液位控制器十篇

液位控制器篇1

【关键词】单片机 液位控制器 设计

【中图分类号】 TM571【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0186-02

引言

液位控制器的工作方式主要有电子式液位开关控制、浮球开关控制、液位继电器控制、接触式控制等，虽然液位控制器的所选取的控制方法根据产品的不同而有所区别，但是主要是过机械式或电子式的方法来对高低液位进行控制，以此实现自动化或半自动化。液位控制在高层小区水塔水位控制、污水处理设备、有毒或腐蚀性液体液位控制中应用较为普遍。随着电子工业的发展，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。

1 液位控制器的工作方式

1.1 电子式液位开关控制

电子式液位开关控制要实现对液位的自动化控制需要与其说搭配的水位控制器工作作用。电子式液位控制器在进行工作时，先是由电子探头对液位进行检测，检测的信号由液位检测专用芯片进行处理，如果检测结果显示液位到达动作点时，液位检测专用芯片会发出高电平信号或低电平信号，之后水位控制器针对电平信号的不同对液位进行控制。电子式液位器主要体有使用寿命长、安全系数高、价格低廉等特点。

1.2 浮球开关控制

浮球开关控制有大金属球的浮球开关、带干簧管的微型浮球开关和电缆式浮球开三种。带有达金属球的浮球开关在工作时主要是通过液体浮力的变动实现对阀门的控制，当液体液位上升，则金属浮球上升，浮球上升带动阀门关闭，使进水停止；当液体液位下降，则金属浮球下降，浮球下降带动阀门打开，使进水开始，如此往复实现对液体液位的控制。带干簧管的微型浮球开关主要通过磁性小浮球使杆里面的干簧管闭合或打开实现对液体液位的控制。电缆式浮球开关，这种方式的液体液位高低主要取决于平衡锤或弹性电线的某一固定点到浮筒间的电线长度，虽然其造价低廉，但直接与220v电压相接，也使其安全隐患较大，一旦电缆线受损，则必须进行整个装置就要替换，否则易引起漏电电人的现象。

1.3 液位继电器控制

液位继电器控制在高层楼宇的上下集液池应用较多，它主要采用集成电路，根据上下集液池的液位分级提升而设计的。通过液位继电器控制能使上下集液池的液位得到有效控制，同时在集液池发生溢水或缺水时，可以实现排水和补水的作用。虽然这种液位控制在实现集液池排水和补水的过程中表现较好，而且价格也较为低廉，但是这种液位控制不耐污，受水垢影响较大，一旦水垢太多，就会使液位控制作用受到影响。

1.4 接触式控制

接触式控制主要通过探头超声波脉冲的反射来检测和计算液体液位，从而实现对液位的控制。接触式控制将高频超声波脉冲探头耦合在容器外壁，探头发出的高频超声波脉冲会在在容器壁和液体中传播，再被容器内表面发射回来，通过中方式计算出液位高度，判断液位与液位控制机器的位置，当液体液位处于上限或者下限时，控制器产生继电信号，从而实现对液体液位的控制。这种方式在对液体液位上限和下限进行检测时，不受介质密度、介电常数、导电性、反射系数、压力、温度、沉淀等因素的影响，所以这种方式在医药、石油、化工、电力、食品等行业的各类液体液位控制中应用最为普遍，尤其是储存的液体具有毒性或腐蚀性时，该方式的功用则表现更为优越。虽然这种方式方便、准确，但是其造价较高。

2 基于单片机的液位控制器设计

2.1 基于单片机的液位控制器工作原理

液位控制器的工作方式有多种，笔者利用单片机为控制核心， 设计一个对供水箱水位进行监控的系统。单片机控制固态继电器的开断对液体液位进行调整。该设计的核心AT89C51 芯片，主要的组成部分有键盘、数码显示、A / D 转换、传感器、电源和控制部分等。基于单片机实现的液位控制器利用气压传感器和A / D 转换产生液位高度数据，通过单片机的数据采集，利用数码管显示液位高度数据，进而进行液位控制。当液体液位达到上限或者下限时，液体底部的软管管内空气气压发生变化，由气压传感器将软管内的空气气压信号转化成电压信号，电压信号生成后进入A / D转换，A / D转换将电压信号转化成数字信号量，单片机对数字信号量进行采集并处理，最终在数码显示管内生成数码液位高度，之后通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值，从而实现对液位的自由控制。

2.2 基于单片机的液位控制器设计

2.2.1 单片机

基于单片机的液位控制器设计的单片机是AT89C51 芯片，如图1。[ 1]该芯片由由Atmel 公司生产，呈双列，共40脚。A/ D 转换和显示连接口在P0，3x5的键盘连接口在P1，控制电磁阀和水泵动作的接口P2，上、下限指示灯连接口在P3。

2.2.2 传感器

基于单片机的液位控制器设计传感器使用的是SY-9411L-D 型变送器，如图2。[2]这种变送器有一个美国SM 公司生产的555-2 型OEM 压阻式压力传感器和相应的放大电路组成。555-2 型OEM 压阻式压力传感器外壳封装材料是用坚固的耐高温塑料特殊加工处理，所以其耐温性能较强。1脚和2脚都是信号输出（-），5 脚和6脚都为信号输出（+），中间3脚为激励电压、 4脚为地。在液体底部有一根软管用以输出空气气压信号，软管两端分别和液体底部和传感器，其直径为5 mm。在液体液位发生变化时，会引起软管内空气气压的变化，进而生产气压信号，气压信号在传感器的作用下生成电压信号，电压信号再输入A/ D 转换器中。

2.2.3液位显示电路

基于单片机的液位控制器设计的液位显示采用数码管动态显示。[ 3]其显示的范围在0至999之间，单位自定。该液位显示的数码管采用的LDS18B20型号的7段共阴极连接数码管。这种数码管在单片机中应用较为广泛，可以作为地址数据总线扩展的锁存器， 也可以作为普通的LED的驱动器件。

2.2.4 A/ D转换电路及控制输出

基于单片机的液位控制器设计的A/ D转换电路采用的是CMOS 工艺制造的逐步逼近式8位A/ D转换器芯ADC0809。编制A/ D转换程序可分为三种，分别是中断、查询0和延时。A/ D转换器，由液位高低变化引起液体底部的软管管内空气压变化，空气气压在传感器内经过运算放大器和分压电路把传感器输出的电流信号转换成电压信号，进而进入A/ D转换器，由单片机对A/ D转换器生成的数字信号量进行处理，在数码显示管内显示液位高低。设置液位高、低和限定值以及强制报警值的键盘采用P1口作为键盘接口， 连接一个4x4键盘。结构上采用行列方式，可定义键盘布局。

3 结束语

在电子工业的发展的浪潮中，单片机控制的智能型控制器在电子产品中的应用越来越广泛。随着基于单片机的液位控制器设计日益完善，其模型的设计必会在具体的个案应用发挥其良好的延伸作用。

参考文献

[1] 陈新昌，王万章.单片机在水位控制中的应用[J].信息科技，2006（24）：89-90，94.

