液位控制器范文
时间：2023-11-24 20:04:56
液位控制器篇1
关键词：模糊控制；液位控制；仿真
DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.11.131
1 对象分析
本文研究对象为核电站稳压器，通过在100%的工况下改变波动水流量、喷淋水流量、加热器加热功率以及安全阀排放流量，来分析稳压器中水位的瞬态特性。
2 模糊控制方法简介
2.1 概述
模糊控制是一种运用模糊数学的理论和思想的控制。在传统的控制策略中，控制的精确度和效果好坏取决于控制对象模型建立的精确程度。传统的控制策略对于那些有精确模型的控制对象具有良好的控制效果，而对于无法建立精确模型的控制对象就显得不尽理想了。所以，人们便引用了模糊数学的方法来对这种没有精确模型的对象做模糊控制。
2.2 变量选择与论域分割
在控制中，控制变量的选择要有代表性，即要能反映出系统的基本特性，而控制变量选择的正确与否对一个控制模型来说是至关重要的。在模糊控制中，可选择系统输出误差、输出误差变化量、输出、输出变化量、及输出误差量总和等作为模糊控制的变量。本文选取输出误差和输出误差率作为控制变量。
在模糊控制变量确定下来之后，就要按照控制对象和经验写出变量的控制规则，在制作成模糊控制规则前，要对控制变量进行变量空间的模糊划分。变量空间划分时各个不同区域之间的重合程度对控制有很大的影响。但不同区域的划分并没有一个确定的规则，一般都是通过实验和模拟进行区域的调整。但有些数据也指出大约1/3～1/2较为理想。区域之间的重合程度对应着控制规则之间的模糊程度。所以，变量空间的模糊划分是模糊控制的一个重要特征。
2.3 函数形式
隶属度函数有两种形式，分别为离散型和连续型。连续型隶属函数又分为很多种，有三角形函数，梯形函数，高斯函数。一个隶属函数对应着一个模糊集合，一个模糊集合只有一个隶属函数与之对应。不同的模糊控制构架是由语言变量和相应的隶属函数决定的；有连续型隶属度函数和离散型隶属度函数。
2.4 控制规则
模糊控制器的核心是模糊控制规则，模糊控制规则直接影响了模糊控制的性能，模糊控制规则数目也对模糊控制起着重要的影响。模糊控制规则的取得方式：第一种，根据专家的经验和知识。通过向专家询问经验知识，在获得相关的知识后，将所获知识改为if….then的句式，就构成了模糊控制规则；第二种，操作员的操作模式，在很多工业系统无法通过控制系统做出正确的控制的情况下，熟练的操作员可以在没有数学模型的基础上正确的对系统做出控制；因此，根据操作员的操作模式，并将其整理为if….then的句式，也可构成模糊控制的控制规则；第三种，学习。为了使模糊控制器有良好的控制性能，就必须使其本身具有学习能力，使其可以根据控制对象对自身的模糊控制规则进行修改。
2.5 模糊自适应PID控制
在很多工业系统中，大量采用的仍是PID算法。PID的整定方法有很多，但基本都是以控制对象为基础的。
随着计算机技术的发展与应用，我们可以将操作员的操作模式作为数据储存在电脑里，再根据现场的实际情况，计算机便可以自动的控制工业系统，于是便出现了自适应PID控制。这种PID控制将先进的专家系统控制与传统的PID控制相结合，成为了一种性能较好的控制策略。但这种控制必须要有控制对象的精确模型，根据模型将操作员的操作模式转化为语言模型，然后运用推理就可以实验对PID参数的调整，使其成为最优值。
由于操作员的各种操作难以用语言来表示，控制过程中的各种信号量难以定量的进行表示，所以上述控制策略也存在局限性。而将模糊控制理论应用到这里则是一种有效的解决办法。人们将操作员的操作模式用模糊集合，模糊规则来表示，同时把这些模糊规则和相关的信息储存在计算机的知识库里，然后计算机根据控制对象的实际响应应用计算机中的模糊推理，就实现了对PID参数的调整，这就是模糊自适应PID控制。
3 稳压器模糊控制系统Simulink仿真
3.1 模糊控制模型的搭建
以喷淋量和电加热器功率为控制量搭建模糊控制模型。其中的模糊控制模块采用输出误差和输出误差率作为输入变量，以Kp，Ki，Kd作为输出量。采用三角形隶属函数。
其中模糊自适应PID的三个参数Kp、Ki、Kd可由合适的模糊规则得到各自整定的模糊规则表。
3.2 仿真结果
该控制模型可以实现对喷淋量扰动和电加热器功率扰动的同时控制。首先我们给定初始水位为1的阶跃，但不给任何扰动。实验进行300s，响应曲线如图 1所示。
行有扰动的响应曲线时，在100s时给喷淋量一个阶跃扰动，在200s时给加热量一个阶跃扰动，其响应曲线如图2所示。
从图中可见100s时有一个明显扰动，后曲线平稳。200s时曲线有一个很微小的扰动，后曲线平稳。该微小扰动为电加热器功率的扰动，扰动较小的原因为电加热器功率的改变对水位的影响较小，模型中其传递函数特别小。
4 结论
本章主要介绍了模糊控制的方法，模糊控制自适应PID的控制。并应用模糊控制的方法在simulink平台上搭建仿真模型进行仿真。从仿真的结果可以看出：
