擴(kuò)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(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(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,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(biāo)準(zhǔn)4~20mA直流信號輸出,可直接與二次儀表以及計算機(jī)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(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(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(biāo)準(zhǔn)信號,分別送顯示儀表和計算機(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、下兩個儲液罐組成,水位測量由安裝在罐底的兩個擴(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(kuò)散硅壓力變送器對兩個水罐的水位進(jìn)行實時檢測,然后將被測的1~5V標(biāo)準(zhǔn)信號經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸人計算機(jī)，根據(jù)采集到的信號情況，計算機(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(diǎn)負(fù)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(jī)機(jī)箱內(nèi)任何一個空余的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)中的計算機(jī)選用工業(yè)控制計算機(jī),通過相連的打印機(jī)，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(jī)可以和Internet或局域網(wǎng)實現(xiàn)互聯(lián),從而實現(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)提供了與計算機(jī)連接的必要條件;軟件的設(shè)計充分利用計算機(jī)的特點(diǎn)、發(fā)揮計算機(jī)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(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。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(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(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“啟動策略”、“循環(huán)策略”、“報警策略”、"“用戶策略”等進(jìn)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(dá)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(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)合必將會在更多的領(lǐng)域中得到進(jìn)一步的開發(fā)應(yīng)用。