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通过对课题的研究，需要对阀门开度进行自动或手动的控制，阀门单位开度 变化所引起流量的变化与开度变化前的流量值成正比，而流量相对变化的百分比总是相等的。调节阀的放大系数随阀门开度的增加而增加，在小开度时流量值较小，调节阀放大系数较小，单位开度变化所引起的流量变化量也小，调节平稳缓和；大开度时流量值较大，调节阀放大系数较大，单位开度变化所引起的流量变化量也大，调节灵敏有效。因此选用拥有等百分比流量特性的调节阀即可。
（4）调节阀口径的计算与选择 1 计算流量的确定
根据装置的工作状况，决定调节阀最大计算流量Qmax和最小计算流量Qmin。 取原实验管路中稳态的最大流量的1.15～1.5倍作为调节阀的最大计算流量Qmax；取原实验管路的稳态的最小流量的0.87～0.67倍作为调节阀的最小计算流量Qmin。
2 计算压差的决定
进行调节阀口径计算时要首先确定最大流量时（调节阀全开）阀前压力与阀后压力的差值?Pv，即计算差压。
在确定调节阀的计算差压时，可以根据阀阻比S的值确定计算差压的值。由 阀阻比的计算公式:
?PvS?S??Pi 1?S
?Pv：实验管路达到最大流量时调节阀前后的差压值；
??Pi：实验管路到到最大流量时，管路系统的总压降。
3 Kv值计算
流量系数Kv的定义为：当调节阀全开，阀两端压差△P为100KPa，流体重度r 为lgf/cm(即常温水)时，每小时流经调节阀的流量数，以m3/h或t/h计。根据已决定的最大计算流量、计算压差及其它有关参数，求出最大工作流量时的Kvmax。
当介质为一般液体的Kv值计算方法:
Kv?10QL?L?P
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QL：液体流量m3/h；
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?L：液体密度g/cm3； ?P：阀前后压差。 4 初步决定调节阀口径
根据已计算的Kvmax，在所选用的产品型式系列中，选取大于Kvmax并与其接近的一档Kv值，得出口径，一般所选用调节阀口径不应大于所安装管道的口径。
5 开度验算
要求就小流量时，开度值不小于10%；最大流量时，开度值不大于90%。 最大流量开度验算公式（对数特性调节阀）：
Kmax?1?1Kvmaxlg 1.48Kv1Kvminlg 1.48Kv最小流量开度验算公式（对数特性调节阀）：
Kmin?1?式中：Kmax：阀门最大流量时的开度值； Kmin：阀门最小流量时的开度值； Kvmax：阀门最大流量时的流量系数； Kvmin：阀门最小流量时的流量系数； Kv：阀门的额定流量系数。 6 实际可调比验算
调节阀在实际运行中，受工作特性的影响，S值越小，最大流量相应减小。同时工作开度也不是从0至全开，而是在10％～90％左右的开度范围内工作，使实际可调比进一步下降。一般希望调节阀的实际可调比能够满足装置实验流量调节的要求。调节阀实际可调比的验算公式为:
Rr?RS 式中：Rr：调节阀实际可调比； S：调节阀的压降比； R：调节阀的理想可调比。 7 阀门口径的确定
通过对课题实验对象数值的估计计算、开度、可调比、差压均验算合格之后，
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求。
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即可确定调节阀的口径值，决定选用公称通径为20mm的调节阀，足够满足实验要
通过上述分析，最终决定选用QS智能型电动调节阀（电开式），型号是QSTP-16K。阀体结构为直通单座阀，选用PSL智能型直行程电动执行机构，其公称压力1.6MPA，公称通径20mm,介质温度-40°- +200°，行程16mm，Kv值为6.9。
电动调节阀接受4～20mA控制信号，改变阀门的开度，同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统，实现对压力、流量、液位等参数的调节。其主要特点：
（1）配用PSL智能型直行程电动执行器，体积小、规格全、重量轻、推力大、操作方便，无调整电位器，可靠性高、噪声小；
（2）PSL电动执行器采用—体化结构设计，具有自诊断功能，使用和调校十分方便；
（3）PSL智能型电动执行机构功能：带断控制信号故障判断、报警及保护功能。即断信号时可使执行机构或开；或关；或保持；或在0～100％之间予置的任意位置。及带阀门堵转故障判断、报警及保护功能；
（4）TP系列采用顶端导向，单座密封结构。与其它同类调节阀相比，具有结构简单、额定流量系数大，阀座泄露量小等突出优点。另外，带有软密封结构的TP系列既有调节功能又有切断功能，是一种调节切断型的调节阀，也可作切断阀用[14]。 4.1.4 压力变送器