液位控制器篇2

关键词：传感器；AD转换；控制器；硬件电路

0 引 言

随着微电子工业的迅速发展，单片机控制的智能型控制器广泛应用于电子产品中，为了使学生对单片机控制的智能型控制器有较深的了解。经过综合分析选择了由单片机控制的智能型液位控制器作为研究项目，通过训练充分激发学生分析问题、解决问题和综合应用所学知识的潜能。另外，液位控制在高层小区水塔水位控制，污水处理设备和有毒，腐蚀性液体液位控制中也被广泛应用。通过对模型的设计可很好的延伸到具体应用案例中。

1 系统设计方案比较说明

对于液位进行控制的方式有很多，而应用较多的主要有2种，一种是简单的机械式控制装置控制，一种是复杂的控制器控制方式。两种方式的实现如下：

(1)简单的机械式控制方式。其常用形式有浮标式、电极式等，这种控制形式的优点是结构简单，成本低廉。存在问题是精度不高，不能进行数值显示，另外很容易引起误动作，且只能单独控制，与计算机进行通信较难实现。

(2)复杂控制器控制方式。这种控制方式是通过安装在水泵出口管道上的压力传感器，把出口压力变成标准工业电信号的模拟信号，经过前置放大、多路切换、AD变换成数字信号传送到单片机，经单片机运算和给定参量的比较，进行PID运算，得出调节参量；经由DA变换给调压变频调速装置输入给定端，控制其输出电压变化，来调节电机转速，以达到控制水箱液位的目的。

针对上述2种控制方式，以及设计需达到的性能要求，这里选择第二种控制方式，同时考虑到成本需要把PID控制去掉。最终形成的方案是，利用单片机为控制核心，设计一个对供水箱水位进行监控的系统。根据监控对象的特征，要求实时检测水箱的液位高度，并与开始预设定值做比较，由单片机控制固态继电器的开断进行液位的调整，最终达到液位的预设定值。检测值若高于上限设定值时，要求报警，断开继电器，控制水泵停止上水；检测值若低于下限设定值，要求报警，开启继电器，控制水泵开始上水。现场实时显示测量值，从而实现对水箱液位的监控。

2 工作原理

基于单片机实现的液位控制器是以AT89C51芯片为核心，由键盘、数码显示、AD转换、传感器，电源和控制部分等组成。

工作过程如下：水箱(水塔)液位发生变化时，引起连接在水箱(水塔)底部的软管管内的空气气压变化，气压传感器在接收到软管内的空气气压信号后，即把变化量转化成电压信号；该信号经过运算放大电路放大后变成幅度为0～5 V标准信号，送入AD转换器，AD转换器把模拟信号变成数字信号量，由单片机进行实时数据采集，并进行处理，根据设定要求控制输出，同时数码管显示液位高度。通过键盘设置液位高、低和限定值以及强制报警值。该系统控制器特点是直观地显示水位高度，可任意控制水位高度。

3 硬件设计

液位控制器的硬件主要包括由单片机、传感器(带变送器)、键盘电路、数码显示电路、AD转换器和输出控制电路等。

3.1 单片机

单片机采用由Atmel公司生产的双列40脚AT89C51芯片。

3.2 传感器

传感器使用SY一9411L—D型变送器，它内部含有1个压力传感器和相应的放大电路。压力传感器是美国SM公司生产的555—2型OEM压阻式压力传感器，其有全温度补偿及标定(O～70℃)，传感器经过特殊加工处理，用坚固的耐高温塑料外壳封装。

在水箱底部安装1根直径为5 mm的软管，一端安装在水箱底部；另一端与传感器连接。水箱水位高度发生变化时，引起软管内气压变化，然后传感器把气压转换成电压信号，输送到AD转换器。

3.3 键盘电路

P1口作为键盘接口，连接一个4×4键盘。

3.4 液位显示电路

液位显示采用数码管动态显示，范围从0～999(单位可自定)，选择的数码管是7段共阴极连接，型号是LDSl8820。在这里使用到了74LS373，它是一个8位的D触发器，在单片机系统中经常使用，可以作地址数据总线扩展的锁存器，也可以作为普通的LED的驱动器件，由于单独使用HEF4511B七段译码驱动显示器来完成数码管的驱动显示，因此74LS373在这里只用作扩展的缓冲。

3.5AD转换电路及控制输出

AD转换电路在控制器中起主导作用，用它将传感器输出的模拟电压信号转换成单片机能处理的数字量。该控制器采用CMOS工艺制造的逐步逼近式8位AD转换器芯片ADC0809。在使用时可选择中断、查询和延时等待3种方式编制AD转换程序。控制输出主要有上下限状态显示、超限报警。另外在设计过程中预留了串行口，供进一步开发使用。

4 软件设计

4.1 键盘程序

由于键盘采用的是4×4结构，因此可使用的键有16个，根据需要分别定义各键，0～9号为数字键，10～15号分别是确定键、修改键、移位键、加减键、取消键和复位键。

值得注意的是，在用汇编语言编写控制器程序时，相对会比较麻烦，如果用C语言编写程序会简单很多，这里就不再做具体说明。

5 结束语

基于单片机实现液位控制器模型设计的关键在于硬件电路的正确构建，只有在电路准确的前提下再进行软件编程才能取得成功。

参考文献

[1]黄智伟.传感器技术.2002，21（9）：31～33

液位控制器篇3

连铸机铸坯时，不同的规格具有不同的截面，现今，西宁特钢在截面为170mm×170mm和250 mm×250 mm的方坯连铸机上，已经成功的应用了结晶器液位自动控制。但在截面为410mm×530mm的大方坯连铸机上，自动控制的应用效果并不理想，利用手动开浇的钢坯质量比较差，为了有效的改善这一问题，在借鉴和吸收国外优秀经验的基础上，进行了连铸机结晶器液位控制系统设计与应用研究。

【关键词】连铸机 结晶器 液位控制

之所以要实现自动化，除了顺应时展的要求，还在于改善钢坯的质量。通过自动化，有效的将人力减少，使得生产过程受到人为因素的干扰降低，而且相关的操作人员工作强度也得到了有效的降低，在提高质量的基础上做到了小投入、大产出。目前，国内的连铸机大多数未应用结晶器液位自动控制，尽管国外已经发展的比较先进，但是引进费用高昂，由此就有了结晶器液位控制系统的设计与应用研究。

1 连铸机结晶器液位控制系统的方案设计

1.1 控制系统的设计要求

在设计控制系统时，要充分的考虑生产现场的实际情况，并据此制定相应的设计要求。控制系统设计有一定的技术指标，设计时要严格的依据指标来进行；在系统中应该具备三种操作功能，手动、自动及半自动，同时还要保证手动与自动之间能够实现快速切换；首先使用手动开浇，之后再变换为自动连续浇筑，实现液面自动调节；系统要具备极强的稳定性，即使出现液位波动，也能快速的恢复稳定状态；出现溢钢漏钢情况时，系统要能紧急关闭。

1.2 控制系统控制原理

控制系统由多个组成部分组成，在实现结晶器液位闭环自动控制时，采用了放射性同位素检测技术、高精度数字液压缸技术。在对结晶器液位进行检测时，利用了放射性同位素检测装置，通过Cs137传感器将高度信号传递出来并转换为电流信号，转换完成之后传送到PLC中央控制单元，PLC对其进行处理之后得到测量值，对比测量值与系统设定值，经过相应的运算及转换之后将数字信号输出，最终实现控制钢水流量，保证结晶器液位的稳定性。

