一种水箱液位控制方法、系统、装置及存储介质与流程

1.本发明涉及工业控制技术领域，尤其涉及一种水箱液位控制方法、系统、装置及存储介质。


背景技术：

2.工业中很多控制问题都可以归结到水箱液位控制系统问题，其中包括温度、液位、压力等常见的控制变量，可以等价代替实际工业控制中的变量。在自动化控制领域，研究水箱液位控制系统问题具有很好的科研和应用价值。
3.目前采用的多为浮动式水箱液位控制系统，这一类浮动式水箱液位控制系统主要的问题还在于液位检测方式，其液位监测采用浮动开关，主要是通过浮球的上下升降来检测液面的变化，其为机械式检测，检测精度容易受浮力影响，重复精度差，不同液体需要重新校准。另外，浮动式水箱液位控制系统在给水出水的精细化程度和响应效率有待提高。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种水箱液位控制方法、系统、装置及存储介质，能够提高浮力检测精度、调控精度和响应效率。
5.一方面，本发明实施例提供了一种水箱液位控制方法，包括以下步骤：
6.获取压力传感器测试的压强值，根据所述压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与所述当前液位的差值；
7.若所述差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式运行；若干个所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；
8.若所述差值小于所述第一预设值且所述差值大于或等于第二预设值，控制所述第一步进电机以非全速模式运行，控制所述第二电机以全速模式运行；
9.若所述差值小于所述第二预设值且所述差值大于或等于第三预设值，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。
10.可选地，所述方法还包括：
11.若所述预设液位小于所述当前液位，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机关闭，控制所述蠕动泵以预设速率注水，直至所述差值小于所述第二预设值且所述差值大于或等于第三预设值。
12.可选地，通过以下方法确定压强值：
13.获取压力传感器的通道读数，根据所述通道读数、通道数值范围和电信号测量范围确定电信号；
14.根据所述电信号、电信号测量范围和压强测量范围确定压强值。
15.可选地，所述方法还包括：
16.若所述差值在预设范围内，将对应的关键性数据存储在数据库中；所述关键性数据包括所述预设范围、若干个所述步进电机的运行模式及蠕动泵的转速。
17.另一方面，本发明实施例提供了一种水箱液位控制系统，包括：
18.第一模块，用于获取压力传感器测试的压强值，根据所述压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与所述当前液位的差值；
19.第二模块，用于若所述差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式运行；若干个所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；
20.第三模块，用于若所述差值小于所述第一预设值且所述差值大于或等于第二预设值，控制所述第一步进电机以非全速模式运行，控制所述第二电机以全速模式运行；
21.第四模块，用于若所述差值小于所述第二预设值且所述差值大于或等于第三预设值，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。
22.另一方面，本发明实施例提供了种水箱液位控制装置，包括：
23.至少一个处理器；
24.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
25.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
26.另一方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的方法。
27.另一方面，本发明实施例提供了一种水箱液位控制系统，包括电源、压力传感器、控制器和执行设备；其中，所述执行设备包括蠕动泵、若干个步进电机及其驱动器；
28.所述压力传感器，用于测量水箱内液位的压强信号，并将所述压强发送给所述控制器；
29.所述控制器，用于执行上述的方法；
30.所述执行设备，用于根据所述控制器的控制信号调节水箱液位；
31.所述电源，用于为所述控制系统提供电能。
32.可选地，所述系统还包括报警模块；所述报警模块用于根据所述控制器确定的当前液位确定是否发送报警信息。
33.可选地，所述蠕动泵与所述控制器通过rs485或rs232接口连接，所述蠕动泵与所述控制器通过串口协议通信。
34.实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例首先，根据压力传感器测量水箱液位的压强值，再根据压强值确定水箱的当前液位，对不同液体可快速准确地确定当前液位，无需重新校准，能够提高浮力检测精度，然后，计算预设液位与当前液位的差值，根据预设液位与当前液位的差值的大小控制若干个步进电机的运行模式以及蠕动泵的转速，根据预设液位与当前液位的差值确定多个执行设备不同的液位调节方式，从而提高液位的调控精度和响应效率。
附图说明