（1）采用模糊控制能达到控制稳压器水位的效果。
（2）模糊水位控制具有以下优点，其振荡小，调节时间短，使系统调节更稳更准更快。实现稳压器稳定运行。
液位控制器篇2
关键词:JY32水泵液位控制器;给排液双控;枯液满液报警;自动化给排水
中图分类号:TU991文献标识码:A文章编号:1009-2374(2010)01-0018-02
近年来,随着城市建设的发展,大规模住宅小区及标准高、功能复杂的各类建筑越来越多,居民用水需求不断发展,工业也对供水系统提出了更高的要求。如何确保城市给排水的可靠性,已成为一个焦点问题。传统的控制系统已经很难保证这样复杂系统的安全可靠供水。经常出现水箱溢水、井源干枯水泵空转等事故。本控制系统利用JY32和液位传感器通过对水池(箱)和井源液位进行实时监控,实现给水排水双控制、枯水溢水越限报警(停机)控制。
一、液位控制器的工作原理
JY32的接线端子如图1所示,其中5、6为工作电源输入AC380V或AC220V,端0、1、2、3、4为型控制器的弱电信号端子。其中,端子1、2应分别接到低位水池的上、下探头;3、4应分别接到高位水池的上、下探头。端子0为公共信号端。5、6、7、8、9为强电端子。其中,7、8、9为一组电隔离的输出转换触点(7、8常开,8、9常闭)。通过输入点探头的通断,判断井源、水箱的液位,从而控制泵的启停。
二、给水排水双控
给排水的应用场合有自动给水、自动排水,或者两者同时控制――双控。本论文以双控为例介绍。双控同时控制低位水水源池(水井、地面水箱)和高位水池(水塔、楼顶水箱)。接线图如图2所示,其工作过程是:在低位水池水位高于1端探头(准备开泵水位)的前提下,如果高位水池(箱)内水位下降至刚好脱开4端探头时,则控制器端子7、8闭合启动电泵开始供水,直至水位上升至3端探头或低位水池水位下降至刚好脱开2端探头时(强制停泵水位),控制器端子7、8断开电泵停止供水。当低位水池水位高于1端探头同时高位水池水位低于4端探头才开始重新启动,如此循环。需要指出的是:如果低位水池中的水源充足(水位始终能保持高于1端探头,即1端与公共端0始终接通),则工作过程等同单独的给水控制方式。如果低位水池水源不足,或高位水池水量消耗太大(持续缺水,4端持续与公共端0断开),则工作过程等同于单独的排水控制方式。通常情况下二者同时起作用。
三、枯水溢水越限报警/停机控制
有些水池要求保证既不能干枯也不能溢水。JY32可以同时检测到枯水、溢水两种情况并即时给出报警信号。实现方法是:将0端接公共大地,2端探头设置在地面低位水池的最低限报警位置,3端引出探头设置在楼顶高位水池的最高限报警位置。也可如图3(a)所示,分别将探头2、3设置在同一水池内最低超限水位(枯水)和最高超限水位(溢水)的位置。如水面可能存在波浪抖动,还应加装液面防抖复位探头1、4。则当液面低于2或高于3时,8、9闭合驱动电铃报警(可同时引作强停泵信号),而在液面位于1、4两点之间的正常范围内,8、9分断不报警。由于1、4为防抖动复位探头,应设置探头4略低于探头3,探头1略高于探头2。一般设置防抖探头与报警探头之间的高差为1～3cm,略微大于实际液面波动落差。
单独用于监控枯水或溢水的报警方式接线图如图3(b)、(c)所示。由于这种接线方式在液位正常及电源接通或断开时能自动复位,而且枯水或溢水报警信号发生后能够自动保持,故不需要设置防抖探。
四、防止空泵运转自动给排水控制
在单独用于给水控制的情况下,可利用JY32的空余端1、2对管道内的存水量进行监控,即在高于水泵叶轮以上的任何高度部位设置探头1、2,从而实现引水缺乏状态(1、2与公共端0断开)水泵不工作(7、8分断),同时“排水等待”指示灯亮。一般也可在高位池内比4端探头略低3～30mm的位置范围内,增设超低水位监控探头1、2(2端比1端略低可起防抖稳定作用),如开机后液面不上升反而下降到了2点,便自动关机,同时排水等待指示灯“亮”表示报警信号。这种情况可能是引水漏空、管道堵塞导致水泵空抽、出水量太小,也可能是控制柜主回路、二次回路出现了故障或电机烧毁。自动排水控制方式下防止空泵运转的原理于给水控制方式类似。其原理分别如图4、图5所示。
五、结语
本论文提供了利用JY32液位控制器实现给水排水同时控制,并有效的防止溢水枯水、泵空转的方法。该方法简单实用,可广泛的应用于各类生活泵、消防泵、污水泵、工业泵等,为自动化给排水提供一种行之有效的方案。
参考文献
[1]李仰斌.村镇供水工程设计图集[M].北京:中国水利水电出版社,2008.
[2]王志勇,王雷霆,罗炳忠.给排水与采暖工程技术手册[M].北京:中国建材工业出版社,2009.
[3]程文义.建筑给排水工程[M].北京:中国电力出版社,2009.
[4]王鸿鹏.新农村建设给排水工程及节水[M].北京:中国电力出版社,2008.
[5]崔福义,彭永臻,南军.给排水工程仪表与控制[M].北京:中国建筑工业出版社,2006.
[6]朴芬淑,吴昊.建筑给排水――建设工程问答系列丛书[M].北京:机械工业出版社,2006.
