計算機液位控制系統及其控制方法
2023-10-28 19:17:27
專利名稱：計算機液位控制系統及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種計算機液位控制系統及其控制方法。
背景技術：
控制理論經歷了經典控制理論、現代控制理論兩個發展階段，現在已進入了非線性智能控制理論發展時期。從控制理論解決的問題而論，很多重大的、根本的問題，如可控性、可觀測性、穩定性等，在傳統控制中都建立了比較完善的理論體系。應用傳統控制理論基本能夠滿足工程技術及各種其它領域的需要。但是隨著工業和現代科學技術的發展，各個領域中自動控制系統對控制精度、響應速度、系統穩定性與適應能力的要求也越來越高。自從上世紀80年代以來，電子計算機的快速更新換代和計算技術的高速度發展，推動了控制理論研究的深入開展，並進入了新的一段歷程。隨著控制理論的迅速發展，出現了許多先進的控制算法。但是，以PID為原理的各種控制器仍是過程控制中不可或缺的基本控制單元。至今，PID控制算法在世界範圍內80%以上的工業過程中被採用，PID控制技術已經得到了很好的發展，研究者提出了許多控制系統設計方法和參數調整理論。這是因為PID控制具有結構簡單、容易實現、控制效果好等特點，且PID算法原理簡明，參數物理意義明確，理論分析體系完整，為廣大控制工程師所熟悉。液位是工業過程生產中經常遇到的控制參數之一，對所需的控制對象進行精確的液位控制，關係到產品的質量，是保障生產效果和安全的重要問題。因而，液位的控制具有重要的現實意義和廣泛的應用前景。液位控制系統是以液位為被控參數的系統，它在工業中的各個領域被廣泛的涉及至IJ。在工業生產過程中，有很多地方需要對控制對象進行液位控制，使液位高精度地保持在給定的數值，如在建材行業中，玻璃窯爐液位的穩定對窯爐的使用壽命和產品的質量起著至關重要的作用。還有在工業生產中，尤其是石油、化工以及冶金生產中也會經常遇到液位控制問題。因此，對所需的控制對象進行精確的液位控制，關係到控制目標的實現，是保障生產效果和安全的重要問題。I939 年，Taylor Instrument Company 和 Foxboro Instrument Company 製造出完全具有PID控制功能的氣動控制器。人們普遍認為PID應該被稱之為智能控制，因為它是基於生產操作人員的控制經驗。發明者通過觀察認為，控制器應該象一個熟練的操作者那樣去控制，減少直至消除系統中出現的誤差。在當時PID控制面臨的有三個主要問題:(I)尋找一種簡單方法，能夠計算PID控制器的三個調節參數。(2)判斷生產過程是否可控。(3)PID控制器的操作不依賴於複雜易損的機械元件。理論研究主要集中在前兩個問題，1942年，給予部分解決。第二個問題是系統的可控性。第三個問題由於工業革命的飛速發展，今天的PID控制器基本使用電子元件和微處理器，已經給予近乎完美的解決。PID控制器作為最早實用化的控制器已有近70年的歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。究其原因，是因為PID控制器有以下主要特點=(I)PID控制器簡單易懂，使用中不需要特別精確的系統模型。(2)使用性靈活，只需設定三個參數即可。在很多情況下，並不一定需要全部三個單元，可以取其中的一到兩個單元。(3)PID參數較易整定，也就是PID參數可以根據過程的動態特性及時整定。如果過程的動態特性變化，例如可能由負載的變化引起系統動態特性變化，PID參數就可以重新整定。而階躍輸入響應曲線是PID控制效果最重要的依據和標準。一般認為階躍幹擾是最嚴重的幹擾，只要反饋控制系統能在此類幹擾下在規定的時間內能恢復到給定值，系統就是基本滿足要求的。PID控制的實現是以實際控制系統的建立為基礎。因此，在初定PID控制器參數之後，應先根據實際控制系統的需要以及性價比選擇合適的控制硬體，組成實際的控制系統。多容液位系統的構建，總體上要考慮到四方面的因素:(I)抑制外部幹擾的影響。控制系統的首要目的是消除外部對生產的影響，S卩引入控制系統，使過程產生儘可能小的變化，以消除外部擾動對生產造成的不良影響。控制系統的設計目的是以儘可能小的代價，來爭取最佳的控制效果。(2)確保過程的穩定性。使整個系統穩定是控制的最基本目的。對於生產過程本身特性是穩定的，則在外部幹擾的作用下，過程無需控制幹擾就能達到穩定。在這種場合下，控制的目的只是抑制幹擾的影響，保持預定的生產條件。然而，對於生產過程本身特性是不穩定的，則控制目的除了抑制幹擾的影響外，還必須使過程保持穩定。(3)要真實再現實際工業現場的情況。多容液位系統設計的出發點，就是讓操作者能夠清楚認識生產工業現場的條件和情況。這樣，當操作者真正到了生產現場，就可以從容的進行控制。因此，也要根據實際工業現場液位系統的特點來進行設計。(4)使過程穩態和動態工況最優。使過程滿足生產指標和安全指標是生產過程的兩個基本目的。在達到這兩個目的之後，下一個目標就是如何使工廠獲得更多的經濟效益。假如影響生產過程的操作條件是變化的，就需要按經濟目標最大或成本最低的方式去改變工藝操作條件，這就是優化控制的目標。
發明內容
