基于PLC技術的液位控制系統(tǒng)設計.doc

基于PLC技術的液位控制系統(tǒng)設計 摘 要：隨著社會經(jīng)濟和計算機技術的深入發(fā)展，PLC技術在食品灌裝、化工石油和鋼鐵等行業(yè)得到了廣泛應用。使用PLC技術的液位控制系統(tǒng)可實現(xiàn)對復雜系統(tǒng)的控制，通過串聯(lián)下部水箱與上部水箱，可連接雙榮對象，實現(xiàn)生產(chǎn)和利用資源的需求，并能實現(xiàn)調(diào)節(jié)電機轉(zhuǎn)速。掌握了PLC軟件變頻器的各項參數(shù)、變頻器中存在的故障和電機停啟的要點，可使液態(tài)控制系統(tǒng)穩(wěn)定發(fā)展。主要分析了PLC技術的系統(tǒng)組成、工作原理和液位控制系統(tǒng)的效果等，以供參考。 關鍵詞：PLC；液位控制系統(tǒng)；處理器；元件 中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A DOI：10.15913/ki.kjycx.2015.05.072 PLC（Programmable Logic Controller）技術又被稱作可編程控制器。PLC技術的基礎是微處理器，同時，可與網(wǎng)絡通信技術、自動控制技術、微電子技術和計算機技術相互結(jié)合發(fā)展，最終成為輔助工業(yè)生產(chǎn)的自動裝置。目前，PLC技術已成為在各個場合發(fā)揮重要作用的重要工業(yè)技術。PLC技術包括位置控制、遠程控制等。隨著我國工業(yè)技術的不斷發(fā)展，變頻器得到了廣泛應用。在實際操作的過程中，PLC技術中的液位控制系統(tǒng)直接關系著造價成本和企業(yè)的經(jīng)濟效益。因此，為了保證設備安全、提高效益，應設計、研究最新的液位控制系統(tǒng)。 1 液位控制系統(tǒng)概況 液位控制系統(tǒng)包括設計控制元件、執(zhí)行元件和檢測元件等，這些元件相輔相成，組成完整的液位控制系統(tǒng)。具體有以下3種元件：控制元件?？刂圃钦麄€液位控制系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié)，在通常情況下，使用S7-200可編程控制器控制，具有可靠性和緊湊性。控制元件易操作，具有便捷的特點，且具備良好的通信功能。執(zhí)行元件。執(zhí)行元件中的單元是單個電動執(zhí)行器，它是液位控制系統(tǒng)中的必不可缺的核心組成環(huán)節(jié)，主要功能是接收各個單元所傳達的信號，并處理信號、信息，改變工作液位，控制液體的流入、流出，從而在液位控制系統(tǒng)中實現(xiàn)自動控制功能。檢測元件。檢測環(huán)節(jié)是液位控制系統(tǒng)中的重要環(huán)節(jié)，只有通過測量液位，才可了解剩余量。因此，監(jiān)測元件有利于對流入、流出的液體進行調(diào)節(jié)，使液位控制系統(tǒng)達到平衡狀態(tài)，從而保證液位控制系統(tǒng)可穩(wěn)定、正常運行。液位控制系統(tǒng)中的檢測裝置為采用靜壓力方式的變送變頻器。只有通過監(jiān)測元件對原料進行調(diào)節(jié)，才可保證液位系統(tǒng)正常運行。液位控制系統(tǒng)如圖1所示。 2 液位控制系統(tǒng)的工作原理 液位控制系統(tǒng)在運行時使用單個回路系統(tǒng)控制，可實現(xiàn)對水箱的液態(tài)控制。當水箱由上水箱向下水箱流水時，儲水箱中的下水位會抬高，進而偏離定值。液位控制系統(tