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基于LabVIEW的储液罐状态监控系统设计

作者：王俊峰 黄昆 吴丽丽 彭瑞 黄心雨 来源：《科技视界》2019年第19期

【摘 要】利用LabVIEW2015虚拟仪器软件开发平台，以计算机、USB-4716数据采集卡、传感器和信号调理电路作为硬件平台，设计了一个储液罐状态监控系统，实现对储液罐中液体的液位、温度、压力的实时监测和液位的PID控制功能。 【关键词】LabVIEW;USB-4716;储液罐;状态监控

中图分类号： TP274 文献标识码： A 文章编号： 2095-2457（2019）19-0187-002 DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.19.091 0 引言

LabVIEW软件是由美国国家仪器（NI）公司研制的虚拟环境开发平台，它突破了传统电子仪器以硬件为主体的模式，其组成可以概括为数据的采集与控制，数据的分析与处理，结果的输出与显示三大功能模块[1]。本设计就是以储液罐为被控对象，以储液罐的液位为控制量，通过PID控制器发出的控制信号对储液罐的液位进行精确的控制，并利用LabVIEW2015平台对液体的压力、液位和温度信息进行显示和存储。 1 系统整体设计方案

本文设计的储液罐状态监控系统主要由硬件系统和软件系统组成。其中硬件系统包括了PT100温度传感器，松下D3B压力传感器和USB-4716数据采集卡（图1所示）以及计算机。 软件系统进行了模块化编程，主要可分为数据采集模块、数据处理模块、数据存储模块、数据显示模块和PID液位控制模块五个模块[2]。系统整体设计方案如图2所示。 2 硬件系统设计及实现

温度传感器和压力传感器将液体的温度、压力等物理信号经过信号调理电路进行放大处理，得到1～5V（4～20mA）的标准信号，将其输入到USB-4716数据采集卡的模拟输入通道中进行A/D转换，再由USB总线传送到计算机中进行运算。将实际液位与预设液位的偏差值e（t）通过增量式PID控制算法产生控制信号输出，再经过USB-4716数据采集卡进行D/A转换成模拟信号对控制器电磁阀开度进行控制，以达到对液位的精确控制。

本设计所采用的PT100传感器信号调理电路图及D3B传感器接线图如图3和图4所示。

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3 软件系统程序设计及实现

当虚拟仪器的硬件平台建立起来之后，设计、开发、研究虚拟仪器的主要任務就是编制应用程序。

系统软件程序主要由仿真系统和实际系统组成，每个系统又可分为前面板设计和程序框图设计两大部分[3]。 3.1 仿真系统

仿真系统的前面板设计如图5所示，其中预设液位为25cm。根据PID增量式算法对实际液位进行控制。不断的调整PID参数使其达到最优控制效果，以整定实际系统中PID控制参数。由图5中曲线可看出，此时控制效果较为理想，实际液位在刚达到预设液位有一定波动后基本保持不变，控制精度约为0.5%，符合控制要求[4]。 其程序框图如图6所示。 3.2 实际系统

实际系统的前面板和程序设计如图7和图8所示。 4 调试结果

如图9所示，测得液体温度为26.5℃，预设液位为12.1cm，实际液位为12cm，未报警，液体压力显示为1.18Kpa。继续向容器中注水，如图10所示，当实际液位超过预设液位达到13.8cm，此时，报警指示灯亮，液体压力显示为1.35Kpa。 5 结束语

本文利用LabVIEW2015软件平台，结合传感器、信号调理电路、USB-4716数据采集卡、计算机等硬件系统实现了对储液罐中液体的温度、液位、压力的监测和PID液位控制功能。利用仿真系统进行建模即可对PID控制参数进行整定，降低了开发的复杂性和缩短了开发周期，并具有良好的人机交互式界面，在日常生活及工业控制中具有很强的工程实践性。 【参考文献】

[1]张重雄，张思维.虚拟仪器技术分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2012. [2]张军，黄昆，鲁玉梅，等.基于LabVIEW和声卡的数据采集分析系统设计[J].科技视界，2018，235（13）：172-173.

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[3]黄昆，谭钧剑，郝小江.基于USB4716的虚拟信号处理仪设计[J].计算机与网络，2015，41（11）：73-75.

[4]房泽平，常玉华，娄坤.基于LabVIEW的远程可视化液位过程控制系统[J].计算机测量与控制，2013，21（8）.