1.3 控制系统工艺实现描述

1.3.1系统工作模式

系统工作模式包括三种：手动模式、自动模式、半自动模式，这三种模式通过现场操作箱上的模式选择开关来设定。模式开关有手动、点动及自动三种，分别对应手动模式、半自动模式及自动模式，在手动模式下，工作人员利用撬杠来控制和调节塞棒的位置，在半自动模式下，塞棒的位置由操作箱上按钮来进行调节，在自动模式下，通过控制系统来调节塞棒的位置。无论是在何种模式下，结晶器液位值都可以得到系统实时的反馈。

1.3.2液位上、下限报警

液位限制信号分为四种：自动允许上、下限，液位报警上、下限，溢钢、漏钢。当系统处于正常模式时，限制信号处于自动允许上、下限范围内，并且此时的液位检测仪和塞棒均处于正常的状态，这时，如果系统是液位上、下限报警信号，不会影响系统的正常工作，但如果是溢钢、漏钢信号，那么塞棒就会立即被系统关闭，只有返回手动模式，系统才能再次正常工作。

1.3.3塞棒半自动控制

当系统处于半自动模式时，可以实现塞棒半自动控制，其他两种模式无效。

1.3.4液位设定

在上位机系统中，进行液位设定，当系统得电后会自动设定缺省值，在进行液位控制调节时，缺省值就是调节时参照的基准值。

1.3.5自动允许

系统开浇时，结晶器内无钢水，液位检测值低于下限和漏钢限值，这时系统不允许进入自动模式，但是当液位高度接近限定值时，系统就会自动允许进入自动模式。

1.3.6急停

当出现溢钢漏钢信号时，塞棒将会被系统自动关闭，操作箱上的急停按钮也可以实现关闭塞棒。

2 连铸机结晶器液位控制系统的实现与应用

2.1 控制系统硬件设计

控制系统硬件设计可从两个方面进行：第一，上位机系统配置，所谓上位机，是指处在工业控制中较高层次的计算机，主要是对现场设备的运行状态进行监控，一般来说，在集散控制系统中，计算机分为两种级别，上位机和下位机，上位机直接与现场设备相关联，而且下位机要受到上位机的控制。在结晶器液位控制系统中，上位机是指连铸控制室里的工控机，下位机是指PLC，上位机具备三大系统功能：通信、数据存储、数据输出；第二，PLC原理，PLC中包含硬件系统和软件系统。

2.2 控制系统软件设计

下位机中包含软件系统，在进行软件开发时利用了STEP7。STEP7是一个软件包，PLC用户用其进行应用程序开发，在进行程序编制时不但有三种方法可供选择，而且相对比较简单，并且具备结构层次清晰、易于修改、简化调试等优点，应用比较广泛。上位机软件系统是数据采集监控系统的软件平台工具，在进行软件设计时，利用了WinCC软件进行开发。

2.3 系统实现及应用研究

结晶器液位控制系统设计完成之后，将其应用在了西宁特钢三炼分厂2#大方坯连铸机上。在连铸机生产的过程中，干扰液位稳定性的因素比较多，通过该系统的控制和调节，液位在出现波动之后很快恢复稳定，进而使生产出来的钢坯更为符合要求。

3 结论

在连铸机生产的过程中，液位是非常重要的参数，液位的稳定性对钢坯生产质量具有极大的影响，因此，通过结晶器液位控制系统的设计及研究，有效的实现了液位自动控制，保证了液位的稳定性，并且即使出现干扰也能迅速恢复稳定，从而有效地保证了连铸机生产的质量，同时，生产出来的钢坯具有更为优质的质量。

参考文献

[1]李奕，向波，李群桥.大方坯连铸机结晶器液位自动控制系统的优化[J].武钢技术，2013（02）：50-52.

[2]魏哲明，陈洁.PLC在连铸机结晶器液位控制中的应用[J].数字化用户，2013（04）：16.

[3]邓丽霞，姜磊，高生祥.连铸机液位自动控制系统设计[J].机床与液压，2012（02）：118-121.

液位控制器篇4

【关键词】STC89C52单片机;液位控制;温度控制;语音报警

在现代社会中，居民区热力供应量、需求量越来越大，国内燃煤锅炉的数量仍居高不下［1］。基于此种情况，提高蒸汽锅炉的容量，对操作、控制过程严格要求，都有利于缓解热力供应压力。与此同时，对于锅炉液位和温度的精确控制是关系到人们自身和设备安全的重要问题。由于被控对象和过程的非线性、时变性，多参数间的强耦合、随机干扰等因素，使得建立被控对象的精确数学模型变得很困难［2］。基于控制中的各种影响因素，传统的控制方法已经无法实现所需要的控制精度和系统稳定性。近些年随着单片机技术的迅速发展，利用单片机及其芯片实现复杂系统的控制已经成为现实［3］。锅炉自动控温给水系统就是利用单片机使锅炉系统具有较高的实用价值和优越性［4］。通过单片机自动控制、调节加热与给水系统，可使锅炉维持一个较稳定的系统，以正常供气供水，保证系统安全经济运行。

一、系统简介

设计的研究对象主要是锅炉的液位和温度，对其液位和温度实现自动控制。通过STC89C52RC单片机、温度传感器(DS18B20)、LCM(12864液晶显示屏)、语音模块(WT588D)、浮球式液位传感器、独立按键等实现系统温度、液位报警和控制，同时可以对锅炉当前状态的显示、控制和播报加以实现。系统的硬件设计主要是有以下几个模块:STC89C52RC芯片为核心的控制模块，液位采集模块、温度采集模块、键盘模块、液晶显示模块、语音报警模块、独立按键模块、继电器控制模块、电源模块、串口模块等。可实现的具体功能如下:一是系统启动后播放开机画面和开机音乐，显示系统默认的温度上下限值。二是显示当前的温度及温度是否在设定范围内，同时显示当前液位状态。三是当液位低至给定的下限液位时，放水水泵停止对锅炉放水，同时启动进水水泵对锅炉进行加水，直到液位到达指定值，LCM显示液位正常。四是当液位高至给定上限的液位时，进水水泵停止对锅炉加水，同时启动放水水泵对锅炉进行放水，直到液位到达指定值，LCM显示液位正常。五是如果温度传感器DS18B20损坏，系统停止工作，LCM提示错误。六是温度低于设定值，启动加热工作。温度到达指定温度值，停止加热工作。七是可以语音播报，并通过独立按键控制语音播报的开、关。八是通过按键实现温度上下限值的设定，最高上限值为70摄氏度，最低下限值为10摄氏度。

