基于虛擬儀器的液位控制系統的研究與設計

1 引言

　　人們生活以及工業生產經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，溶液過濾，污水處理，化工生產等多種行業的生產加工過程， 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，過少則無法滿足需求。因此，需要設計合適的控制器自動調整蓄液池的進出流量，使得蓄液池內液位保持正常水平，以保證產品的質量和生產效益。這些不同背景的實際問題都可以簡化為某種水箱的液位控制問題。因此液位是工業控制過程中一個重要的參數。特別是在動態的狀態下，采用適合的方法對液位進行檢測、控制，能收到很好的生產效果。

　　傳統的液位控制系統大多采用PLC和組態軟件來實現，也有用單片機控制的系統，是所謂的實時測控系統。但是在實際生產中，絕大多數的工業對象的時間常數通常在秒級到分鐘級的范圍內。因此除了少數小時間常數的對象外，可以由計算機系統來直接安全、有效地完成連續生產中的過程自動控制任務。

　　現代計算機技術和信息技術的迅猛發展，沖擊著國民經濟的各個領域，也引起了測量儀器和測試技術的巨大變革。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比、開放性等優勢迅速地占領了市場。虛擬儀器技術最核心的思想，就是利用計算機的硬/軟件資源，使本來需要硬件實現的技術軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統成本，增強系統的功能與靈活性[1]?；谲浖赩I系統中的重要作用，NI提出了“軟件就是儀器（The software is the instrument）”的口號。本文利用美國NI公司的LabVIEW開發的液位控制系統已經在實驗室條件下對單容液位對象實施了自動控制，取得了較好的調節效果。

2 系統結構

2.1 控制對象

　　該系統為FESTO緊湊型過程控制實驗裝置，如圖1所示。水箱B102為控制對象，水箱B101用于儲水，執行裝置是泵P101。

）

5 結論

　　設計的虛擬儀器系統具有友好的人機界面，經過實際測試系統穩定可靠，控制響應速度快，曲線變化平穩，完全滿足了液位控制要求，充分體現了虛擬儀器的特點。尤其是其擴展性很好，可以隨時添加更加先進的控制算法以及其它如流量、壓力控制功能，而且開發周期很短。本文設計的液位控制系統已經成功的應用于教學和實驗中，取得了良好的調節效果。因此，該系統具有推廣使用價值。