扩散硅压力变送器在水位控制系统中的应用

【摘要】介绍了用扩散硅压力变送器测量水位信号的原理和方法，并且利用扩散硅压力变送器作为水位检测部件，结合组态监控技术，组成了实用的水位控制系统。

在水位控制中，扩散硅压力变送器可以将水位信号转化为压力信号，实现参数的间接测量。而组态监控技术为实施数据采集、过程监控、生产控制提供了基础平台，可以和检测部件、控制部件构成复杂的应用系统，在节能、提高计量精度、改善产品质量、完成部门间精确传递生产信息等方面发挥核心作用，有利于企业消除信息孤岛、降低运作成本、提高生产效率。

1、扩散硅压力变送器的技术特点和工作原理
        扩散硅压力变送器由扩散硅压力芯片和信号处理电路组成，经过精密的补偿技术、信号处理技术，具有测量范围宽、测量精度高的特点，可以长期在线检测压力信号。扩散硅压力变送器采用24V直流电源，当外加压力时，将引起压力芯片的输出电压发生变化，再经过信号处理电路将其放大，并转换为与输入压力成线性对应关系的标准4-20mA直流信号输出，可直接与二次仪表以及计算机控制系统连接，实现生产过程的自动检测和控制，可广泛应用于各种工业领域中压力的检测。正常情况下，扩散硅压力变送器测量的是压力信号，根据压力参数与水位参数之间的关系P=pgh.
        式中：P—容器中液体的静压力；p—容器中液体的密度，常数；g —重力加速度，常数；h —容器中液体的水位。

    由上式可知，容器中液体的水位参数和压力参数之间存在着线性关系。因此可以将扩散硅压力变送器直接安装在水罐底部，根据测量的压力信号即可得到水位信号，从而将水位测量转换为压力测量，实现了信号的间接测量。测量所得的水位模拟信号经压力变送器转换成4-2OmA直流信号后，再经250欧姆电阻转换成直流1-5V标准信号，分别送显示仪表和计算机。

2、水位控制系统介绍
    利用扩散硅压力变送器作为水位检测部件组成的水位控制系统被控对象由上、下两个储液罐组成，水位测量由安装在罐底的两个GYG型扩散硅压力变送器来完成，水位调节通过对水泵、调节阀、出水阀的通断控制来实现。其控制要求为:将水罐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，关闭水泵。
    b.水罐1水位日H1《lm，打开水泵。
    c.水罐2水位日H2》5 m,关闭调节阀。
    d.水罐2水位日H2《 m，打开调节阀。
    e.水罐2水位H2《1 m，关闭出水阀，否则打开出水阀。

2.1 硬件部分
    水位控制系统，是利用安装在罐底的两个GYG型扩散硅压力变送器对两个水罐的水位进行实时检测，然后将被测的1-5V标准信号经A/D转换后输入计算机，根据采集到的信号情况，计算机将控制信号经D/A转换后输出给执行机构，对水泵、调节阀、出水阀进行上述的控制，从而形成计算机控制的闭环控制方案。其系统组成如图1所示。

    图1中，由于本系统有两路模拟量输入(AI)，三路开关量输出(DO)，因此I/o接口设备选用研祥PCL-818L多功能板卡，该卡有16路模拟量输入，输入模拟电压范围一10 ~ +10V,1路模拟量输出(最大士1OV),16路数字量输入(DI)和16数字量输出(DO)，TTL/D丁L电平兼容。为了便于对象与PCL-818L多功能板卡之间接线，同时选用相应的接线端子板，DO通道选用16路继电器输出端子板PCLD-785，该端子板输出触点负载为DC: 30V/1 A, AC: 120V/0.5A，完全满足水泵和电磁阀的需要。AI通道选用PCLD-880端子板。

    PCL-818L多功能板卡可以插入计算机机箱内任何一个空余的ISA扩展槽上。端子板可以安装在机箱外适当处。PCL-818L多功能板卡与Al端子板PCLD-880之间通过37芯D型插头连接，与DO输出端子板PCLD-785之间用20芯扁平电缆连接，对象与接线端子板间用导线连接。其I/O分配方式如表1所示。

    系统中的计算机选用工业控制计算机，通过相连的打印机，

可以实现水位参数的报表输出以及曲线显示。而通过TCP/IP协议，计算机可以和Internet或局域网实现互联，从而实现远程监控。

2.2软件部分
    水位控制系统以硬件为基础，以软件为核心。硬件的组成给系统提供了与计算机连接的必要条件;软件的设计充分利用计算机的特点、发挥计算机的作用。本系统设计软件采用组态软件MCGS，组态软件是近年来在工业自动化领域兴起的一种新型的软件开发技术，开发人员通常不需要编制具体的指令和代码，只要利用组态软件包中的工具，通过硬件组态(硬件配置)、数据组态、图形图像组态等工作即可完成所需应用软件的开发工作，它具有二次开发简便、开发周期短、通用性强、可靠性高等优点。 根据水位控制系统对自动测控系统的要求，在选择好相应的硬件设备后，即可用MCGS组态软件对自动测控系统进行应用软件系统的组态，也就是在MCGS工控组态软件的基础上进行二次开发，其具体的组态过程简述如下:
    1)系统菜单和系统参数组态:在MCGS的“主控窗口”中，按水位控制系统对自动测控系统的要求，对其系统菜单和系统参数进行定义和设置。
    2)设备构件的组态:按此自动测控系统中的硬件配置情况，在MCGS的“设备窗口”中对I/o卡等进行设置和组态。
    3)用户界面的组态:按水位控制系统的要求和用户的习惯，在MCGS的“用户窗口”中用MCGS的工具进行系统运行封面和主控界面的设计组态。
    4)实时数据对象的组态:按此水位控制系统对其自动测控系统的要求，在MCGS的“实时数据库窗口”中分别对有关的数据和变量等进行定义和设置。
    5)运行策略的组态:按该水位控制系统对自动测控系统的运行要求，在MCGS`‘运行策略”窗口中，可分别对系统的“启动策略”、“循环策略”、“报警策略”、“用户策略’夕等进行设置和组态。
    在完成上述的各项组态设置后，即可生成一个适用于该水位控制系统的自动测控应用软件系统，该软件系统可以达到水位测量与显示，水位控制，水位报警，报表输出，曲线显示等功能。

3、结束语
    从水位控制系统的实际应用情况来看，利用扩散硅压力变送器作为水位检测部件，结合组态监控技术组成复杂的应用系统是可行的，而且还具有很多明显的优势，如系统配置灵活、开发周期短、通用性强、可靠性高等。相信随着检测元器件技术和工控组态软件技术的不断完善与发展，二者的结合必将会在更多的领域中得到进一步的开发应用。

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