2。2。1 水箱实验装置

水箱实验装置主要由主回路水泵、电动调节阀、六个水箱、蓄水池以及加热装置组成，左边的两个是五号、六号水箱，六号水箱中有一个可加热的铜环，可以完成加热水箱-纯滞后水箱的实验设计。而在流量和液位控制实验中，主要用到中间的一号以及二号水箱，右边的三号、四号水箱作为备用。当水箱实验装置启动后，主回路泵会开始工作将水从蓄水池中抽出到实验用水箱，每个水箱都有进水口和出水口，在水箱顶部都有一根导管直通蓄水池，防止水量过多时溢出。水箱下部都有一个出水阀，可以手动调节控制出水流量大小，一般在实验开始前将出水阀打开到适当的开度即可[8]。

每个水箱下部都有一个压力传感器，它的工作原理是感应液位的变化而导致的水压变化，并转化为电信号，输出4-20mA的直流信号，最终通过数据线传输到C3000过程控制器中，可实时进行监控。

电动调节阀的工作原理：调节阀里开有孔洞通向油管，阀两边是电磁铁，当线圈通电时，电磁铁产生磁力，阀就会被吸引到一边，从而控制孔洞开度的大小，由此产生的油压推动活塞，活塞带动杆产生机械转动[9]，最终通过控制电流大小控制了机械运动。

而当需要完成加热水箱-纯滞后水箱系统设计时，就要用到Pt100热电阻。它的阻值随着温度的变化而改变。 因此广泛应用于医疗、工业、卫星、温度计算、电机、气象、阻值计算等高精温度设备。

Pt100热电阻的工作原理：热电阻基于的原理是电阻的热效应，金属导体电阻值和温度的关系式一般可以用以下的近似公式表示，即：     

        (2-1)

    式中，为温度时阻值；为温度（通常=0℃）时对应电阻值，为温度系数。

2。2。2  控制器装置

控制器装置提供了集散控制系统中集中显示的控制部分，其中包括了SUPCON C3000调节记录仪、S7-200小型可编程控制器和DDC计算机直接控制I/O模块，它们的技术原理与操作方法各不相同，但实现的功能是近似的。本次研究主要应用SUPCON C3000调节记录仪。C3000过程控制器可以独立的测量液位高度，曲线分析，并控制电磁阀开关大小，对水箱液位进行调整[10]。同时，C3000也可以接入上位机，通过PPI/PC通讯连接，采用了一根RS232的连接电缆。控制器装置如图所示：

图2。2  C3000调节记录仪实物图

2。2。3 上位机与组态软件MCGS

当C3000与上位机联机后，必需要通过组态软件来进行通信功能。论文网

组态软件多种多样，这次采用的是北京昆仑的全中文工控组态软件MCGS。MCGS的组态环境和运行环境共同构成了用户应用系统。

当运用MCGS组态软件编写组态时，首先要分析工程项目的特点，弄清楚数据采集通道和软件中变量的一一对应关系，接着搭建框架，对各级菜单进行功能组态，因为最终显示的是一个动态的画面，所以还要制作动画，有静态的图形设计，类似于模拟实验设备的图案，还有动态的属性设置，比如开关的设计、液体动态的流动，全程模拟整个实验流程。然后还要编写控制程序，在“运行策略”内通过自带的编程语言编写脚本程序，构成功能模块，实现人机交互工作。最后还要对工程进行调试，可以先模拟实验流程测试控制程序是否正确，再连接实验设备，安装驱动程序，最终完成组态软件对实验设施的控制[11]。整个MCGS运行结构如图所示：

图2。3 MCGS工控组态软件的整体结构

2。3 本章小结