劉云峰

摘要：在自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)中，液位是非常關(guān)鍵的控制參數(shù)，其決定著工業(yè)生產(chǎn)效率。隨著現(xiàn)代工業(yè)控制要求的提高，傳統(tǒng)的自動(dòng)化控制已無法滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)要求，因此，需要將西門子S7—200PLC液位串級控制系統(tǒng)，使控制方式更為科學(xué)、有效。

關(guān)鍵詞：西門子；S7—200PLC；液位串級控制系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095—6487（2018）02—0013—02

0引言

液位串級控制系統(tǒng)屬于多回路控制系統(tǒng)，是為了強(qiáng)化單回路系統(tǒng)控制效果而產(chǎn)生的一種新方案。采取該種控制方式實(shí)現(xiàn)多液位控制，集各優(yōu)勢于一體，文中借助S7-200PLC進(jìn)行液位控制，能夠起到很好的控制效果。

1系統(tǒng)構(gòu)成及工作原理

1.1系統(tǒng)構(gòu)成

該種液位控制系統(tǒng)是由上位機(jī)、PLC和上下水箱等構(gòu)成，而系統(tǒng)硬件部分包含一臺(tái)PLC、一根通信電纜、兩個(gè)液位變送器及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等。其系統(tǒng)控制程序是由主、子程序構(gòu)成，主程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行整體控制與初始化。

1.2系統(tǒng)工作原理

當(dāng)初始容器為空時(shí)，啟動(dòng)PLC控制系統(tǒng)，上下水箱分別為主、副調(diào)節(jié)對象，如果下水箱液位與所給液位存在差異時(shí)，就需要對上水箱進(jìn)水量進(jìn)行調(diào)節(jié)，向下水箱注入所需液體。

2系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 PLC工作流程

依據(jù)液位串級控制原理可知PLC的工作流程如圖1所示。

2.2 PLC的功能特點(diǎn)

2.2.1可靠性與抗干擾能力強(qiáng)

PLC主要運(yùn)用于工業(yè)控制，能夠適應(yīng)電噪聲、機(jī)械振動(dòng)的工作環(huán)境，因而，在對其設(shè)計(jì)時(shí)，需要對各類器件進(jìn)行仔細(xì)篩選，并采用有效的優(yōu)化措施。如在輸入和輸出電路中采取光電隔離手段，讓電浮空便于接電，增強(qiáng)其抗干擾性，且輸入、輸出端口應(yīng)該在傳統(tǒng)模擬濾波的基礎(chǔ)上，增加數(shù)字濾波。使用先進(jìn)的電源電路，防止干擾信號(hào)的串入。使用科學(xué)有效的電路程序，各模塊能夠在線插拔，即使在具體調(diào)試的過程中也不會(huì)影響各機(jī)的順利運(yùn)行。

2.2.2編程簡單、具體

出于對大部分電氣工作人員對各控制線路熟悉程度的考慮，在PLC設(shè)計(jì)時(shí)，并未使用傳統(tǒng)微機(jī)匯編語言，而是使用了梯形圖語言。該種語言和繼電器工作原理存在一定的相似性，直觀具體，簡單易懂，電氣工作人員能夠在短期內(nèi)學(xué)會(huì)。同時(shí)，PLC還綜合了計(jì)算機(jī)控制與繼電器控制技術(shù)優(yōu)勢，運(yùn)用起來更加便利。

2.2.3控制性能強(qiáng)

PLC的功能非常多，如定時(shí)、計(jì)算和PID運(yùn)算等。并且其還能夠連接成一個(gè)具有強(qiáng)大功能的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，適應(yīng)于高低速網(wǎng)絡(luò)連接，具有很強(qiáng)的兼容性。

2.2.4便于安裝與維護(hù)