二、系统硬件设计

(一)单片机接口原理图。该部分主要由单片机芯片、上拉电阻、排阵等组成。原理图如图1所示。(二)温度采集模块。温度采集模块主要使用DALLAS半导体公司的数字化温度传感器DS18B20。DS18B20为单线接口，性能较为稳定。用户可以设定温度报警上下限值，同时，该DS18B20超温度限可通过报警搜索命令加以识别。在传统的模拟信号远距离温度测量系统中，需要很好地解决一些技术问题，才能够达到较高的测量精度［5，6］。在感温器件中，DS18B20适合于单片机构成智能温度测量和控制系统，其精度很高、易保证。体积小、无需标定、支持多点组网功能、可多点测温等特点都有利于在实际应用中取得良好的测温效果。温度传感器如图2，DS18B20的原理图如图3［7］。(三)液位采集模块。液位传感器采用的是浮球式液位开关。其结构简单，无复杂电路，使用方便，使用磁簧开关无需电源，接点寿命长，控制开关位置可随使用者订制。所有开关出线在同一接线盒，外部施工配线成本较低。由于磁簧开关和导线与被测液体是完全隔离，该液位开关可在高温、高压设备上安全使用。浮球式液位开关是采取直浮子驱动磁簧开关内部磁铁，达到开关瞬间动作的原理。当被测介质浮动浮子时，浮子在一定范围内上下移动，浮球内的磁体将吸引控制开关动作杆上的磁体，从而产生开与关的动作，实现液位的指示与控制［8］。液位传感器实物如图4，液位采集模块的电路图如图5。(四)继电器控制模块。继电器主要是来做自动控制作用的开关元件。在本次设计中共使用了3个电磁继电器，都是用+5V的直流电来控制12V的直流电，分别实现对进水水泵、出水水泵、加热器的控制作用。电磁式继电器可以用低电压、弱电流的控制电路来控制高电压、高电流的工作电路，能实现远距离操纵和自动控制。进水水泵、出水水泵和加热器的控制就可通过此原理得到远程自动控制。继电器控制电路如图6。

三、结构设计

本设计中使用的保温水桶是在成品的基础上进行部分加工所得。机械加工包括对桶壁进行开孔，加热器的定位、安装和密封，进出水水管的定位、安装和密封，液位传感器支架的设计安装，以及液位传感器和DS18B20温度传感器的安装、固定。在上液位传感器安装时，液位传感器的浮球下边缘和进水管平齐，当水位到达该液位传感器浮球下边缘时停止加水，防止进水管被完全淹没。下液位传感器安装时，浮球的下边缘略高于加热装置，当桶内液位低于该液位传感器上边缘时停止出水同时开始加水，防止液位过低而导致加热装置干烧。加工结果如图7。上下液位传感器的信号线分别从安装进出水管的孔里引出。DS18B20温度传感器安装在保温桶夹层内部并紧贴内壁，位置在水桶中部，信号线从和上液位传感器的信号线一路从进水孔引出，如图8所示。

四、应用分析

当保温桶内液位过低时系统控制继电器使进水水泵工作。当液位过高时进水水泵停止工作，出水水泵工作，直至液位正常。同时水的温度如果低于设定值，继电器控制加热器开始加热，直至达到设定温度，加热器(220V)停止工作，这些功能都要能够实现，而且整个过程都是自动完成，不需用户操作，用户只需按照自己的要求设定温度范围，既安全又方便。锅炉自动控温给水系统经过实验验证，已经可以实现开机画面的显示，显示默认的温度上下限值，可根据需要进行设定，系统会显示当前的温度和温度、液位状态是否正常。随着单片机技术的发展和日趋成熟，单片机不仅应用前景广泛，同时有助于发现可能存在的故障。锅炉自动控温给水系统就是利用单片机使锅炉系统具有较高的实用价值和优越性。

【参考文献】

［1］徐齐胜．锅炉设备及系统［M］．北京:中国电力出版社，2011

［2］张蕾，冯飞，涂中强．锅炉设备及运行［M］．北京:化学工业出版社，2011

［3］孟燕华．工业锅炉安全运行与管理［M］．北京:中国电力出版社，2004

液位控制器篇5

[关键词]乳化液泵 自动化 变频 工作原理

中图分类号：G356.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）40-0121-01

1 乳化液泵变频自动化控制系统特点

（1）自动开停乳化液泵； （2） 恒压供液，节能显著；（3） 主备泵自动、手动互相切换； （4） 自动、手动配液；（5） 多种工作方式； （6） 各种运行以及应急开车方式；（7）实时监测及显示功能； （8） 参数设置灵活方便； （9）控制电机的启动电流（变频器起动） ； （10） 降低电力线路电压波动（变频器起动） ； （11） 提高了功率因素，节电效果明显（变频器） ； （12） 节省维修费用，机械冲击小，系统运行合理。

2 乳化液泵站变频自动化控制系统方案说明

本方案主要有乳化液泵站系统、变频电动机、防爆变频器、与变频器配套使用的电抗器接触器切换系统、PLC 监控系统、自动配液系统级检测传感器等系统组成，通过各系统之间协调监控达到自动恒压供液的节能运行、系统故障保护或报警、系统数据实时显示及传输、乳化液的自动配比、浓度实时检测。

2.1 各子系统的简述

2.1.1 乳化液泵站系统

（1） 乳化液泵站系统两泵一箱，一用一备，电动机125kW / AC1140V，需配备 160kW / AC1140V 防爆变频器。

（2） 乳化液泵系统四泵三箱，三用一备，电动机250kW / AC1140V，需配备 315kW / AC1140V 防爆变频器。

2.1.2 变频电动机

由于本系统采用防爆变频器驱动，并且在自动恒压控制时可以根据压力调节电机转速，在压力要求很低时电机转速也很低，处于低频运行，这就必须采用变频电机，用普通电机可能发热过高。如果现场不能满足时，可以设置最低运行频率以满足普通电机的需要。

2.1.3 防爆变频器

BPJ1 系列矿用隔爆兼本质安全流变频器核心部件选用国外知名品牌产品，内置电抗器、继电器等元件。

2.1.4 与变频配套使用的电抗器接触器切换系统

此系统用于多台泵的乳化液泵站系统，他既有切换泵站电机的功能又有变频器备份工频启动的功能。

2.1.5 PLC 监控系统

控制系统由 KXJ1 - 27 隔爆兼本质安全型可编程控制箱来完成。其控制核心采用西门子的 S7 - 200 系列可编程控制器（PLC） ，通过 PLX 控制器采集传感器的信号，实现对整个系统的检测控制。并且通过显示屏对所有运行数据集监控数据进行实时显示及对外传输。

2.1.6 检测传感器

传感器主要有： 压力传感器、流量传感器、温度传感器、油位传感器、水位传感器等。

2.2 乳化液泵变频自动化控制系统控制及功能

以四泵三箱乳化液泵站系统为例：

2.2.1 控制参数设置

（1）主泵选择：一号泵、二号泵、三号泵、四号泵，选择二号泵为主泵；（2）泵循环顺序选择：主泵向后、主泵向前，选择主泵向前；（3）泵变频工作选择：4h、8h、12h、18h、24h，选择8h；（4）变频器运行最高频率选择：45Hz、50Hz、53Hz，选择50Hz；（5）变频器运行最低频率选择：5Hz、20Hz、25Hz、，选择20Hz；（6）变频器工作上限频率运行时功能选择：工频切换、直接启动，选择工频切换；（7）变频器工作下限频率运行时功能选择：工频切换、工频不切换，选择工频切换；（8）配液选择：自动、手动、检修，选择自动；（9）PID调节选择：出口压力信号、远方压力信号、压力远方为主出口为辅、流量信号、出口压力为主流量出口为辅，选择压力远方为主出口为辅；（10）系统压力设置：20～35MPa，设置31MPa。