液位控制器篇3
关键词： PID；液位探测器；
前言
随着实际运用质量和效益的需要，炼钢连铸结晶器液位自动控制系统已成为现代化冶金企业重要的铸成部分。我公司也已实现了连铸液位自动控制。通过具体的实践对结晶器液位自动控制有了较大的理解。
1. 结晶器液位自动控制系统的组成
1. 1结晶器液位检测
由于结晶器是控制液位的设备，其工作条件很恶劣----高温，蒸汽，灰尘，震动等。而且安装困难，所以我们选用的是同位素仪表。由于测量技术的进步，同位素的剂量已越来越小，铯137放射源已完全能满足稳定.准确.测量的要求。且对人体的危害已很小。Cs-137有良好的渗透性和30年的半衰期。 放射源被双层不锈钢用氩弧焊方式密封起来并放入一放射棒内。放射源棒被放入一注满了铅的铁制容器内。
液位探测器：液位探测器的中心检测元件是光电倍增管，测量原理是利用γ射线的高穿透能力。安装在结晶外的铯137棒源发出的ν射线，穿过结晶器直射到安装在结晶器弧外侧的传感器内的闪烁体上，激发闪烁体发光。当钢水液位增至最高时，射线被钢水全部挡住，射线射到传感器上的量最少。反之最大，发光的次数跟放射量的多少成正比，这样，通过光电倍增数，准确记录闪烁体的发光次数就得到了液位信号。每次使用前，要对仪表进行标定，控制范围是155mm，故距结晶器铜管上口50mm定为最高液位，距上口205mm定为最低液位，检测范围为155mm。当结晶器内的钢水液位越高，对射线的阻挡能力就越强，探测器接收到的粒子数就越少，系统就认为液位高。由于是采用线性棒源，这样标好之后，就可以按时间内的记数值的多少来表示液位的高低，达到钢水检测的目的。
二次仪表：SC3000是一种集成的专用PLC系统，用于结晶器钢水液位的检测及控制。它的硬件组成包括：探测器输入模块、温度模块、开关量输入模块、模拟量输出模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、CPU板和电源模块。每一块板有专门的功能，各个模块有数据通道A，B通过485接口互相连接它的软件组成包括：参数设定、I/O状态显示和编辑面板显示。
2执行系统
在本控制系统中由液压阀.，也就是因为塞棒要和钢水直接接触，塞棒头的节流处容易被冲刷和粘结，传动机构来控制塞棒从而达到调节钢水的多少。但使控制特性缓慢不断的变化，造成系统阀的特性极不稳定，给控制增加难度。
中间包的塞棒设在侵入式水口的上口处，限制钢水流入水口的量。其塞棒上下移动是通过液压油缸带动，液压缸是由电控的液压伺服阀来调节，控制信号根据偏差由PLC计算得出，从而来控制液压伺服阀。
3液位扰动的产生与克服措施
由于工艺过程是钢水从中间包通过侵入式水口流入结晶器，而工艺要求结晶器液位稳定地控制在预定的位置，这一点对稳定生产确保钢水质量非常重要。引起结晶器液位不稳定的因素主要来源于钢水流入与钢胚流出的不等.流出量与拉速成正比，因而由于引锭杆的松动.拉矫机的转速而引起拉速的跳动，而引起拉出钢锭的不等，钢水流入时由于水口内尺寸的变化，异物的堵塞，塞棒的松动等而引起变化。从而引起液位测量的扰动。
为了克服以上扰动，使用PID调节控制模型，动态修正控制器参数是解决上述问题的关键。首先将液位偏差分为几个部分，再逐一设定PID控制器的比例，积分时间，微分时间这三个参数，譬如：
1. 当偏差在量程的±2%以内波动时，使控制作用减弱，控制动作变慢，从而使液面稳定。这种状态表示系统在正常运行。
2. 当液位偏差在量程的±10%时，加强系统的控制作用，使控制作用加强，这样能很好地控制结晶器内液面的波动。此种情况也是系统的正常运行。
3. 当液位偏差在量程±10%以上波动时，PID控制器的参数就采用最强的一组，使控制动作加快，这样即使再大的波动也能够很快地得到控制。此种情况属于异常的工作状态。
上述几种控制作用根据液位偏差的大小而相互转换，使大偏差转为小偏差，再转为系统的正常运行状态。
4、结束语
自动浇注是稳定生产，提高质量必不可少的环节，还能有效地节省人力，减少由于人为操作原因而引起的拉漏和结死等生产事故。我们公司对连铸自动浇注很重视，我们为了能提高自动浇注的使用率而不断努力。
参考文献：
（1）.高峰 韩金等 连铸钢水液位国产探测器的研制。包钢科技2001年
液位控制器篇4
1泡沫系统
泡沫成分如图1所示，泡沫系统流体原理如图2所示。泡沫由泡沫原液、水和空气3部分组成。在泡沫系统运行中，操作手通过改变泡沫各成分的比例来满足不同土质的改良需求，以达到最佳的改良效果。泡沫系统由泡沫原液泵、泡沫混合液泵、泡沫原液箱、泡沫混合液箱、泡沫水管路、泡沫混合液管路、空气管路、泡沫发生器和电气系统等部件组成。泡沫电气系统包括电气硬件和软件，系统主要包括控制元件、电控执行机构、PLC控制部分和上位机。其中，电控执行机构是泡沫各管路的动力来源；PLC控制部分是整个系统的中枢神经，可为设备提供必要的连锁与警示；上位机是操作手的操作平台，负责将操作手的各种操作指令传达给PLC，并将PLC采集到的信息反馈给操作手作为操作依据。
2电气硬件系统设计
