2  水位控制系统的总体设计

2。1  水位控制系统组成框图

水位控制系统的主要扰动为水箱的出水量，该扰动随时可能变化，从而造成水箱的水位随之改变，所以可以采用PID算法控制随时监测水位变化并实时调整水泵的进水量。被控对象为水箱，被控变量为水箱水位高度，控制要求水箱的水位稳定在给定值，操纵变量为水泵的进水量。进水量通过MCGS脚本程序里的PID控制算法进行自动控制，从而达到了水位的自动检测和控制。故据此设计了一个水位控制系统，其水位控制框图如图2-1所示。

给定值        h（水位） 水箱水位控制框图

2。1。2  水箱水位控制系统的要求

（1）通信判断：判断设备通信是否正常；如正常，显示通信成功提示，否则提示通信失败。

（2）水位监测：能够实时检测水箱中的水位，并在计算机中进行动态显示。

（3）参数设定与修改：自动方式下，液位设定值及参数P、I、D 都可以修改，并根据修改的数据实现相应的控制，泵的开度为控制算法的结果；手动方式下，也为设定值及泵的开度有人为输入。

（4）控制方式的切换：能实现自动与人工手动控制方式的选择。

（5）曲线显示：生成显示液位设定值、液位测量值和泵的开度变化的实时曲线功能。

（6）报表输出：生成液位参数的实时报表和历史报表。

2。2  水位控制系统方案论证

2。2。1  传统水塔水位控制方案 传统水塔水位控制布局图

传统水塔水位控制图

工作流程

①保持水池的水位在S3——S4之间，当水池水位低于下限液位开关S3，此时S3为ON，电磁阀打开，开始往水池里注水，当5S以后，若水池水位没有超过水池下限液位开关S3时，则系统发出警报；若系统正常运行，此时水池下限液位开关S3为OFF，表示水位高于下限水位。当页面高于上限水位S4时，则S4为ON，电磁阀关闭。

②保持水塔的水位在S1——S2之间，当水塔水位低于水塔下限水位开关S2时，则水塔下限液位开关S2为ON，则驱动电机M开始工作，向水塔供水。当S2为OFF时，表示水塔水位高于水塔下限水位。当水塔液面高于水塔上限水位开关S1时，则S1为ON，电机M停止抽水。当水塔水位低于下限水位时，同时水池水位也低于下限水位时，电机M不能启动[2]。

2。2。2  常用的控制算法水位控制方案文献综述

   常用的控制算法有：双位控制、标准PID 控制、带死区的PID控制、积分分离PID 控制、不完全微分的PID 控制。

（1）双位控制

燃烧温度控制器的双阀定位”功能允许调整一个控制器中的两个机动阀门。典型的情况是，一个阀驱动火炉或者热气入口，另一个阀是冷却节气阀。有了这个功能就不必通过外部定位器连接控制器了。 VP功能可以与（也可以不与）反馈电位计一起使用；VP也可以和PID在任一个控制通道中一起使用，以此提供诸如PID加热/VP冷却的控制策略。

（2）标准PID控制

标准PID控制软件是一个由西门子公司提供的纯粹的PID软件控制产品。在编程设备中安装了“标准PID软件包”后，在你的STEP7编程软件库中将包含一个名称为“STDCON(V5)”的软件包，它主要包括两个功能块“PID-CP”和“PID-ES”，“PID-CP”即FB1功能块包括连续PID控制器的所有功能，主要用于产生连续控制信号或脉冲控制信号，“PID-ES”即FB2主要用于产生位式控制信号。每个标准功能块必须配置一个或几个背景数据块用于数据传递和功能参数分配。另外为了能快速的分配控制参数并尽量减少编程错误，标准PID软件包还提供有图形界面化的参数配置工具。