童湘

摘 要：本系統(tǒng)是以PLC為控制主體的自動(dòng)控制系統(tǒng)， 通過(guò)檢測(cè)液灌中液體的高低實(shí)時(shí)對(duì)液灌的液位進(jìn)行控制，本文采用西門(mén)子S7-200 PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)液位的監(jiān)測(cè)與控制。

關(guān)鍵詞：PLC；料液；控制；監(jiān)測(cè)

0 引言

隨著人類社會(huì)的發(fā)展，工業(yè)自動(dòng)化也有深入的發(fā)展。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)了以PLC為控制核心的微型計(jì)算機(jī)。PLC可編程控制器以其軟件簡(jiǎn)單易學(xué)、使用簡(jiǎn)便、抗干擾能力強(qiáng)，是目前許多企業(yè)普遍采用的一種先進(jìn)控制器。本文在此提出一種采用可編程控制器（西門(mén)子S7-200 PLC）對(duì)液位進(jìn)行監(jiān)控的一種方法，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可利用原有設(shè)施改造，監(jiān)控系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)，適用于多段液位監(jiān)控場(chǎng)合。

1 系統(tǒng)的概述

根據(jù)生產(chǎn)的需要將液位設(shè)定多個(gè)階段，并分階段顯示報(bào)警，當(dāng)按下啟動(dòng)按扭后液位檢測(cè)傳感器進(jìn)行液位檢測(cè)，當(dāng)液位達(dá)到最低限時(shí)自動(dòng)啟動(dòng)料泵自動(dòng)加液，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定階段時(shí)報(bào)警器響并且報(bào)警閃爍，并自動(dòng)停止加液。操作人員可通過(guò)確認(rèn)按鈕解除報(bào)警，閃爍燈光轉(zhuǎn)平光；系統(tǒng)具有手動(dòng)/自動(dòng)兩種控制方式。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 PLC選型

PLC的選擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價(jià)格比，選擇可靠性高，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC。西門(mén)子系列PLC適用于各種場(chǎng)合中的檢測(cè)、監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化控制，強(qiáng)大功能使其無(wú)論在獨(dú)立運(yùn)行中或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此西門(mén)子系列PLC具有極高的性能/價(jià)格比。其可靠性，極豐富的指令集，便捷的操作，豐富的內(nèi)置集成功能，實(shí)時(shí)特性，強(qiáng)勁的通訊能力和豐富的擴(kuò)展模塊方面均有出色的表現(xiàn)，本文運(yùn)用西門(mén)子S7-200 PLC實(shí)現(xiàn)對(duì)多段液位的控制。

3 傳感器

3.1 結(jié)構(gòu)及工作原理

干簧管傳感器用一對(duì)用磁性材料制造的彈性舌簧組成，舌簧密封于充有惰性氣體的玻璃管中，舌簧端面互疊但留有一條細(xì)間隙。舌簧端面觸點(diǎn)鍍有一層貴金屬，如銠、銥或釕，使開(kāi)關(guān)具有穩(wěn)定的特性和極長(zhǎng)的使用壽命。由永久磁鐵或線圈所產(chǎn)生的磁場(chǎng)施加于開(kāi)關(guān)上時(shí)，使干簧管兩個(gè)舌簧磁化，使一個(gè)舌簧在觸點(diǎn)位置上生成N極，另一個(gè)舌簧的觸點(diǎn)位置上生成S極。若生成的磁場(chǎng)吸引力克服了舌簧的彈性產(chǎn)生的阻力，舌簧被吸引力作用接觸導(dǎo)通，即電路閉合。一旦磁場(chǎng)力消除，舌簧因彈力作用又重新分開(kāi)，即電路斷開(kāi)。參見(jiàn)圖一原理圖

3.2 特點(diǎn)

①結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕，能夠安裝在極度有限的空間，極適用微型設(shè)備。

②氣密式密封：簧片被密封于惰性氣體玻璃管中，永遠(yuǎn)不會(huì)與外界環(huán)境接觸。

③工作壽命長(zhǎng)：沒(méi)有采用滑動(dòng)元件，不會(huì)出現(xiàn)因金屬降級(jí)的金屬疲勞現(xiàn)象，確保實(shí)際上無(wú)極限的機(jī)械使用壽命。

④高速度操作：每一可動(dòng)元件均具有非常小的重量，因此操作速度很高。

圖一 干簧管傳感器原理圖

4 系統(tǒng)硬件配置

為實(shí)現(xiàn)液位的手動(dòng)/自動(dòng)控制，本人實(shí)驗(yàn)機(jī)型是采用“西門(mén)子”公司制造的S7-200型編程器，主要參數(shù)如下：需要輸入點(diǎn)10個(gè)，輸出點(diǎn)7個(gè)，選用西門(mén)子S7-200 17點(diǎn)I/O單元的PLC，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負(fù)載能力強(qiáng)，自備電源24V。液位檢測(cè)采用干簧管傳感器檢測(cè)，液位設(shè)定采用雙位旋鈕，系統(tǒng)具有手動(dòng)啟泵、停泵和確認(rèn)按鈕；輸出選用電子音響報(bào)警器和24V直流指示燈、繼電器。參見(jiàn)圖二系統(tǒng)外部接線圖。