2．1泡沫系统的供电系统结构泡沫系统采用三相380VAC电源进行供电，电源的分配如图3所示。设备利用控制变压器将部分380VAC变为220VAC，供接触器、温控器和散热风扇使用。泡沫原液泵和泡沫混合液泵的功率分别为075kW和3kW，为了精确控制泡沫原液和混合液的流量，2种泵均采用变频器控制。设备选用了西门子6SE6440－2UD21－1AA1380V－11kW和6SE6440－2UD24－0BA1380V－4kW2种变频器。泡沫原液泵和混合液泵选用变频电机，电机风扇独立供电，由GV2M06C进行短路及过载保护，直流接触器LP1K0910BD控制其通断。混合液搅拌器由1台075kW的三相电机直接驱动，由电机断路器GV2－M07C进行短路和过载保护，接触器LC1－D09M7C控制其通断。泡沫混合液经过搅拌器的搅拌后混合将更加均匀，发泡效果将更加理想。三相动力线同时给控制线路供电，使用DRT－960－24将三相电源转换为24V直流电，为PLC、传感器、电磁阀等的控制提供电力来源。
2.2泡沫系统PLC硬件设计根据泡沫系统的控制特点和盾构机的PLC网络要求，系统采用三菱PLCQ02U进行本地的数据采集、逻辑运算以及数据输出，采用三菱H网络与盾构机其他PLC进行数据交流，利用以太网网络与泡沫系统上位机进行信息交换。在进行PLC硬件配置时，各功能模块可以根据用户习惯任意搭配顺序，使其应用更加灵活方便［4－5］。系统采用了1块16点的数字量输入模块、1块16点的数字量输出模块、1块8通道的模拟量输入模块和1块4通道的模拟量输出模块作为本地控制柜的输入输出模块［6］。数字量输入模块主要用于采集断路器和变频器的反馈信息，数字量输出模块主要用于控制接触器和中间继电器，模拟量输入模块用来采集传感器的反馈信号，模拟量输出模块用来控制变频器的运行频率，进而实现对螺杆泵的调试。系统选用以太网模块QJ71E71－100同上位机通讯，选用H网模块QJ71BR11跟盾构机其他PLC通讯。
2.3泡沫系统上位机设计本系统上位机选用研祥工业电脑PPC－1561，在工业电脑上安装三菱OPC软件［7］，从而实现工业电脑与PLC的数据交换。上位机操作界面分为泡沫控制和泡沫参数设置2个操作区域。泡沫控制区域可选择需要操作的泡沫管路及控制方式，同时，控制泡沫系统的启动和停止。泡沫参数设置区域可对泡沫运行时的各控制参数（如泡沫原液比、发泡率等）进行设置。上位机设有报警界面，当泡沫系统出现故障时，该界面可显示出相应的故障信息，方便操作司机进行故障排除。
3控制系统软件设计
3.1泡沫系统控制流程泡沫系统正常运行的前提是建立在断路器及变频器正常运行的基础上。当泡沫系统各硬件一切正常后，首先进行泡沫各系统公用参数的设置，然后选择控制方式并设置与控制方式相匹配的控制参数，最后选择需要注入的泡沫管路并按下启动按钮。泡沫系统分为手动控制、半自动控制和自动控制3种控制方式。手动控制就是操作手可以根据需要对各管路的泡沫混合液流量和空气流量进行自主调节。半自动控制是泡沫系统运行后，PLC根据各路设定的泡沫混合液流量和发泡比控制泡沫系统的注入。自动控制在掘进时才能运行，PLC根据推进速度自动控制泡沫系统的注入。泡沫系统开始运行时，PLC首先检测泡沫混合液箱的液位开关，当出现低液位报警时，泡沫水管气动阀打开且泡沫原液泵运行。在泡沫水管路上安装流量计，PLC根据水的流量和上位机设置值进行泡沫原液流量计算，然后通过控制泡沫原液泵的变频器进而控制泡沫原液流量，使泡沫混合液按设定的混合比进行混合。在泡沫原液泵运行的同时，位于泡沫混合液箱的搅拌器开始工作，将泡沫混合液充分搅拌。当混合液箱高液位开关动作时，泡沫原液泵停止且泡沫水管气动阀关闭，同时PLC开始计时，5min后泡沫混合液箱搅拌器停止工作。当泡沫混合液箱液位正常且泡沫注入开始按钮被按下后，泡沫混合液泵运行，同时空气管路的电动调节阀也开始工作。PLC根据不同的控制模式计算泡沫混合液的流量值，然后对泡沫混合液变频器进行调节，进而控制泡沫混合液的流量；与此同时，PLC将空气流量的检测值和计算值进行比较，进而控制电动调节阀的打开和关闭。在电动调节阀的运算控制中引用PID控制，从而得到更加稳定的空气流量。在泡沫混合液管路中安装压力传感器，当压力检测值高于设定值时，泡沫系统停止工作且进行系统报警，操作手根据具体情况进行相应处理。
3.2程序设计程序设计采用梯形图设计，利用三菱GXDeveloper软件进行PLC编程。梯形图编程简单明了，具有良好的可读性和可维护性。梯形图的编程设计入门简单，对操作人员进行简单培训即可进行常规操作，方便操作人员对系统故障的诊断和排除［8－10］。在程序设计中，利用工业电脑采集到的启停信号及相关的控制选择信息配合控制回路中反馈的安全信号做出条件判断。当满足运行条件时，给出正常的运行提示，同时进行泡沫注入的控制输出；当不满足运行条件时，将无法进行泡沫注入操作，同时报警程序运行，并在工业电脑上给出故障提示，故障清除后报警信息才能消失。满足运行条件后，PLC首先采集工业电脑输入的控制信息，利用不同模式下泡沫系统的计算公式计算泡沫各成分的流量值；然后，通过调节变频器输出频率调节泡沫原液泵及泡沫混合液泵的流量，达到泡沫各成分精确控制的目的。为了更好地调节泡沫系统，在泡沫各管路中设置流量计，实时监控泡沫各成分流量值，并将流量反馈信号与其流量计算值进行比较，实时校验，进一步提高泡沫系统的控制精度。
