一种基于无线通信的单容水箱运行控制系统及方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于工业过程控制领域，具体设及一种基于无线通信的单容水箱运行控制 系统及方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，在人们生活W及工业生产等诸多领域经常设及到液位和流量的控制问 题，有关液位控制的形式及方法也越来越多，技术性能也越发先进，自动化程度也有较大地 提高。但就W各类型水罐、水池的液位控制来说，许多项目没有达到自动化的程度，有的在 设计上虽然设置有较为精密仪表和其它电气设备，但是没有达到充分的开发和合理的配 置，自动化程序较低，有许多电气及仪表装置，在系统中只起到了液位显示及报警功能，其 液位控制全凭生产运行人员根据系统工艺流程，人为地手动或电动操作水罐或水池的进出 口阀口来实现液位控制，使其液位保持在正常的生产状态范围内。由于受各工艺流程生的 影响，液位的变化和稳定性也受到较大影响，为此生产运行人员在工作中要时时监测液位 的变化，而不得有半点疏忽，运样就较大地增加了生产运行人员的劳动强度。特别是在动 态的状态下，采用合适的方法对液位进行检测、控制，能收到很好的效果。
[0003] 工业过程运行控制由运行层设定值控制和回路控制层过程控制两层结构组成。传 统的运行控制方法采用人工设定回路控制层设定值的方法进行开环控制，但是人工控制不 能及时准确的随工况调整设定值，难W将水箱液位控制在目标值范围内，甚至造成水箱系 统故障。现有的水箱液位运行控制中，回路控制层过程控制输入与输出信息传输采用设备 网，运行层设定控制的信息传输采用工业W太网。然而，由于水箱系统设备通常处于运动状 态或者工作在恶劣的环境下，难W采用有线网络传输水箱相关参数，因此不能实现水箱液 位闭环控制。物联网等新兴技术的发展，使运行指标可W通过工业无线网络反馈至控制系 统，从而对无法或不易部署有线网络的水箱控制过程实现运行反馈控制。然而无线网传输 存在丢包与噪声问题，会导致系统控制性能下降，甚至不稳定。设备网、W太网和无线传感 器网络共存的水箱运行闭环控制对现有的反馈控制方法提出了挑战。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于无线通信的单容水箱运行控制系 统及方法。
[0005] 本发明的技术方案如下：
[0006] -种基于无线通信的单容水箱运行控制系统，包括单容水箱系统、运行反馈控制 计算机和DCS监控计算机；
[0007] 所述单容水箱系统包括压力传感器、液位传感器、流量传感器、溫度传感器、水累、 蓄水池、处理器；
[0008] 水累安装在蓄水池底部，蓄水池通过管路连至单容水箱，蓄水池与单容水箱之间 的管路上安装有流量传感器，流量传感器至单容水箱之间的管路上安装有比例阀Π，单容 水箱还安装有溫度传感器、液位传感器、压力传感器，流量传感器、液位传感器的输出端分 别与处理器的输入端连接，处理器的输出端与运行反馈控制计算机的输入端建立无线连 接，处理器的输出端与DCS监控计算机采用W太网进行通信，运行反馈控制计算机的输出 端分别连接水累、比例阀口；
[0009] 所述DCS监控计算机：W曲线的形式显示单容水箱压力检测值、流量检测值、溫度 检测值、单容水箱液位检测值及运行指标实际值并保存，实现对单容水箱运行状态的远程 实时监控。
[0010] 所述运行反馈控制计算机，设置有：
[0011] 运行层设定值反馈控制器：给定初始的单容水箱运行指标设定值，在运行层每一 采样时刻将单容水箱运行指标设定值与单容水箱运行指标实际值之差作为当前控制周期 运行层设定值反馈控制器的输入，计算出当前时刻满足运行指标的液位设定值的动态补偿 量，将该动态补偿量与上一采样周期的单容水箱液位设定值相加作为当前控制周期单容水 箱的液位设定值输出，输出的单容水箱液位设定值送入回路控制层过程控制器；所述运行 指标为描述单容水箱液位控制效率指标，由单容水箱系统控制过程的输入输出关系得到；
