水位控制器范文

水位控制器范文第1篇

Abstract： In this paper， the basic principle and structure of boiler water level control system are analyzed. Aiming at the shortcomings of the traditional PID controller， boiler water level controller based on genetic algorithm is designed， and then the boiler water level control system is established. Fnally， The water level controller is verified by simulation to have good effect in improving water system steady-state error and dynamic overshoot.

关键词： 锅炉水位；PID控制；遗传算法

Key words： boiler water level；PID control；genetic algorithm

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2014）29-0070-02

0 引言

锅炉是我国现代工业中的重要设备，同时也是生活中必不可少的供暖供水设施，在全国各地中小学有着广泛的应用。学校具有人口密度大等问题，而且学生年龄较小，自我保护意识薄弱，因此，保证锅炉的安全稳定运行具有重要的意义。水位是锅炉正常运行中必须控制的一个重要参数，它直接影响到锅炉系统的安全性与稳定性。因此，水位控制是锅炉控制系统中的一个重要组成部分，但同时这也是一个复杂的控制过程。由于锅炉负荷波动范围大、启停频繁，人工操作一般很难保证系统长期安全稳定的运行，所以，自动控制已成为锅炉安全高效运行的保证。[1，2，5]

目前传统PID控制是采用最多的锅炉水位控制方式，但是因为锅炉各种参数的频繁变化，导致传统PID控制方式往往难以实现预期的要求。随着现代控制理论的发展，各种先进控制算法不断出现，本文在此基础上提出了基于遗传算法的锅炉水位PID控制方式，该控制方式可以实参系统参数自整定，克服了传统PID控制方式的控制精度差以及参数变化复杂等缺点，基本可以实验锅炉水位较高精度的实时控制。[2-4]

1 锅炉水位控制系统结构及原理

锅炉水位控制系统主要包括锅炉水位检测、进水流量检测、阀门控制等几个单元。一般而言，在控制锅炉水位时控制系统首先检测给定水位和实际水位、进水控制阀与负载等参数，然后动作进水控制阀并检测水位是否达到给定要求，以此判断进水控制阀的开通和关断。基于遗传算法的水位控制器在传统PID控制中注入了类似人的思想意识，通过基于遗传算法设计的PID控制器来推算控制系统需要的各个参数，并应用于控制系统中。[4，7]

系统为双闭环控制：外环由水位变送器、控制器、内环回路及控制对象构成，称为水位环，主要作用是控制锅炉水位高低也主控环；内环是进水流量测量装置、控制器、进水控制阀构成的回路，也称为流量环，主要作用是控制进水侧的扰动，稳定流量，内环为辅助环。基于遗传算法的锅炉水位控制系统结构图如图1所示。

2 基于遗传算法的PID控制器设计

本文在设计基于遗传算法的PID控制器时主要遵循以下思想。

首先，把PID控制器需要的三个关键参数kp，ki，kd按照进行二进制编码，取值范围根据系统实际参数确定，由此得到三个字串；然后，将三个字串相连来构成一个完整空间个体，随即便可产生一定数量的个体；最后，根据遗传算法对每个个体进行计算以此得出新的个体，对每个新个体进行适度评估以及遗传算法操作。[6]

如果新个体不满足系统要求可按照上述思想重复进行直到满足优化条件。遗传算法PID控制器系统结构图如图2示。

3 控制系统仿真及分析

根据上文中设计的控制系统及控制器在MATLAB/simulink环境下搭建仿真模型。设置某校锅炉蒸发量为126t/h，锅炉水位要求稳定在设定值的[-4.2，4.2]cm范围内，阀门控制信号为4～20mA电流信号。[4]

根据锅炉控制系统结构及参数可以得到系统各单元的传递函数如下。

进水流量控制器传递函数：G1（s）=0.4

水位控制器传递函数：G2（s）=■

进水流量与水位的传递函数：G3（s）=■=■

控制阀增益设为：kf=2.6，进水流量、水位变送器的转换系数分别为：？酌w=0.42，？酌H=1.2，kp=20，ki=0.02仿真时间设为100s，输入为阶跃信号，同时可在系统运行至40s时加入一干扰信号，以此检测系统的抗干扰性能。

为证明基于遗传算法的PID控制器在控制系统中的优越性，在MATLAB/simulink中分别搭建基于传统PID的锅炉控制系统仿真模型以及加入遗传算法优化的锅炉控制系统仿真模型，然后在相同参数下进行仿真以可观地对比仿真结果。

两种控制系统的仿真输入波形如图3、4所示。

通过图3及图4分析可知：如果锅炉控制系统采用加入遗传算法的PID控制器，输出具有静态稳态误差小，超调低等优点，输出波形较传统PID控制明显改善，结果较为理想。

4 结论

本文说明了锅炉系统水位控制的重要性，分析了锅炉水位基本原理及传统PID控制方法，在此基础上提出了基于遗传算法的新型PID控制器设计方法，然后根据该控制器设计了具有参数自动检测功能的新型智能控制系统，并在MATLAB/simulink中分别搭建基于传统PID的锅炉控制系统仿真模型以及加入遗传算法优化的锅炉控制系统仿真模型。通过两种模型的仿真结果可以明显看出，加入遗传算法优化的锅炉控制系统无论在系统超调及稳态误差等方面均有较好的改善，系统收敛速度明显优于传统PID控制。因此，该控制器无论在学校锅炉或者工厂企业的大型锅炉系统中都具有良好的应用前景。

参考文献：

[1]李遵基.热工自动控制系统[M].北京：中国电力出版社，2001.

[2]张晓楠，方浩，戴冠.遗传算法的编码机制研究[J].信息与控制，1997，26（2）：134-139.

[3]郭庆鼎，李蒙，郭威.PID控制器参数的遗传算法优化设计[J].沈阳工业大学学报，2000，22（1）：31-33.

[4]蔡有社.基于ARM的锅炉汽包水位控制系统的研究[D]. 安徽理工大学硕士学位论文，2011.

[5]周佳，曹小玲，刘永文.锅炉汽包水位控制策略的现状分析[J].锅炉技术，2005，36（3）：5-10.

[6]于洪泽.锅炉汽包水位自整定模糊PID控制[J].沈阳师范大学学报（自然科学版），2008，26（3）：294-296.

