jié)合組態(tài)監(jiān)控技術(shù)組成復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)是可行的，而且還具有很多明顯的優(yōu)勢，如系統(tǒng)配置靈活、開發(fā)周期短、通用性強(qiáng)、可靠性高等。相信隨著檢測元器件技術(shù)和工控組態(tài)軟件技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，二者的結(jié)合必將會(huì)在更多的領(lǐng)域中得到進(jìn)一步的開發(fā)應(yīng)用。
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