1、壓力控制系統的原理分析
壓力控制系統基本原理：控制系統給定量SV由人工智能PID調節器設定，被控量為主管路瞬時壓力，反饋量由擴散硅壓力變送器PT檢測并送入數據采集卡USB6221 進行監控然后傳遞給PID調節器，并與給定量進行比較，PID調節器按PID控制算法計算出實時控制量以控制變頻器，實時調節水泵的出水量，從而調節管路中的瞬時壓力，以達到壓力控制的目的。
2、壓力控制系統硬件電路的設計與連接
被控對象由擴散硅壓力變送器、YR-GAD905-020-12-HLNN-P-T人工智能PID調節器、西門子變頻器、NI USB6221數據采集卡、水箱、管路等有機地組成，數據通過數據采集卡與LabView軟件相連，對控制過程進行實時監測。
2.1擴散硅壓力變送器
選用YR-801AG4E1NM4擴散硅壓力變送器測量主管路的壓力。YR-801AG4E1NM4屬于擴散硅壓阻式壓力變送器，是一種經濟型壓力變送器。具有經濟適用、精度0.25%、反應靈敏等優點，廣泛應用于石油、化工、冶金、電力等領域。
2.2DAQ 模塊的選型
采用NI USB-6221型數據采集卡采集主管路中的瞬時壓力，反饋給智能儀表。NI USB-6221是一款USB高性能多功能DAQ模塊，經優化在高采樣率下也能保持高精度。DAQ模塊即插即用的安裝最大程度地降低了配置和設置時間，同時它能直接與螺絲端子相連，從而削減了成本并簡化了信號的連接。
2.3YR-GAD人工智能PID調節器
YR-GAD905-020-12-HLNN-P-T人工智能PID調節器采用先進的人工智能PID控制算法，控制精度高，無超調，具有模糊自整定功能。儀表輸出采用模塊化硬件結構設計，可通過更換不同的功能模塊實現多種控制方式。
2.4變頻器介紹
變頻器選用的是SINAMICS V20，其由微處理器控制，具有很高的運行可靠性和功能多樣性。無需調試軟件，通過簡單參數設定即可實現預定功能。本設計變頻器具體參數設置如表1所示。
表1 變頻器參數設置
符號 設定值 說明
P0756[0] 0 ADC1(模擬量輸入1)，單極性電壓輸入(0-10V)
P0700[0] 2 端子
P0701[0] 1 ON/OFF
P0702[0] 9 故障確認
P1000[0] 2 模擬量設定值
2.5硬件系統接線
PID調節器控制的壓力控制系統硬件主接線圖下圖所示。其硬件接線原理分析：系統反饋量由壓力變送器PT檢測并送入數據采集卡USB6221進行監控，然后傳遞給PID調節器作為PV，PV與儀表給定量SV進行比較，調節器按PID控制算法計算出實時控制量out，來控制變頻器，以達到控制主管路壓力的目的。
3、控制系統軟件程序設計與實現
軟件程序設計是本設計一個重要環節，本設計利用LabView 軟件進行整個監控程序的設計系統總體程序流程圖如下圖所示。
3.1主程序監測畫面模塊
采用圖形化編程語言LabVIEW進行開發與設計。該語言具有直觀、易學易用、編程系統通用、模塊化等特點，本項目主程序設計如圖7所示，主要包括電機控制環節、水箱上下限浮子開關模塊、蜂鳴器模塊、儀表報警模塊等。因本設計直接采用智能PID調節器進行PID調節，所以本程序未設計PID模塊。
3.2壓力曲線監測模塊
當系統運行時在監控界面中可以選擇控制對象，本設計采取設定值與實時監測值在界面中同時顯示，并得到控制曲線。下圖為系統監控界面。
系統監控框圖程序
系統監控界面前面板
4、智能PID控制模塊
采用YR-GAD905-020-12-HLNN-P-T人工智能PID調節器進行PID調整。根據本項目設計思路，采用4-20mA信號反饋控制輸出的模式。PID調節器相關主要參數設置如表2所示：
表2 PID調節器相關功能參數設置
YR-GAD905-020-12-HLNN-P-T人工智能PID調節器相關重要參數設置
符號 設定值 說明
AL1 100 第一報警值
P 37.8(實驗值) 比例
I 4(實驗值) 積分
D 1(實驗值) 微分
Pn 27 輸入信號類型4-20mA
Mode 1 反作用
ouE 1 電流、電壓變送輸出
ouL 0 變送輸出下限值
ouH 100 變送輸出上限值
PL 0 PV測量量程下限值
PH 100 PV測量量程上限值
ctrl 0 單路輸入PID控制
5、系統裝調與數據分析
系統裝調包括兩個部分，分別是硬件調試和軟件調試。首先要進行硬件的調試工作，檢測變頻器、壓力變送器、電磁閥等是否工作正常等，確認傳輸的信號是否能夠正確地輸入DAQ模塊的輸入端口；其次進行軟件調試，對Labview程序進行調試，確認其是否運行正常，水泵能夠在變頻器控制器下實現轉速調節等功能。
整個系統通過由DAQ模塊來采集主管路瞬時壓力，傳輸到PID調節器，通過PID調節器設置PID參數，對系統進行實時調節，并將控制輸出送給變頻器，來控制水泵的轉速進而控制水的流量來調節主管路的實時壓力。系統運行效果圖如下圖所示。
系統運行界面與數據采集
通過反復實驗驗證，本設計結構簡單，運行穩定，誤差在可控的范圍之內。本設計取設定值為30kPa，誤差約為±2，符合一般工程規范要求，達到預期目的。
作者：陜西工業職業技術學院 張維、王聰慧
