擴散硅壓力變送器在水位控制系統(tǒng)中應(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(fù)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)換為與輸人壓力成線性對應(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一容器中液體的靜壓力;ρ-容器中液體的密度,常數(shù);g一重力加速度,常數(shù);h一容器中液體的水位。
　　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4~20mA直流信號后，再經(jīng)2502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H,控制在1~8m,水罐2水位H2控制在1~5m。其控制策略如下:
a.水罐1水位H1≥8m,關(guān)閉水泵。
b.水罐1水位H1≤1m,打開水泵。
C.水罐2水位H2≥5m,關(guān)閉調(diào)節(jié)閥。
d.水罐2水位H2≤1m,打開調(diào)節(jié)閥。
e.水罐2水位H2≤1m,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)換后輸人計算機，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,由于有兩路模擬量輸人(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路模擬量輸人,輸人模擬電壓范圍-10~+10V,1路模擬量輸出(最大±10V),16路數(shù)字量輸人(DI)和16數(shù)字量輸出(DO),TTUDTL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/1A,AC:120V/0.5A，完全滿足水泵和電磁閥的需要。Al通道選用PCLD-880端子板。
　　PCL--818L多功能板卡可以插人計算機機箱內(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(dǎo)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。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(xí)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”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(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、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。