水槽水位控制系统说明书
一．目前发展状况
该系统广泛应用于城市、农村、学校、工矿企事业单位及家庭的供水工程和排水工程，
亦适用于太阳能热水器、锅炉及有关循环用水的设备等水箱的水位自动控制及报警。
改革开放以来，我国的经济建设及小城镇建设迅猛发展，企业生产自动化程度大大提高，人们的生活水平迈入小康，对家庭用水质量的提高，尤其是对家庭生活的质量有着更高的要求，必然需求高品质、安全可靠性好的产品。因此，深入研究本课题，可满足人们对生产和生活中水位控制的高品位的要求，以实现无人值守和家庭优雅舒适生活的理想。
二．工艺过程
如图1所示，采用单元组合式控制仪表，一般包括控制单元，变送单元，执行单元，转换单元，运算单元，显示单元，给定单元和辅助单元，对于水槽水位控制系统如图1所示：
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图 1水槽水位控制系统
三、 设计目的与要求
对一个水槽水位进行控制，使水槽中水位最终保持为给定值sp=1.01m。
水槽水位控制系统是用来实现水槽水位实际测量值在稳态下维持在给定水位值的功能的控制系统。它要求在系统给定信号及扰动信号输入状态下，系统要做出快速响应，使水槽水位在短时间内回到系统的给定值，并且不引起系统振荡。由被控系统的控制过程为水位控制，且应用于小型生产控制工艺中，知被控过程的惯性不大，负荷与干扰相对稳定。由自动控制理论知单回路系统适合具有上述特征的控制过程，又有结构简单、投资少、易于调整和投运的特点，应用十分广泛。所以本系统结构可采用单回路控制系统。
四、控制方案的确定
水槽水位控制系统的控制任务是根据实际生产的需要控制水槽中的水位保持在给定值范围内。水槽系统有进口阀和出口阀，为了使水位保持稳定，我采用控制进口出的流水量，保证在出水口的出水量发生变化时（有扰动时），经过调节器的调节作用仍能恢复稳定。
对该系统采用单回路液位控制，液位变送器LD3188 对水槽中的水位进行实时检测，并将实测值变化成标准统一信号送给EKC210A（标准型）指示调节器（见图）。调节器将变送器送来的实测值跟给定值进行比较，得到偏差，并对该偏差进行PID运算及输出控制信号去操纵水液电磁阀ZCS6，阀门根据控制信号确定开度，从而控制进入水槽的水流量，即达到控制水位的要求。根据控制系统的方框图可以得到如图2所示：
图2带控制点工艺流程图
其中PID调节规律是连续系统动态品质校正的一种有效方法，它的参数整定方式简结构改变灵活（PI、PD、?）。长期以来被广大科学技术人员及现场操作人员所采用，并积累了大量的经验。过去PID的调节规律完全由DDZ单元组合仪表完成。现在可以方便地由程序在微机上
实现，PID控制算法及其参数整定连续系统PID调节器为对误差的比例、积分和微分控制，即：
或
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式中：Ti、Td分别为积分和微分时间常数；Kp、Ki、Kd分别为比例系数、积分系数微分系数。在计算机控制系统中使用的是PID数字调节器，就是对式（1）离散化 ，令：
式中，T是采样周期。由式（1）与式（3）可得：
式（4）称为位置式PID控制算法。 在PID控制中，比例作用Kp加大将会减小稳态误差，提高系统的动态响应速度。积分控制可用来消除系统的稳态误差，因为只要存在偏差，它的积分所产生的信号总是用来消除稳态误差的，直到偏差为零，积分作用才停止。微分控制的作用，实质上是跟偏差的变化速度有关，并且能在偏差达到很大值以前，就产生控制作用。微分控制能够预测偏差，产生超 前的校正作用。因此，微分控制可以较好地改善动态性能。对于PID控制算法，在干扰信号输入后，首先比例微分起作用，产生一个强烈的“超前”控制作用，然后微分作用逐渐减弱消失，积分作用不断增强，直至静差完全消失。采用PID控制算法，无论从静态还是从动态角度，控制品质都得到改善。