基于虛擬儀器的液位控制系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

1 引言

　　人們生活以及工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)常涉及到液位和流量的控制問題，例如飲料、食品加工，居民生活用水的供應(yīng)，溶液過濾，污水處理，化工生產(chǎn)等多種行業(yè)的生產(chǎn)加工過程， 通常要使用蓄液池。蓄液池中的液位需要維持合適的高度，太滿容易溢出造成浪費(fèi)，過少則無法滿足需求。因此，需要設(shè)計(jì)合適的控制器自動(dòng)調(diào)整蓄液池的進(jìn)出流量，使得蓄液池內(nèi)液位保持正常水平，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量和生產(chǎn)效益。這些不同背景的實(shí)際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。因此液位是工業(yè)控制過程中一個(gè)重要的參數(shù)。特別是在動(dòng)態(tài)的狀態(tài)下，采用適合的方法對液位進(jìn)行檢測、控制，能收到很好的生產(chǎn)效果。

　　傳統(tǒng)的液位控制系統(tǒng)大多采用PLC和組態(tài)軟件來實(shí)現(xiàn)，也有用單片機(jī)控制的系統(tǒng)，是所謂的實(shí)時(shí)測控系統(tǒng)。但是在實(shí)際生產(chǎn)中，絕大多數(shù)的工業(yè)對象的時(shí)間常數(shù)通常在秒級(jí)到分鐘級(jí)的范圍內(nèi)。因此除了少數(shù)小時(shí)間常數(shù)的對象外，可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)來直接安全、有效地完成連續(xù)生產(chǎn)中的過程自動(dòng)控制任務(wù)。

　　現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，沖擊著國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，也引起了測量儀器和測試技術(shù)的巨大變革。自從1986年美國國家儀器公司(National Instruments Corp，簡稱NI)提出虛擬儀器的概念以后，虛擬儀器由于其性價(jià)比、開放性等優(yōu)勢迅速地占領(lǐng)了市場。虛擬儀器技術(shù)最核心的思想，就是利用計(jì)算機(jī)的硬/軟件資源，使本來需要硬件實(shí)現(xiàn)的技術(shù)軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強(qiáng)系統(tǒng)的功能與靈活性[1]?；谲浖赩I系統(tǒng)中的重要作用，NI提出了“軟件就是儀器（The software is the instrument）”的口號(hào)。本文利用美國NI公司的LabVIEW開發(fā)的液位控制系統(tǒng)已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)室條件下對單容液位對象實(shí)施了自動(dòng)控制，取得了較好的調(diào)節(jié)效果。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2.1 控制對象

　　該系統(tǒng)為FESTO緊湊型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置，如圖1所示。水箱B102為控制對象，水箱B101用于儲(chǔ)水，執(zhí)行裝置是泵P101。

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5 結(jié)論

　　設(shè)計(jì)的虛擬儀器系統(tǒng)具有友好的人機(jī)界面，經(jīng)過實(shí)際測試系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，控制響應(yīng)速度快，曲線變化平穩(wěn)，完全滿足了液位控制要求，充分體現(xiàn)了虛擬儀器的特點(diǎn)。尤其是其擴(kuò)展性很好，可以隨時(shí)添加更加先進(jìn)的控制算法以及其它如流量、壓力控制功能，而且開發(fā)周期很短。本文設(shè)計(jì)的液位控制系統(tǒng)已經(jīng)成功的應(yīng)用于教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中，取得了良好的調(diào)節(jié)效果。因此，該系統(tǒng)具有推廣使用價(jià)值。