本發明的目的在於克服上述現有技術的缺點和不足，提供一種計算機液位控制系統，該計算機液位控制系統能抑制外部幹擾的影響，確保過程的穩定性，真實再現實際工業現場的情況，使過程穩態和動態工況最優。本發明的另一目的在於提供了 一種基於上述計算機液位控制系統的控制方法。本發明的目的通過下述技術方案實現:計算機液位控制系統，主要由與控制對象分別相連的壓力變送器和電動調節閥、與壓力變送器相連的A/D轉換器、與電動調節閥相連的D/A轉換器、與A/D轉換器和D/A轉換器均相連的控制器、以及與控制器相連的上位機構成。所述控制器與上位機之間通過RS485接口和RS232接口相連。所述控制器為智能儀表。所述智能儀為A1-818型智能儀。所述上位機為計算機。基於上述計算機液位控制系統的控制方法，包括以下步驟:(a)首先，壓力變送器檢測到控制對象中的液位，將檢測到的信號傳送到A/D轉換器；
(b)A/D轉換器將信號轉換以後，傳送到A1-818型智能儀；(C)A1-818型智能儀將信號傳送到上位機；(d)上位機對信號進行計算分析後，輸出控制指令到A1-818型智能儀；(e)A1-818型智能儀將信號傳送到D/A轉換器；(f)D/A轉換器將信號轉換以後，傳送到電動調節閥；(g)電動調節閥作為執行器，控制磁力驅動泵的開度，進而對控制對象進行控制。綜上所述，本發明的有益效果是:能抑制外部幹擾的影響，確保過程的穩定性，真實再現實際工業現場的情況，使過程穩態和動態工況最優。
圖1為本發明的結構示意圖。
具體實施例方式下面結合實施例，對本發明作進一步的詳細說明，但本發明的實施方式不僅限於此。實施例:如圖1所示，本發明涉及的計算機液位控制系統，主主要由與控制對象分別相連的壓力變送器和電動調節閥、與壓力變送器相連的A/D轉換器、與電動調節閥相連的D/A轉換器、與A/D轉換器和D/A轉換器均相連的控制器、以及與控制器相連的上位機構成。所述控制器與上位機之間通過RS485接口和RS232接口相連。所述控制器為智能儀表。所述智能儀為A1-818型智能儀。所述上位機為計算機。計算機用來運行力控組態軟體，通過對串口的訪問作用於智能儀表實現水箱液位的控制。計算機在整個實驗中是一個人員操作和控制維護平臺，通過力控中的人機界面來直觀顯示液位，專家報表和歷史報表來存儲數據以供查閱和分析。A1-818型儀表為PID控制型，輸出為4 20mA DC信號。A1-818型儀表通過RS485串口通信協議與上位計算機通訊，從而實現系統的實時監控。電動調節閥具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執行機構一體化、可靠性高、操作方便等優點，控制信號為4 20mA DC或I 5V DC,輸出4 20mA DC的閥位信號,使用和校正非常方便。壓力變送器採用工業用的擴散矽壓力變送器，含不鏽鋼隔離膜片，同時採用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。壓力變送器用來對三個水箱的液位進行檢測，變送器為二線制，故工作時需串接24V直流電源。基於上述計算機液位控制系統的控制方法，包括以下步驟:(a)首先，壓力變送器檢測到控制對象中的液位，將檢測到的信號傳送到A/D轉換器；(b)A/D轉換器將信號轉換以後，傳送到A1-818型智能儀；(c)A1-818型智能儀將信號傳送到上位機；
(d)上位機對信號進行計算分析後，輸出控制指令到A1-818型智能儀；(e)A1-818型智能儀將信號傳送到D/A轉換器；(f)D/A轉換器將信號轉換以後，傳送到電動調節閥；(g)電動調節閥作為執行器，控制磁力驅動泵的開度，進而對控制對象進行控制。以上所述，僅是本發明的較佳實施例，並非對本發明做任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質，對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化，均落入本發明的保護範圍之內。
權利要求
1.計算機液位控制系統，其特徵在於，主要由與控制對象分別相連的壓力變送器和電動調節閥、與壓力變送器相連的A/D轉換器、與電動調節閥相連的D/A轉換器、與A/D轉換器和D/A轉換器均相連的控制器、以及與控制器相連的上位機構成。
2.根據權利要求1所述的計算機液位控制系統，其特徵在於，所述控制器與上位機之間通過RS485接口和RS232接口相連。
3.根據權利要求1所述的計算機液位控制系統，其特徵在於，所述控制器為智能儀表。
4.根據權利要求3所述的計算機液位控制系統，其特徵在於，所述智能儀為A1-818型智能儀。
5.根據權利要求1所述的計算機液位控制系統，其特徵在於，所述上位機為計算機。
6.基於上述計算機液位控制系統的控制方法，其特徵在於，包括以下步驟: (a)首先，壓力變送器檢測到控制對象中的液位，將檢測到的信號傳送到A/D轉換器； (b)A/D轉換器將信號轉換以後，傳送到A1-818型智能儀； (c)A1-818型智能儀將信號傳送到上位機； (d)上位機對信號進行計算分析後，輸出控制指令到A1-818型智能儀； (e)A1-818型智能儀將信號傳送到D/A轉換器； (f)D/A轉換器將信號轉換以後，傳送到電動調節閥； (g)電動調節閥作為執行器，控制磁力驅動泵的開度，進而對控制對象進行控制。
全文摘要
本發明公開了一種計算機液位控制系統。該計算機液位控制系統主要由與控制對象分別相連的壓力變送器和電動調節閥、與壓力變送器相連的A/D轉換器、與電動調節閥相連的D/A轉換器、與A/D轉換器和D/A轉換器均相連的控制器、以及與控制器相連的上位機構成。本發明還公開了一種基於上述計算機液位控制系統的控制方法。本發明能抑制外部幹擾的影響，確保過程的穩定性，真實再現實際工業現場的情況，使過程穩態和動態工況最優。
文檔編號G05D9/12GK103105860SQ20111037524
公開日2013年5月15日 申請日期2011年11月14日 優先權日2011年11月14日
發明者陳凱 申請人:陳凱