知道了PID控制算法的一般原理后，可对调节器参数进行实际整定。整定调节器参数的方法很多，归纳起来有两类，即理论计算整定法和工程整定法。理论计算整定法有对数频率特性法、根轨迹法等。这类整定方法要求已知过程的数学模型。由于工业过程特性往往比较复杂，不论理论推导或过程辩识（实验测定）所得的数学模型多属近似。由于理论计算的整定参数法计算烦琐，工作量大、可靠性不高，因此在现场使用中，尚需反复修正。但是，这样可以减少整定工作中的盲目性，较快整定到最优状态，尤其在较复杂的过程控制系统中，理论计算整定法更是必不可少，通常用于科研中，作方案比较。工程整定法有经验法、衰减曲线法、临界比例法和响应曲线法等。这类方法不需事先知道过程的数学模型，直接在过程控制系统中进行现场整定。其方法简单，计算简便，易于掌握。这是一种近似方法，所整定的参数不一定最佳，却相当实用。在工程上得到了十分广泛地应用。对蒸发器料位控制系统这样一个实际系统，其调节的过程参数为料位，其被控过程的特点是无滞后性，调节器参数设计为：周期1~10S，比例带5%~50% ，积分作用少用，微分作用不用。
五、现场设备选型
现场设备的选取，是实现自动控制的一个重要环节，选择合适的现场设备才能让自动控制系统达到设计者的设计目标。使系统具备良好的快速性、准确性及稳定性。水槽水位控制系统包括给定量、液位传感器、执行器、调节阀、被控对象（水槽）五部分组成。 水槽水位控制系统的方框图如图3所示：
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图3水槽水位控制系统的方框图
系统的设备的特点和原理如下：
1、液位传感器：选用普通型投入式液位变送器LD3188，如图4
图4 液位变送器LD3188
LD3188是采用扩散硅力敏器件开发的普通投入式水位变送器。两道金属密封和两道胶圈密封坚固可靠，可保证长期浸泡在被测介质中不渗漏。它具有测量范围宽、测量精度高、体积小、安装方便并具有优异的性能价格比等特点。主要用于水库、供水池等到较纯净水罐的水位等参数的测量。
主要技术性能指标：
● 规格型号：LD3188122T1X1 ● 工作温区：0～70℃
● 温度附加误差：零点、灵敏度均小于0.02%/FS/℃ ● 零点迁移：±20%/FS ● 过载能力：基准量程的二倍 ● 防爆标志：本安型iaⅡBT6 ● 测量范围：0～2m ● 输出信号：4～20mA ● 测量精度：0.2
安装注意点：LD3188变送器主体（传感器、转换模块）直接投入水中，在水流速大的场合下可放安装支架。液位变送器信号线连接到中继箱。
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变送器接线：在防爆环境下应配有安全栅。
3、执行器：水液电磁阀ZCS型,如图：
产品用途：用于以水
流量、计量或排放循环等自动控制的二为式通断切换。
结构特点：（1）电磁先导式结构，其中DN6直动式结构。
（2）不锈钢阀塞密封，不锈钢过虑网清洁介质。
（3）DN200以上大口径类设有可控制主阀启闭时间快慢的针形调节机构，动作
可靠。
技术参数：工作压力（Mpa）；0.05－0.8
工作介质：水、低粘度无腐蚀性液体、轻油 常温 电源电压：ac220v
公称通径：15～300（mm） 消耗功率：ac:50VA
3．智能仪器：凌华PCI_9111,如图5：
或液体为介质，进行液位、浓度、
PCI-9111 PCI 100K Hz 低成本数据采集卡的详细资料： 1.高速多功能采集卡:低成本采集卡:凌华采集卡:A/D数据采集卡 2.PCI-9111DG
3.ADLINK PCI-9111 系列 PCI 100K Hz 低成本数据采集卡
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