在能源、化工、冶金和生物等工業(yè)領域,液位的高精度實時控制被廣泛應用于鍋爐、儲液罐、熔池、回水池等設備中。多輸入-多輸出液位控制系統(tǒng)具有非線性、強耦合、柔性化等特點,可通過泵和閥模擬工業(yè)生產(chǎn)中的液位控制。液位控制器采樣精度越高、執(zhí)行器控制越精確,則液位控制精度越好。實驗室原有多輸入-多輸出液位控制器采用了單通道選擇式液位信號采集方式,可進行分時16位ADC采樣,使用了計時式閥門控制策略,可進行包括單液位、雙液位、三液位控制在內的多個實驗。但是,控制器存在PCB布線不合理、液位采集精度較低、采樣頻率較慢、無法精確調節(jié)閥門開度等問題,導致控制精度達不到要求。因此,從硬件和軟件兩方面對其進行了優(yōu)化設計,研究內容主要包括以下幾個方面:（1）硬件上以ADuCM360芯片作為控制核心,對采集、控制電路分別進行了模塊化整合。對液位、流量信號采集電路進行了降壓濾波設計,通過搭建共射極放大電路,實現(xiàn)了水泵控制信號的穩(wěn)定輸出,借助I2C總線和鎖存器完成了閥門控制電路的設計,對電源管理模塊進行了磁珠隔離、電容濾波、接地處理,PCB由雙面板改進為四層板,增大了布線區(qū)域。通過優(yōu)化設計,控制器實現(xiàn)了24位ADC采樣... 

【文章來源】：杭州電子科技大學浙江省

【文章頁數(shù)】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

原有多輸入-多輸出液位控制系統(tǒng)實物圖

杭州電子科技大學碩士學位論文8柱型水箱底部安裝有壓力傳感器，用于測算水箱液位，其中2號水箱還裝有溫度傳感器PT100、加熱器、液位開關，液位開關起到加熱保護作用，當液位未達到安全高度時，加熱器將一直處于斷開狀態(tài)，循環(huán)泵通過軟管連接至2號水箱，用于加熱時充分攪動水箱中的水，使溫度盡可能均勻分布。上層和中層可直接拆卸，便于傳感器的安裝和實驗平臺的檢修。圖2.2優(yōu)化后多輸入-多輸出液位控制系統(tǒng)實物圖與原有液位控制系統(tǒng)相比，優(yōu)化后的液位控制系統(tǒng)結構更加簡潔，安全性能更高，檢修更加便捷，具體特性如表2.1所示。表2.1液位控制系統(tǒng)物理結構對比表序號對比項優(yōu)化前優(yōu)化后1物理平臺結構2層3層2管路布置方式軟管連接內嵌式管路3閥門與傳感器布局分散放置集中放置4安全性偶發(fā)漏水現(xiàn)象無漏水現(xiàn)象5檢修方式上層整體翻轉打開外殼蓋板多輸入-多輸出液位控制系統(tǒng)結構如圖2.3所示。該系統(tǒng)分為兩組進水結構，一組為水泵1和與之相連的電磁閥1、電磁閥3、電磁閥5，另一組為水泵2與電磁閥2、電磁閥4、電磁閥6。兩組進水結構可獨立進水，互不影響，在實驗過程中可將其中一組作為水箱進水控制，另一組作為擾動控制。在主進水管道安裝有壓力傳感器，當水泵開啟但進水電磁閥均未開啟時，進水管道中的壓力會急劇升高，超過壓力傳感器設定值后系統(tǒng)自動開啟泄壓閥，將管道中的水引流回水槽中，防止管道和閥門受損。2號水箱中的循環(huán)泵除去用于加熱時確保水溫

杭州電子科技大學碩士學位論文10圖2.4原有控制器實物圖控制器硬件系統(tǒng)經(jīng)優(yōu)化設計后，仍然將數(shù)據(jù)采集功能與執(zhí)行器控制功能集成到了一塊電路板中，與原有電路板大小基本一致。采用了負片的設計方式將PCB改進為厚度為1.6mm的四層電路板，電路板劃分為模擬電路區(qū)域和數(shù)字電路區(qū)域，地層與電源層進行了對應分割[42]。主控芯片采用了ADuCM360芯片，該芯片的內核為ARMCortex-M3[43]，通過芯片內集成的兩個24位高精度ADC[44]，采集3路液位信號、2路壓力信號、1路溫度信號。溫度信號的采集使用高精度溫度傳感器PT100，采用四線制接線方式在ADC端口差分輸入，可有效消除導線電阻的影響，得到較精準的溫度信號。2路流量信號的采集借助芯片內的計數(shù)器，通過計算單位時間內獲取到的電壓脈沖數(shù)完成。另外，可將計算得到的標定系數(shù)存儲至Flash/EE數(shù)據(jù)存儲器進行液位校準。芯片內50μA診斷電流源用于檢測ADC的外部電路是否有斷路或短路情況。其實物圖如圖2.5所示。圖2.5優(yōu)化后控制器實物圖

【參考文獻】：
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碩士論文
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本文編號：3624484