单容水箱液位定值ＰＩＤ数字控制系统 ，、沈燕燕严伟灿王杰 蓥盘 触酬蚋鞠ｌ茧瓣 鼬 （绍兴欧力一卧龙振动机械有限公司，浙江上虞３１２３００） 摘要：单容水箱液位定值ＰＩＤ数字控制系统主要采用数字ＰＩＤ控制单容水箱的液位高度。首先用压力变送器 实时采集单容水箱的液位高度，信号通过Ａ／Ｄ转换器实现信号离散化后通过ＴＨＢＸＤ数据采集卡输入到计算 机中。数字ＰＩＤ在计算机中用ＶＢＳｃｒｉｐｔ编程，所采集的信号通过数字ＰＩＤ控制，输出的信号通过Ｄ／Ａ转换器 和零阶保持器后输出ＰＷＭ信号，用所产生的ＰＷＭ控制驱动电机的转速进而控制微型水泵来控制水流量的大 小。这样实现对单容水箱液位的定值控制，准确达到所要求的液位高度，并具有良好的稳态性能和动态性能。 关键词：数字ＰＩＤ；单容水箱液位；定值；ＰＩＤ数字控制系统；水箱水位控制；ＰＩＤ控制算法 中图分类号：ＴＰ２７３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）０６—０１２０—０３ 传统的水箱液位控制多采用包含手动控制方式的 单回路控制，同时采用传统的指针式机械仪表来显示 液位的当前值，如浮子式、磁电式、接近开关式、电 容式、声波式等。而２１世纪发展中的ＰＩＤ控制是～项 机中用ＶＢＳｃｒｉｐｔ编程，所采集的信号通过数字ＰＩＤ控 制，输出的信号通过Ｄ／Ａ转换器和保持器后输出ＰＷＭ信 号，用所产生的ＰＷＭ控制驱动电机的转速进而控制微 型水泵来控制水流量的大小。这样实现对单容水箱液 位的定值控制。 先进的控制技术，即当被控对象的结构和参数不能完 全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其 它技术难以采用时，这时应用ＰＩＤ控制技术最为方便， 在单容水箱液位控制上具有良好的稳态性和动态性。 一二、ＰＩＤ数字控制系统水箱水位运算及ＰＩＤ 控制算法流程和程序 （一）水箱水位运算 已知单容水箱的流入量为ｑ ，改变阀１的开度可 以改变ｑ 的大小；单容水箱的流出量为ｑ ，它取决 于用户的需要，改变阀２的开度可以改变流量ｑ 的大 、ＰＩＤ数字控制系统对水箱水位的控制 （一）控制流程图 “ ．｛ 蛐 ｝ ｝ 小；液位ｈ的变化反映了由于ｑ 与ｑ 不相等而引起的 液位在单容水箱内的积累。设ｈ为被控量，ｑｌ为输入 量，ｑ。为扰动量，构成单输入有扰动的系统。 单容水箱液位控制结构图见图３： 图１流程图 图２系统原理图 （二）数字控制系统原理图 图２为单容水箱单回路控制闭环系统。被控对象 为单容水箱。 圈 囤 圈 ； ０１ 控制器采用了工业过程控制中所采用的最广泛 的控制器——ＰＩＤ控制器。通过计算机模拟ＰＩＤ控制 ＩＩ－ 】Ｒ ０： 规律直接变换得到的数字ＰＩＤ控制器，它是按偏差的 比例（Ｐ）、积分（Ｉ）、微分（Ｄ）组合而成的控制 规律。 图３ 设单容水箱的截面积为Ａ，水箱底面直径为 Ｄ＝１５ｃｍ，高度为ｈ，最高高度为１８ｃｍ。水体积为Ａｈ， 根据物料平衡关系有： ｑｌ—ｑ ２ （１） 用压力变送器实时采集单容水箱的液位高度， 信号通过Ａ／Ｄ转换器和保持器实现信号离散化后通过 ＴＨＢＸＤ数据采集卡输入到计算机中。