[发明专利]一种液位控制系统及实现方法

权利要求书

1.一种液位控制系统，其特征在于，包括与上位机计算机连接的控制系统，控制系统包括实际PLC控制器(5)，实际PLC控制器(5)与水箱液位被控对象(4)连接。

2.根据权利要求1所述的一种液位控制系统，其特征在于，所述上位机计算机中设置有仿真系统，仿真系统包括虚拟PLC控制器(1)、仿真模块(2)，虚拟PLC控制器(1)、仿真模块(2)通过通讯模块(3)与所述实际PLC控制器(5)连接，仿真模块(2)用于绘制水箱液位三维模型。

3.根据权利要求2所述的一种液位控制系统，其特征在于，所述虚拟PLC控制器(1)、仿真模块(2)与所述通讯模块(3)通过OPC通讯协议技术相连。

4.根据权利要求1所述的一种液位控制系统，其特征在于，所述水箱液位被控对象(4)包括液位变送器(6)、调节阀(7)、接近开关(8)，液位变送器(6)、调节阀(7)均与模拟量采集模块(9)连接，接近开关(8)与数字量采集模块(12)连接，模拟量采集模块(9)与RS485通讯模块(10)连接，RS485通讯模块(10)通过USB-RS485转换器(11)与上位机计算机连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种液位控制系统的实现方法，其特征在于，具体为：仿真模块(2)根据所要控制的水箱液位被控对象，按照等比例绘制其三维模型；改变虚拟PLC控制器(1)中程序的参数，通过通讯模块(3)调节仿真模块(2)中的水箱液位三维模型，调节至最佳状态的参数作为实际PLC控制器(5)的参数，调节水箱液位被控对象(4)的调节阀(7)。

6.根据权利要求5所述的一种液位控制系统的实现方法，其特征在于，所述仿真模块(2)中绘制水箱液位被控对象的三维模型具体为：

步骤1：模型准备

按照水箱液位被控对象(4)实物尺寸，等比例缩小，在仿真软件中绘画出几何三维图；

步骤2：模型假设

(1)假设上水箱流出的水流量Q2一定；

(2)假设水泵启动后，水泵从下水箱抽出的水流量Q1一定；

步骤3：模型标定

在假设的基础上，针对整个水箱系统，把每个零件都拆分开，只是相连之间有联系，测定三个阀门开度对流经它的流量变化因子；

最下面阀记为T1，左侧阀记为T2，调节阀记为T3；

下水箱抽出的水流量等于Q1，上水箱出流水的流量记为Q2，标定T1阀开度k1对流量影响的因子记为a1；

首先关闭其他两个阀，只调节T1阀，T1阀全开测一个液位，T1阀1/2开测一个液位，T1阀1/4开测一个液位，将得到的一组开度k1跟液位的数据，进行线性拟合得到T1阀的开度变化因子a1；另外两个阀门按照上述步骤测量；

调节阀T3阀下端的水管流量属性为：输入Q1，输出Q1-Q1*k1*a1，调节阀T3截止的流量为(Q1-Q1*k1*a1)*k3*a3；上水箱进水管流量属性为：输入Q1-Q1*k1*a1；输出Q1-Q1*k1*a1-(Q1-Q1*k1*a1)*k3*a3；上水箱的流量属性为：输入Q1-Q1*k1*a1-(Q1-Q1*k1*a1)*k3*a3；输出Q2；

液位的高度h变化与输入、输出流量、箱底底面积、时间有关；

步骤4：模型分析

将测定的各个阀门的影响因子写入三维模型中不同管道，让三维模型有运动属性；输入为调节阀T3的开度k3，扰动阀T2、T1的开度k2、k1，输出为上水箱液位h；

步骤5：模型检验

按照实际的对象编写程序，将程序分别下载到虚拟PLC控制器(1)与实际PLC控制器(5)，观察二者的响应曲线，对比响应曲线确定模型的准确度，直至准确度达到阈值。