3.3故障处理对系统运行过程中检测到的故障进行收集，故障报警检修人员可以直观地通过报警信号对故障进行处理。
4结论与讨论
液位控制器篇5
【关键词】PLC；混料控制；自动化
一、引言
在冶炼、化工、制药等行业中，配料的混合是必不可少的工序，而且也是其生产过程中十分重要的组成部分。某些行业中会出现易燃易爆、有毒有腐蚀性的介质，以致现场工作环境恶劣，不适合人工现场操作。但又要求生产系统要具有混合精确、控制可靠等，以及为达到使原料充分混合的温度的准确性和测量实时性。采用可编程控制器PLC及组态构成的用于多种液体自动混合、自动搅拌、自动加热和自动放料系统的控制系统，能模拟显示自动混料系统的全部工作过程，实现实时监控。
二、PLC及控制过程的确定
PLC作为近些年主要的工业控制器，在控制方面体现出与通用计算机和单片机之间的差别。在主流的可编程控制器中，根据编程及使用人的要求，可选择西门子、三菱或国产的小型PLC等。这里选择那个型号主要在于确定混料控制中需要的点位。在此处以西门子CPU224为例。
控制过程：在混料罐内完成比例液体的自动搅拌混合。如液体A、B、C，1：1：1混合等；通过液面传感器检测液置；当液面升到一定高度时，阀门关闭，搅拌电机开始工作；搅拌电机停止后，排液阀门打开，开始放出混合液体。液体排完后，再开始下一周期操作。如果工作期间有停止按钮操作，则待该次混料结束后，方能停止，不再进行下一周期工作。
三、传感器与进料阀门的选择
选择或实际编程中，经常将液位信号作为开关量传输给PLC。液位开关是根据液位传感器的信号输出开启放水或者进水的阀门而使水位保持恒定的一种控制器。也可以说液位开关输出的是一种开关信号，液位开关首先要确定液位的高度，依据这个高度来输出开关量信号。而液位传感器是将液位的高度转化为电信号的形式进行输出。我们可以对电信号进行处理比如和plc、数据采集器或者专业显示器相连进而输出液位的高度。还有就是液位开关和液位传感器的原理虽然相同。但是液位开关是开关控制电路，而液位传感器是相当于变压，变流用的电路元件[1]。如果只是单纯的控制可选择其中的一种，现代智能控制设备要能够实时知道运行状态，做好两个都使用，虽然投入大一些，配上人机界面，显示效果很不错。
四、PLCI/O分配（部分）
输入信号 输出信号
I0.0 起动按钮 Q0.0 A阀门电磁阀
I0.1 停止按钮 Q0.1 B阀门电磁阀
I0.2 传感器高位 Q0.2 排液阀门电磁阀
I0.3 传感器中位 Q0.3 搅拌电机
I0.4 传感器低位
I0.5 复位按钮
子程序1 温度数据采集；
子程序2 PLC与触摸屏通信；
五、PLC控制程序（主控制部分）
因为具体混合过程不同，这里给出两种液体的混合控制过程程序。
LD I0.0
AN M0.5
EU
= M0.0
LD I0.1
EU
= M0.1
LD I0.2
EU
= M0.2
LD I0.3
EU
= M0.3
LD I0.4
ED
= M0.4
LD M0.1
S M0.5，1
LD M0.5
A T38
O M0.0
S Q0.0，1
S M0.5，1
LD M0.3
R Q0.0，1
S Q0.1，1
LD M0.2
R Q0.1，1
S Q0.3，1
LD T37
R Q0.3，1
LD Q0.3
LPS
ED
= M0.6
LPP
TON T37，600
LD M0.6
S Q0.2，1
LD T38
R Q0.2，1
R M0.7，1
LD M0.4
S M0.7，1
LD M0.7
TON T38，80
PLC控制程序（2温度数据处理）
温度控制较为常见，也是检测罐内运行是否正常的数据之一。
//对过程变量（模拟量）进行变换，检测电压值为0～5V对应输入寄存器的值为0～32000，而与此温度检测值对应的值为6400～3200（0℃～200℃），把这个值转换为温度值。
LD SM0.0
MOVW AIW0，VW415
AENO
-I +6400，VW415
AENO
MOVW VW415，VW417
/I +128，VW417
//将寄存器值与30比较若小于30℃则输出Q0.4
LDW< VW417，30
= Q0.4
//将寄存器值与30、50比较，若大于30℃且小于50℃则输出Q0.5
LDW>= VW417，30
AW
= Q0.5
将寄存器值与50比较若大于50℃则输出Q0.6
LDW> VW417，50
= Q0.6
六、组态
在完成混料控制后，还需要将混料罐中的实时液位信息通过传感器传输到PLC及上位机，以便能够直观的观看到混料过程。通过PLC内置的数据处理、通信功能，将传感器实时数据（4～20mA或0～5V）进行整理后，将信息传至显示器或触摸屏。通过触摸屏控制软件将数据信息以动画的方式显示出来，就构成一套完整的系统。如西门子的HMI，TP系列。可采用组态软件WinCC flexible，可使自动控制过程组态更加简单，更容易设计出个性化的人机界面，能够实现不同性能设备的操作和应用。
七、不足
混料罐是一个封闭的容器，只设置有进出口，排料后残留多，不容易清洁。本控制思想中也未涉及自动清理部分。
参考文献：
[1]罗宇航.流行PLC实用程序及设计[M].西安电子科技大学出版社.
[2]李江全.现代测控技术[M].电子工业出版社.