数字ＰＸＤ在计算 １２０ ｏ中阁高｛Ｉｌ｝竣书佘业２０１２ ０２ 这是累计流量的关系式。 系统研究更关心的是在某平衡状态下的增量式， 设各个参数分别为ｑ 。、ｑ。。、ｈ。，则增量为： △ｇｌ ｑｌ—ｑｌ。 Ａｑ２ ｑ２一ｑｚｏ （２） Ａｈ：ｈ一红 则式（２）为： Ａｑｌ－Ａｑ２－ ㈩ 在静态时： △ｇ１＝△ ｄＡｈ——：Ｏ （４） 在动态时，求出流出量ｑ。与液位ｈ的关系。， 由流体力学知： ｇ２＝ （５） 式中， 、ｖ。和Ａ。分别是出口流体的密度、速度 和横截面积。 根据伯努利方程有： ／ ０２２ ＋ ２ （６Ｌ）一） 式中，Ｐ 、Ｐ２为流体在阀２前后的压力；ｖ 、ｖ 为 阀２前后的流速； 、 为阀２前后的密度。 由于单容水箱的截面积比出水管的截面积大得 多，出水口无定量泵，而且流体无压缩，故认为ｖ ≈ ０，Ｐ２≈０， ＝ ：Ｐ代入（６）得： ㈩… ＝ ＝ ＝ 代入（３）得： ｑ：＝ √２ ＝ （８） 式中，Ｋ 为系数。可见，液位与流量呈非线性关 系。对曲线进行线性化处理，可近似认为△鼋：与△ 成 正比。 （二）ＰＩＤ控制算法流程和程序 水箱液位定值控制系统一般有由电流传感器构成 大电流反馈环。为了方便测量与观察反馈信号，通常 把电流反馈信号转化为电压信号：反馈端输出端串接 一个２５０ Ｑ的高精度电阻。 电压与液位的关系为： Ｈ＝（Ｖ－ｉ）×１２．５ （单位：ｃｍ） 采用ＶＢＳｃｒｉｐｔ编程，用此编程可以方便的进行 数字ＰＩＤ控制的一种程序，它的主要功能是能轻松地 在电脑上设定各种参数值如给定液位值ＳＶ、比例参数 Ｐ、积分参数Ｔｉ、微分参数Ｔｄ等。 具体编程如下： ｄｉｍ ｐｖ，ＳＶ，ｅｉ，ｅｘ，ｅｙ，Ｋ，Ｔｉ，Ｔｄ，ｑＯ， ｑｌ，ｑ２，ｏｐ，ｈ 变量定义 ｓｕｂ Ｉｎｉｔｉａｌｉｚｅ（ａｒｇ） 初始化函数 ＷｒｉｔｅＤａｔａ ０，ｌ ｅｎｄ ｓｕｂ ｓｕｂ ＴａｋｅＯｎｅＳｔｅｐ（ａｒｇ） 算法运行函数 ｐｖ＝ＲｅａｄＤａｔａ（１） 当前测量值 ｈ：（ｐｖ—１）．１２．５ ＴＴＴＲＡＣＥ ｐｖ＝％ｆ ，ｐｖ ＴＴＲＡＣＥ”液位ｈ＝％ｆ”，ｈ ｓｖ＝ｌＯ 水箱液位的控制高度，单位ｃｍ Ｋ＝８ Ｐ参数 Ｔｉ＝３ Ｉ参数 Ｔｄ＝Ｏ Ｄ参数 Ｔｓ＝Ｏ．２ 采集周期２００ｍｓ ｅｌ＝（ｓｖ／１２．５＋１）一ｐｖ 当前偏差 ｑＯ＝ｋ＊（ｅｉ—ｅｘ） 比例项 ｉｆ Ｔｉ＝Ｏ ｔｈｅｎ ｑｌ＝Ｏ ｅｌｓｅ ｑ１＝Ｋ水Ｔｓ木ｅｉ／Ｔｉ 积分项 ｅｎｄ ｉｆ ｑ２＝ｋ＊ｔｄ＊（ｅｉ一２＊ｅｘ＋ｅｙ）／Ｔｓ 微分项 ｅｙ＝ｅｘ ｅｘ＝ｅｉ ０ｐ：Ｏｐ＋ｑＯ＋ｑ １＋ｑ２ ｉｆ ｏｐ＜＝１．８ ｔｈｅｎ 输出值限幅 ｏｐ＝１．８ ｅｎｄ ｉｆ ｉｆ ｏｐ＞＝３．５ ｔｈｅｎ ｏｐ＝３．５ ｅｎｄ ｉｆ ＴＴＲＡＣＥ ｏｐ＝％ｆ ，０ｐ ＷｒｉｔｅＤａｔａ ｏｐ，ｌ ｅｎｄ ｓｕｂ ｓｕｂ Ｆｉｎａｌｉｚｅ（ａｒｇ） 退出函数 ＷｒｉｔｅＤａｔａ ０，１ ｅｎｄ ｓｕｂ 三、结论 采用数字ＰＩＤ对单容水箱的水位定值控制，水位 误差不大于５％。