基于MCGS的双储液罐双水位控制系统的设计

汪　珺

（合肥学院　机械系，安徽　合肥　230062）



基于MCGS的双储液罐双水位控制系统的设计

汪珺

（合肥学院机械系，安徽合肥230062）

摘要：组态软件MCGS具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点.通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备.利用组态软件实现双储液罐双水位控制系统的设计，可监控水位，设定水位使系统自动运行，充分体现了现代工业高效集中的特点.

关键词：组态软件MCGS；双储液罐；控制系统

1　引言

传统的双储液罐水位控制系统普遍采用继电器控制技术，由于采用固定接线的硬件实现逻辑控制，使控制系统的体积增大，耗电多，效率不高且易出故障.随着计算机控制技术的发展，传统继电器控制技术必然被基于计算机技术而产生的组态控制技术所取代.组态技术充分利用了Windows图形功能完备、界面一致性好的的特点，比以往的工业控制系统更具有通用性，在自动化领域有更广泛的应用［1］.而且组态技术本身优异的性能使基于组态控制的水位控制技术系统变得经济、高效、稳定且维护方便.这种水位控制系统对改造传统的继电器控制系统具有相当的意义.建立快速稳定的数据传输通道，保证水位数据信息的实时性和准确性保证系统能够高度可靠地实施和运行.在保障水位测量功能的基础上，优化系统，降低系统费用.用户只需要通过简单的模块化组态就可构造自己的应用系统，如可以灵活组态各种智能仪表、数据采集模块，无纸记录仪、无人值守的现场采集站、人机界面等专用设备.

2　系统的工作原理及控制要求

2.1双储液罐双水位控制系统的工作原理

压力变送器将储液罐的水位经采集模块后，转换为1～5V的电压信号或是4～20mA的电流信号送入工控机，计算机利用工业组态软件（MCGS）对控制系统进行组态，编写控制算法完成相应的控制策略，同时对采集的数据进行计算、处理、显示，然后经模拟量输出通道输出控制量，去控制集成移相调控晶闸管交流模块来实现水位的调节与控制，从而实现水位连续控制使其稳定在设定值.从控制系统的角度来看，它构成了一个闭环的计算机控制系统，以水位偏差及偏差的变化率为输入变量来实现水位的自动控制.

2.2系统的工艺过程及控制要求

2.2.1系统组成

被控对象由上下两个储液罐组成，上、下储液罐的水位和温度分别经过2个扩散硅压力变送器和温度变送器检测后变成4～20mA信号输出给计算机.水位控制通过4个阀门，1个水泵进行.系统组成如图1所示:

图1　双储液罐双水位控制系统组成图

2.2.2系统信号流向

温度、液位3路模拟信号经变送器转换成4～20mA信号后，经250Ω电阻转换成1～5V，分别送显示仪表和计算机.进计算机前，信号先经PCLD-9138端子板送入PCL-818L，经A/D转换后，被计算机采集到.根据采集到的信号情况，计算机输出控制信号给PCL-818L，在经过PCLD-780端子板送给74LS07驱动中间继电器，使其得电后控制各电磁阀和泵的通断.信号检测电路如下图2所示：

图2　信号检测电路图

2.2.3系统控制要求

（1）对上下两储液罐水位的检测；

（2）将上下储液罐的水位控制在给定值，给定值运行中在画面上人工输入；

（3）对上下储液罐的温度进行检测，并输出到显示仪表；

（4）当水温太低时发出报警信号，并生成报表显示.

2.2.4系统水位检测与控制

由于静压力P=pgh，因此可以将水位检测量转换压力测量.可以选择两个扩散硅压力变送器，将它们直接安装在水罐底部，进行水位测量，它们可将水位信号转换成国际标准信号4～20mA或0～5V输出.扩散硅压力变送器输出0-5V，电气连接线路如图3所示:

图3　扩散硅压力变送器的电气连接线路图

水位调节通过对循环泵、上下罐进水阀、是上下罐排水阀的通断控制实现.控制方法如下：

（1）上下水罐液位和低于给定总值时，停止一切排水，由外路进水.