水位控制器范文第2篇

关键词：汽包水位 仿人智能PID 三冲量

1. 引言

蒸汽锅炉汽包水位是影响锅炉安全运行的重要参数，水位过高，会破坏汽水分离装置的正常工作，严重时会导致蒸汽带水增多，增加在管壁上的结垢和影响蒸汽质量。水位过低，则会破坏水循环，引起水冷壁管的破裂，严重时会造成干锅，损坏汽包。维持汽包水位在给定范围内是保证锅炉安全运行的必要条件之一。

传统的锅炉汽包水位控制策略包括基于PID 控制的单冲量、引入蒸汽流量前馈的双冲量和给水流量闭环串级三冲量控制等[1]。目前各种锅炉汽包水位绝大多数采用三冲量控制方案。三冲量水位控制系统以锅炉汽包水位作为主控信号，实时检测锅炉的蒸汽流量作为前馈信号，给水流量为控制器的反馈信号来控制给水流量，它以物料平衡关系为依据，能适应负荷的快速变化，它不仅能克服“虚假水位”的影响，也能克服由于给水压力和汽包压力变化等因素引起给水流量变化的影响，从而使系统有更好的动态响应和静态特征。但三冲量汽包水位控制系统PID参数选择关系很大，不容易整定，随着设备运行时间的增加及环境因素变化，这三个参数可能需要不定期的重新整定，控制效果常出现大的振荡和超调[2]。借助于三冲量控制策略的结构, 通过智能方法来对PID 控制器的参数进行整定或直接采用先进控制策略成为目前研究的热点。本文基于锅炉汽包水位的三冲量控制策略，采用一种仿人智能PID 控制方法，实际应用表明该控制方案能够获得理想的控制效果。

2. 控制系统设计

神华哈尔乌素露天矿集中供热锅炉房是神华哈尔乌素露天矿供热系统的热源，现装备20T循环流化床蒸汽锅炉三台，低温采暖换热器两台、上煤皮带、水处理等其他辅助设备。整个锅炉车间选用西门子公司S7-414H构成一套冗余容错热备控制系统实现锅炉水位自动控制、锅炉燃烧自动控制、低温采暖温度自动控制和上煤、水处理等其他辅助设备的集中控制。控制系统构成如图1所示。

由图1可以看出，为了保证系统的可靠性，系统的主要部件包括电源模块（PS）、CPU模块（S7-414H）、通讯模块（SM341）、通讯网络（ProfiBUS）、通讯接口模块（IM153-2）均采用冗余结构。其中蒸汽流量变送器、给水流量变送器、汽包水位变送器、AI模块、CPU模块、ProfiBus现场总线、水泵变频器和给水泵构成汽包水位自动控制系统。

3. 串级三冲量水位控制

蒸汽锅炉汽包水位控制的调节量是给水流量，通过对给水流量的调节,使汽包内部的物料达到动态平衡，汽包水位的变化在允许范围之内。但是蒸汽锅炉在负荷(蒸气流量)急剧增加时，却表现为“逆响应特性”，变现为“虚假水位”，造成这一现象的原因是由于负荷增加导致汽包压力下降时，汽包内水的沸点温度下降，沸腾突然加剧，形成大量气泡而使水位抬高。以汽包水位为唯一调节信号的单回路恒值控制系统对汽包的假水位现象会发出相反的补偿动作，严重时甚至会使汽包水位降到危险程度以致发生事故。

如果利用蒸汽流量变化信号对给水量进行补偿控制，就可以减小和消除“虚假水位”现象对汽包水位的影响，从而减少水位的波动，改善控制品质。同时为了对变频调速给水泵的工作特性进行静态补偿和克服蒸汽压力、给水压力变化引起的给水流量扰动，将给水流量信号作为副参数，构成图2所示的三冲量控制系统：

其中：H:汽包水位；

W:给水流量；

D:蒸汽流量；

γD：蒸汽流量变送器的传递系数；

γW：给水流量变送器的传递系数；

γH：汽包水位变送器的传递系数；

αD：蒸汽流量变送器的灵敏度；

αw：给水流量变送器的灵敏度；

Kz：变频调速器特性系数；

Kp：给水泵的特性系数；

Δf：蒸汽流量和给水流量差值。

GW(s)：给水流量扰动下水位变化的传递函数；

GD(s)：蒸汽流量扰动下水位变化的传递函数；

水位调节控制器GC1(s)采用仿人智能PID控制算法，该算法在选用汽包水位误差e(k)和汽包水位误差变化量Δe(k) 作为控制器的输入变量的基础上，还选用蒸汽流量和给水流量差值Δf(k)作为控制器的输入变量，实时整定PID参数，克服虚假水位引起PID饱和以及系统振荡和超调。给水流量调节控制器GC2(s) 采用仿人智能PID控制算法以快速消除给水扰动[3]，控制器GC2(s)除了接受主调节器的设定信号外，还接受蒸汽流量信号作为前馈信号对给水流量进行前馈控制，抵消由于虚假水位引起的反向作用，减少水位和给水流量的波动幅度。

4. 仿人智能PID控制算法及其实现

仿人智能控制是人工智能、控制理论和计算机科学的交叉结合，其基本思想是采用分层控制机理，在上层采用智能控制方法，模拟具有丰富控制经验的操作人员的行为，通过特征辨识最大限度的判别当前的工作状态。在底层采用常规PID控制方法，对辨识出的状态配置相应的PID参数，从而实现多模态控制和决策[4]。算法采用产生式规则对专家经验进行描述，规则表示为：IF（condition）THEN(action)

这种基于规则的符号化模型适用于描述因果关系，定性的非解析关系，便于表达人的直觉推理逻辑和各种定性的模糊信息，推理和决策迅速准确。

水位调节控制器GC1(s)仿人智能PID控制算法选用汽包水位误差e(k) 、汽包水位误差变化量Δe(k)、蒸汽流量和给水流量差值Δf(k) 作为控制器的输入变量，描述系统的动态特征，表征其所处的工作状态。控制器输出v(k)的控制算法如图3所示。其中：em(k)为汽包水位误差e的第k个极值；k1：调节增益放大系数，k1>1；k2为调节抑制系数，0C2；

给水流量调节控制器GC2(s)仿人智能PID控制算法选用流量误差e(k) 、流量误差变化量Δe(k)作为控制器的输入变量，描述系统的动态特征，表征其所处的工作状态。控制器输出u(k)的控制算法如图4所示。其中：em(k)为流量误差e的第k个极值；k1：调节增益放大系数，k1>1；k2 为调节抑制系数，0

5. 结论

本文基于锅炉汽包水位的三冲量控制策略, 采用一种仿人智能PID控制算法,用以克服蒸汽流量变化产生的扰动。该控制系统在神华准能黑实公司哈尔乌素露天矿3台20T/h循环流换床蒸汽锅炉的实际使用证明，采用基于仿人智能PID汽包水位三冲量控制策略的自动控制系统能在锅炉负荷波动情况下调节给水量汽包水位维持稳定，系统的控制性能得到大幅度的提高，也充分表明了该控制策略在解决汽包水位存在的大滞后、特性时变等热工控制难题的有效性。

参考文献：

[1] 周佳,曹小玲,刘永文.锅炉汽包水位控制策略的现状分析[J].锅炉技术,2005，36(3):5-10.

[2] 韩光信，施云贵，胡忆沩.先进PID 在锅炉汽包水位控制中的应用研究[J].微计算机信息,2006,12(1):72-74.

[3] 刘金馄.智能控制[M].北京:电子工业出版社，2005，85-104.