另外水位、油位、温度、乳化液浓度均根据现场情况设置；

2.2.2 工作原理

2.2.2.1 系统自动工作方式

（1）恒压控制

控制参数设置完成，按下启动按钮，防爆变频器驱动二号泵（因为选择泵2为主运行泵）开始运行，工作面压力传感器YL2（YL2安装于液压支架处）产生压力信号，并转换为4～20mA的模拟信号，此时信号反馈到PLC控制箱，假设反馈18mA信号对应工作压力为31MPa，那么PLC控制箱通过PID调节计算处理并控制变频器及电机工作频率（速度），使其达到压力要求。

当主控泵泵2变频工作8h后，可以自动切换为辅助泵，泵3成为主控泵并且变频运行，避免单泵长期变频运行。

（2）自动配液

乳化液的自动配液、加液系统是由水过滤器、防爆电磁阀、配液比例阀、防爆液位传感器（SW1）、防爆油位传感器（YW2）、油过滤器及浓度检测器等组成。通过各类传感器信号采集及处理能自动将乳化油和水按照一定的比例配成乳化液，配液装置要求的供水压力范围：1.3-6MPa。乳化液的浓度一般控制在3%～5%之间，配液、加液方式包括：采用浓度传感器+水位、油位传感器+PLC控制箱，根据PLC控制箱采集处理发出的信号，按照功能要求控制水电磁阀和微型油泵进行自动配液和补液。

例如： 当液箱的液位处于设定的下限时，配液水阀和配液油泵按设定的量比自动配液，配液过程中系统实时监控配液浓度，当液箱的液位达到设定上限时，相关配液器件停止输出。配液完成后根据浓度实际检测值自动修正浓度，以保证乳化液符合使用要求。

（3） 自动工作方式下保护

该系统具有自动检测显示泵组储能器压力。压力系统管线突然爆裂时该装置能控制泵自动停机的功能，当压力5s内由28.5MPa以上下降到10MPa时，系统自动停机保护。

在自动工作方式下所有保护均投入 PLC 控制箱控制逻辑中，参与保护。

2.2.2.2 系统手动工作方式

所有设备处于单机运转状态，还具有闭锁联锁关系。也能做到恒压供液，只是压力调节范围小，不可以多泵切换，可以多泵轮换工作。所有保护投入工作。

2.2.2.3 系统检修工作方式

所有设备处于单机运转状态，还具有闭锁联锁关系。也能做到恒压供液，只是压力调节范围小，不可以多泵切换，可以多泵轮换工作。部分保护投入工作，可以屏蔽非重要保护。

2.3 乳化液泵变频自动化控制系统节能分析

根据流体力学的基本定律可知： 乳化液泵的流量与转速成正比，压力与转速的平方成正比，轴功率与转速的三次方成正比。只要在满足生产需求的情况下，降低电动机的转速，则轴功率将会大大降低，节能效果显著。

参考文献

液位控制器篇6

 

1 多种液体混合控制装置示意图

 

在此次设计中，多种液体混合控制装置，它的主要功能是对三种液体进行不同比例的混合，并且可以对混合液体进行均匀的搅拌与加热。利用三个电磁阀对混合液体的输入进行控制，还需要三个液位传感器对混合液体的液位高度进行监视控制，一个加热器对混合液体进行加热;一个温度传感器对加热温度进行控制。

 

2 多种液体混合控制工作流程

 

2.1 多种液体混合控制装置结构分析

 

在这个三种液体混合装置中，利用液位传感器、温度传感器输入给可编程控制器(PLC)的开关量，对控制系统的电磁阀、搅拌器、加热器进行控制。通过不同液体注入容器的时间来决定流入搅拌容器中各个液体的容量，从而达到混合液体中不同液体的比例系数。通过温度传感器输入给可编程控制器(PLC)信号对电炉的控制来完成混合液体加热的控制与可编程控制器(PLC)对搅拌器的电机控制，从而满足混合液体混合均匀的要求。在混合液体装置中，PLC为核心控制器件，电磁阀、电动机、加热器为执行器件，液位传感器、温度传感器位作为反馈装置。

 

2.2 多种液体混合控制的选择

 

在此次设计中，多种液体混合PLC控制系统使用了4个输入口、5个输出口，因此选用松下FP0系列C16T型的可编程控制器，该型号为8输入、8输出可编程控制器。FP系列可编程控制器是小型化高速度、高性能的PLC产品，是超小型程序装置。它最大范围地包容了标准特点、程式执行更快、全面补充了通信功能。这种PLC具有牢固紧凑的塑料外壳，用户程序和最重要的参数设定值存储在内部的EEPROM中。大容量电容器可在长时间内为所有数据提供备份，内置24V负载电源，可直接做外部电源来使用。

 

2.3 多种液体混合控制装置设计方案

 

2.3.1 初始状态

 

初始状态容器是空的，四个电磁阀Y1、Y2、Y3、Y4均为OFF，三个测位传感器L1、L2、L3为OFF，搅拌机为OFF。

 

2.3.2 启动操作

 

按一下启动按钮，开始下列操作：

 

(1)Y1=Y2=ON，液体A和B同时入容器，当达到L2时，L2=ON，使Y1=Y2=OFF，Y3=ON，即关闭Y1、Y2阀门，打开液体C的阀门Y3。

 

(2)当液体达到L1时，Y3=OFF，M=ON，即关闭阀门Y3，电动机M启动开始搅拌。

 

(3)经10S搅拌均匀后，M=OFF，停止搅动，H=ON，加热器开始工作。

 

(4)当混合温度达到某一指定值时，T=ON，H=OFF，停止加热，使Y4=ON，开始放出混合液体。

 

设备名称 输入/输出口 端口类型说明

 

(5)当液面下降到L3后，再经5S容器放空，容器放空，Y4=OFF，开始下一周期。

 

2.3.3 停止操作

 

按下停止键，在当前混合操作处理完毕后，才停止操作。

 

对复杂的控制系统应绘制工艺流程图或控制功能图;编制梯形图，这是最关键也是最困难的一步;根据梯形图编写程序单;对复杂的程序首先进行分段设计与调试，然后进行总调试，并作必要的修改，直到满足设计要求为止。

 

3 可编程控制器的工作流程

 

3.1 可编程控制器的工作流程图

 

如表1所示，对于程序设计，首先，就要对工作过程认识清楚，对复杂的控制系统应绘制工艺流程图或控制功能图，从而编写梯形程序图。

 

3.2 可编程控制器的I/O分配

 

I/O分配 如表2所示。

 

输入/输出(I/O)已经分配完成，接下来，对各个I/O口的输入输出端口类型进行测试。如下表所示。

 

3.3 I/O口信号的类型我们已经测试完成，根据输入输出信号性质及系统控制要求进行系统控制程序的设计。

 

4 结束语

液位控制器篇7

关键词：三冲量控制系统；锅炉汽包液位；虚假液位；锅炉技术

中图分类号：TK22 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）09-0053-02

在矿业企业原料的开采、加工、成品等一系列生产过程中，锅炉几乎是其中枢神经，故而其技术标准和安全操作就显得至关重要。但是在锅炉生产的过程中，控制它的汽包液位仍旧是一个技术难题。

1 锅炉汽包液位

在锅炉生产中，汽包液位是一项重要的工艺指标。通常情况下，汽包液位过高，可能造成过节器结垢，汽轮机叶片损坏；而汽包液位过低，会使水汽失衡，严重的会引起爆炸。同时在实际工艺中，还经常出现蒸汽负荷波动、给水量改变而引起的虚假液位现象。基于种种原因，我们需要对锅炉汽包液位进行有效控制。