[0012] 回路控制层过程控制器：采用PI过程控制器调节单容水箱的水累电压PWM占空比 从而改变单容水箱入水流量，输出无静差的液位设定值，使得单容水箱液位检测值跟踪单 容水箱液位设定值，利用单容水箱内液位检测值与单容水箱液位设定值之差进行单容水箱 液位反馈控制。
[0013] 采用所述的基于无线通信的单容水箱运行控制系统的单容水箱运行控制方法，包 括W下步骤：
[0014] 步骤1 :实时获取单容水箱压力检测值、流量检测值、溫度检测值及单容水箱内液 位检测值，并传输至处理器；
[0015] 步骤2 :处理器通过W太网将单容水箱压力检测值、流量检测值、溫度检测值、单 容水箱液位检测值及运行指标实际值发送至DCS监控计算机；
[0016] 步骤3:DCS监控计算机W曲线的形式显示单容水箱压力检测值、流量检测值、溫 度检测值及单容水箱液位检测值并保存，实现对单容水箱运行状态的远程实时监控；
[0017] 步骤4 :处理器将单容水箱运行指标实际值无线传输至运行反馈控制计算机；
[0018] 步骤5 :进行运行层设定值反馈控制：根据单容水箱运行指标设定值与单容水箱 运行指标实际值之差，计算出当前时刻满足运行指标的液位设定值的动态补偿量，将该动 态补偿量与上一采样周期的单容水箱液位设定值相加作为当前控制周期单容水箱的液位 设定值输出，输出的单容水箱液位设定值送入回路控制层进行回路控制层过程控制；
[001引步骤6进行回路控制层过程控制；
[0020] 步骤6. 1 :根据得到的单容水箱液位设定值，采用PI过程控制器调节单容水箱的 水累电压PWM占空比从而改变单容水箱入水流量，使得单容水箱液位检测值跟踪单容水箱 液位设定值；
[0021] 步骤6. 2 :利用单容水箱内液位检测值与单容水箱液位设定值之差进行单容水箱 液位反馈控制；
[0022] 步骤6. 3 :将单容水箱运行指标实际值无线传输到运行层进行运行层设定值反馈 控制，执行步骤5。
[0023] 所述步骤6. 3所述将单容水箱运行指标实际值无线传输到运行层时，对原单容水 箱运行指标实际值的无线网噪声和丢包处理后作为当前时刻单容水箱运行指标实际值，无 线传输到运行层进行运行层设定值反馈控制。
[0024] 所述单容水箱液位设定值是经零阶保持器处理后的连续信号。
[00幼有益效果：
[0026] 本发明提供一种基于无线通信的单容水箱运行控制系统及方法，系统包括单容水 箱系统、运行反馈控制计算机和DCS监控计算机；所述单容水箱系统包括压力传感器、液位 传感器、流量传感器、溫度传感器、水累、蓄水池、处理器；处理器的输出端与运行反馈控制 计算机的输入端建立无线连接，处理器的输出端与DCS监控计算机采用W太网进行通信， 运行反馈控制计算机的输出端分别连接水累、比例阀口；本发明在每个运行层采样周期动 态调整液位设定值，使单容水箱运行指标的实际值能够跟踪目标值，保证系统的随机稳定 性，能够在无线传输过程中存在丢包与噪声的情况下使单容水箱运行指标实际值能够跟踪 其目标值，控制器对水箱外部干扰具有一定的抑制作用。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明【具体实施方式】无线网络环境下单容水箱运行控制的过程；
[0028] 图2是本发明【具体实施方式】无线网络环境下单容水箱运行控制结构；
[0029] 图3是本发明【具体实施方式】基于无线通信的单容水箱运行控制系统结构框图；
[0030] 图4是本发明【具体实施方式】单容水箱运行控制策略；
[0031] 图5是本发明【具体实施方式】单容水箱运行控制方法流程图。
[0032] 图6是本发明【具体实施方式】单容水箱液位控制过程原理图；
[0033] 图7是本发明【具体实施方式】单容水箱过程PI控制器的结构；
[0034] 图8是本发明【具体实施方式】无线网络环境下水箱液位控制跟踪曲线；
[0035] 图9是本发明【具体实施方式】无线网络环境下运行指标跟踪曲