水位控制器范文第3篇

关键词：时基电路 水位 控制

一、问题的提出

某小区地势低洼，呈现盆状，每次雨量过大或过于集中就会造成小区水位快速上升，淹没小区道路和车库，影响居住者的日常生活。经过相关部门会商，决定通过疏通内部排水管路，并将积水集中于一足够大的蓄水池，用自动水泵进行水位的控制，达到防洪目的。

二、技术要求

当蓄水池水位在较低水平时，水泵停止工作；当水位达到一定水平时，水泵开始工作，自动持续抽水。对于区域较大、蓄水池容量足够大时，可以采用高低二级水泵进行抽水，以加快排水速度。

三、555时基电路工作原理分析

555时基电路是一种集数字和模拟功能于一体的集成电路，采用双极工艺制作，可在4.5～16V电压范围内工作，性能可靠、成本低。通过一定的外电路组合可实现多谐振荡器、单稳态触发器等脉冲与变换电路，常用于仪器仪表、电子测量和自动控制方面。NE555内部电路方框图如图1，内部含有2个电压比较器、1个分压器、1个RS触发器、1个放电晶体管和1个功率输出级。

引脚说明：1-地GND 2-触发TRIG 3-输出OUT 4-复位REST

5-控制电压CONT 6-门限（阈值）THRES 7-放电DISCH 8-电源电压Vcc

四、水位控制电路工作原理

图2为水泵水位控制原理图，利用555时基稳态触发原理实现对水位控制。控制电路由降压整流电路和两块555组成高水位启动、低水位停止的控制电路。

图2 水泵水位控制原理图

工作原理：在正常情况下探极B2、D2处于较低水位区，探极B1、D1略高于探极B2、D2（可根据需要进行调节）。当水位高过B2、D2电极时，IC2触发极2为高电平，IC2的3脚呈低电平，J2得电，J2-2闭合，当水位继续上升并越过B1、D1电极时，IC1触发极2受触发为高电平，此时IC1输出极3变为低电平，J1得电，使得J1-1闭合，接触器C得电，电机M开始工作抽水。当水位完全低于电极B2、D2时，IC2触发极2变为低电平，IC2的3脚呈高电平，J2失电，J2-2断开，接触器C失电，电动机停止工作。完成对水位的控制过程。

安装过程中，应将电动机停止控制电极置于距进口较远且水位波动较小的位置，防止因水浪波动造成控制系统开启与关闭过程频繁转换，导致电动机频繁启动，以保护电动机M；开关K为手动控制开关，正常情况下为常开状态，当控制电路失效后，可直接通过开关K控制抽水

过程。

该电路采用单相供电，低压控制，安全可靠，适用于小型水位控制。

参考文献：

[1]赵光.555时基电路应用280例[M].北京：化学工业出版社，2010.

[2]黄海平.低压380V电动机控制电路125例[M].北京：科学出版社，2011.

[3]吴祚武，王磊.液位控制系统[M].北京：化学工业出版社，2006.

水位控制器范文第4篇

一、基本操作

1、接通电源，按“启动”键，控制器打开，蜂鸣器声响，数码显示窗显示蒸汽压力。

2、按“启动”键，运行指示灯亮，控制器按所选控制要求进行工作。

3、按“停止”键，运行指示灯熄灭，控制器停止运行。

4、在停止状态下按“停止”键，所有显示熄灭，控制器关闭。

二、设定操作

按“设定”键，设定指示灯亮，指示进入设定状态，同时设定值指示灯亮，按“+”、“-”键可进行修改。

在设定状态下，按“设定”键可选择下一参数。当在最后一个设定值按“设定”键，设定指示熄灭，指示退出设定状态，保存本次设定值。

运行：按“启动”键“运行”，指示灯亮指示控制器进入运行状态。

三、主要控制参数

1、压力控制

（1）压力调节器1YT调整在1.62MPa（第一超压控制）；

（2）压力调节器2YT调整在1.64MPa（第二超压控制）；

（3）压力调节器2YT调整在1.65MPa(超压保护)。

2、水位控制

水位控制器SZB-Ⅳ（水位报警器）

（1）正常水位上+30mm；

（2）正常水位下-30mm；

（3）正常水位上+50mm；

（4）正常水位下-50mm。

3、点火控制

燃烧程序控制器提供一组独立的启停控制触点。可配制各种燃烧器，启停控制继电器回路串有一个10A的保险丝，启停控制继电器可接燃烧器的启停控制端，也可直接控制燃烧器的电源。

4、燃烧器控制

当“燃烧器控制”压力控制器闭合时，燃烧器启动：当“燃烧器控制”压力控制器断开时，燃烧器被关闭。

四、报警信号状况

水位控制器SZB-Ⅳ（水位报警器）

1、正常水位上+30mm时；有黄色指示灯亮；

2、正常水位下-30mm时，有红色指示灯亮，水泵控制开关触点接触，水泵启动开始工作；

3、正常水位上+50mm时，有黄色指示灯亮，第一组电极高水位触点结合输出高水位报警信号，指示高水位状态。水泵控制开关触点断开，水泵停止工作。

4、正常水位下-50mm时，有红色指示灯亮，第二组电极低水位触点结合输出低水位报警信号并有蜂鸣器声响指示低水位报警。

5、正常压力到达1.62MPa时,有红色指示灯亮，并实施一级（小火）火力状态。

6、正常压力到达1.64MPa时，有红色指示灯亮，发出超压报警信号并有蜂鸣器声响，燃烧器熄火并关闭。

7、当燃烧器因各种故障不能正常工作时，输出失灵报警，红色指示灯亮，输出电铃声响报警，切断燃烧器的电源，并实施紧急停炉。

五、指示状态

1、当水泵工作运行时，处于自动状态时“自动”信号灯亮，处于手动状态时“手动”信号灯亮，用绿色指示灯指示。

2、高水位,大火燃烧，小火燃烧等状态用黄色指示灯指示。

3、低水位、超压、燃烧器失灵等状态用红色指示灯指示。

六、系统控制原理

1、合上电源开关后，点击水泵控制开关开启位置，进行锅炉给水上升到正常位置后，点击燃烧器电源开关后，点击起动按钮，控制系统电源接通，燃烧器进入工作状态，按照程序控制器的动作程序，先进行小火燃烧再进入大火燃烧状态，到此锅炉进入正常运行阶段。

2、当水位升到高水位时输出高水位报警信号指示灯亮，伴有电铃声响，并实现保护停炉切断控制器电源。当水位上升到+30mm时水泵停止运行，当水位降到-30mmm时水泵自动重新起动，当水位降到－50mm时，输出低水位报警信号指示灯亮，伴有电铃声响，并实现保护停炉切断控制器电源。