4.1 系統(tǒng)外部接線圖

圖二 外部接線圖

4.2 系統(tǒng)主電路圖

圖三 主電路

5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

5.1 系統(tǒng)控制過(guò)程

①本系統(tǒng)為液位的自動(dòng)/手動(dòng)雙控制系統(tǒng)。液位共分三段顯示和控制，當(dāng)液位在最低液位時(shí)自動(dòng)啟泵實(shí)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時(shí)自動(dòng)停泵。

②系統(tǒng)采用置位和復(fù)位指令實(shí)現(xiàn)手動(dòng)/自動(dòng)兩種功能的選擇，即當(dāng)按下按鈕I0.1時(shí)執(zhí)行手動(dòng)程序同時(shí)手動(dòng)指示燈點(diǎn)亮，當(dāng)按下自動(dòng)按鈕I0.0時(shí)執(zhí)行自動(dòng)程序同時(shí)自動(dòng)指示燈點(diǎn)亮。系統(tǒng)自動(dòng)完成自動(dòng)啟泵-檢測(cè)-報(bào)警-停泵過(guò)程。當(dāng)按鈕I0.1閉合時(shí)，手動(dòng)指示燈亮并且實(shí)現(xiàn)料泵啟動(dòng)，系統(tǒng)執(zhí)行手動(dòng)操作過(guò)程，當(dāng)按下停止按鈕I1.1即可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)停泵。

③ 液位由的三個(gè)階段由I0.5-I0.7三個(gè)控制按鈕控制，分別階段一低料位、階段二中料位、階段三高料位，系統(tǒng)具有從低到高的優(yōu)先權(quán)，即當(dāng)多個(gè)料位控制按鈕同時(shí)閉合時(shí)，系統(tǒng)優(yōu)先執(zhí)第一階段。

④本系統(tǒng)采用干簧管檢測(cè)傳感器檢測(cè)液位，用干簧管檢測(cè)傳感器檢測(cè)液位時(shí)，當(dāng)液位到達(dá)檢測(cè)點(diǎn)時(shí)其觸點(diǎn)閉合，相應(yīng)液位指示燈點(diǎn)亮；當(dāng)液位離開(kāi)檢測(cè)點(diǎn)時(shí)其觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)打開(kāi)。為了使系統(tǒng)檢測(cè)不受液位波動(dòng)的影響，指示燈不立即熄滅，每段指示燈均采用內(nèi)部復(fù)位和置位指令控制，只有當(dāng)液位上升或下降到相鄰階段時(shí)，此液位指示燈才熄滅同時(shí)下段液位指示燈點(diǎn)亮。

⑤當(dāng)料液到達(dá)設(shè)定點(diǎn)時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)停泵，料位指示燈閃爍，指示燈光采用兩定時(shí)器控制，以1S為周期閃爍，同時(shí)報(bào)警器報(bào)警，報(bào)警器連續(xù)報(bào)警一分鐘后自停，或在報(bào)警過(guò)程中按下確認(rèn)I1.0按鈕系統(tǒng)停止報(bào)警，指示燈由閃爍變?yōu)槠焦狻?/p>

⑥首次開(kāi)車時(shí)，可以根據(jù)生產(chǎn)的需要自由選擇自動(dòng)或手動(dòng)，在生產(chǎn)中也可以隨時(shí)切換控制方式，也可以先進(jìn)入手動(dòng)方式，按最低液位試驗(yàn)按鈕啟動(dòng)料泵，一切運(yùn)行正常后，再進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行方式。

5.3 系統(tǒng)控制流程圖和梯形圖（略）

6 結(jié)束語(yǔ)

實(shí)踐證明，PLC能在工況較惡劣的環(huán)境中使用，而不必過(guò)多考慮電壓波動(dòng)、電磁干擾，環(huán)境溫度和濕度的影響，用PLC控制傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)可以減少電氣故障發(fā)生率，縮短設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)備工作可靠性。

本文采用西門(mén)子S7-200可編程控制器設(shè)計(jì)控制液位的，系統(tǒng)可自動(dòng)完成啟泵、報(bào)警、停泵等控制任務(wù)。選用西門(mén)子的S7-200 PLC作為核心控制器件，其運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性都達(dá)到了很好的效果。運(yùn)行結(jié)果表明，該系統(tǒng)能夠滿足設(shè)計(jì)要求，具有操作方便，監(jiān)控及時(shí)等突出優(yōu)點(diǎn)，并大大地減輕了操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度、縮短了操作時(shí)間，為企業(yè)節(jié)約了資金。

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