水箱控制方案

用PLC 控制双容水箱液位（陈凤） 1、串联双容水箱系统的流程图（单闭环） 工艺流程如图1所示。

图1 系统工艺流程图

图1中，采用水泵作为输送源，把储水槽中的水抽到高位水箱，通过电动凋节阀的作用，可以调节进水量，再通过手动阀可以将水从高位水箱送入低位水箱，使低位水箱的液位保持在一定的高度。在整个工作过程中，均有相应的仪表对高位水箱和低位水箱的液位进行检测和控制。

PLC

sp

控制阀

副被控

对象

主被控对象

主测量变送器

计算机

组态王）

x

1、串联双容水箱系统的工艺流程图（双闭环）

图1 双容水箱液位控制系统实验设备

2、用到的设备

计算机、水泵、压力变送器、变频器、电动调节阀、上水箱、中水箱、上水箱液位变送器、中水箱液位变送器、牛顿模块（输入、输出），

3、制系统的控制要求及实现

3.1 串联双容水箱液位的控制原理

根据工艺要求，为了保证控制精度，系统以低位水箱液位为主调节参数，高位水箱液位为副调节参数，构成串联双容水箱串级控制系统。低位水箱的液位传感器检测的液位信号与给定液位值进行比较后送人主调节器，经PID运算后，其输出作为副调节器的给定值，与高位水箱的液位传感器检测到的液位信号进行比较后送人副调节器，经PID运算后，其输出控制电动调节阀的开度，控制进水流量的大小，从而控制水箱的液位口。（为了节约资源和能源，把低位水箱流出的水储存在最下面的储水器里，用水泵使其用来作为高位水箱的输入）系统的结构如图2所示。

3.2 控制系统的结构及实现

根据工艺要求，考虑到系统中处理的模拟量信号是液位，所以采用PLC实现对信号的处理和整个系统的控制；采用组态王软件对系统进行显示和监控。如图2所示。

(1) 被控参数的选择

应选择被控过程中能直接反映生产过程能够中的产品产量和质量，又易于测量的参数。在双容水箱控制系统中选择下水箱的液位为系统被控参数，因为下水箱的液位是整个控制作用的关键，要求液位维持在某给定值上下。如果其调节欠妥当，会造成整个系统控制设计的失败,且现在对于液位的测量有成熟的技术和设备。

(2) 控制参数的选择

从双容水箱系统来看，影响液位有两个量，一是通过上水箱流入系统的流量，二是经下水箱流出系统的流量。调节这两个流量都可以改变液位的高低。但当电动调节阀突然断电关断时，后一种控制方式会造成长流水，导致水箱中水过多溢出，造成浪费或事故。所以选择流入系统的流量作为控制参数更合理一些。(3) 主副回路设计

为了实现液位串级控制，使用双闭环结构。副回路应对于包含在其内的二次扰动以及非线性参数、较大负荷变化有很强的抑制能力与一定的自适应能力。主副回路时间常数之比应在3到10之间，以使副回路既能反应灵敏，又能显著改善过程特性。下水箱容量滞后与上水箱相比较大，而且控制下水箱液位是系统设计的核心问题，所以选择主对象为下水箱，副对象为上水箱，。

(4) 控制器的选择

根据双容水箱液位系统的过程特性和数学模型选择控制器的控制规律。为了实现液位串级控制，使用双闭环结构，主调节器选择比例积分微分控制规律(PID)，对下水箱液位进行调节，副调节器选择比例控制率(P)，对上水箱液位进行调节，并辅助主调节器对于系统进行控制，整个回路构成双环负反馈系统。

4、控制系统的调试

为了满足控制系统的精度要求，采用两步整定法，先整定副环，按4：l衰减曲线法得到δs1，Ts1，用同样的方法再整定主环，得到δs2，Ts2，从而得到主调节器的参数和副调节器的参数分别为：δ1，T11，δ2，T12，TD2。