3、当压力升到1.62MPa时，输出第一超压信号指示灯亮，并实施小火火力燃烧。

4、当压力升到1.64MPa时输出第二超压信号，有红色指示灯亮，发出超压报警信号并有蜂鸣器声响，燃烧器熄火并关闭。

5、当燃烧器因各种故障不能正常工作时，输出失灵报警，发出电铃声响报警，燃烧控制器自动关闭气阀停止燃烧，并切断燃烧器控制系统的电源实现紧急停炉。

七、报警保护

水位控制器范文第5篇

【关键词】加热器 水位检测仪 故障检测装置

1 某一加热器水位检测仪的故障检测装置结构示意图

2 该加热器水位检测仪的故障检测装置主要仪器

第一隔离阀16、第一测量筒15、第一水位测量仪11、第一控制器12、第二隔离阀18，第三隔离阀26、第二测量筒25、第二水位测量仪21、第二控制器22、第四隔离阀28，切换开关40；

3 该加热器水位检测仪的故障检测装置主要仪器连接

第一测量筒15分别通过第一隔离阀16和第二隔离阀18连接加热器30，第一水位测量仪11安装在第一测量筒15上，第一水位测量仪11连接第一控制器12；第二测量筒25通过第三隔离阀26和第四隔离阀28连接加热器30，第二水位测量仪21安装在第二测量筒25上，第二水位测量仪21连接第二控制器22；切换开关40分别连接第一控制器12和第二控制器22；切换开关40用于切换第一支路与第二支路的工作模式。

4 加热器水位检测仪的故障检测装置工作模式

工作模式包括水位检测模式以及故障检测模式。在水位检测工作模式下，第一支路或者第二支路的两个隔离阀打开，第一水位测量仪11或者第二水位测量仪21通过相应的测量筒检测加热器30的水位。在故障检测工作模式下，第一支路或者第二支路的两个隔离阀关闭，并向相应的测量筒注水，该条支路上的水位检测仪检测测量筒的水位以进行该条支路的故障检测，若该条支路上的控制器可以控制水位测量仪准确测量出相应测量筒中的水位，则说明本条支路上的相关加热器水位检测设备无故障。如不能检测测量筒的水位，或者所检测的水位不准确，则说明此时本条支路上的相关加热器水位检测设备存在故障；其中，所述第一支路包括第一隔离阀16、第一测量筒15、第一水位测量仪11、第一控制器12、第二隔离阀18；第二支路包括第三隔离阀26、第二测量筒25、第二水位测量仪21、第二控制器22、第四隔离阀28。

上述切换开关40可以设置3个档，分别为：正常工作档、第一支路试验档、第二支路试验档，其中，上述切换开关40被拨到正常工作档，第一支路与第二支路同时处于水位检测模式，用于检测加热器的水位，此时，两条支路上的测量筒均与加热器的水箱形成连通器，测量筒的水位与加热器的水位一致，各水位测量仪通过测量相应测量筒的水位对加热器的水位进行检测；可以通过拨动切换开关40切换第一支路与第二支路中的工作模式，还可以通过设置预设时间阀值切换开关40的档位进行切换，即某条支路某段时间的工作模式为水位检测模式，在预设时间阀值后，通过拨动切换开关的档位使该支路的工作模式转换为故障检测模式，比如，将切换开关40拨动到第一支路试验档，此时，第一支路的工作模式为故障检测模式，第二支路的工作模式为水位检测模式；或者将切换开关40拨动到第二支路试验档，此时，第二支路的工作模式为故障检测模式，第一支路的工作模式为水位检测模式；预设时间阀值可以通过加热器水位检测仪的具体工作环境进行设置，比如设置为1个月、2个月等。

5 加热器水位检测仪的故障检测装置分析

每条支路上的两个隔离阀可以分别连接测量筒的上部和下部，比如，加热器通过第一隔离阀连接第一测量筒的上部，加热器通过第二隔离阀连接第二测量筒的下部；加热器通过第三隔离阀连接第二测量筒的上部，加热器通过第四隔离阀连接第二测量筒的下部。当某条支路上的两个隔离阀同时打开，则相应的测量筒与加热器的水箱形成连通器，安装在该测量筒上的水位测量仪可以通过上述测量筒测量加热器的水位；若某条支路上的两个隔离阀同时关闭，则测量筒的储水状况不会影响到加热器的水位，此时，该条支路上加热器水位检测仪的故障检测工作便不会对加热器的正常工作造成影响。

加热器水位检测仪的故障检测装置可以通过切换第一支路与第二支路中的工作模式，使其中一条支路在检测加热器水位、维持电力系统正常工作的前提下，另一条支路上加热器水位检测的相关设备可以通过关闭相应的隔离阀，向测量筒注水的方式进行故障检测；本发明提供的加热器水位检测仪的故障检测装置可以实现加热器水位检测仪的故障在线检测，提高加热器水位检测仪的可靠性。

加热器水位检测仪的故障检测装置还可以包括若干个测试灯，测试灯分别连接第一控制器或者第二控制器，第一控制器通过第一水位测量仪检测加热器或者第一测量筒的水位，并点亮相应的测试灯；第二控制器通过第二水位测量仪检测加热器或者第二测量筒的水位，并点亮相应的测试灯；其中，水位根据预设水位值范围设置为多个水位档，每个水位档通过第一控制器分别对应一个测试灯，每个水位档还通过第二控制器分别对应一个测试灯。水位档可以设置为低档、高档、高高档以及高高高档。

第一控制器以及第二控制器均连接上个数与水位档数一致的测试灯，第一控制器以及第二控制器通过相应的水位测量仪所检测的水位均对应一个测试灯，使加热器或者测量筒中的水位信息可以通过测试灯进行显示；这样在每条支路通过向相应的测量筒注水进行相关加热器水位检测设备的故障检测时，可以通过观察测试灯对故障与否进行判断，提高了故障检测的便利性。

6 结束语

安全是电厂的生命线，汽轮机进水是一种核电厂重大安全事故，会造成设备的损坏，同时也会连锁跳闸核反应堆，严重影响核电厂的正常运营。加热器水位检测仪的故障检测直接影响到汽轮机进水工作的正常运行。因此如何保障和增强加热器水位测量及调节，以维护系统运行的稳定性，具有重要的意义。

作者单位

水位控制器范文第6篇

【关键词】 汽包水位 PID 自抗扰

锅炉的汽包水位参数是衡量锅炉安全运行的重要标志，体现了给水量与蒸汽流量之间的动态平衡关系。蒸汽流量增加时，容易使得过热器积垢，损坏管道，从而汽包水位不能过高。当汽包水位过于满水时，容易造成蒸汽温度下降，对汽轮机叶片造成严重的水冲击以至于腐蚀而破坏。当汽包水位过低时，容易破坏水循环，出现严重的缺水使水冷壁的安全受到破坏或威胁[1]。因此，传统的PID控制很难对各种工况下的汽包水位控制好。由于自抗扰控制器是在汲取了PID控制的精华，融入了现代控制理论，使其具有良好的控制性能。

