基于组态软件的酸碱罐液位检测软件设计(编辑修改稿)

基于组态软件的酸碱罐液位检测软件设计(编辑修改稿)内容摘要：

差压式、浮子钢带式、电容式、阻抗式、电位差式、机械式等多种方法。 生产过程中各类塔釜罐液位的检测目前仍是以压力和差压变送器为主。 这除了其自身性价比还有一定的优势外，还有设计和应用的习惯问题。 其次是磁浮子式、浮筒式、电容式液位计也有相当的应用量。 随着技术发展，磁致伸缩式、超声波式和射频导纳式液位计的用量将会迅速增加，压力（差压）式液位计比例会有所下降。 依据介质和现场条件的不同，各种液位 计各展优势，将形成一个多元化的局面。 罐区储罐由于其容积很大，要求液位计精度很高，过去大多用浮子钢带式液位计，伺服式和静压式也有一定应用量。 然而无论是浮子钢带式、伺服式还是静压式液位计，都不是测量罐区储罐液位的最佳方式。 浮子钢带式液位计安装复杂，可靠性也低；静压式液位计受介质密度和温度影响很大，为消除这些影响，一套完善的静压测量系统其价格也很高；伺服式液位计精度较高，但由于其有机械传动机构，不可避免带来磨损问题，同时价格也偏高。 上个世纪九十年代以来，雷达液位计进入市场，由于其精度较高，可靠性也高，使用方便，因 此在罐区中用量迅速增加，成为近十年罐区液位首选仪表。 近几年磁致伸缩式液位计异军突起，由于其高精度、高稳定、高可靠及长寿命而更适于罐区储罐液位测量，应用量也必将迅速增加，逐渐会和雷达式液位计平分秋色。 光纤液位计可以做到现场无电检测，安全性好，这是其突出的优势，缺点是仍然有很多机械传动部件，故障率就会增加，安装也复杂些。 超声波物位计精度略低些，但其安装简单价格适中，因此，也会在罐区中有一席之地。 对于常压罐多采用单法兰液位变送器；对于带压罐常采用双法兰液位变送器来进行测量。 这是最简单实用而且经济的方法，但此种方 法需要计算液位迁移量，比较麻烦。 对于球罐或大型储罐则不太适用，尤其不适用一些高温介质及搅拌介质、高黏度介质、有毒或腐蚀性介质的液位测量。 对于一些测量范围比较大同时精度要求又较高的储罐测量，磁致伸缩液位计有非常大的优势。 此种液位计可采用通讯方式、模拟、数字方式实现信号远传，可内置温度传感器同时测量介质温度，也可同时完成液位、界面的测量。 对于非接触式液位测量可选用超声波或雷达液位计。 超声波液位计应用要考虑到探头超声波的衰减及物料表面的反射特性，从而计算出探头的最大测量范围。 总之，罐区液位选项遵循的原则是在罐体上 的仪表开孔应尽量少。 液位测量的应用现状及解决方法 液位传感器国外发展概况 液位的测量是生产过程中一个常见的环节，测量方法多种多样，主要有钢带浮子式、伺服型浮子式、浮球 浮筒式、静压式、电容式、超声波式、雷达式、光纤式、磁致伸缩式等等。 钢带浮子式是二十世纪 30 年代，国外率先研制和使用的，至今早已淘汰，在国内有些场合还在使用。 其原理是利用浮子受浮力的作用浮于液体的表面上来测量液位的。 这类传感器的主要缺点是机械摩擦影响计量精度，精度一般在177。 3 到 6mm。 随着 3 对计量精度要求的不断提高，出现了伺 服式液位传感器。 由于使用了伺服马达，消除了因机械摩擦而引起的误差，提高了灵敏度和重复性，其液位测量精度约在 lmm 左右。 浮球 浮筒式也是利用浮力原理设计而成的，测量精度也较低，约在177。 2 到 5mm。 从上个世纪 70 年代起，美、日、德开始广泛使用静压式液位传感器。 主要由压力传感器及多点温度传感器组成。 利用压力传感器测量容器内液体的静压力，根据容器的几何参数，由计算机或其它相应的二次仪表计算出容积或液位。 但它对密度、体积和液位的测量不准确。 更无法在形状不规则容器、油水混合物以及密度分层的液体中使用。 目前，技术较为成熟 的 压力传感器 主要有三种 :压阻式 (扩散硅 )、电容式和谐振式。 电容式液位传感器是二十世纪末发展起来的一种新型传感器，利用空气和液体作电容两极板间的电介质，用电子学方法测量电容值，从而探知液位高度。 其优点是结构简单、价格便宜，可进行连续测量。 缺点是要求液体具有相同的、稳定的介电常数，需要温度补偿。 长期稳定性差，测量参数单一且测量精度较低。 雷达式液位传感器，超声波液位传感器，光纤液位传感器等都是 20 世纪末出现的。 其特点是，测量手段不是采用浮子之类 的固态物，而是声光、射线等的能量。 传感器不和被测介质接触，不受被测 介质影响，也不影响被测介质，故而适应范围广泛。 可用于接触式测量仪表不能满足的特殊场合，例如高粘度、腐蚀性强、污染性强、易结晶之类的介质。 