擴散硅壓力變送器在水位控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘要】介紹了用擴散硅壓力變送器測量水位信號的原理和方法，并且利用擴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)，組成了實用的水位控制系統(tǒng)。

在水位控制中，擴散硅壓力變送器可以將水位信號轉(zhuǎn)化為壓力信號，實現(xiàn)參數(shù)的間接測量。而組態(tài)監(jiān)控技術(shù)為實施數(shù)據(jù)采集、過程監(jiān)控、生產(chǎn)控制提供了基礎(chǔ)平臺，可以和檢測部件、控制部件構(gòu)成復雜的應(yīng)用系統(tǒng)，在節(jié)能、提高計量精度、改善產(chǎn)品質(zhì)量、完成部門間精確傳遞生產(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、降低運作成本、提高生產(chǎn)效率。

1、擴散硅壓力變送器的技術(shù)特點和工作原理
        擴散硅壓力變送器由擴散硅壓力芯片和信號處理電路組成，經(jīng)過精密的補償技術(shù)、信號處理技術(shù)，具有測量范圍寬、測量精度高的特點，可以長期在線檢測壓力信號。擴散硅壓力變送器采用24V直流電源，當外加壓力時，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)系的標準4-20mA直流信號輸出，可直接與二次儀表以及計算機控制系統(tǒng)連接，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的自動檢測和控制，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標準信號，分別送顯示儀表和計算機。

2、水位控制系統(tǒng)介紹
    利用擴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、下兩個儲液罐組成，水位測量由安裝在罐底的兩個GYG型擴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GYG型擴散硅壓力變送器對兩個水罐的水位進行實時檢測，然后將被測的1-5V標準信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入計算機，根據(jù)采集到的信號情況，計算機將控制信號經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后輸出給執(zhí)行機構(gòu)，對水泵、調(diào)節(jié)閥、出水閥進行上述的控制，從而形成計算機控制的閉環(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(最大士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，該端子板輸出觸點負載為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算機機箱內(nèi)任何一個空余的ISA擴展槽上。端子板可以安裝在機箱外適當處。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線連接。其I/O分配方式如表1所示。

    系統(tǒng)中的計算機選用工業(yè)控制計算機，通過相連的打印機，

可以實現(xiàn)水位參數(shù)的報表輸出以及曲線顯示。而通過TCP/IP協(xié)議，計算機可以和Internet或局域網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián)，從而實現(xiàn)遠程監(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)提供了與計算機連接的必要條件;軟件的設(shè)計充分利用計算機的特點、發(fā)揮計算機的作用。本系統(tǒng)設(shè)計軟件采用組態(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、可靠性高等優(yōu)點。 根據(jù)水位控制系統(tǒng)對自動測控系統(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)軟件對自動測控系統(tǒng)進行應(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)對自動測控系統(tǒng)的要求，對其系統(tǒng)菜單和系統(tǒng)參數(shù)進行定義和設(shè)置。
    2)設(shè)備構(gòu)件的組態(tài):按此自動測控系統(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)的要求和用戶的習慣，在MCGS的“用戶窗口”中用MCGS的工具進行系統(tǒng)運行封面和主控界面的設(shè)計組態(tài)。
    4)實時數(shù)據(jù)對象的組態(tài):按此水位控制系統(tǒng)對其自動測控系統(tǒng)的要求，在MCGS的“實時數(shù)據(jù)庫窗口”中分別對有關(guān)的數(shù)據(jù)和變量等進行定義和設(shè)置。
    5)運行策略的組態(tài):按該水位控制系統(tǒng)對自動測控系統(tǒng)的運行要求，在MCGS`‘運行策略”窗口中，可分別對系統(tǒng)的“啟動策略”、“循環(huán)策略”、“報警策略”、“用戶策略’夕等進行設(shè)置和組態(tài)。
    在完成上述的各項組態(tài)設(shè)置后，即可生成一個適用于該水位控制系統(tǒng)的自動測控應(yīng)用軟件系統(tǒng)，該軟件系統(tǒng)可以達到水位測量與顯示，水位控制，水位報警，報表輸出，曲線顯示等功能。

3、結(jié)束語
    從水位控制系統(tǒng)的實際應(yīng)用情況來看，利用擴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、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)合必將會在更多的領(lǐng)域中得到進一步的開發(fā)應(yīng)用。

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