1 自抗扰控制器

自抗扰控制技术是一种建立在PID控制的基础上，结合了PID和现代控制理论的成果。它最初由韩京清研究员提出，成功应用在风力发电中。自抗扰控制器主要由3部分组成，它们是一个非线性跟踪微分器，一个非线性状态误差反馈控制器和一个非线性扩张状态观测器。跟踪微分器的作用为控制系统的暂态提供过渡过程，使得控制系统响应更快且无超调。非线性状态误差反馈率可以认为是整个自抗扰控制器的神经中枢，为被控对象提供控制输入，采用比例微分控制结合最优综合函数，使得自抗扰控制由PID的连续控制转化为非线性控制。非线性扩张状态观测器为自抗扰控制器提供实时的估计变量，把被控对象及其扰动转化为积分串联型结构。一般来说，只要某个控制器具有非线性状态扩张器或其他观测器，可以估计扰动并补偿，就可以称其控制方法为自抗扰控制。一般高阶对象都可以近似转化为二阶对象。

2 自抗扰控制器在汽包水位上的应用

火电厂的汽包锅炉水位的典型三冲量控制结构如图1所示。图中的H为被控对象汽包水位，D为蒸汽流量，W为给水流量。H0为汽包水位的设定值，Gd蒸汽流量对汽包水位的传递函数，Kd为蒸汽流量测量变送器的传递函数，Kw为给水流量的传感变送器，Kh为汽包水位的传感变送器的传递函数。Kv为控制调节阀的传递函数，Gb为蒸汽流量扰动的前馈传递函数，Gf为给水流量扰动的反馈传递函数。Gc1为内环PID控制器的传递函数，Gc2为外环调节器的传递函数。

某锅炉在某一运行工况下的水位传递函数的及参数为：

2.1 PID和自抗扰的鲁棒性单位阶跃对比试验

从（图2）可以看出，PID串级控制系统在参数不变的情况下基本满足控制要求，但是当汽包锅炉水位的参数发生变化时，调节时间和超调量明显变大进而发散不能控制；而自抗扰串级控制的调节时间更短、超调量更小、抗干扰能力更强，且对于参数的变化不太敏感，具有较强的鲁棒性。

2.2 PID和自抗扰的蒸汽扰动单位阶跃对比试验

在300s加入蒸汽扰动，当蒸汽流量扰动为蒸汽流量D在25%外扰时，PID与自抗扰的对比试验如（图3）所示。从图中可以看出，PID抗蒸汽扰动能力较弱，当加入蒸汽扰动时，水位发生了振荡并经过数次振荡才渐趋平衡状态，而自抗扰抗扰能力更强，几乎不受蒸汽扰动太大影响。

3 结语

自抗扰控制系统对非线性、强干扰、时变性、时不变性、不确定性、强耦合和大时滞等复杂系统均具有较好的控制性能，是一种非常实际运用的非线性鲁棒控制器。锅炉汽包水位的自抗扰控制效果比常规PID控制等方案控制效果较好，它具有水位的抗干扰性更高、恢复能力更强、鲁棒性更强、算法简单等特点，能够有效控制汽包水位等比较复杂的热工对象，具有一定的实际应用价值。

参考文献：

[1]王东风，韩璞，王国玉.锅炉汽包水位系统的预测函数控制[J].华北电力大学学报，2003，30（3）：44-471.

水位控制器范文第7篇

关键词：水位;S7-200;PID

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2014）36-0009-02

1 水位控制设计背景

据统计，地球上29%的面积是陆地，而71%的面积被水覆盖，水的总量约为13.6亿 km3，可以看出地球上绝大部分都是水，可以说地球就是一个水球。同样，人体中70%都是水，水在人体中的比例也相当大。水在人们日常生活和生产中的重要性不言而喻，但任何物质都有两面性，水在给人民生活带来极大方便的同时，也会危害人类，比如洪涝灾害（大雨、暴雨或持续降雨使低洼地区淹没、渍水的现象）。形成洪涝的原因不仅有自然条件的影响，也有社会经济条件的影响，因为洪水是形成洪涝灾害的直接原因，而中下游地区由于其水源充足、地势平坦，是经济发达地区，常是洪涝多发区。控制洪涝灾害的最好方式就是设置大坝，严格控制外部水的流入与流出，这就需要通过水位控制器实时检测并控制好水位。

水位控制器应用广泛。在以前，传统的供水系统是通过水塔控制，但是其能耗大、控制精度低，同时，还需要人进行操作，无法对水位进行时刻监视，这是非常大的缺点。水位控制器对于人们的生活非常重要，它可自动对水位进行实时监控，当水位过高时，开启水泵让水抽出去，水位过低时，可以开启阀门让水流进来，这样可以合理的控制水位，对灌溉庄稼，防洪工作具有巨大的作用。

过程控制，指为达到规定的目标而对影响过程状况的变量所进行的操纵控制，也就是说对生产工艺流程进行检测和控制。在工业控制中，很多对象都是通过数字信号进行处理的，还有一些模拟信号需要进行处理，如压力、流量、水位、温度等信号，由于控制器内部处理的是数字信号，不能直接处理模拟信号，这时需要借助于传感器或者变送器，传感器能将检测的物理量转化为标准的电信号，再将该模拟电信号转位数字信号，输入到PLC中，这就是A/D转换。同样，也需要将数字信号转换为模拟信号，即D/A转换，通过模拟信号来控制电动阀、电磁阀等。

2 水位控制系统原理

水位控制系统主要由控制环节、执行环节、被控对象及测量环节组成，其控制原理可以描述为：用户通过计算机设定给定信号，同时得到测量环节测出的被控量，将两者相减得到偏差信号，再将该信号输入到PID调节器中，经过PID控制算法的处理，得到调节器的输出电量信号，该信号需要经过D/A转换成0～10 V、0～20 mA或者4～20 mA的工业标准模拟信号，控制调节阀的开度，进而控制水的流量。由于该系统是闭环控制系统，这样可以使水位保持在给定值，同时采用PID算法可以提高对外界的抗干扰能力和快速响应外部给定信号。

在自动控制系统中，常用的经典闭环控制方法有PI、PD、PID控制，其中应用最为广泛的是PID控制，称为比例、积分、微分控制，该控制方法问世至今已有70多年，是一种相对成熟的控制方法。先前的工业控制系统中多采用气动式PID控制器，由于气动组件维修简单，使用安全可靠，在爆炸性等特殊场合应用广泛。但随着运算放大器的飞速发展，电子式的PID控制器已经逐步取代气动式的PID控制器，之后随着微处理器的处理能力加强，PID控制算法可以通过程序来实现，这大大简化了硬件结构。该控制器就是根据系统的偏差，利用比例、积分、微分计算出控制量，对被控参数进行调节控制。

在连续控制系统中，模拟PID的数学表达式为：

u（t）=Kp[e（t）+■？蘩e（t）DT+TD■]（1）

式（1）中，

u（t）为控制器的输出;

e（t）给定值和被控对象输出的差值，称为偏差信号，也是控制器的输入;

Kp为控制的比例系数;

TI为控制器的积分时间;

