四容水箱液位控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，包括設備裝置的型號、組態(tài)軟件、轉換器、軟件環(huán)境和通信協議。采用本發(fā)明所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，改善了調節(jié)過程動態(tài)性能，由于超前控制，可以大大克制系統(tǒng)的延遲。通過對系統(tǒng)的控制及界面的實時監(jiān)控，直至達到系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。
【專利說明】
四容水箱液位控制系統(tǒng)
技術領域
[0001 ]本發(fā)明屬于電子技術領域，涉及一種四容水箱液位控制系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]四容水箱在工業(yè)過程控制中應用非常廣泛。在四容水箱水位的控制中，有兩個進水口和兩個出水口。四容水箱系統(tǒng)由四個水箱、液位檢測裝置、水栗、蓄水池、電動調節(jié)閥和變頻器組成，包含連續(xù)變量和離散變量，變量之間互相影響，每個水箱都配有一個檢測液位的壓力傳感器，水栗用來給水箱供水，電動調節(jié)閥通過調節(jié)閥門開度來調節(jié)控制回路的水流量，變頻器通過調節(jié)水栗的頻率改變栗的出水量，其中兩個水箱有出水口，出水直接流入蓄水池，通過調節(jié)，蓄水箱為水箱提供用水。由于四容水箱中有多個變量，從而導致液位控制的難以準確實現。

【發(fā)明內容】

[0003]四容水箱在工業(yè)過程控制中應用非常廣泛。在四容水箱水位的控制中，有兩個進水口和兩個出水口。四容水箱系統(tǒng)由四個水箱、液位檢測裝置、水栗、蓄水池、電動調節(jié)閥和變頻器組成，包含連續(xù)變量和離散變量，變量之間互相影響，每個水箱都配有一個檢測液位的壓力傳感器，水栗用來給水箱供水，電動調節(jié)閥通過調節(jié)閥門開度來調節(jié)控制回路的水流量，變頻器通過調節(jié)水栗的頻率改變栗的出水量，其中兩個水箱有出水口，出水直接流入蓄水池，通過調節(jié)，蓄水箱為水箱提供用水。由于四容水箱中有多個變量，從而導致液位控制的難以準確實現。
【附圖說明】
[0004]圖1為本發(fā)明四容水箱液位控制系統(tǒng)的四容水箱結構圖。
【具體實施方式】
[0005]下面結合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步的詳細說明。
[0006]CS4000裝置提供兩個獨立的水路動力系統(tǒng)，一路是主回路，主要由水栗、電動調節(jié)閥、電磁流量計組成，通過電動調節(jié)閥控制進水量，用電磁流量計測量進水量；副回路主要由變頻器、水栗、渦輪流量計組成，通過變頻器調節(jié)進水量，用渦輪流量計測量進水量。
[0007]CS4000裝置提供一組四容水箱，每個水箱裝有一個壓力傳感器，通過測量水壓，進而測量液位值，為控制器提供數據;通過切換閥門，可以使任意的動力水流進入任意一個水箱。所以，設備能夠實現多種方式下的液位、流量及各種耦合實驗，比如單回路液位控制實驗、不同干擾方式下液位控制實驗、前饋-反饋控制實驗以及耦合控制實驗等。
[0008]CS4000裝置具有準確的執(zhí)行機構。主回路中的電動調節(jié)閥主要是通過改變改變管道中水流的橫截面積來控制通過的進水量，主要由電動執(zhí)行機構和調節(jié)閥組成。調節(jié)閥主要由閥桿、閥體、閥芯、及閥座等部分組成。通過控制閥芯在閥體內上下移動，改變閥芯和閥座間的水流通過的面積，來控制進水量。電動執(zhí)行機構采用隨動執(zhí)行方式。把從調節(jié)器獲得的執(zhí)行信號通過伺服放大器進而驅動電動機，再進過減速器帶動調節(jié)閥。另一方面，位置信號發(fā)射器把閥桿的行程傳給伺服放大器，即組成位置隨動執(zhí)行方案。把副回路的水栗直接與變頻器的輸出端相連，通過改變變頻器的輸出值控制水栗電機的轉速，進而控制管道的進水量。這樣可以大大提高執(zhí)行器工作的可靠性及準確性。
[0009]CS4000裝置提供了西門子S7-200PLC的控制系統(tǒng)。西門子S7系列的PLC具有編程簡單、調試方便、驅動能力大的優(yōu)點，在工業(yè)生產中應用很廣。同時，CS4000裝置提供EM235擴展模塊，實現對液位信息的模擬量采集與和控制量的模擬量輸出。
[0010]實驗裝置的控制主機主要實現對控制策略的完成和設備狀態(tài)的監(jiān)控。設備提供組態(tài)王作為設備狀態(tài)的監(jiān)控軟件。組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控系統(tǒng)軟件具有豐富的裝置圖形庫，多種數據顯示曲線，使監(jiān)控界面的設計簡單易學。完備的設備驅動程序，使組態(tài)王能與多種智能模塊相連，顯示模塊的數據信息。
[0011]但是，在組態(tài)王中很難實現高級的邏輯運算，以及復雜的程序設計。所以，高級控制策略的設計一般是在VB中完成的。Visual Basic是一種由微軟公司開發(fā)的結構化的、模塊化的、面向對象的、包含協助開發(fā)環(huán)境的事件驅動為機制的可視化程序設計語言。VB編程簡單，功能模塊豐富，能滿足大型工業(yè)項目的編寫要求。
[0012]實驗裝置的控制系統(tǒng)，首先，系統(tǒng)通過下位機PLC采集水箱液位值，并把實時數據傳給組態(tài)王，讓組態(tài)王實現對設備狀態(tài)的監(jiān)控。組態(tài)王通過DDE方式與VB進行實時數據交換，把設備的狀態(tài)傳輸給控制器，VB中的控制器把計算后的控制量傳輸給組態(tài)王，經下位機PLC傳給執(zhí)行器，實現對液位系統(tǒng)的控制。