PLC安裝過程比較簡單，比較小的體積可以安裝于繼電器的小部分位置，改換便利，只需要其輸入、輸出端子與現(xiàn)有的階段端子相連。而對于那些比較大的PLC系統(tǒng)，遠(yuǎn)程站經(jīng)過同軸電纜、雙扭線與CPU相連，該種配置方式減少了大量的人力、物力和財(cái)力資源。此外，從后期維護(hù)層面看，在最初設(shè)計(jì)時(shí)，PLC就是本著維護(hù)方便出發(fā)的，因而，各器件基本是模塊化的，在維護(hù)時(shí)，只需要換模塊。

2.3 PLC控制方式

控制方式可以分成手動(dòng)和自動(dòng)兩種。具體要選擇哪種工作方式，應(yīng)該在正式啟動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，由相應(yīng)的按鈕來完成，選擇好工作方式后將信號(hào)送至PLC，同時(shí)調(diào)用與之適應(yīng)的子程序。其中手動(dòng)操作方式是人工進(jìn)行調(diào)節(jié)，PLC接收各類信號(hào)，通過相應(yīng)程序計(jì)算得出液位值，并與主調(diào)節(jié)液位定值作對比，再向調(diào)節(jié)閥輸入信號(hào)，從而完成液位控制。

控制系統(tǒng)中有兩個(gè)PID，分別進(jìn)行主、副班調(diào)節(jié)，方便進(jìn)行液位值計(jì)算。本系統(tǒng)主要使用了9個(gè)參數(shù)，即過程變量、給定值、輸出值等，對液位計(jì)算進(jìn)行控制。

2.4水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

通過分析生產(chǎn)工藝大致情況，水箱主要包含進(jìn)出水口，設(shè)定數(shù)值確定液位高度，如果液位太高，則應(yīng)該利用調(diào)節(jié)閥，讓進(jìn)水閥開度變大；如果液位太低，就應(yīng)該將進(jìn)水閥開度變小。在對液位進(jìn)行檢測時(shí)主要使用DDZ儀表，完成檢測后能夠以此標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)輸入，再通過轉(zhuǎn)換，變?yōu)镻LC可以接受的信號(hào)。

通常情況下，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)都是利用某個(gè)調(diào)節(jié)器對某個(gè)調(diào)節(jié)對象進(jìn)行調(diào)節(jié)，使其參數(shù)保持在一個(gè)恒定的狀態(tài)，而調(diào)節(jié)器僅僅只接受一個(gè)測量信號(hào)，控制一個(gè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對于本系統(tǒng)來說，要保持在恒定狀態(tài)的參數(shù)是給定液位的高度，也就是讓控制水箱高度與給定參數(shù)保持一致。從控制原理圖可知，本系統(tǒng)屬于閉環(huán)反饋單回路控制，使用智能儀表來控制。制定好具體調(diào)節(jié)方案后，接著就需要對調(diào)節(jié)器參數(shù)進(jìn)行科學(xué)調(diào)整，而參數(shù)的選擇關(guān)系著控制的質(zhì)量。科學(xué)合理的控制參數(shù)，能夠起到很好的控制效果，相反，控制參數(shù)選擇不科學(xué)，就會(huì)影響控制質(zhì)量，無法達(dá)到預(yù)期的控制效果。圖2所示為單回路水箱液位控制系統(tǒng)原理圖。

2.5人機(jī)界面設(shè)計(jì)

人機(jī)界面主要是運(yùn)用力控組態(tài)來開發(fā)，其組態(tài)穩(wěn)定性強(qiáng)、操作簡單，具有很好的擴(kuò)展性能。圖3為界面圖。

3結(jié)束語

本系統(tǒng)以液位水箱為研究對象，綜合雙液位控制特征，采取串級控制方式來控制。經(jīng)實(shí)踐研究表明，采用該種液位串級控制系統(tǒng)，可以高效、高質(zhì)量完成各項(xiàng)生產(chǎn)任務(wù)。并且，人機(jī)界面操作方便、穩(wěn)定性強(qiáng)，能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控與判斷，具有一定的使用價(jià)值。