TD为控制器的微分时间。

由于控制器处理的离散信号，因此需要将连续形式的微分方程转化为离散形式，其数学表达式为：

u（k）=u（k-1）+？驻u（k）=u（k-1）+KP[e2（k）-e2（k-1）]+KIe2（k）+KD[e2（k）-2e2（k-1）+e2（k-2）]（2）

式（2）中，

KP为PID控制的比例系数;

KI=KPT/Tl为积分系数;

KD=KPT/TDT为微分系数。

从以上分析可以得出，设计PID控制器的核心就是它的参数整定，这需要根据被控对象的特性合理选择控制器的比例系数、积分时间和微分时间。在计算PID参数时，运用自动控制原理知识可以构造系统的数学模型，经过理论计算控制器的3个参数，这种方法得到的计算数据放到实际的被控系统中还需要调整，经过不断的调试最后才能够得到比较理想的参数值。还可以通过工程师的工程经验，通过工程整定法，直接在控制系统进行试验，该方法比较快捷，该方法易于掌握，但需要工程经验的积累。其他参数的整定方法还很多，最常用的还是上述两种方法。

3 系统硬件设计

通过上述系统的结构原理，在实际系统应用中，实现水位控制的基本思路：测量环节采用差压变送器，水位通过变送器，把水位高度量转化为相关的电信号，通过A/D转换输入到PLC中，PLC接收到的信号与设定值进行做差运算，差值经过PID控制调节，通过D/A转化模块，送至外部执行器。系统的硬件设计包括传感器、控制器、执行器、模拟量输入、模拟量输出等元件。

该控制系统中，选择西门子公司的S7系列的CPU224，该PLC共24点，集成了14点输入和10点输出，可连接7个扩展模块，按此计算可以扩展到168个数字I/O，因此其输入、输出点数可以满足该控制系统的要求。同时由于其内部集成了PID控制功能，可进行控制算法的处理，同时该PLC性价比较高。

在该控制系统中，水位的检测是关键，水位量的精确度直接影响到控制系统的准确性，本系统选用SP 0018G水位变送器，它属于静压力式水位变送器，最大值可以测量10 kPa，供电电压为直流24 V电源，输出为4～20 mA的直流电流信号。

该控制器的执行器主要改变调节阀的流通面积，从而控制水量的排放大小，实现过程参数的自动控制。执行机构首先来自调节器的信号改变成推力或位移，调节机构根据推力或位移，改变调节阀的阀芯的流通面积，最终调节被控对象，本系统中选用QS型智能型调节阀，它主要接收0～10 V信号来进行开度调节。

在模拟量输入、输出模块方面，选用S7-200 EM235混合模块，该模块具有最佳适应性、方便性、灵活性等特点，具有1路模拟量输出和4路模拟量输入模块，它适用于电压、电流信号，由开关SW1～SW6设定。

4 控制系统的软件设计

根据上述水位控制的基本思路以及系统硬件的设计，可以设计出该控制系统的程序流程图。控制程序的编写利用STEP7-Micro Win32软件来完成。整个程序分为主程序、各个子程序和中断采样程序。主程序主要处理逻辑运算部分，子程序主要处理系统初始化和水位显示，PID功能可以通过软件的指令。其中的控制程序流程图如图1所示，首先进行设定值、控制参数、定时参数的初始化，定时器作为采样周期的时基，当采样周期到了进入采样滤波，通过A/D转化，将反馈的值与给定的值进行做差，其差值进入PID算法，得到的控制信号再通过D/A转化，控制调节阀的开度大小。

5 结 语

本文首先阐述了水对于人类的重要性，但如果不控制好水的流量会给人类带来灾难，而大坝的设计能控制好水的流量，其中水位控制器特别关键。通过对水位控制器的原理结构分析，采用PID控制算法能够提高对外界的抗干扰能力和快速响应外部给定信号，这对于水位控制系统非常重要。硬件上采用S7系列的CPU 224为控制核心，SP0018G水位变送器采集水位信号，信号转化采用S7-200 EM235混合模块，执行器采用调节阀。软件上设计了主程序、各个子程序和中断采样程序。

参考文献：

[1] 胡寿松.自动控制原理（第四版）[M].北京：科学出版社，2011.

[2] 龚威，张树臣.实例解读西门子PLC[M].北京：中国电力出版社，2013.

[3] SiemensAG.SIMATIC S7-200 Programmable Controller System Manua

[Z].Germany，Siemens AG，1997.

水位控制器范文第8篇

关键词：低压变频器电厂水泵

中图分类号： TM411 文献标识码： A 文章编号： 我厂低加疏水泵电机使用的变频器是ABB公司生产的低压变频器ACS600、ACS800系列，这些产品将PID调节器以及简易可编程控制器的功能都综合进变频器内，形成了带有各种应用宏的新型变频器。这类变频器的价格仅比通用变频器略微高一点，但功能却强很多，

在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。PID调解属于闭环控制，是过程控制中应用得十分普遍的一种控制方式。它是使控制系统的被控物理量能够迅速而准确地无限接近于控制目标的一种手段。PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它技术难以采用时，系统控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。即当我们不完全了解一个系统和被控对象﹐或不能通过有效的测量手段来获得系统参数时，最适合用PID控制技术。PID控制，实际中也有PI和PD控制。PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例（P）控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差（Steady-state error）。

积分（I）控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统（Systemwith Steady-state Error）。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分（D）控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。

自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件（环节）或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

在实行PID调节时，必须至少有两种控制信号：

(1)目标信号；通常也称为给定信号，是与被控物理量的控制目标对应的信号，用XT表示；

(2)反馈信号；是通过传感器测得的与被控物理量的实际值对应的信号，用XF表示。

PID调节功能将随时对XT与XF近行比较，以判断是否已已经达到预定的控制目标。具体地说，它将根据两者的差值(XT-XF),利用比例（P）、积分（I）、微分（D）的手段对被控物理量进行调整，直至反馈信号与目标信号基本相等（XT≈XF）达到预定的控制目标为止。

我厂低加疏水泵作用维持低加的水位在一定水位（G5、G6、G7、G8低加水位600-650mm）

(G3、G4低加水位800-850mm), G6低压加热器疏水泵额定功率75kw；额定电流150A；额定转速2970转/分；变频器选用ABB 600。低加水位高低取决于电动机的转速和进水量之间的平衡状态。为了保证水位恒定，通过变频器及其PID调节功能做到进水量大时，水位上涨，变频器应立即提高输出频率，使电动机加速，以增大疏水泵排水的能力，保持低加水位恒定。低加水位的高低由液位变送器进行测量。所以，在恒定控制系统中，液位变送器的输出信号XF应该始终无限接近于目标信号XT。

P（比例）、I（积分）、D（微分）的控制做用。

比例控制

（1）控制的基本工作过程

如上述，变频器输出频率fx的大小由XT和XF的比较结果(XT-XF)来决定。如低加水位h超过目标值，则XF ＞ XT (XT-XF) ＜ 0 fx 电动机转速nx 低加水位h 直至与要求的目标水位相符（XF≈XT）为止。

