液位过程控制系统如图5-1所示，对象装置主要由两个水箱级联构成，前一个水箱的输出流量作为后一个水箱的输入流量，每个水箱的输入流量能够被检测并实现过程控制，相应部分安装有流量传感器和调节阀，最后一级水箱的输出流量不需检测。要进行液位控制，水箱内的液位作为输出要能检测到，即要进行液位控制的水箱安装液位检测仪。除上述检测仪器和执行机构以外，还具备有：抽水泵，将液体送入各级水箱；限位器，确保水箱内液位不溢出；各种检测变量的显示仪；以及对应的电气部分设计。

图5-1　液位控制系统实验平台

该双水箱结构简图如图5-2所示，该系统主要有工控机、上下水箱、储水槽、配电箱、PCL-812PG采集卡，PCLD-780端子板、超声波液位传感器、温度传感器、流量计、调节阀等主要部分组成。我们采用研华公司生产的研华工控机，由于本文主要针对水箱的液位进行仿真与控制，因此在这里重点对液位控制相关部分进行讨论，对各个部分（主要包括：PCL-812PG采集卡、PCLD-780信号调理板、超声波液位传感器等）进行调试。

图5-2　双水箱结构图

工控机与系统之间的接口板卡为Advantech公司生产的PCL-812PG数据采集卡，如图5-3所示。其中该采集卡主要包括16位单端模拟输入通道和两个12位单集成多极性D/A输出通道等，将采集卡插入工控机卡槽前要对其进行跳线设置和基地址的选择等步骤，如DMA通道、用户计数器输入时钟、D/A和A/D参考源以及A/D最大输入电压等。本次控制对于输入功能我们跳线选择对应位置为电压0～5V，输出功能我们选择为0～10V选项。采集卡正确设置之后，我们需要对采集卡进行调试，将该卡装入工控机指定位置，并根据提示装载驱动程序，然后对各个模块进行调试，检验各部分是否能够正常工作，打开“Advantech Device Manager”，加载PCL-812PG采集卡，如果加载失败，则需要重新检查板卡是否正确安装，加载成功，则可以点击界面上测试按钮，分别对模拟输入、模拟输出、数字输入和数字输出等功能进行调试，如果一切正常，则可以进行下一步开发程序，调试设备等操作。

图5-3　PCL-812PG采集卡

PCL-812PG采集卡与双水箱系统之间通过信号调理板PCLD-780进行通信。如图5-4所示。由于系统中执行机构调节阀输入为4～20mA电流信号，因此，我们将采集卡输出的电压信号通过PCLD-780与信号转换模块24V的FWP-20智能电压/电流变送器进行连接，该转换器可以将0～10V电压转换成4～20mA电流信号，如图5-5所示，然后作用于调节阀。对于数据采集卡输入模块，液位传感器与采集卡之间通信时输出为4～20mA电流信号而采集卡只能接受电压信号，故我们在信号调理板PCLD-780上相应端口接入250Ω电阻，对应于上述中采集卡设置的0～5V电压。

图5-4　PCLD-780信号调理板

图5-5　FWP-20智能转换器

超声波液位传感器有两路输出，分别为0～10V电压和4～20mA电流输出。电压输出接入变送器进行液位转换，电流输出我们通过PCLD-780调理板与采集卡通信。这里我们需要注意的是对液位传感器的标定，标定过程如果出现偏差，则在液位显示过程中会出现较大误差，不能精确显示液位高度，在该项操作中我们需要对水箱进行多次的进放水操作，具体方法为：

（1）将电源关闭。(www.daowen.com)

（2）然后将设定插头拔掉。

（3）再次打开电源通电（重启）。

（4）将水注入水箱达到目标位置。

（5）把插头插入分别对应的位置然后再拔出，这样设定位置A1和A2就完成了，在拔出插头的同时，设定数据将被保存。

（6）该次调试过程可以通过LED指示灯指示，当绿灯亮时，表示目标物被检测到，如果红灯闪烁，则没有被检测到，此时我们需要检测插头或者移动插头的高度直到绿灯亮为止。

（7）最后将设定插头插入T位置，传感器标定结束，传感器开始正常工作。

液位过程控制原理图如图5-6所示。水箱液位高度通过超声波液位传感器和变送器读取数据，数据采集卡A/D将传感器传送值经过处理反馈给输入端，与液位给定值比较计算偏差值，通过控制器计算将控制信号经过采集卡D/A采集计算然后转变成系统能够接受的模拟信号，输出到执行机构，即调整调节阀阀门的刻度，控制对象（水箱）在阀门的控制下达到设定的液位值。该液位控制过程的结构框图如图5-7所示。

图5-6　液位控制过程原理图

图5-7　液位控制结构图