不过，这些液位传感器成本昂贵以及适用范围的局限，都在一定程度上限制了其发展及应用。 超声波液位计使用广泛，但其波速随温度、介质的化学成分的变化而变化。 光纤液位计在尘雾环境下使用不太稳定，易造成传感镜片的污染。 雷达液位计对这些限制不敏感，系统只需使用传感元件，对电子设备加以适当标定，就可对液位进行测量，得到良好的精确度。 高精度雷达液位计的精度可达 %，但成本非常高 液位传感器国内发展概况 在我国， 80 年代主要是使用钢带浮子液位传感器。 80 年代初，大连第五仪表厂研制成功浮子钢带式液位计。 具有精度较高，维护量小，现场指示清楚，价格便宜等特点得到了广泛应用。 80 年代末至 90 年代初，航天总公司三院智控工程公司研制成功 UBG一 l 型光导电子液位计，该仪表利用力平衡和光导原理进行液位自动测量，计量精度较高，其全量程的系统误差为177。 2mm，与其它钢带式液位计一样，由湿度变化导致钢带长度和储罐高度的变化，仍将对液位测量带来一定的附加误差，需要进行数据处理和误差补偿。 目前，我国 很 多 地方也采用静压式来测量液位，如油罐、水库等液位测量系统中。 磁致伸缩液位传感器是利用磁致伸缩效应以及磁致伸缩逆效应原理设计而成的。 磁致伸缩液位传感器 (本文中有时简称为磁致伸缩传感器 )的技术早于 20世纪 70年代被开发和应用，美国 MTS 公司拥有磁致伸缩传感器原来的设计专利权。 而国内在 20 世纪 90 年代也开始自行研究和试制，目前市场上己经有少量的国内产品 液位测量的解决方法 基于组态王控制的磁翻板液位计可以很好地完成测量任务。 该种液位仪具有精度高、环境适应性强、安装方便等特点。 因此，广泛应用于石油、化工等 液位测量领域，并逐渐取代了其它传统的传感器，成为液位测量中的精品，其优点表现在： 可靠性 强：由于磁致伸缩液位计采用波导原理，无机械可动部分，故无摩擦，无磨损。 整个 变换器 封闭在不锈钢管内，和测量介质非接触，传感器工作可靠，寿命长。 4 精度高：由于磁致伸缩液位计用波导脉冲工作，工作中通过测量起始脉冲和终止脉冲的时间来确定被测位移量，因此测量精度高，分辨率优于 %FS，这是用其它传感器难以达到的精度。 安全性好：磁致伸缩液位计的防爆性能高，本安防爆，使用安全，特别适合对化工原料和易燃液体的测量。 测量时 无需开启罐盖，避免人工测量所存在的不安全性。 磁致伸缩液位计易于安装和维护简单：磁致伸缩液位仪一般通过罐顶已有管口进行安装，特别适用于地下储罐和已投运储罐的安装，并可在安装过程中不影响正常生产。 便于系统自动化工作：磁致伸缩液位计的二次仪表采用标准输出信号，便于微机对信号进行处理，容易实现联网工作，提高整个测量系统的自动化程度。 利用 磁致伸缩液位计 作为测量工具，它的 传感器工作时，传感器的电路部分将在波导丝上激励出脉冲电流，该电流沿波导丝传播时会在波导丝的周围产生脉冲电流磁场。 在磁致伸缩液位计的传感器测 杆外配有一浮子，此浮子可以沿测杆随液位的变化而上下移动。 在浮子内部有一组永久磁环。 当脉冲电流磁场与浮子产生的磁环磁场相遇时，浮子周围的磁场发生改变从而使得由磁致伸缩材料做成的波导丝在浮子所在的位置产生一个扭转波脉冲，这个脉冲以固定的速度沿波导丝传回并由检出机构检出。 通过测量脉冲电流与扭转波的时间差可以精确地确定浮子所在的位置，即液面的位置。 磁致伸缩液位计的技术优势：磁致伸缩液位计适合于高精度要求的清洁液位的液位测量，精度达到 1mm，最新 产品 精度已经可以达到。 磁致伸缩液位计还可应用于两种不同液体之 间的界位测量量。 防爆型设计，适合危险场合，智能电子线路设计可计算出容积量；唯一可动部件为浮子，维护量极低。 系统的监控软件采用了北京亚控公司的 组态王软件，利用它来设计液位控制系统主要步骤有：设备配置，构造数据库变量，图形界面的设计，建立动态连接，运行调试等。 组态王是运行于 Microsoft Windows 98/2020/NT 中文平台的中文界面的人机界面软件，采用了多线程、 COM 组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行可靠。 Touch View 是“组态王 ”软件的实时运行环境，它从 设备中采集数据，并存于实时数据库中，还负责把数据的变化以动画的形式形象地表示出来，同时可以完成变量报警、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需求记录在历史数据库中。 趋势曲线、工程记录、安全防范等重要功能都有简洁的操作方法。 