35.图1是本发明实施例提供的一种水箱液位控制方法的步骤流程示意图；
36.图2是本发明实施例提供的另一种水箱液位控制方法的步骤流程示意图；
37.图3是本发明实施例提供的一种水箱液位控制系统的结构框图；
38.图4是本发明实施例提供的一种水箱液位控制装置的结构框图；
39.图5是本发明实施例提供的一种水箱液位控制系统的另一种结构框图。
具体实施方式
40.下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
41.如图1所示，本发明实施例提供了一种水箱液位控制方法，包括以下步骤。
42.s100、获取压力传感器测试的压强值，根据压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与当前液位的差值。
43.具体地，压强与液位之间满足以下关系式：
44.p＝ρhg
45.其中，p表示压强，ρ表示水箱中液体的密度，h表示液位高度，g表示重力密度。因此，当水箱中液体的密度已知的情况下，可以根据压强确定水箱的当前液位。
46.需要说明的是，预设液位根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。预设液位与当前液位的差值存在多种情况，例如，预设液位与当前液位的差值大于零，或预设液位与当前液位的差值小于零等。
47.s110、若差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式运行；若干个步进电机包括第一步进电机和第二步进电机。
48.需要说明的是，步进电机的数量根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。多个步进电机的型号不同，具有不同的控制步距和输出扭矩。例如，第一步进电机为57步进电机，第二步进电机为42步进电机，42步进电机的控制步距达到1.5度，57步进电机的控制步距达到1.8度，且42步进电机和57步进电机具备不同的输出扭矩。
49.第一预设值根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。在一个具体的实施例中，当预设液位-当前液位≥5cm时，57步进电机和42步进电机以全速模式(pwm占空比100％)开始运行。
50.s120、若差值小于第一预设值且差值大于或等于第二预设值，控制第一步进电机以非全速模式运行，控制第二电机以全速模式运行。
51.第二预设值根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。非全速模式包括但不限于半速模式。在一个具体的实施例中，当1cm≤预设液位-当前液位＜5cm,57步进电机以半速模式(pwm占空比50％)运行，42步进电机以全速模式(pwm占空比100％)运行，此运行模式为小流量运行模式。
52.s130、若差值小于第二预设值且差值大于或等于第三预设值，控制第一步进电机和第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。
53.第三预设值根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。预设算法包括但不限于pid(proportional integral derivative，比例、积分和微分)控制算法。在一个具体的实施例中，当0cm≤预设液位-当前液位＜1cm时，57步进电机和42步进电机关闭，蠕动泵介入，通过pid控制算法调节蠕动泵转速，使液位高度不断接近预设值，达到液位控制效果。
54.需要说明的是，蠕动泵流量控制精确度能够达到0.01ml/s。
55.可选地，方法还包括：
56.s140、若预设液位小于当前液位，控制第一步进电机和第二步进电机关闭，控制蠕动泵以预设速率注水，直至差值小于第二预设值且差值大于或等于第三预设值。
57.需要说明的是，预设速率根据实际应用确定，本实施例不做具体限制。在一个具体的实施例中，当预设液位＜当前液位时，57步进电机、42步进电机关闭，调节阀开合度打开50％，蠕动泵以50ml/min转速开始注水，直到0cm≤当前液位-预设液位≤1cm时，开启pid调节，达到液位控制效果。
58.需要说明的是，57步进电机负责大流量粗控制，42步进电机负责小流量粗控制，蠕动泵负责小流量精细控制。
59.可选地，通过以下方法确定压强值：
60.s010、获取压力传感器的通道读数，根据通道读数、通道数值范围和电信号测量范围确定电信号；
61.s020、根据电信号、电信号测量范围和压强测量范围确定压强值。
62.具体地，首先确定通道读数与通道数值范围的第一占比，并根据第一占比及电信号测量范围确定电信号；然后确定电信号与电信号测量范围的第二占比，并根据第二占比及压强测量范围确定压强值。
63.在一个具体的实施例中，当前ai通道读数：x；ai通道数值范围：10000-50000，对应电压值：1v-5v；传感器输出信号范围：4-20ma，对应可测量范围：0-10kpa；电阻阻值：250ω；
64.当前传感器输出信号计算公式：
65.当前压强计算公式：
66.当前液位计算公式：h＝p/ρg,其中，ρ＝1
×
103kg/m3,g＝9.8n/kg。
67.可选地，方法还包括：
68.s150、若差值在预设范围内，将对应的关键性数据存储在数据库中；关键性数据包括预设范围、若干个步进电机的运行模式及蠕动泵的转速。
69.具体地，在工业树莓派内搭建mysql数据库，用于存储过程数据，确保实验数据完整性。
