[发明专利]一种液位控制系统及实现方法

说明书

技术领域

本发明属于数字化工厂技术领域，具体涉及一种液位控制系统，本发明还涉及利用该装置实现控制的方法。

背景技术

液位控制是工业中常见的过程控制，它对生产的影响不容忽视。单容液位控制系统具有非线性，滞后，耦合等特征，能够很好的模拟工业过程特征。对于液位控制系统，常规的控制结构多采用“控制器-执行机构”，对于不同的液体，需要现场调试控制参数。而且干扰不同，需要不断地试凑。对于复杂的液位控制系统，常采用建立数学模型，在仿真软件中优化参数，但是数学模型并不能完全跟实际的控制对象匹配，往往造成模拟与实际脱节，很难有效的保证液位的精度。

发明内容

本发明的目的是提供一种液位控制系统，可以实现仿真控制与实际控制的无缝连接，数据的实时测量。

本发明的另一目的是提供上述控制系统实现控制的方法。

本发明所采用的第一种技术方案是，一种液位控制系统，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，实际PLC控制器与水箱液位被控对象连接。

本发明的特点还在于：

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、仿真模块，虚拟PLC控制器、仿真模块通过通讯模块与实际PLC控制器连接，仿真模块用于绘制水箱液位三维模型。

虚拟PLC控制器、仿真模块与通讯模块通过OPC通讯协议技术相连。

水箱液位被控对象包括液位变送器、调节阀、接近开关，液位变送器、调节阀均与模拟量采集模块连接，接近开关与数字量采集模块连接，模拟量采集模块与RS485通讯模块连接，RS485通讯模块通过USB-RS485转换器与上位机计算机连接。

本发明采用的第二种技术方案是，一种液位控制系统的实现方法，具体为：仿真模块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控制器中程序的参数，通过通讯模块调节仿真模块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控制器的参数，调节水箱液位被控对象的调节阀。

本发明所采用的第二种技术方案的特点还在于：

仿真模块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控制器与实际PLC控制器，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。

本发明的有益效果是：本发明一种液位控制系统及实现方法，可以实现仿真控制与实际控制的无缝连接，数据的实时测量。

附图说明

图1是本发明一种液位控制系统的结构示意图；

图2是本发明一种液位控制系统的信号流图。