液位控制器篇6
关键词：智能型 电液集成 执行器
执行器作为一种动力装置，不仅已经广泛的应用于各种阀门的驱动、控制中，而且也正在被更多的用户应用在几乎任何需要动力驱动的部位。如果按执行器驱动装置的类型划分的话可分为电动执行器、气动执行器和电液执行器三大类。
目前使用最多的是电动和气动执行器，其原因为电动执行器体积小使用方便可以实现调节控制，气动执行器在有气源的条件下结构简单，但二者也同时有自身无法克服的缺点，比如电动执行器实现大驱动力比较困难，而且存在使用寿命和维护问题；而气动执行器则存在稳定性和控制精度不高的问题等。
而电液执行器（包括高精度的电液伺服控制执行器）则可以很容易的实现大驱动力控制，高精度的调节控制和快速开关控制，那么为什么这种驱动器应用的不多呢？其原因主要是过去电液执行器往往需要配套使用一个液压站或者带一套伺服控制系统致使体积庞大，往往存在泄漏等问题，而且使用成本很高（能耗和维护费用）。因而仅在少数需要大驱动力或高精度调节控制的时候才使用。
目前一种由美国KOSO公司生产的新型的REXA电液集成执行器已经进入中国市场并在很多领域得到了应用，REXA电液执行器是一种智能型机、电、液一体化的执行器，它有两个系列Xpac和Mpac，其中Xpac执行器是一种专用于调节、由微处理器控制的集成型的电液执行器。其调节性能与目前我们常见的电液伺服执行机构可以媲美。Mpac是专用于开关控制的电液执行器，有着优良的稳定性和可靠性。REXA执行器因其高度集成化的设计改变了传统电液执行器体积庞大的缺点，而电液执行器优良的控制性能却得到了保证和提高。下面简单介绍一下Xpac系列执行器的组成、原理和性能特点。
REXA执行器主要由两大部分组成即执行器（集成在一起的液压缸和电液动力组件）和控制箱部分。在使用中执行器安装在被驱动装置上，控制箱可根据需要远程或就近安装，二者由电缆连接，电缆包括动力电缆、控制电缆和反馈电缆，长度最长可达150米，方便的实现远距离控制。
执行器部分的核心是电液动力模块，该模块由马达、齿轮泵、流量配对阀、储油箱、电加热器和旁路电磁阀（弹簧失效单元特有）等组成。动力模块有B、C、1／4D、1／2D和D五种规格。这些规格的动力模块均以2000psi（13.78Mpa）的压力把油传递到液压缸，而由于其内部不同的泵和马达组合，产生不同的最大流量和由此使执行器产生不同的最大行程速度。更大的速度可采用将若干动力模块组合在一起的方法或采用REXA特有的增压泵系统来获得。这种模块形式的结构不仅提高了通用性，保证了产品性能的稳定，而且减少了备件的库存量。
那么REXA Xpac执行器是如何实现高性能的调节控制的呢？这里不能不提到其专利的流量配对（Flow Match System）系统（见下图）这一液压控制方面的最新技术。该系统使得执行器内部流体压力得以独立于外部载荷的大小和方向而保持恒定，是执行器可以对控制信号迅速作出反应，输出平滑、精确的操作从而使系统取得其他方式极难达到的定位效果。流量配对系统允许Xpac以增量的方式定位，马达和泵只在执行其需要动作时运转，一旦油缸输出到达预定位置，泵马达即停止工作，流量配对系统可确保Xpac原位锁定，系统的调节任务不受泵马达启、停或反转的影响。
控制箱包括位置控制处理器、电源、马达驱动器、保险丝、滤波器和一个终端，位置处理器（PCP）包括一个8位80C52微处理器，一个用于程序存储的32KB EEPROM存储器，一个用于数据存储的2KB EEPROM，一个12位A/D转换器和一个3键5位显示板。PCP同时提供两个安装可选I/O接口板的连接器。
Xpac由位置控制处理器（PCP）控制。在PCP操作设置中有自动、设定和现场三种操作模式。在调节操作中，PCP处于自动模式。在设定模式中使用者可以利用键盘和显示板，通过一些简单的操作步骤对速度、行程、死区可控制信号等各种参数进行设定。在现场模式中，允许利用PCP键盘手动操作。
执行器的动作过程是执行器根据设置时确定的行程和信号范围，PCP把外部送入的控制信号转化为目标位置，执行器的当前位置通过装在执行器上的反馈组件测定。目标位置和当前位置的差值为控制偏差。如果偏差超出了死区（用户设定），PCP将启动马达重新校正。
双向齿轮泵通过两个流量配对阀（FMV1和FMV2）中的一个来使双作用缸的任一侧增压，为把活塞移动到左边，通过A端口使FMV2加压，阀芯在压差作用下左移打开逆止阀，液压油可从端口D流到B，从端口A流到E，在从D流出的油压作用下活塞向左移动。需要说明的是在图示活塞的运行方向和负载方向相反的情况下，由于B、C端口的压力很低，几乎为大气压力，此时FMV2还起到节流阀的作用使D腔保持适当的背压，从而保证系统运行平稳。当油缸输出到达指定位置时泵停止工作，两个逆止阀均关闭，液压油留在缸内，马达不需要操作就可以使液压缸的位置得以保持。
Xpac执行器的输出形式有直线位移或角位移可选。直线位移推力从0.9吨到53吨；角位移扭矩从68Nm到45194Nm，足以满足大多数的控制力要求。直线位移速度根据不同模块和出力而不同，如8896Nm出力时最大可达101mm／s；角位移速度同样根据不同模块和出力而不同，如282Nm出力时可达0.55s/90°。死区：0.1％，可利用PCP在0.1％－0.5％之间调整。定位精度小于全行程的0.15％。线性度小于全行程的0.05％。重复精度小于全行程的0.10％。正常工作温度：－12～90℃。对于一些特殊和高难度的应用，如最小控制点设定、流量特性描述和水锤抑制（双速）以及喘振控制等，REXA均能提供可选软件或硬件配置。
具有这样复杂的控制功能和优良的控制特性的REXA执行器，安装使用起来却非常的简单、方便。它可以很轻松的和各种阀门配套使用，也可以替代复杂的伺服控制机构，轻松的实现各种精密控制要求。目前REXA执行器在电厂设备、石化管线、冶金设备、水处理厂调节阀以及各种燃气动力管道阀门上已经有了越来越多的应用。
液位控制器篇7
【关键词】液压机械臂；52 单片机；光电编码器；图形界面