反之，如低加水位h低于目标值，则XF ＜ XT (XT-XF) ＞ 0 fx 电动机转速nx 低加水位h 直至与要求的目标水位相符（XF≈XT）为止。

（2）比例增益

为了使低加维持一定的水位，将变频器输出频率及其频率给定信号保持在一定范围内是必须的。

令 XG=KP(XT-XF)

式中XG————— 频率给定信号

KP————— 放大倍数，也叫比例增益。

就是说，将(XT-XF)放大了KP倍后再作为频率给定信号，如图 ；

(XT-XF) = XG/KP

XG1/KP= ε

在这里KP越大(XT-XF) 越小 XF 越接近于XT小 。这种过程控制，称为比例放大环节。显然，因为XG 不能等于0，所以，XF只能是无限接近于XT，却不能等于XT。这说明， XF 和XT之间总会有一个差值，称为静差，用ε表示，不消说静差值应该越小越好。显然，比例增益(KP)越大，静差(ε) 越小，如图a

为了减小静差，应尽量增大比例增益，但由于系统有惯性，因此，KP太大了，当XF随着水位变化而变化时，XG=KP(XT-XF)有可能一下子增大（或减少）了许多，使变频器的输出频率很容易超调（调过了头），于是又反过来调整，引起被控量（水位）忽大忽小，形成震荡如图b

P调节震荡现象

（二）积分与微分控制

1积分控制

为了消除系统的震荡，引入了积分环节，其目的是：

使给定信号XG的变化与乘积KP(XT-XF)对时间的积分成正比。意思是说，

尽管KP(XT-XF) 一下子增大（或减少）了许多，但XG只能在“积分时间”内逐渐地增大（或减少），从而减缓了XG的变化速度，防止了震荡。积分时间越长，XG变化越慢。

（2）只要偏差不消除(XT-XF≠0)，积分就不停止，从而能有效地消除静差，如图c示

但积分时间（I）太长，又会发生当水位急剧变化时，被控量（水位）难以迅速恢复的情况。

2微分控制

微分控制是根据偏差变化率dε/dt的大小，提前给出一个相应的调节动作，从而缩短了调节时间，克服了因积分时间太长而使恢复滞后的缺点，如图d示。

（三）信号的输入

1目标信号的表示法

（1）百分数表示法，目标信号的大小由水位变送器量程的百分数表示。我厂G6低压加热器疏水泵水位量程（400mm---1200mm）要求水位保持在630mm，则目标值为28.8%

如果要求水位保持在800mm，则目标值为50%

（2）物理量表示法，根据水位变送器量程，计算出的与目标值对应的电流信号值，水位变送器量程为4—20mA, 目标水位保持在630mm，则目标值为

XT = [4+(20-4)×0.288=8.6 mA

如果要求水位保持在800mm，则目标值为

XT = [4+(20-4)×0.5=12 mA

2目标信号的输入

键盘输入法，由键盘直接输入与目标值对应的百分数

3反馈信号的输入

水位变送器输出信号就是反馈信号，变频器专门设置了反馈信号的输入端，

（四）ABB变频器的PID功能设置

1PID功能的选择

ABB ACS 600变频器99组，启动数据参数02项应用宏选项，选则“PID”控制。

2信号输入通道的选则

ABB ACS 600变频器40组，06选项 “ACT1” ，选项ACT1”将模拟输入口AI1、

AI2、AI3中的一个设定为PID控制器的实际信号。

ABB ACS 600变频器40组，07选项 “AI2”AI2作为实际值的信号源。

3PID参数的设定

ABB ACS 600变频器40组，01选项 “比例增益”设定“2”，如果误差值(XT-XF)变化10%将引起PID控制器输出变化20% ，电机转速为2970转/分，那么实际速度给定就改变594转/分

ABB ACS 600变频器40组，02选项 “积分时间”设定“2秒”，

ABB ACS 600变频器40组，03选项 “微分时间”设定“0秒”，微分时间为0秒，只相当于PI调节，因为对水位变化要求不是很高。

ABB ACS 600变频器40组，04选项 “1阶滤波器时间常数”设定“1秒”，

（五）ABB变频器的外部接线

1水位变送器输出信号，如果是外部供电接至AI2，如果是变频器本身供电接至DGND、AI2+，AI2-和+24VDC短接，信号为4----20m A。如果是ABB ACS 800变频器，必须使用外部供电，因变频器本身供电干扰太大，系统震荡严重。

2速度模拟量输出信号，接至AO1-和AO1+，信号为4----20mA。

3电流模拟量输出信号，接至AO2-和AO2+，信号为4----20mA。

4变频器启动指令接至DI1和+24VDC，变频器停止指令接至DI2和+24VDC，变频器停止指令为长闭接点。

5 变频器启动信号接至RO21和RO22，变频器准备好信号接至RO11和RO12，变频器故障信号接至RO32和RO33。

以上接线均使用阻燃屏蔽电缆，电缆屏蔽层保证单点接地，减少对信号的干扰。

（六）ABB ACS 600变频器在低压加热器疏水泵使用中应注意的问题

（1）变频器安装在现场，现场环境温度高，夏季时最高温度达到55度，ABB ACS 600变频器内置报警温度115度，掉闸温度125度，2006年3月时变频器显示温度达到110度，之后经过清扫温度降到75度。温度高对变频器安全运行是一个极大的威协，同时也缩短了变频器的使用寿命，日常的维护巡视变的尤为重要。因此在夏季时，我们把变频器内置温度显示调出到显示面板上，这样就比较直观，便于维护。

（2）现场环境比较脏，这是变频器温度高的另一个原因，变频器本身是一个热源，加上冷却风扇的作用，灰尘就被吸附在变频器散热片上。时间久了堵塞风道，造成变频器温度高， 因此，对变频器要进行定期、彻底地清扫，降低变频器温度。

（七）ABB ACS 600变频器在低压加热器疏水泵应用效果

我厂自1998年以来陆续投入9台低压加热器疏水泵变频器，运行比较稳定，节能效果显著，改造前，低压加热器疏水泵电机电流波动非常大，随负荷周期性变化，而且水位也波动大，不稳定。投入低压加热器疏水泵变频器后电机电流非常平稳，水位也非常稳定，对水位目标值能够非常精细地设定，通过对PID参数的调整，使变频器面对大负荷、水位变化快的情况也能自如地平稳调节。更好地保证机组安全地运行。

参考文献：

[1] 曙光.通用变频器的发展及应用[J]. 信息空间. 1999(04)

[2] 姜艳梅.变频器在过程控制中的应用[J]. 组合机床与自动化加工技术. 2002(04)

[3] 崔晶.中压变频器中模糊控制器的设计方法[J]. 新技术新工艺. 2011(01)