（2）上下水罐液位和高于给定总值时，停止一切进水，向外路排水.

（3）上下水罐液位和等于给定总值时，不与外路交换：下罐液位值小于下液位给定值则由上罐排水给下罐；下罐液位值大于下液位给定值则上罐进水；下罐液位值等于下液位给定值则所有阀关闭.

以上控制特点是水交换尽量在两罐之间进行，这样有利于节水.

3　系统软件设计

3.1系统数据对象定义

打开MCGS实时数据库，根据表1添加实时变量.

表1　双储液罐双水位监控系统变量分配表

3.2MCGS界面制作

双击双储液罐双水位监控系统窗口，打开工具箱，从对象元件库插入元件：循环泵、上罐进水阀、上罐排水阀、下罐进水阀、下罐排水阀、扩散硅压力变送器、温度变送器、电加热器，并使用标签标出各元件.通过流动块工具在循环泵、下水罐、上水罐、上罐进水阀、上罐排水发、下罐进水阀、下罐排水阀之间画流动块.通过滑动输入器实现水罐水量控制；通过标签构件实现水量、温度的显示；通过报警显示构件实现报警实时显示；通过输入框构件实现上下罐液位给定值及温度给定值.完成后的MCGS界面如图4所示.

图4　双储液罐双水位监控系统主界面图

3.3动画连接

（1）滑块动画设置：确定滑动块指向、主划线数目、对应数据对象名称和对应值，实现水罐水量控制；

（2）液位实时显示动画设置、液位升降动画设置：实现储液罐水位随液位值变化；

（3）设置循环泵、阀门的启停效果：在可见度页，将表达式设置为：循环泵，当表达式非零时，对应图符可见；

（4）电加热器指示灯的动画设置：实现储液罐内温度控制；

（5）管道流动变化动画设置：当加入和排出液体时，管道里液体和气体会随之流动；

（6）报警显示构件动画设置：实现报警实时显示.

3.4报表输出

报表输出主要包括：1个标题（双储液罐双水位控制系统数据显示）、2个注释标签（实时报表、历史报表）、2个报表（实时报表、历史报表）.实时报表用于将当前时间的数据变量按一定报告格式显示和打印出来；历史报表通常用于从历史数据库中提取数据记录，并以一定的格式显示历史数据.

4　结束语

本系统基于组态软件设计控制，能够实现对两水罐的水位、温度进行检测并将下水罐和上水罐液位都控制在给定值，运行中应能人工输入给定值，并具有水位手动控制和自动控制功能.实现具有生产流程显示、温度、上下液位指示、计算机手动控制等功能和报警画面，报表、实时趋势曲线、历史趋势曲线画面.这种水位控制系统对改造传统的继电器控制系统具有相当的意义，它能够建立快速稳定的数据传输通道，保证水位数据信息的实时性和准确性保证系统能够高度可靠地实施和运行.

参考文献：

〔1〕袁秀英.组态控制技术［M］.北京：电子工业出版社，2003．

〔2〕马国华.监控组态软件及其应用［M］.北京：清华大学出版社，2003．

〔3〕许志军.工业控制组态软件及应用［M］.北京：机械工业出版社，2005．

〔4〕廖常初.可编程控制器应用技术第三版［M］.重庆：重庆大学出版社，1998．

〔5〕张文明，刘志军.组态软件控制技术［M］.北京：清华大学出版社，2006.

中图分类号：TH122

文献标识码：A

文章编号：1673-260X（2016）05-0165-02

收稿日期：2016-01-24

基金项目：2015年安徽省高等学校自然科学研究一般项目：《基于虚拟仪器的击球机器人研究》（KJ2015B1105914）；2016年度合肥学院优秀青年人才支持项目：《基于振动与噪声分析的顶煤放落程度检测关键技术研究》（16YQ10RC）；高校优秀青年人才支持计划重点项目:《基于PXIExpress技术的远程网络虚拟仿真测试实验平台及教学研究》（gxyqZD2016277）