随着机器人技术的飞速发展，机器人手臂取代了人类的重复劳动，大大提高了工业生产的自动化程度，保证了工业生产的广泛普及。焊接机械手的操作可分为发动机、气缸和液压。发动机控制器的优点是发动机转速稳定可调，从而提高了控制精度；其缺点是起点小，不能运输重物。气缸歧管的优点是反应速度快，装配方便，成本低；缺点是受气压限制，承载能力低。液压机械臂的优点是结构坚固，握力大，效果稳定；缺点是运动阻力大，生产精度要求高，对液压缸密封的要求高。
1 整体方案设计
系统整体结构如图1 所示。液压臂闭环控制系统可分为4 个模块，即检测模块、单片机控制模块、六臂铰接驱动模块和上位机接口模块[1]。操作手柄由六个液压缸驱动，由单片机控制。传感器对运动数据进行采集，并承担对复位工作，六自由度的设计思想是：在上位机图形界面输入目标参数，通过串口向单片机传输。基于目标参数，控制器控制每个连接电磁阀的相应运动机械臂。光电编码器会实时的将所采集到的机械臂运动角度信息发送给控制器。通过详细的计算，控制各个关节的旋转，形成一个闭合的控制系统。
2 硬件电路设计
2.1 单片机系统
单片机是整个闭环控制系统的核心，它由52 个单片机、电源、循环和复位电路组成。选用STC89C52 为控制芯片，与xtal1 和xtal2 端口相连，与第一端口相连复位电路[2]。将电阻拉入P0 端口后，连接LCD1602 液晶屏。此外，在单片机系统中增加了按键电路、液压驱动电路以及数据采集电路，如图2 所示。
2.2 机械臂驱动
所设计的机械臂为液压关节机械臂，其三维模型如图3 所示。传动导轨采用6 个活动液压缸（J1 ），腰部关节（J2 ），肩关节（J3 ，J4 ）和腕关节（J5 ，J6 ），机械臂的每一个关节都由一个泵站通过液压多路阀进行驱动[3]。液压多路阀的基本构成结构为一个阀块，6 个电磁阀，阀块设置在液压缸的两个油孔上，用电磁阀控制管路向特定方向旋转。单片机从0 到5V启动电平并作为开关继电器控制电磁阀的电源。
2.3 传感器
在编码器的应用中，有两种形式，即增量式和绝对式，增量式编码器的应用重点在于将波角度向相应的脉冲数进行转换，而角位移测量则是脉冲数的计数。对某一角度的测量是精确的，但对超出此范围的旋转次数有累积偏差；绝对式对机械臂运动数据的测量是在输出波位置的对应编码基础上进行的，这样就不必计算中间的运动数据，它只要对机械臂的起始点和结束点进行明确之后，就没有累积误差，但在机械臂小角度测量上，精准度不佳。选用光电编码器b-zsp3806gc，通过齿轮同步输出波形。该传感器共有ABC三个输出端口，当波形产生变化时，A端口和B端口与之一起变化，并产生两个脉冲波，相位差为90 级。它是A相脉冲90 的“组合”，光电编码器位于B相脉冲前面，或反向旋转。将转子的旋转方向与外脉冲的相位差进行比较，从而确定转子的旋转方向。
3 软件设计
3.1 机械臂控制程序设计
在控制程序上必须对上位机的参数和实测数据进行考虑，因为液压机械臂的控制精度较低，机械臂的调试控制可归结为水力转筒控制。针对液压缸实际转角与给定角度之间存在一定误差，通过对机械臂各关节的控制，不仅产生了指令，而且还产生了中断，通过传感器输入的运动数据的比较和误差补偿，实现了上位机动作。操作程序启动后，系统进行初始化。操纵器保持在原位，等待上位机收到发送的控制命令后，才能从上位机收到命令或键盘操作。若命令信号通过串行连接送至控制器，则操纵器开始移动。在旋转液压缸上安装着的光电编码器能够对机械臂角度变化进行实时测量，同时还能自主返回控制器，当机械臂的反馈角达到主机输入的数值之后，控制器的命令就会就此终止。在机械臂的控制中出现液压缸惯性增大的原因是因为给定角度和制动后的实际角度存在一定偏差。如果在指定的限制内进行控制，控制器将根据误差调整规则的数值，并将误差连接到允许误差移动的程度。实时监测机械手的动态状态对整个输入系统的闭环控制非常重要。控制系统利用外部中断计算信号线中的脉冲数，并根据当时的B信号电平确定液压缸的旋转方向中断。若动力较大，则油缸向前转动，否则反向。
3.2 按键操作和LCD显示子程序
除主机的输入控制外，系统还增加了键盘控制和LCD显示功能。将独立键盘电路与74i/O端口进行连接，使其与S1 、S2 、S3 、S4 的按键与四个标识相对应。其中S1 代表电路总开关，S2 表示要控制的接头，S3 和S4 表示对机械臂的行动方向的控制，而LCD屏幕则是用来显示机械臂的遥控区域。在按下S1 键后，单片机系统的初始化功能开始工作，上位机中输入的数据和传感器反馈的数据开始清零，在这一基础上机械臂也会停止操作，转换成人工控制模式。所选的控制对象为标准底座（J1 ），LCD显示界面会将设备编码以及传感器的检测角度显示出来。若要控制操作手柄的其它部分，可按S2 键选择接头。操作者可以利用S3/S4 键，根据液晶屏上显示的传感器的反馈角度，控制所选关节的向前旋转，完成简单的机械臂动作。可与主机接口进行协同控制，提高整个系统的响应速度和精度。
4 上位机界面设计和通信
在上位机界面的设计中，对于用户界面的设计主要采用MATLAB平台进行创建，以便于实现对相关部件的远程控制，降低机械臂的实际操作难度。然后在基于MATLAB的基础上，利用控制设备访问串口设备，以此来连接下位机，使其通信功能能够正常运行。此外，使用者还可以在所建立的图形界面上对操纵器的运作状态与驱动状态进行有效控制。在GUI中，GUI分为数据输入栏，状态栏和默认栏。该控制器通过10 位异步串行通信与上位机进行实时通讯。所传送的10 位资料包括开始、停止及8 位资料。交流过程变成了单独的ck。传感器采集的信息被存储在16 位数据中，数据被分成两组，依次发送。
5 结束语
硬件和软件相结合，采用单片机接口电路，实现上行链路与控制器的远程通讯，完成数据采集、处理、传输和显示。通过先进的机械接口，设计了闭环控制系统芯片，实现了液压臂状态的远程控制和实时监测。本发明的操作键盘与智能控制相结合，相较于传统开环控制方式，其稳定性和系统精度得到了有效提升。并使其功能更加完善，为进一步实现实时控制奠定了基础，如视频监控、图像识别、三维建模等。
参考文献
[1]何谦.数字阀控重载机械臂液压同步举升系统设计与仿真[J].轻工科技，2014(1):36-37.