因为需要对液位进行监控，检测元件是必有的，因此首先决定选用变送器作为系统的检测元件。变送器的选型主要考虑以下几点：
（1） 变送器测量的压力范围
先确定系统中测量压力的最大值，一般而言需要选择一个具有比最大值还要大1.5倍左右的压力量程的变送器。这主要是在许多系统中，尤其是水压测量和加工处理中，有峰值和持续不规则的上下波动，这种瞬间的峰值能破坏压力传感器。持续的高压力值或稍微超出变送器的标定最大值会缩短传感器的寿命，这样做还会使精度下降。于是可以用一个缓冲器来降低压力毛刺，但这样会降低传感器的响应速度。所以在选择变送器时要充分考虑压力范围、精度与其稳定性。
通过对课题要求研究，可以假设水箱高度为41CM，其压力值也就几KPA，根
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0.0-1.0%；同时具有一定的稳定性。
（2） 压力介质
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据大于1.5倍量程的原则，确定变送器的量程范围将低于0.5mpa;精度范围
黏性液体、泥浆会堵上压力接口，溶剂或有腐蚀性的物质会不会破坏变送器中与这些介质直接接触的材料。以上这些因素将决定是否选择直接的隔离膜及直接与介质接触的材料。
液位控制的介质比如就是普通的水，所以采用拥有不锈钢防腐蚀结构体的变送器即可。
（3） 变送器的温度范围
通常一个变送器会标定两个温确段，其中一个温度段是正常工作温度，另外一个是温度补偿范围，正常工作温度范围是指变送器在工作状态下不被破坏的时候的温度范围，在超出温度补偿范围时可能会达不到其应用的性能指标。
（4） 输出信号
mV、V、mA及频率输出数字输出，选择怎样的输出取决于多种因素，包括变送器与系统控制器或显示器间的距离，是否存在“噪声”或其他电子干扰信号，是否需要放大器，放大器的位置等。对于许多变送器和控制器间距离较短的OEM设备采用mA输出的变送器最为经济而有效的解决方法。
如果需要将输出信号放大，最好采用具有内置放大的变送器。对于远距离传输或存在较强的电子干扰信号最好采用mA级输出或频率输出。
如果在RFI或EMI指标很高的环境中除了要注意到要选择mA或频率输出外还要考虑到特殊的保护或过滤器。
根据课题要求，变送器把液位信号转化成4-20mA的电信号，因此选用的变送器输出为4-20mA。
（5） 稳定性
变送器超时工作后需要保持稳定度，大部分变送器在经过超额工作后会产生“漂移”，因此很有必要在购买前了解变送器的稳定性，这种预先的工作能减少将来使用中会出现的种种麻烦。根据变送器的参数介绍，选择高稳定性的变送器为先。
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通过上述分析，决定选用KYB系列的压力变送器，信号为KYB 18G，是一种扩散硅式压力变送器。其测量量程为0-0.5mpa，精度±1.0%，供电24VDC，输出4-20mADC。KYB 18G采用不锈钢防腐蚀结构体，适用于一般性液体和气体的压力测量。可用于自来水、石油传输、化工过程，以及各种系统压力测量，以达到计量、控制、报警、调度、节能等目的。 其主要特点：
（1）结构小巧、安装方便，可直接安装，也可采用支架安装； （2）先进的膜片/充油隔离技术； （3）高稳定性、高可靠性； （4）耐震，抗射频干扰；
（5）一体化接线盒：所有电气接线都直接与变送器外壳的现场端子腔室相连。从而消除了安装中间接线盒所带来的费用和麻烦[18]。
4.2 双容水箱液位控制系统的硬件设计
根据课题研究，控制元件决定选用西门子S7-200系列PLC。S7-200系列PLC是一类可编程逻辑控制器，由于具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格以及强大的指令，使得S7-200可以近乎完美地满足小规模的控制要求。本章将重点描述PLC的硬件选型和程序设计，由于通讯部分的设计涉及到其它内容，将在下一章阐述[9]。
4.2.1 分析系统的控制要求
控制元件在确定选用S7-200型PLC后，还要进一步的确定PLC真正的控制范围，正常情况下来说，能够反映生产过程的运行情况，能用变送器进行直接测量的参数，控制逻辑复杂的内容全部由PLC去完成实现控制要求。通过对任务书的仔细分析，我们可以清楚的知道系统的基本要求是：
（1）基于PLC和MCGS设计液位控制系统；
（2）当液位低于设定的下限值时，系统自动打开泵上水； （3）当水位到达设定值时，系统自动关闭水泵； 4.2.2 I/O点及地址分配
输入/输出信号于PLC上的地址分配是进行PLC控制系统设计的根基。对于PLC程序的设计来说，只有当I/O地址分配后才能完成软件的编程；同时只有当I/O确定之后，才能完成主电路图、控制电路图、外围接线图等的绘制；正确的