基于VB及组态王的水箱液位定值控制

摘 要：分析了单容水箱的特性，针对单容水箱的特性设计了一种水箱液位定值控制方法。利用VB以及组态王作为软件平台实现了对单容水箱液位的定值控制。实验结果表明，该种控制方法具有一定的抗干扰能力以及鲁棒性。实验结果对工业现场具有一定的参考意义。

关键词：VB；组态王；水箱液位；液位控制

中图分类号：TP319 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）003011102

0 引言

液位控制是生产生活中最重要的过程控制之一。例如，在食品饮料加工、冶金、船舶等方面都涉及到液位的控制。在液位控制中，通常需要将液位固定在某一特定的高度，称之为液位的定值控制。VB具有良好的界面显示功能，而且在编程过程中人机互动良好。组态王软件应用丰富，因此，将组态王与VB作为软件平台，设计一种水箱液位的定值控制方法，是一种很好的尝试。

1 系统硬件平台

水箱液位定值控制系统主要硬件由现场部分的水箱、变频器、水泵、传感器和输入输出模块组成。其各个部分的作用以及详细情况描述如下。

1.1 现场部分

（1）水箱。水箱的透视图如图1所示，水箱主要由闸板、引压孔、防波板以及大出水管组成。闸板是一个手动调节的闸板，主要用来控制水箱出水流量的大小。引压孔与液位传感器相连接，主要作用是用来测量水位的压力，从而测试出液位的高度。防波板的主要作用是在进水时，为了防止液面的波动太大，导致测量的液位高度不准。水箱的箱体有用来显示液位高度的刻度，可以实时观察水箱的液位。

（2）变频器。由于液位的高度与进水流量有关，而进流量又与水泵的转速有关，决定水泵转速的因素是变频器的频率，因此，在本系统中，变频器是一个重要的部件。本系统变频器采用三菱FS520S型变频器，由于变频器响应比较快，所以大大缩短了控制时间。根据n=60f/p，其中n表示电机转速，f为电源频率，p为电机磁极对数，水泵的电机转速与电源的频率成正比，通过调节频率即可达到调节转速的目的。

（3）压力传感器。水箱液位信息的采集主要由压力传感器完成。压力传感器的工作原理如图2所示。

感压装置通过导管和水箱的箱底相连，成为一个液位联通器的状态，水箱一侧的液位高度与导管一侧液位高度是相同的，而感压装置的高度与水箱箱底的高度相同，因此，通过感压装置的水压就可以知道水箱一侧液位的高度。

（4）水泵。水泵采用S18WG-18微型增压水泵，输入功率为260W，额定电压220V，额定电流1.2A，额定频率50Hz，额定转速2 800r/min。

1.2 输入输出模块

1.2.1 ADAM-5017模块

ADAM-5017是一个16位、8通道模拟量差分输入模块，各个通道输入范围都是可编程的。它可以接受毫伏级输入（±150mV，±500mV），电压输入（±1V，±5V和±10V）和电流输入（±20mA， 需要125欧电阻）。模块以工程单位（mV，V或mA）向主机提供数据。

1.2.2 ADAM-5024模块

ADAM-5 024是一个4频的类似输出组件。它接受来自在 RS-485网络上的ADAM-5 000系统或主机的数传数据输入。数据的格式是工程单位。然后它使用D/A，被系统组件控制，是把数传数据转换成输出信号的转换器。

2 系统软件平台

2.1 水箱特性分析

水箱是一个时延性、非线性系统，在水箱液位的定值控制过程中，为了使水箱快速、平稳地达到设定的液位，并且具有一定的抗干扰能力，需要满足以下几个条件：①在水箱的液位距离设定液位较大时，需要较大的进水量，以便快速达到设定液位；②在水箱的液位距离设定液位较小时，需要较小的进水量，防止超调的发生；③出于保护设备的角度考虑，变频器的频率变化不能太大；④在水箱的液位达到设定液位时，进水量为零。

2.2 VB数据处理

根据上述的水箱特性，运用VB软件编写程序，设定两个文本框，分别用来显示变频器的频率以及水箱的液位，根据液位的高低不同，给出不同的频率，具体实现代码如下：

Private Sub Form_Load（）

Dim a As Double '定义变量，液位

Dim b As Double '定义变量，频率

Text1.Text=a '液位显示

End Sub

Private Sub Text1_Change（）

If Text1.Text=0 Then

Text2.Text=50 '液位小，频率大

ElseIf Text1.Text < 4 And Text1.Text >=2 Then

Text2.Text=40

ElseIf Text1.Text < 6 And Text1.Text >=4 Then

Text2.Text=30

ElseIf Text1.Text=6 Then

Text2.Text=20

ElseIf Text1.Text < 10 And Text1.Text >=8 Then

Text2.Text=15'液位大，频率小

ElseIf Text1.Text >=10 Then

Text2.Text=0 '超调，频率为零

End If

End Sub

2.3 组态王界面显示

在算法设计完成之后，在组态王中分别定义设备ADAM-5 017以及设备ADAM-5 024，定义两个变量液位以及频率，将设备与硬件相连。其中ADAM-5 017用来采集液位的信息，ADAM-5 024用来向变频器输出频率。在上述过程完成之后，还需要建立组态王与VB的数据交换，本系统中，采用DDE（动态数据交换机制）实现组态王与VB的数据交换。

3 实验结果及分析

运行系统，VB显示界面如图3所示。

组态王显示的液位与时间的关系如图4、图5所示。

从图4和图5中可以看出，在水箱闸门关闭的情况下，液位的控制效果较好，静态误差在1%以内，而且液位上升比较平稳。在闸门开度为0.3cm时，系统大约存在4%的静态误差，液位的上升曲线也没有水箱闸门关闭时平稳，但是系统最终也满足了平衡条件，说明了该种控制方法具有一定的抗干扰能力。

4 结语

在没有建立数学模型的情况下，设计了一种水箱液位定值控制方法。该方法设计软件成本小，界面友好，并且具有一定的抗干扰能力，充分发挥了VB与组态王的优势，实验结果表明对工业现场具有一定的参考意义。

参考文献：

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