Симулятор наполнения/опорожнения ёмкости.

Помните школьную задачку, в одну трубу втекает, из другой вытекает...

Возникла аналогичная. Требуется сваять симулятор данного процесса для отладки программ ПЛК на столе, дабы облегчить и ускорить этот процесс при выезде на удалённые объекты.

Имеем датчик уровня ёмкости с выходом 4-20 мА, клапан с электроприводом, управляемый дискретными сигналами открыть/закрыть. Релейные выходы ПИД-регулятора ПЛК вырабатывают импульсы управления клапаном, длительность и частота которых зависит от величины рассогласования между уставкой уровня  и фактическим уровнем. Расход воды из ёмкости переменный. Его тоже необходимо изменять в симуляторе. Хочется при настройке  программ добиться максимального быстродействия установления и минимальных отклонений уровня от заданного. Это диктуется техпроцессом. Хотелось бы в симуляторе обойтись без механики.

Очевидно, что эквивалентом ёмкости будет конденсатор. Заряжая и разряжая его, мы имитируем наполнение/опорожнение. Напряжение с конденсатора преобразуем в токовый сигнал. Управление зарядом/разрядом дискретными сигналами. Хотелось бы иметь настройку скорости наполнения/опорожнения для приближения свойств симулятора к реальному объекту. Также желательно обойтись без контроллеров и специализированных чипов, т.е. сделать всё на ОУ, транзисторах и т.п.

Будут какие-нибудь идеи по схемотехнике? Это чисто для разминки ума.

Eugene.A: Также желательно обойтись без контроллеров и специализированных чипов, т.е. сделать всё на ОУ, транзисторах и т.п.

Если ПИД преобразовать в ШИМ то задача решается банально двумя резисторами диодом и конденсатором. 

Первый резистор через диод является входной трубой, второй переменный резистор это выходная труба. Конденсатор это ёмкость. На входную трубу подаём ШИМ который пропорционален установкам ПИДа, ну а переменным резистором создаём вытекание воды из ёмкости...

ШИМ на выходе ПИДа уже есть в ПЛК. Мне требуется создать симулятор объекта регулирования. Для начала требуется преобразовать напряжение на конденсаторе в стандартный сигнал 4-20 мА.

Заряд и разряд конденсатора через резисторы будет экспоненциальным, что не годится, поэтому конденсатор, очевидно, будет в составе интегратора.

Eugene.A: Заряд и разряд конденсатора через резисторы будет экспоненциальным, что не годится,

Заряжать и разряжать через источники тока.

К сожалению, после обновления винды навернулся Протеус. Винда не даёт ему доступа к его папкам. Типа, только для чтения. И изменить права доступа не получается.

Не, так проще:

Eugene.A: Заряд и разряд конденсатора через резисторы будет экспоненциальным,

Если напряжение ШИМа будет в два раза больше максимального напряжения на конденсаторе то на экспоненту можно забить.  Т.е. если ШИМ 5В, а полный объём ёмкости принять за 2,5В то экспоненту можно считать прямой, можно вообще ограничится 1В на конденсаторе... Всё равно итоговая  система будет иметь запас  по отклонениям от идеального случая т.е. можно приравнять экспоненту к прямой без потери точности конечного результата.

По любому съём напряжения с конденсатора будет с помощью ОУ с полевиками, так не проще ли использовать интегратор?

В сущности ключи заряда/разряда в совокупности с интегратором превращаются брюки в схему выборки и хранения...

Если это реальная гидравлическая схема - то употребление клапана "открыт/закрыт" в сочетании с ШИМ-управлением - ой какая нехорошая идея! На выход к ПИД-регулятору так и просится клапан с позиционером.