1.1 虚假液位

在锅炉的运行中，出现虚假液位现象的主要原因是汽包内部压力的改变。通常在蒸汽负荷以及锅炉的工况发生改变时，汽包内部的压力也会发生相应的改变。举例来说，某锅炉的燃烧强度保持不变，蒸汽的负荷却增加。为了保持水位，大都会将汽包内的一部分蒸汽流量取出。然而燃料强度却并未增加，这就造成汽包内的压力下降、沸腾加剧，出现大量气泡，这些气泡会抬高锅炉内的水位，待气泡破坏后，水位才能够恢复。这个短暂的提高水位的现象就是虚假液位现象。发生这种现象后，如不及时控制，经常会造成给水流量和蒸汽负荷的反向运行，不利于调节器的正常工作。

1.2 锅炉汽包液位的控制要求

对锅炉汽包液位控制通常会采用三种方式，即单冲量、双冲量、三冲量。其中，冲量可以理解为变量。

单冲量控制采用的是单回路调节系统，在调节中，汽包液位是被控变量，而给水流量是调节变量，由于其独有的特性，故而单冲量控制系统适用于蒸汽负荷变化小而停留时间长的锅炉系统。同时这种控制系统在调节的过程中，仍旧会出现因蒸汽负荷增加产生“假液位”的现象。

双冲量控制系统增加了蒸汽流量前馈信号功能，旨在消除“假液位”现象，比单冲量控制系统更加精确先进，然而在使用的过程中，由于给水流量信号无法反馈，故而影响锅炉汽包液位的正常使用和运行。

针对单冲量和双冲量的缺陷和不足，设计了三冲量控制系统。它将汽包液位、蒸汽流量和给水流量作为三个信号，通过前馈-串级反馈系统来调节水位。三冲量控制系统是一种较为完善的、安全的、准确的汽包液位控制系统。

2 三冲量控制系统

2.1 三冲量控制系统的构成

在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量及给水流量等3个被控变量会安装相应的调节器，在锅炉运行的过程中，这三个信号作用于调节器，会适时调整，做相应的改变。而且三冲量控制采用的是前馈-串级反馈控制系统，其系统的构成图如下：

从图中可以看出，在三冲量控制系统中，汽包液位、蒸汽流量、给水流量都是串联关系，其中汽包液位是三者中的主冲量，能够反映整个汽包的工作状态和运行状况；而蒸汽流量和给水流量分别担任辅助冲量，蒸汽流量就是一个前馈系统，通过这个系统，能够消除“假液位”现象，保证整个系统的准确性；给水流量是一个反馈系统，它能够副回路减少水压改变对汽包液位的影响。主冲量和辅助冲量之间相互配合、相互影响，共同保证前馈-串级反馈的三冲量控制系统的正常有效运行。

2.2 三冲量控制系统的工作原理

三冲量控制系统的工作原理是：将三个信号中的汽包液位当做主信号，当锅炉中的水位改变时，与之相对应的调节器输出也会发生相应的变化，在此基础上的给水流量也会发生改变，这样就能够使锅炉的水位达到给定值。在这个过程中，蒸汽流量充当着前馈作用，其作用是防止“假液位”干扰调节器的工作。而给水流量充当着反馈的作用，当前馈的蒸汽流量发出干扰信号时，给水流量会在锅炉水位未改变之前，消除这种干扰，使调节器正常工作，使给水流量更加稳定。

3 三冲量控制系统在锅炉汽包液位中的应用

在锅炉生产中，三冲量控制系统作为前馈-串级反馈系统，其运行遵循着主控制器的正作用和副控制器的反作用原则。在三冲量控制系统中，流量控制器FC作为主控制器，起着正作用功能；水位控制器LC作为副控制器，起着反作用的功能；而调节器则起着调节阀的作用。

通常当锅炉的水位升高时，LC就会产生反作用，其输出就会相应减少，通过加法器，FC的给定值减少，而调节器的输出却增加，故而要减小调节器的阀门开度，缩小FA2101（给水流量），使水位下降至给定值。

在FAQ2102（蒸汽流量）增加的情况下，FC的给定值会相应的减少，而调节器的输出增加，故而要扩大调节器的阀门开度，增加给水流量，平衡蒸汽流量，使水位保持在给定值上。

当FA2102（给水流量）增加时，FC调节器的输出也会相应增加，这时要减小调节阀开度，减少给水流量，平衡蒸汽流量，保持水位不变。另外，在选择给水流量的调节阀时，要保证锅炉的安全。比如当生产的热源是蒸汽时，就应该选择气关阀来保护锅炉；而当蒸汽的供给超过蒸汽压缩机时，就应该选择气开阀来保护锅炉设备。

通过三冲量控制系统，能够利用调节器的开关阀对锅炉生产中的汽包液位、蒸汽流量和给水流量进行有效调节，消除了“虚假液位”现象，保证水位的稳定，很好地控制了锅炉汽包液位，保证整个锅炉系统和整个生产工艺的安全可靠，同时也促进了锅炉生产技术的改进和完善。

参考文献

[1]魏方合.锅炉汽包液位的三冲量控制系统[J].河北化

工，2012，29（3）：41-42.

[2]买丽叶木.三冲量控制系统在锅炉汽包液位的应用[J].

纯碱工业，2010，（3）：36-37.

[3]贾志清，罗炜.三冲量在锅炉汽包液位控制中的应用

[J].甘肃科技，2012，28（15）：60-62.

液位控制器篇8

关键词：低渗透 变频输油 PLC 数字化和自动化 节能降耗

绥靖油田已经开发13年，是长庆油田低渗透油藏主力区之一，位于陕甘宁边界，属典型的黄土高原梁峁丘陵沟壑地区。具有埋藏深、低孔低渗、低压低产的地质特点，滚动开发、快速建产、规模建设、衰竭快的开发特点，以及复杂的外部环境特点。油井产量低，井站产进分布不均，造成输油系统不能连续工作，若员工不能及时启停输油泵，易造成溢罐或泵空转，导致环境污染和设备损坏，影响油田正常生产。

变频输油系统组成及工作原理

1.1 变频输油系统组成

变频输油系统主要由变频器，工控机，输油泵，缓冲罐，磁翻板液位计，PLC（ ProgrammableLogicController，可编程逻辑控制器）等组成。变频输油系统成套控制设备及技术应用在绥靖油田各计量站、增压站和接转站，是在原外输系统上经数字化改造实现数字化和自动化控制。

1.2 变频输油工作原理

变频输油系统原理分变频器、站控控制、液位控制、定频控制、变频连续输油原理五项。

（1）变频器：由整流（交流变直流）、滤波、再次整流（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元、微处理单元组成。主要实现方式是通过电流的频率的变化，改变电动机的转数，降低电动机输出功率。其工作原理： 工频电流开关拨到变频位置，经过整流电路变成直流电，直流电流变频器按照控制信号的要求，输出改变频率的交流电，作用于电动机，改变其输出频率；工频电流开关拨到工频位置，使用人工操作模式下的工频状态。

