孫鵬程

摘要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在眾多控制場合帶來了優(yōu)勢。本文的研究對象是基于西門子S7-200PLC液位串級控制系統(tǒng)，將從多個方面對其工作原理進(jìn)行論述。該控制系統(tǒng)能夠克服傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制精度不高、控制過程復(fù)雜的缺陷，能夠適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的實際需求，因此得到了廣泛應(yīng)用。

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

雙容液位控制一直以來就是工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的一個環(huán)節(jié)，特別是隨著化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展，雙容液位控制的控制品質(zhì)要求越來越高。串級控制是將兩個單回路控制系統(tǒng)以特定的方式連接起來工作構(gòu)成，能夠表現(xiàn)出單回路控制系統(tǒng)自身不具備的優(yōu)勢，然后使用現(xiàn)代化計算機(jī)信息技術(shù)來進(jìn)行實時動態(tài)數(shù)據(jù)顯示和控制，能夠滿足現(xiàn)代化工生產(chǎn)中大型化、精確化的高要求。

一、PLC控制綜述

如今的可編程邏輯控制器可以在當(dāng)代工業(yè)中扮演增加重要的角色。它是作為替代繼電器-接觸器控制線路的新型工業(yè)控制設(shè)備而出現(xiàn)的，相比于使用傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器擁有的優(yōu)點很多，在實際使用中往往有著較高的可靠性，并且其空間結(jié)構(gòu)比較小，這些都使得PLC更加具有優(yōu)勢。在使用PLC來實現(xiàn)液位串級控制系統(tǒng)的方案也有兩種，一種是通過PLC作為中央處理系統(tǒng)，連接如個人計算機(jī)或者是顯示屏等當(dāng)做的方法來將顯示和控制功能都放在顯示屏上，PLC作為程序處理器來實現(xiàn)；另一種方案則是通過電路連接數(shù)碼管和按鍵來實現(xiàn)液位串級控制系統(tǒng)。本文的液位串級控制系統(tǒng)建立起了人機(jī)操作界面，這都基于高效的通信傳輸技術(shù)完成對信號的實時傳遞和顯示。經(jīng)過近些年科技的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)也不斷取得了進(jìn)步，其體積也已經(jīng)不斷縮小，但是其功能卻在不斷擴(kuò)展，能達(dá)到比較高的控制要求。此外其造價也不斷下降，在進(jìn)行PLC編程時更加便捷。隨著一些圖像顯示等功能的加入，PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制中優(yōu)勢，可以預(yù)見的是PLC在未來的前景將會更好。

通過對PLC的技術(shù)發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用中，可以發(fā)現(xiàn)PLC的主要發(fā)展方向為：

（1）在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。

（2）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

（3）向模塊化、智能化發(fā)展。

（4）編程語言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化。

在繼電器控制線路的發(fā)展中，PLC的出現(xiàn)能夠解決繼電器控制線路的一些缺陷，并具有更多的優(yōu)勢，因此PLC更快取代了繼電器控制線路的地位。其實PLC剛出現(xiàn)時也僅僅只有一些邏輯運(yùn)算等簡單的功能，一般只在對開關(guān)量進(jìn)行控制時使用。到了20世紀(jì)80年代后，以16位和少數(shù)32位微處理構(gòu)成的微機(jī)，取得了飛速發(fā)展，在概念、設(shè)計、性能上都使得可編程邏輯控制器有了新的突破。這時在市場上就逐漸出現(xiàn)了軟繼電器的存在，這都是基于PLC技術(shù)的，主要以中間繼電器等這類虛擬繼電器為主，目前已經(jīng)在對一些數(shù)值計算和通信等方面能夠取得比較好的控制效果。通用型PLC作為標(biāo)準(zhǔn)裝置，可供各類工業(yè)控制系統(tǒng)選用。