[0013]DDE通訊協議是一種動態(tài)數據交換協議，是一種在Microsoft Windows運行環(huán)境下，首先由客戶機向當前的服務器發(fā)送一條請求信息，服務器按照請求信息給出響應響應，實現客戶機與服務器之間的數據交換的方式。DDE是一種實現進程間通訊(InterProcessCommunicat1n, IPC)的方法。進程間通訊(IPC)主要是指進程之間和同步事件之間的信息交換。DDE是通過兩個程序使用共享內存來實現進程之間的信息交換以及使用DDE協議獲得數據的實時同步傳遞。組態(tài)王與VB程序都是在Windows運行環(huán)境下的應用程序，彼此可以共用一個數據庫，實現數據的交換。
[0014]在DDE協議中，把兩個程序分為Client程序和Server程序，兩個程序都可作為Cl ient程序，也可作為Server程序。當一個程序發(fā)出詢問時，它就是Cl ient程序，而當它做出應答時，就是Server程序。本次實驗中的組態(tài)王與VB程序都是既做Client程序，又做Server程序。當VB程序向組態(tài)王查詢系統(tǒng)液位數據時，VB程序就是客戶端，組態(tài)王就是服務器;而當組態(tài)王向VB程序查詢控制量時，組態(tài)王是客戶端，VB程序是服務器。在組態(tài)王中設置設備時，要與VB程序中的程序名、主題名和項目名一一對應。同時要把VB程序中運行界面的LinkMode屬性設置為I，以便組態(tài)王訪問數據。
[0015]在本次實驗中VB程序的工程名為FNNC，即DDE連接對象為FNNC。命名DDE的話題名為FNNC_BP，則在組態(tài)王中建立DDE設備信息。在組態(tài)王中添加下位機PLC設備。PLC設備為西門子生產的S7-200系列，通信方式為PPI ο在組態(tài)王軟件中編寫監(jiān)控界面，繪制水箱液位系統(tǒng)，把設備運行狀態(tài)與監(jiān)控界面關聯，使監(jiān)控界面實時反映設備狀態(tài)，形成動態(tài)畫面，讓監(jiān)控界面生動形象。繪制設備運行狀態(tài)實時曲線。
[0016]在VB中繪制控制界面。在神經網絡控制系統(tǒng)中，把液位設定值、實際液位值、開關開度等變量分別于組態(tài)王中的相關變量連接，顯示設備運行狀態(tài)。在VB環(huán)境中編寫模糊神經網絡控制策略。
[0017]在組態(tài)軟件中繪制組態(tài)監(jiān)控界面，通過RS485 — PPI轉換器實現主機與S7-200的通信，完成數據信息的采集與輸出。另外，根據DDE通信協議，以使組態(tài)王與VB程序實現數據的實時交換。在VB程序中實現模糊神經PID算法和常規(guī)PID算法的設計。在CS4000設備中進行實驗驗證。
[0018]從系統(tǒng)實際運行曲線可知，模糊神經PID算法具有很好的控制效果，超調量小，調節(jié)時間短，而PID算法的控制效果不是很好，有很大的超調量，調節(jié)時間長;在相同干擾下模糊神經PID能夠更快的達到平衡。實驗結果雖然沒有仿真結果那么明顯，但也能看出模糊神經PID的優(yōu)勢。由于模糊神經網絡PID的參數可以自己調整，所以其初值的取值范圍很大;但是用PID進行控制時，卻要手動一步步的調整參數，費時費力。證明模糊神經網絡結合了模糊推理與神經網絡的自學習能力，能夠對系統(tǒng)參數進行在線調整，而且效果較好。
[0019]采用本發(fā)明所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，改善了調節(jié)過程動態(tài)性能，由于超前控制，可以大大克制系統(tǒng)的延遲。通過對系統(tǒng)的控制及界面的實時監(jiān)控，直至達到系統(tǒng)的穩(wěn)定狀態(tài)。
[0020]前文所述的為本發(fā)明的各個優(yōu)選實施例，各個優(yōu)選實施例中的優(yōu)選實施方式如果不是明顯自相矛盾或以某一優(yōu)選實施方式為前提，各個優(yōu)選方式都可以任意疊加組合使用，所述實施例以及實施例中的具體參數僅是為了清楚表達發(fā)明人的發(fā)明驗證過程，并非用以限制本發(fā)明的專利保護范圍，本發(fā)明的專利保護范圍仍以其權利要求書為準，凡是運用本發(fā)明的說明書及附圖內容所作的等同結構變化，同理均應包含在本發(fā)明的保護范圍內。
【主權項】
1.四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，包括設備裝置的型號、組態(tài)軟件、轉換器、軟件環(huán)境和通信協議。2.如權利要求1所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，所述設備四容水箱為CS4000o3.如權利要求1所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，所述組態(tài)軟件為組態(tài)王。4.如權利要求1所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，所述轉換器為RS485—PP105.如權利要求1所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，所述軟件環(huán)境為VisualBasic06.如權利要求1所述的四容水箱液位控制系統(tǒng)，其特征在于，所述通信協議為DDE。
【文檔編號】G05D9/12GK106094905SQ201610583237
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年7月24日 公開號201610583237.6, CN 106094905 A, CN 106094905A, CN 201610583237, CN-A-106094905, CN106094905 A, CN106094905A, CN201610583237, CN201610583237.6
【發(fā)明人】張曦, 武峻峰
【申請人】哈爾濱理工大學