（2）站控控制：由变频器、缓冲罐（ 带磁翻板液位计）、计算机和输油泵组成。通过监测缓冲罐或事故罐液位，员工利用计算机控制变频器，给输油泵电机发出启停及频率调节指令，实现远程控制输油模式。

（3）液位控制：由PLC、变频器、缓冲罐（ 带磁翻板液位计） 和输油泵组成。通过PLC可编程控制器采集缓冲罐液位，根据设定的上下高度值，当液位达到某个设定液位高点值时，利用PLC可编程控制器，给变频器发出启动指令，输油泵开始工作，当液位值低于某个值时，PLC控制器发出停止指令，变频器停止供电，输油停止。

（4）定频控制：由变频器、原油流量计和输油泵组成。在站控控制输油原理的基础上，站点员工根据站点产进液量，计算出外输泵每小时排量，设定一定频率，使外输泵每小时的排量与站点每小时产进相同，实现原油边进边出。

（5）变频连续输油：由PLC、变频器、缓冲罐（ 带磁翻板液位计）、计算机PID控制系统和输油泵组成。在液位控制原理上增加计算机PID控制系统，变频器的输出频率以缓冲罐液位为控制对象，液位传感器检测出缓冲罐液位高度，作为反馈信号传送给站内PLC，PLC 将信号处理后传输给站内上位机（计算机），上位机PID控制系统根据缓冲罐液位高度作为变频器的频率指令，调节电机转速，控制站点外输流量保持恒定。

变频输油系统现场应用及优化建议

截止2013年，绥靖油田数字化改造站点112座，变频器使用站点112座，其中实现站控控制输油71座，定频控制输油19座，液位控制输油19座，变频连续密闭输油3座。

变频输油现场应用

（1）站控控制输油应用：站控控制输油即远程控制输油，目前71座站点实现该模式，是绥靖油田主要使用模式。实现4项功能：远程控制启停、远程调节运行频频率、监测泵运行状态、采集各项运行参数。与传统站点相比，远程控制代替了现场操作，远程控制节省了站点员工启停外输泵的时间及工作量，降低了高压刺漏、机械伤害等风险。

（2）定频控制输油应用：定频输油模式，即设定一个频率使外输泵排量与产进相同，目前19座站点应用：化子坪作业区16座站点及大路沟作业区路7增、路一转、路三转。存在的弊端：①绥靖油田属于超低渗油藏，油井产量变化波动较大，站点产进液量不均；②若原油温度过高造成缓冲罐气锁或者缓冲罐压力过低泵不上量，很容易导致外输泵空转，烧坏泵机。

（3）液位控制输油应用：高低液位控制输油模式，即高液位启泵、低液位停泵，目前19座站点实现：主要用于17台数字化增压橇及涧1增、白2增两座增压站。液位控制输油模式的应用，优化了集输工艺流程，减少了站点用工数量，降低了原油生产成本。

（4）变频连续输油应用：目前在杨19接转注水站、镰一转油站、白7增压点三个站点实现变频连续输油，变频连续输油的实现，为数字化改造一项重大成果。变频连续输油的核心一是工控机PID控制系统完善；二是对外输压力、排量的实时监控，外输压力、排量直接反应外输管线运行状况；三是缓冲罐液位趋势曲线，工控机PID控制系统根据缓冲罐液位高度作为变频器的频率指令，调节电机转速，控制站点外输流量保持恒定；故对外输压力、排量及缓冲罐液位曲线的监控和分析变得尤为重要。

下步优化建议

（1）对部分站点多级离心泵“降级、减排”，实现连续输油。部分站点经数字化改造实现变频连续输油软硬件皆全，因站点日处理液量少，外输泵排量大，不能实现变频连续输油，下步计划对部分站点多级离心泵实施降级、减排。

（2）对数字化增压橇进行流程切换，实现连续输油。选取两座数字化增压橇（路3增、路12-43增），实施夏季不加热不缓冲增压、冬季加热增压流程，实现变频连续输油，改变目前高液位启泵、低液位停泵运行模式。

（3）对站点缓冲罐加装电动阀（应急阀），更加智能化。目前站点两台外输泵独立工作，不能有机结合，且站点集输系统不能自动处理外输突况；建议在缓冲罐进口处加装电动阀并配套相应流程，使站点两台外输泵配合启动，应急突发状况。

（4）逐站排查，着力打造变频连续输油可实现站点。经调查统计，19座站点可实现变频连续输油，其中需对PID系统进行调节站点5座，需投用缓冲罐站点3座，需对外输泵进行降级减排站点8座，需更换新型变频器站点1座。

结论

综上所述，变频输油技术实现4大创新：

（1）降低生产成本，减少了站点用工总量，且节能效果明显。

（2）降低劳动强度，远程控制及自动控制，减少了人为因素，避免了频繁上罐量油及泵房启停泵的繁杂工序。

（3）延长设备寿命，变频器对电机软启软停，避免了电网直接冲击，低速运行减少了泵轴、轴承的磨损程度。

（4）实现智能报警，数据实时监测，超高、超低参数自动报警，伴有声光提示，提高原油集输系统运行平稳性。

参考文献

1.张敬，变频调速技术在油田的应用现状及前景分析.江汉石油科技.2006（6）

2.裴润有，王亚新，等.智能变频输油技术在华庆油田的应用.现代电子技术.2011（7）

3.孙轶闻，等.浅谈变频调速技术在油田生产中的应用. 环球市场信息导报.2011（6）

液位控制器篇9

关键词：PID；恒液位；污水处理

引言

随着变频器、PLC及仪表技术的发展，在工业生产中液位控制系统得到广泛应用，尤其污水处理中不同时段来水的差异较大[1]，各个工艺阶段一个重要环节就是污水池的液位控制。按照偏差的比例（Proportion）、积分（Integration ）、微分（Differentiation）控制，简称PID控制，由于PID控制原理简单、抗扰动性强、易于实现、适用范围广等特点[2]，特别是过程控制中，由于控制对象的数学模型难以建立情况下，常采用PID控制，并根据经验在线调整。基于PID调节利用变频器和PLC及仪表来实现恒液位的自动控制，不仅可以实现整个系统的准确性、稳定性、可靠性，减轻运行工人的劳动强度，降低生产运营的成本，而且减少提升水量的忽大忽小对污水处理工艺的冲击[3]，为生产工艺的调控奠定良好基础。

1 PID控制规律

式中比例环节成比例反映PID控制系统的偏差信号e（t），PID调节器产生与系统偏差成比例的控制作用，增加控制的快速性，但对稳定性不利。积分环节的控制作用对消除稳态误差有利，Ti越小，积分速度越快，积分作用越强，反之越弱，但对系统稳定性不利，甚至有可能导致结果不稳定。微分环节的作用时反映偏差信号的变化率，能预见偏差信号的变化趋势，在系统中加一个早期的修正信号，加快系统的响应速度，减小超调量和超调时间。但如果Td数值挑选不当，控制系统的输入值会反复振荡，这导致系统可能无法达到预设值。控制系统的基本要求为稳定性、快速性和准确性，PID参数的调整对控制作用与系统稳定性的影响需综合衡量。