在有些場合下，往往普通類型的PLC不能夠勝任其要求，這時就需要根據(jù)其實際需求使用專用型的PLC，其主要結(jié)構(gòu)更加能夠適應(yīng)特定的控制系統(tǒng)，因此也能夠達(dá)到比較好的控制效果。盡管PLC的分類一樣，但是其輸出也是存在差別的，目前主要有繼電器型和晶體管型。這樣不同的輸出就會導(dǎo)致PLC的性能產(chǎn)生變化，與這兩種類型的輸出有著較大的關(guān)聯(lián)。一般繼電器輸出沒有晶體管輸出快，并且在使用壽命上也存在差距。

二、控制系統(tǒng)工作原理及組成

2.1 工作原理

在雙容水箱工作過程中，需要使用到PID控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)對象為下水箱液位以及上水箱液位，其中PID調(diào)節(jié)以下水箱液位調(diào)節(jié)液位為主。根據(jù)PID調(diào)節(jié)的原理，通過對下水箱的液位進(jìn)行檢測，一旦檢測出下水箱液位與給定之間存在差值，那么PID控制環(huán)節(jié)就立即作用，通過調(diào)節(jié)上水箱的進(jìn)水量來控制給下水箱的水量，直到當(dāng)液位檢測值和給定值完全相等。本文研究的系統(tǒng)控制部分主要由SIEMENS S7-200系列CPU224XP為主，控制程序中主程序完成對系統(tǒng)初始化操作，包含自檢以及參數(shù)設(shè)定，然后可以通過對子程序進(jìn)行調(diào)用來分別進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、報警、通信控制等，發(fā)揮各自的作用。

2.2 軟件設(shè)計

考慮到實際控制過程的需求，本文的控制系統(tǒng)采用手動和自動控制這兩種方式。在系統(tǒng)啟動前，可以通過相應(yīng)的開關(guān)切換選擇相應(yīng)的工作方式，然后就會自動給PLC發(fā)送信號，以便主程序調(diào)用相應(yīng)的子程序，完成調(diào)節(jié)方式選擇。目前采用自動控制方式比較多，由PLC完成整個液位控制過程，包括數(shù)據(jù)采集以及處理，執(zhí)行等操作。傳感器能夠得到比較精確的液位值，并與給定值進(jìn)行比較，然后使用兩級PID調(diào)節(jié)功能，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成液位控制。PID控制的效果與PID參數(shù)與息息相關(guān)，需要選定符合實際控制系統(tǒng)的參數(shù)才能夠發(fā)揮出優(yōu)秀的調(diào)節(jié)性能。目前一般PID參數(shù)整定中一般都是使用試湊法，根據(jù)工程人員的實際工作經(jīng)驗選擇最優(yōu)PID參數(shù)的大致范圍，然后再通過試湊的方式得到PID參數(shù)。在本文設(shè)計的基于西門子S7-200PLC液位串級控制系統(tǒng)中，首先使用自整定方法得到優(yōu)秀的控制參數(shù)，然后再根據(jù)實際控制情況進(jìn)行微調(diào)，能夠節(jié)省大量時間以及工作量，完成PID參數(shù)整定過程。

2.3人機(jī)操作界面

當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展迅猛，可靠、簡潔的人機(jī)監(jiān)控界面也是進(jìn)行基于西門子S7-200PLC液位串級控制系統(tǒng)中必不可少的，確保控制能夠順利進(jìn)行。本文采用的是力控組態(tài)進(jìn)行開發(fā)，相比于其他模式，能夠具備較好的開放性以及擴(kuò)展性，以便后期進(jìn)行對控制系統(tǒng)進(jìn)行升級時能夠滿足需求，并且這種人機(jī)監(jiān)控界面的穩(wěn)定性比較高，響應(yīng)速度快，能夠保障在多種環(huán)境下順利運(yùn)行。

三、結(jié)語

本文基于西門子S7-200PLC液位串級控制系統(tǒng)進(jìn)行了原理以及工作流程說明，使用了PID控制算法進(jìn)行精確控制，并在設(shè)計人機(jī)監(jiān)控界面時使用了力控組態(tài)軟件，能夠具備較好的穩(wěn)定性以及擴(kuò)展性，發(fā)揮出友好、便于操作的優(yōu)勢。本文介紹的液位串級控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出安全、可靠以及穩(wěn)定的特征，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的實際需求。

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