70.参阅图2，在一个具体的实施例中，开始后，传感器测量传感器数据并将传感器数据发送控制器，控制器根据当前液位判断启动执行设备中的任意一个或多个，若当前液位达到预设值，将相关数据进行存储，并持续监测。
71.实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例首先，根据压力传感器测量水箱液位的压强值，再根据压强值确定水箱的当前液位，对不同液体可快速准确地确定当前液位，无需重新校准，能够提高浮力检测精度，然后，计算预设液位与当前液位的差值，根据预设液位与当前液位的差值的大小控制若干个步进电机的运行模式以及蠕动泵的转速，根据预设液位与当前液位的差值确定多个执行设备不同的液位调节方式，从而提高液位的调控精度和响应效率。
72.参阅图3，本发明实施例提供了一种水箱液位控制系统，包括：
73.第一模块，用于获取压力传感器测试的压强值，根据压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与当前液位的差值；
74.第二模块，用于若差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式
运行；若干个步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；
75.第三模块，用于若差值小于第一预设值且差值大于或等于第二预设值，控制第一步进电机以非全速模式运行，控制第二电机以全速模式运行；
76.第四模块，用于若差值小于第二预设值且差值大于或等于第三预设值，控制第一步进电机和第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。
77.可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
78.参阅图4，本发明实施例提供了种水箱液位控制装置，包括：
79.至少一个处理器；
80.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
81.当至少一个程序被至少一个处理器执行，使得至少一个处理器实现上述的方法。
82.可见，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
83.此外，本技术实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，计算机程序产品或计算机程序存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序，使得该计算机设备执行上述的方法。同样地，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
84.参阅图5，本发明实施例提供了一种水箱液位控制系统，包括电源、压力传感器、控制器和执行设备；其中，执行设备包括蠕动泵、若干个步进电机及其驱动器；
85.压力传感器，用于测量水箱内液位的压强信号，并将压强发送给控制器；
86.控制器，用于执行上述的方法；
87.执行设备，用于根据控制器的控制信号调节水箱液位；
88.电源，用于为控制系统提供电能。
89.需要说明的是，水箱液位控制系统还可以包括温度传感器，温度传感器用于监测液体状态。
90.具体地，电源，用于将220v电源电压转换为24v电压。本实施案例中，电源采用户外防雨电源，最大支持24v电压、17a电流输出，具备短路保护、过压保护、过载保护、过流保护等保护功能。支持ipx3防雨，具备防潮、防雨、防尘、防氧化等功能，可以应对不同环境需求。电源通过电源线连接到控制器的电源输入端口，为控制器及其它组件供电。
91.控制器，采用工业树莓派作为主控制器，主要用于采集传感器数据并根据传感器数据进行分析处理，控制水泵进行流量控制。为满足传感器和执行设备连接需求，工业树莓派通过独有的pibridge接口扩展aio模块和mio模块。
92.传感器部分，采用meacon的压力传感器和温度传感器，传感器模块通过导线接入到控制器部分的mio模块，主要功能是采集容器中水的压力和温度，将数据反馈到工业树莓派进行数据处理。
93.执行设备部分，包含步进电机及其驱动器和蠕动泵，步进电机通过pwm控制，步进电机的方向信号和驱动信号连接到电机驱动器的输出端，电机驱动器的输入端通过信号线连接到工业树莓派的dio模块。蠕动泵与工业树莓派通过rs485接口连接，通过modbus rtu通讯，从而达到流量控制的效果。
94.在一个具体的实施例中，压力传感器采用液压微差压传感器，其量程范围为0～10kpa,防护等级为ip65，检测的响应时间≤10ms，在测量精度上可以满足系统需求；温度传感器采用pt100温度传感器，其测温范围为-50～200℃，防护等级为ip68，完全防水，测量精度为
±
(0.15+0.002|t|)℃，能够满足系统需求；57步进电机和42步进电机是为了满足对大流量需求调节进行粗控制和细控制的需求，方便快速响应调节容器液体。蠕动泵是为了满足小流量精细化调节控制的需求，它最小转速可以达到0.1rpm，最小流量可达到0.001ml/min。除此之外，其支持通过更换泵头的方式切换控制模式，可以满足不同应用场景中不同的需求。
95.可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
96.可选地，所述系统还包括报警模块；所述报警模块用于根据所述控制器确定的当前液位确定是否发送报警信息。