2 恒液位系统控制要求

污水处理恒液位控制系统需满足以下要求：（1）将液位计检测的水池液位值传输到PLC，PLC根据设定值，当液位大于设定值时，来提高变频器的频率，当频率提高到一定值仍无法满足要求，通过开工频泵使得液位降低；当液位小于设定值时，来降低变频器的频率，当频率降低到一定值仍无法满足要求，通过停泵使得液位升高。（2）根据污水池液位的设定值和液位的测量实际值进行PID调节；PLC通过模拟量输出来控制变频器的频率，从而控制变频泵的转速，以实现液位的基本恒定。（3）系统中变频泵由变频器控制，其他工频泵由电气软启动器控制。

3 恒液位控制策略

恒液位自动控制系统采用多种方式相互补充，操作方式为：自动控制、远程手动与现场手动。

在水泵使用组合方面，变频器泵的控制方面，一台水泵由变频器控制，液位计将测量的液位值转换为4-20mA的电流信号，并送到EM231模拟量输入模块，PLC依据传来液位值的大小采用PID调节，由EM232模拟量输出模块输出一个0-20mA的电流信号到变频器，来控制变频器的输出频率，考虑到泵和扬程的要求，变频器的输出的最低工作频率为20Hz，最大频率为50Hz。

其他工频泵的控制，水泵在自动控制的条件下，PLC会根据液位计传来测量值，首先靠控制变频器的频率20Hz～50Hz间输出来调节，当在这个频率范围无法满足要求时，要通过控制工频泵的开启与停止基础上，再通过调节变频器输出频率来满足要求，工频的泵的工作状态会通过DI口输入到PLC，并对工作时间进行计时，一旦工频泵过载或故障，PLC将切换到其他泵工作并报警。为了使延长工频泵寿命，使其工作时间基本一致，工频泵采取轮换工作的方式，泵的开启与停止依据PLC对泵工作时间的多少，开启时优先开启工作时间最短的工频泵，停止时优先停止工作时间最长的工频泵。

4 恒液位自动控制系统的构建

4.1 PLC的选择与扩展

根据控制的需求及实际的数字量I/O点数、模拟量I/O点数，DP通信要求，PLC选用西门子S7-200系列，PLC的CPU为S7 226，扩展模块为EM221、EM222、EM231、EM232、EM277。

4.2 S7-200硬件连接框图

恒液位控制的硬件框图如图1所示，采用EM231模块做为模拟量的输入模块，将液位计输出的4-20mA电流信号转换为数字量输入到PLC，EM232模块做为模拟量的输出模块，将PLC数字量信号转换为0-20mA信号输入到变频器。EM221做为开关量输入、EM222做为开关量输出、EM277应用于DP通信。

4.3 泵的控制模式

泵的组合方式为：4台软启控制4台工频泵，软启为ABB PS S 105/181-500L，当软器启启动完后切换到有工频电直接对泵进行供电，1台变频器控制1台变频泵，变频器为ABB ACS510。对4台软启泵根据是否参与自动控制，可以对其进行设定。

5 结束语

该系统基于PID控制原理，应用西门子PLC的PID控制指令，对水池液位进行恒定控制，对控制系统进行分析，并设计了实际系统框架，对主要设备进行了选型，系统实际运行值和目标设定值很小，达到了预期目的，具有一定的实际应用参考价值。

参考文献

[1]卢威.恒液位控制系统在变频器中的应用[J].中国石油和化工标准与质量，2008，5：90.

[2]徐丽，马成玲.液位PID控制系统的设计[J].电子测试，2011，6：94-95.

液位控制器篇10

关键词：自动变速器；液压；双离合器；同步器

中图分类号： U463.211 文献标志码：A 文章编号：1005-2550（2012）04-0032-04

The Design of the Hydraulic Control System for the Selective Output of

Dual-clutch Transmission

WANG Guang-fei1，CHEN Chao-yang1，ZHANG Dai-sheng1，WANG Shao-jie2

（1. School of Machinery and Automobile Engineering，Hefei University of Technology， Hefei 230009，China；

2.Automotive Enginerring Institute，Hefei University of Technology， Hefei 230009，China）

Abstract：The hydraulic control system is an important part of the transmission and the design of the oil circuit and valve has a great impact for power transmission and shifting. This paper analyzes the control principle of the automatic transmission hydraulic system，combined with a new type structure of transmission，the design of the hydraulic control system which can meet the needs of the shifting and power transmission.

Key words：automatic transmission （AT），hydraulic，double clutch，synchronizer

双离合器自动变速器（DCT）是一种新的自动变速器技术，其特点是有两个离合器，换挡时两个离合器配合使用实现动力换挡。双离合器自动变速器（DCT）同时具备了手动变速器和自动变速器的优点，传动效率高，不仅保证了车辆的动力性和经济性，而且改善了车辆的行驶舒适性。

变速器的动力传递和换挡过程的实现是通过TCU电控单元发出信号，通过各种执行器调节油液压力、流量和方向来控制两个离合器和换挡拨叉执行器的动作来实现的。分析设计变速器液压控制系统的油路分布和液压阀的选择具有重要意义。本文对一种新型的变速器的液压系统进行研究设计来满足换挡和动力传递需要。

1 DCT结构及其工作原理

1.1 DCT结构

选择性输出双离合自动变速器采用并联行星轮系结构，其传动装置由一个带有同步器装置的输入轴，两根平行布置的中间轴，布置在输出轴上的两个平行布置的离合器、多个同步器装置、多个换挡拨叉，一个倒挡轴以及1个差速器组成。使用选择性输出的方式将变速器奇、偶数挡输出齿轮分别布置在两根中间轴上，通过两个离合器的切换以及切换成不同的同步器状态，经由不同输出轴实现扭矩变换和输出。三维结构如图1所示。

1.2 DCT工作原理

传统的DCT通过两个离合器的交替切换来完成换挡过程，而该变速器则通过控制离合器和同步器的工作状态即可实现换挡。工作原理如图2所示。

汽车发动机启动时，在空挡情况下，所有同步器中位，两离合器均分离；在挡时，换挡执行机构拨叉使得同步器T1左位，同步器T2右位，离合器L1结合，此时在行星轮系中，太阳轮输入，齿圈固定，行星架输出；判断升至二挡时，拨叉使得同步器T3右位，完成预挂挡，离合器L1逐渐分离，而离合器L2逐渐结合，直至换挡成功。判断升至三挡时，拨叉使得同步器T2左位，完成预挂挡，离合器L2逐渐分离，而离合器L1逐渐结合，直至换挡成功，此时行星轮系为直接挡输出。判断升至四挡时，拨叉使得同步器T3左位，完成预挂挡，离合器L1逐渐分离，而离合器L2逐渐结合，直至换挡成功。而在倒挡时，同步器T1右位，同步器T3左位，离合器L2结合，离合器L1分离。

2 控制系统设计

2.1 液压控制系统组成和控制原理分析

DCT液压控制系统主要由三部分组成：离合器压力控制部分、同步器压力控制部分和冷却控制部分。DCT液压系统采用的是与发动机固联的定量泵，泵的排量与发动机的转速成正比。通过泵排出的油液首先通过主油路压力调节阀调节主油路油压，在主油压的基础上安全阀对系统压力进行二次调节。调节后的油液通往换挡阀控制拨叉的运动以实现不同挡位之间的切换．该油液同时通往离合器压力控制阀提供动力传递所需的压力。图3为液压系统各个液压元件连接示意图。

2.2 液压系统模型

2.2.1 主油路调压