本设计目的和主要内容 本课题设计思路 为了确保酸碱液位数据的可靠性，利用液位检测装置，在罐体一侧设计一个连通器，并在连通器中放置一个磁性浮球。 连通器一侧安装磁翻板，利用磁翻板记录罐内液面的高度，当 液面 到达后磁翻板为红色，反之为蓝色，如此便可用肉眼观测到罐内液面高度。 但 是此种方法只能人为观测，没有达到自动化远程传输。 为此，在磁翻板一侧利用磁致伸缩传感器将翻板信号转化为电流脉冲信号，通过信号线传入控制机房，得到各种数据。 硬件电路设计 本设计中，酸碱液位监测系统硬件图如图 11 所示。 储存罐接有一连通器，连通器外侧附有一磁翻板液位计，利用磁翻板液位计进行液位的测量，之后将测量信号传入计数器，再通过总线进入单片机及控制室。 5 图 1 1酸碱罐液位监测系统硬件设计电路图 磁翻板液位计属于浮力式液位计，浮子是磁性的，浮子随 液位的变化而上升或下降，见图 12。 安装 在浮子旁的翻板是薄导磁金属片 (有的是圆柱的 )制成的。 两面涂有不同的颜色。 磁性浮子升降时带动翻板绕轴翻转，浮子以上的翻板是一种颜色 (如蓝色 )，浮子以下的翻板为另一种颜色 (如红色 )，通过观察外面的颜色可知道液位的高低 图 1 2磁翻板液位计原理图 6 软件设计 设备的配置 本实验使用的是本机电脑模拟故采用系统自带的 PLC 模拟系统：亚控仿真 PLC 芯片。 端口： 本地 计算机 COM2 口。 构造数据库变量 在动态链接之前首 先要定义程序中用到的变量，在组态王的数据词典中定义 I/O 变量、内存变量和中间变量，数据是用来描述工控对象的属性，组态王定义的各种变量组成数据库。 在本试验设计中，我们定义了如下的变量实现数据的处理：液面目标设定值 SV 为内存整数，电机开关控制，酸碱罐液面为内存整数。 用来相互控制和计算酸碱罐液面及判断水量溢出等问题。 另外还有动画控制、溢出控制等几个内存整数变量用来控制相应的动画效果。 设计图形界面 图形界面用来模拟现场的具体工作情况，而本系统设计的界面用来仿真液位运行的画面。 在本设计中，针对液位 控制系统制作了液位控制主画面、历史曲线画面、实验指导画面、实时曲线画面、实验数据浏览画面等，在每个相应的界面上进行了相应的控件、效果和动画素材的设计制作。 使整个系统操作人性化，内容丰富化。 建立 动画 连接 动画连接指在画面的图形对象与库的变量之间建立的一种关系，当变量的值改变时，在画面上以图形对象的动画效果表示出来；或者由软件使用者通过图形对象改变数据变量的值，以实现图形界面与对象间的双向控制。 运行和调试 调试过程 主要 是检查系统是否可以实现酸碱罐液位仿真图形界面与按钮间的双向控制。 按压相应的控制按钮 ，系统执行相应的动作，并运给出明显的数据显示和动画表示等。 总体设计 在酸碱罐罐底开口，接入磁翻板液位计，液位计连接信号测量系统。 当液面发生变化，磁性浮球对磁翻板产生影响，磁致伸缩液位计探测到信号变化，传入 485 信号总线，然后接入 单片机 ，连接到监测控制计算机即可得到数据，并利用组态王进行数据的记录，包括现在数据，历史数据和数据曲线等。 7 2 组态王简介 组态王的定义 组态王开发 监控系统 软件 ，是新型的工业 自动控制系统 ，它以标准的 工业计算机 软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 组 态王 是亚控科技根据当前的 自动化 技术的发展趋势，面向低端自动化市场及应用，以实现企业一体化为目标开发的一套产品。 该产品以搭建战略性工业应用服务平台为目标，集成了对亚控科技自主研发的工业实时数据库（ KingHistorian）的支持，可以为企业提供一个对整个生产流程进行数据汇总、分析及管理的有效平台，使企业能够及时有效地获取信息，及时地做出反应，以获得最优化 的结果。 组态王保持了其早期版本功能强大、运行稳定且使用方便的特点，并根据国内众多用户的反馈及意见，对一些功能进行了完善和扩充。 组态王 提供了丰富的、简捷易用的配置界面，提供了大量的图形元素和图库精灵，同时也为用户创建图库精灵提供了简单易用的接口；该款产品的历史 曲线 、报表及 Web 发布功能进行了大幅提升与改进， 软件 的功能性和可用性有了很大的提高。 组态王在保留了原报表所有功能的基础上新增了报表向导功能，能够以组态王的历史库或 KingHistorian 为数据源，快速建立所需的班报表、日报表、周报表、月报表、季报表和年报表。 此外，还可以实现值的行列统计功能。 组态王在 Web 发布方面取得新的突破，全新。