水位控制器范文第9篇

关键词：太阳能热水器控制器；MSP430F149单片机；水位温控检测系统

1 概述

这些年人类无止境的使用能源，使得能源问题越来越严重，从而想利用其它资源来代替这些不可再生资源。

由于太阳能是人类接触最多的能源，而且在人类认知范围内几乎是取之不尽用之不竭的。所以太阳能的利用必将是未来的一个趋势，也是主要可循环利用的能源之一。本次设计就是利用太阳能来控制水箱里水的温度，从而给人们带来便利和减少环境污染，保护地球。

2 太阳能热水器控制器系统硬件设计方案

本设计主要是以微处理器MSP430为核心，选择温度传感器和水位传感器作为单片机信号的采集来源，温度传感器采用的是数字式不锈钢的DS18B20温度探头。水位检测选择水位检测模块，将检测到的模拟信号通过捕获之后送入单片机进行处理。通过液晶12864来时时显示温度和水位。全部计划需要经过几个部分的设计来完成：（1）DS18B20温度采集电路的设计；（2）液晶12864电路的

设计；（3）经由电磁阀控制太阳能的温度和水位电路设计；（4）经由按键设置温度初始值和水位初始值的电路设计；从设计需求可以看出，本设计需要做的主要工作有：查阅相关资料，了解各部分功能原理。查阅元器件的数据手册，把握器件工作原理和硬件实现方法。通过手册对各个模块进行程序编写，达到系统的要求。

太阳能热水器控制器下位机设计框图如图1所示。

3 太阳能热水器控制器系统软件设计方案

本次设计主要采用C语言编写程序，根据各个模块功能的需求进行逐步编辑（如温度检测模块、液晶显示模块、水位检测模块等），此次编写程序的软件选用IAR for msp430软件、仿真选用的是PROTEUS软件、原理图和PCB绘制选用的是Altium designer软件。

按照以上这些要求，太阳能控制器在软件设计方面主要采用模块化设计思想，主要由MCU时钟初始化、串口初始化、温度检测初始化、水位检测初始化、液晶初始化、键盘扫描程序设计、定时器中断程序、液晶显示程序、继电器控制程序等部分组成。太阳能热水器控制器的系统主程序流程图如图2所示。

对于水箱里的温度和水位的设定，在启动控制器时要通过按键来设置完成。在设定温度和水位的值之后，就将设定的值存入AT24C02的E2PROM中进行保存，方便下次开机时或者停电重新启动时进行读取上次设定值。这样做有两大优点：一是系统在启动时没设定温度值和水位值，就从存储器中读取上一次的值，从而解决了启动都要从重新设定温度值和水位值的问题。二是增强了控制器的适应能力，在突然掉电之后来电还是能够恢复正常读取出温度的值和水位的值，不需要重新设定。

4 结束语

实验表明MSP430F149单片机实现的家用太阳能热水器控制器，具有体积小、结构简单、功耗低、处理速度快等优点，可以实现自动上水、低水位报警、记录用户使用习惯。

参考文献

[1]赵德安.单片机原理与应用[M].北京：机械工业出版社，2004，9：150-160.

[2]李昕，曲梦可，荣誉.基于MSP430单片机的模糊温湿度控制器的设计[J].传感技术学报，2007，20（4）：805～808.

[3]王晓君，安国臣，等.MCS-51及兼容单片机原理与选型[M].北京：电子工业出版社，2003：10-60，126-157.

[4]宋国杰.无线表决器系统设计与实现[D].吉林大学，2009.

[5]李念强.单片机原理及应用[M].北京：机械工业出版社，2007.

[6]胡大可.MSP430系列超低功耗16位单片机原理与应用[M].北京：北京航空航天大学出版社，2000.

[7]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，1997.

[8]李云阳.基于单片机的太阳能热水器模糊控制系统的设计[J].农机使用与维修，2012（5）.

[9]宋莉.太阳能热水器出水恒温控制的新方法设计研究[D].中国海洋大学，2011.

[10]陈瑞祥，姜平，王亚芳，等.基于GSM/GPRS的家用太阳能热水器远程监控系统设计[J].南通大学学报（自然科学版），2013（3）.

水位控制器范文第10篇

自动控制系统，利用水位检测高低点控制水泵电机的运行，有效控制水电资源浪费，同时利用时间控制器调节低谷用电，更好的控制调节水泵开启时间，使能源更有利的利用并节约资源费用。

【关键词】常开触点 常闭触点 通路 吸合

1 存在问题

邯钢矿业分公司彦亭车间现有500米深水井一眼，配套三个相联的密闭高位水池，水池总容量为1000立方米。主要供矿业分公司生产、生活用水，年均日消耗水量约为1100立方米，用水高峰期日消耗约为1400立方米。高位水池上水的时间约12小时，因为水池是密闭的，且距离水井较远，观测水位很不方便，时有放空或者水满外溢的情况发生。水池放空导致供水中断，而蓄水时间较长，严重影响生产、生活用水；水外溢到路上，夏季泥泞，冬季结冰，既浪费水、电力资源且存在安全隐患。

2 改造思路及方案

设置高位水池自动限位控制装置，使水位达到上限位置时自动关停水泵开关，水位下降到下限水位时水泵自动开启，开停水泵能够自动循环，达到节水，节电，节省人力的目的，避免了水资源的浪费。该装置成本低，消耗极低，安全环保，主要原理以及设置如下：

（1）主要元件有：自动水位控制器2块，时间控制器1个，微型继电器2个，通讯电线。

（2）水池内部安装ABC三个水位探头控制点， C线为水池地线，放在水池最低点与水池底部接触； A线为水池上限水位控制点，水位上升达到A点水位，水与A探头接触，A点和C点经过感应信号形成通路，水泵控制柜内1号自动水位控制器输出电信号，1号微型继电器得电吸合，辅助常闭触点断开，水泵自动断电停止上水；B线为水池下限水位控制点，水位下降到B点水位以下，水与B探头脱离连接，B点和C点感应信号消失形成，水泵控制柜内2号自动水位控制器输出电信号，2号微型继电器得电吸合，辅助常开触点闭合，水泵自动供电开始充水。自动实现水池补水达到连续供水效果，有效防止水位过高溢出。

（3）时间控制器与2号微型继电器并联，可设定开机时间，控制辅助触点，形成另外一套控制系统，更加有效的保证在水位低时水泵自动启动。电路示意图如下：

3 优点及效益分析

（1）水位控制点可根据用水情况随时调节，避免了供水不足的情况发生，确保了生产、生活用水；也防止了因水池溢水造成的水、电资源浪费以及安全事故的发生。

（2）取缔了供水岗位，改为监管运行，节省了人力、物力资源。

（3）该装置负载电流不超过16A，消耗功率≤5W，消耗低，安全环保。通往高位水池的连接使用廉价的通讯电线即可，材料费用低。

（4）利用时间控制器，把水泵开机时间调节在晚上供电低谷低电费时间段，节约电耗，降低成本。

（5）水位控制，时间控制，手动控制3种方式联合形成高位水池的全自动供水、补水控制系统，并可随时转换，操作简单方便，节省人力。

作者单位