擴散硅壓力變送器在水位控制系統中的應用

【摘要】介紹了用擴散硅壓力變送器測量水位信號的原理和方法，并且利用擴散硅壓力變送器作為水位檢測部件，結合組態監控技術，組成了實用的水位控制系統。

在水位控制中，擴散硅壓力變送器可以將水位信號轉化為壓力信號，實現參數的間接測量。而組態監控技術為實施數據采集、過程監控、生產控制提供了基礎平臺，可以和檢測部件、控制部件構成復雜的應用系統，在節能、提高計量精度、改善產品質量、完成部門間精確傳遞生產信息等方面發揮核心作用，有利于企業消除信息孤島、降低運作成本、提高生產效率。

1、擴散硅壓力變送器的技術特點和工作原理
        擴散硅壓力變送器由擴散硅壓力芯片和信號處理電路組成，經過精密的補償技術、信號處理技術，具有測量范圍寬、測量精度高的特點，可以長期在線檢測壓力信號。擴散硅壓力變送器采用24V直流電源，當外加壓力時，將引起壓力芯片的輸出電壓發生變化，再經過信號處理電路將其放大，并轉換為與輸入壓力成線性對應關系的標準4-20mA直流信號輸出，可直接與二次儀表以及計算機控制系統連接，實現生產過程的自動檢測和控制，可廣泛應用于各種工業領域中壓力的檢測。正常情況下，擴散硅壓力變送器測量的是壓力信號，根據壓力參數與水位參數之間的關系P=pgh.
        式中：P—容器中液體的靜壓力；p—容器中液體的密度，常數；g —重力加速度，常數；h —容器中液體的水位。

    由上式可知，容器中液體的水位參數和壓力參數之間存在著線性關系。因此可以將擴散硅壓力變送器直接安裝在水罐底部，根據測量的壓力信號即可得到水位信號，從而將水位測量轉換為壓力測量，實現了信號的間接測量。測量所得的水位模擬信號經壓力變送器轉換成4-2OmA直流信號后，再經250歐姆電阻轉換成直流1-5V標準信號，分別送顯示儀表和計算機。

2、水位控制系統介紹
    利用擴散硅壓力變送器作為水位檢測部件組成的水位控制系統被控對象由上、下兩個儲液罐組成，水位測量由安裝在罐底的兩個GYG型擴散硅壓力變送器來完成，水位調節通過對水泵、調節閥、出水閥的通斷控制來實現。其控制要求為:將水罐1水位日1控制在1-8m，水罐2水位日:控制在1-5m。其控制策略如下:
    a.水罐1水位日,H1》8 m，關閉水泵。
    b.水罐1水位日H1《lm，打開水泵。
    c.水罐2水位日H2》5 m,關閉調節閥。
    d.水罐2水位日H2《 m，打開調節閥。
    e.水罐2水位H2《1 m，關閉出水閥，否則打開出水閥。

2.1 硬件部分
    水位控制系統，是利用安裝在罐底的兩個GYG型擴散硅壓力變送器對兩個水罐的水位進行實時檢測，然后將被測的1-5V標準信號經A/D轉換后輸入計算機，根據采集到的信號情況，計算機將控制信號經D/A轉換后輸出給執行機構，對水泵、調節閥、出水閥進行上述的控制，從而形成計算機控制的閉環控制方案。其系統組成如圖1所示。

    圖1中，由于本系統有兩路模擬量輸入(AI)，三路開關量輸出(DO)，因此I/o接口設備選用研祥PCL-818L多功能板卡，該卡有16路模擬量輸入，輸入模擬電壓范圍一10 ~ +10V,1路模擬量輸出(最大士1OV),16路數字量輸入(DI)和16數字量輸出(DO)，TTL/D丁L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，該端子板輸出觸點負載為DC: 30V/1 A, AC: 120V/0.5A，完全滿足水泵和電磁閥的需要。AI通道選用PCLD-880端子板。

    PCL-818L多功能板卡可以插入計算機機箱內任何一個空余的ISA擴展槽上。端子板可以安裝在機箱外適當處。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線連接。其I/O分配方式如表1所示。

    系統中的計算機選用工業控制計算機，通過相連的打印機，

可以實現水位參數的報表輸出以及曲線顯示。而通過TCP/IP協議，計算機可以和Internet或局域網實現互聯，從而實現遠程監控。

2.2軟件部分
    水位控制系統以硬件為基礎，以軟件為核心。硬件的組成給系統提供了與計算機連接的必要條件;軟件的設計充分利用計算機的特點、發揮計算機的作用。本系統設計軟件采用組態軟件MCGS，組態軟件是近年來在工業自動化領域興起的一種新型的軟件開發技術，開發人員通常不需要編制具體的指令和代碼，只要利用組態軟件包中的工具，通過硬件組態(硬件配置)、數據組態、圖形圖像組態等工作即可完成所需應用軟件的開發工作，它具有二次開發簡便、開發周期短、通用性強、可靠性高等優點。 根據水位控制系統對自動測控系統的要求，在選擇好相應的硬件設備后，即可用MCGS組態軟件對自動測控系統進行應用軟件系統的組態，也就是在MCGS工控組態軟件的基礎上進行二次開發，其具體的組態過程簡述如下:
    1)系統菜單和系統參數組態:在MCGS的“主控窗口”中，按水位控制系統對自動測控系統的要求，對其系統菜單和系統參數進行定義和設置。
    2)設備構件的組態:按此自動測控系統中的硬件配置情況，在MCGS的“設備窗口”中對I/o卡等進行設置和組態。
    3)用戶界面的組態:按水位控制系統的要求和用戶的習慣，在MCGS的“用戶窗口”中用MCGS的工具進行系統運行封面和主控界面的設計組態。
    4)實時數據對象的組態:按此水位控制系統對其自動測控系統的要求，在MCGS的“實時數據庫窗口”中分別對有關的數據和變量等進行定義和設置。
    5)運行策略的組態:按該水位控制系統對自動測控系統的運行要求，在MCGS`‘運行策略”窗口中，可分別對系統的“啟動策略”、“循環策略”、“報警策略”、“用戶策略’夕等進行設置和組態。
    在完成上述的各項組態設置后，即可生成一個適用于該水位控制系統的自動測控應用軟件系統，該軟件系統可以達到水位測量與顯示，水位控制，水位報警，報表輸出，曲線顯示等功能。

3、結束語
    從水位控制系統的實際應用情況來看，利用擴散硅壓力變送器作為水位檢測部件，結合組態監控技術組成復雜的應用系統是可行的，而且還具有很多明顯的優勢，如系統配置靈活、開發周期短、通用性強、可靠性高等。相信隨著檢測元器件技術和工控組態軟件技術的不斷完善與發展，二者的結合必將會在更多的領域中得到進一步的開發應用。

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