【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,同時選用相應的接線端子板,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,在選擇好相應的硬件設備后,即可用MCGS組態(tài)軟件對自動測控系統(tǒng)進行應用軟件系統(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)進行定義和設置。
2)設備構(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“設備窗口”中對I/o卡等進行設置和組態(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’夕等進行設置和組態(tài)。
在完成上述的各項組態(tài)設置后,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)應用。
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