所使用的传感器是压力传感器，并用 ＡＤ和ＤＡ转换器实现数字和模拟量之间的转化，使用数 字ＰＩＤ调节器的控制器电路，执行机构采用直流电机 ２０１２．０２ ｏ中闻高新蕊术 浊１２１ 浅析信息安全问题 逢婕琳 （广州供电局有限公司黄埔供电局，广东广州５１００００） 摘要：文章通过对计算机信息安全的研究，分析了信息安全的风险，在遵循信息安全策略的基础上，利用计 算机信息安全技术保护信息安全。同时对现今主流的几项安全技术进行了简单介绍，以此引起企业或者用户 对信息安全问题的重视。 关键词：信息安全；防范技术；系统安全 中图分类号：ＴＰ３９３ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００９—２３７４（２０１２）０６—０１２２—０３ 计算机硬件蓬勃发展，计算机中存储的程序和数 务不中断。信息安全是一门涉及计算机科学、网络技 术、通信技术、密码技术、信息安全技术、应用数 据的量越来越大，如何保障存储在计算机中的数据不 被丢失，是任何计算机应用部门要首先考虑的问题。 计算机网络安全措施主要包括保护网络安全、保护应 学、数论、信息论等多种学科的综合性学科。从广义 上来说，凡是涉及到信息的保密性、完整性、可用 用服务安全和保护系统安全三个方面，这三个方面均 涉及物理安全、防火墙、信息安全等领域。 一性、真实性和可控性的相关技术和理论都是信息安全 的研究领域。 总的来说，信息安全是用于避免计算机软硬件以 、信息安全简述 信息安全是指信息网络的硬件、软件及其系统中 及数据不因各种原因而遭到破坏、修改。其中计算机 的硬件可以看作是物理层面，软件可以看做是运行层 面，再就是数据层面；而从属性的角度来说，其中破 坏涉及的是可用性，更改涉及的是完整性，显露涉及 的数据受到保护，不因偶然或者恶意的原因而遭到破 坏、更改、泄露，系统连续可靠正常地运行，信息服 和微型小水泵，构成单容水箱液位ＰＩＤ数字控制控制 系统来控制水箱的液位定值高度。对随机出水的单水 箱供液系统以及随机入水的单水箱排液系统的建模进 行研究是很有意义的。ｏ ［４曾励．机电一体化系统设计【４］Ｍ】．北京：高等教育出版社， ２００４． ［５］刘金琨．先进ＰＩＤ控制及ＭＡＬＡＢ仿真（第２版）［Ｍ］．北京： 电子工业出版社，２００４． ［６Ｊ杨国安．数字控制系统：分析、设计与实现【Ｍ】．西安：西 参考文献 【ｉ】欣斯基（Ｆ．Ｇ．Ｓｈｉｎｓｋｅｙ）．过程控制系统［Ｍ］．北京：清华 大学出版杜，２００４． 安交通大学出版社，２００８． ［７］张文昭，包本刚，潘海军，等．楼宇水塔水位检测与抽水自 动控制系统Ｕ］．湖南科技学院学报，２００９，（８）． ［２］魏巍，陈虎，赵贵，等．水箱液位控制系统建模与其ＰＩＤ控 制器设计Ｕ］．中国科技信息，２００８，（１０）． 【３】朱玉玺，催如春，邝小磊．计算机控制技术【Ｍ］．北京：电 子工业出版社，２００５． （责任编辑：赵秀娟） １２２ Ｄ中ｌ羁高新技术企业２０１ ２ ０２