[2]杨永江.基于PLC的液压机械臂控制技术研究[J].科技视界，2020(19):113-115.
液位控制器篇8
关键词：PLC 硬件配置图 梯形图 传感器 监控
引言
目前在很多现实的领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等储蓄容器中的液位进行设定与监控，在以前我们通常采用传统的继电器接触控制来实现对液位进行设定与监控的，其使用硬件设备的连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，现在前已经有许多企业采用先进控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自动控制程度，为企业提供了更可靠的生产保障。文章在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）结合传感器对液位进行监控的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。
1．控制要求
系统的控制可以根据企业的生产需要将液位分成多段来设定，并且能分段的进行显示，当液位为最低限时自动启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并且及时的停泵；操作人员可以通过其确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转为平光；该控制系统要具有手动/自动两种控制方式，并设有试验功能。
2．PLC选型
3．系统硬件配置
系统为实现液位的手动/自动控制，需要输入口12点，输出口8点，选用C20P 20点I/O单元的PLC，输入光电隔离，输出继电器隔离，负载能力强；液位检测采用干簧管传感器，手动/自动转换、运行/试验转换和液位设定采用双位旋钮，手动启泵、停泵和确认、试验采用常开按钮；输出选用电子音响报警器和24V直流指示灯、继电器。详见图一 系统硬件配置图
当该系统正常运行时，运行/试验转换旋钮S接通1-3接点，各试验按钮不起作用，液位信号由各干簧管传感器传输给PLC；系统处于试验状态时，S接通1-2接点，各传感器输入信号不起作用，此时可用各试验按钮模拟各段液位信号传输给PLC。两种控制方式下的两个信号共用一个输入节点，成倍提高I/O端口的利用率，节省I/O点数。
4、传感器的选择
从广义上说传感器是一种能把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。该系统考虑到经济和控制要求等多个因素选择干簧管传感器。
干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体积小便于控制等优点，其外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电板，还灌有一种叫金属铑的惰性气体。平时，玻璃管中的两个由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件，干簧管可以作为传感器用，用于计数，限位等等（在安防系统中主要用于门磁、窗磁的制作），同时还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中，通常用永久磁铁控制这两根金属片的接通与否，所以又被称为“磁控管”。干簧管又叫磁控管，它同霍尔元件差不多，但原理性质不同，是利用磁场信号来控制的一种开关元件，无磁断开，可以用来检测电路或机械运动的状态。
5、系统软件设计
5、1 编程简要说明
1. 该系统为液位的双位控制系统。液位可分四段设定和显示，在最低液位时自动启泵，当液位到达设定值时自动停泵。
4. 采用干簧管检测液位时，当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位离开检测点时其触点打开，为保证相应测量段指示灯不会立即熄灭及不受液位波动的影响，每段指示灯的控制均采用KEEP保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示灯才熄灭。
5. 当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标1902，以1S为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报警声设计为响3S停2S，循环30S后自停，或在30S内按0009确认按钮停音响，指示灯传平光。电子音响报警和泵的启动与停止同样考虑液位的波动影响，设计时采用KEEP保持指令和DIFU微分指令联合使用。
6. 系统首次开车时，液位低于或高于最低液位时，需先手动启泵，再切换成自动运行；或先进入试验方式，按最低液位试验按钮启动料泵，再进入自动运行方式。
6.结论
综上所述用PLC对多段液位的监控与控制系统其优点是显而易见的，主要表现在以下几个方面：
（1）该系统大量使用了传感型的开关元器件，最大限度的实现自动化的控制与检测。干式舌簧管结构紧凑、重量小，能够安装在极度有限的空间，极适合用于微型化设备。干式舌簧管的开关元器件被气密式密封于一惰性气体气氛中，永远不会与外界环境接触，工作寿命长。干式舌簧管没有采用滑动元件，所以不会出现在所有金属降级有关的金属疲劳现象，确保实际上无极限的机械使用寿命。
（2）PLC对多段液位的监控与控制系统结构简洁，方便施工，程序灵巧，易于开发，所以也更容易适应对多段液位要求不同的场所。而单片机系统与此相比较：结构简洁，方便施工，但程序很复杂，开发不易。
（3）PLC对多段液位的监控与控制系统操作方便，单片机系统操作则略逊一点。
（4）PLC对多段液位的监控与控制系统抗干扰能力强，而单片机系统与此相比差距较多，导致系统的稳定性也稍差。