97.需要说明的是，若当前液位超过预设液位的一定范围，则发送报警信息。另外，报警信息可以分为不同的级别，例如，邮件通知、报警信号灯、电话通知等。
98.可选地，所述蠕动泵与所述控制器通过rs485或rs232接口连接，所述蠕动泵与所述控制器通过串口协议通信。
99.执行设备的信号线通过导线分别接入到dio模块和控制器rs485或rs232接口上，执行设备泵头部分通过导管连接到容器内，实现流量控制。
100.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。

技术特征：
1.一种水箱液位控制方法，其特征在于，包括：获取压力传感器测试的压强值，根据所述压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与所述当前液位的差值；若所述差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式运行；若干个所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；若所述差值小于所述第一预设值且所述差值大于或等于第二预设值，控制所述第一步进电机以非全速模式运行，控制所述第二电机以全速模式运行；若所述差值小于所述第二预设值且所述差值大于或等于第三预设值，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述预设液位小于所述当前液位，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机关闭，控制所述蠕动泵以预设速率注水，直至所述差值小于所述第二预设值且所述差值大于或等于第三预设值。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过以下方法确定压强值：获取压力传感器的通道读数，根据所述通道读数、通道数值范围和电信号测量范围确定电信号；根据所述电信号、电信号测量范围和压强测量范围确定压强值。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：若所述差值在预设范围内，将对应的关键性数据存储在数据库中；所述关键性数据包括所述预设范围、若干个所述步进电机的运行模式及蠕动泵的转速。5.一种水箱液位控制系统，其特征在于，包括：第一模块，用于获取压力传感器测试的压强值，根据所述压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与所述当前液位的差值；第二模块，用于若所述差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式运行；若干个所述步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；第三模块，用于若所述差值小于所述第一预设值且所述差值大于或等于第二预设值，控制所述第一步进电机以非全速模式运行，控制所述第二电机以全速模式运行；第四模块，用于若所述差值小于所述第二预设值且所述差值大于或等于第三预设值，控制所述第一步进电机和所述第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。6.一种水箱液位控制装置，其特征在于，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-3任一项所述的方法。7.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-3任一项所述的方法。8.一种水箱液位控制系统，其特征在于，包括电源、压力传感器、控制器和执行设备；其中，所述执行设备包括蠕动泵、若干个步进电机及其驱动器；所述压力传感器，用于测量水箱内液位的压强信号，并将所述压强发送给所述控制器；
所述控制器，用于执行权利要求1-3任一项所述的方法；所述执行设备，用于根据所述控制器的控制信号调节水箱液位；所述电源，用于为所述控制系统提供电能。9.根据权利要求8所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述系统还包括报警模块；所述报警模块用于根据所述控制器确定的当前液位确定是否发送报警信息。10.根据权利要求8所述的水箱液位控制系统，其特征在于，所述蠕动泵与所述控制器通过rs485或rs232接口连接，所述蠕动泵与所述控制器通过串口协议通信。

技术总结
本发明公开了一种水箱液位控制方法、系统、装置及存储介质，包括：获取压力传感器测试的压强值，根据压强值确定水箱的当前液位，计算预设液位与当前液位的差值；若差值大于或等于第一预设值，控制若干个步进电机以全速模式运行；若干个步进电机包括第一步进电机和第二步进电机；若差值小于第一预设值且差值大于或等于第二预设值，控制第一步进电机以非全速模式运行，控制第二电机以全速模式运行；若差值小于第二预设值且差值大于或等于第三预设值，控制第一步进电机和第二步进电机关闭，以预设算法调节蠕动泵的转速。本发明实施例能够提高浮力检测精度、调控精度和响应效率，可广泛应用于工业控制技术领域。用于工业控制技术领域。用于工业控制技术领域。


技术研发人员：蔡泽校 蒋易佐 李晨斯 鲁鑫钰
受保护的技术使用者：广州虹科电子科技有限公司
技术研发日：2023.07.14
技术公布日：2023/10/15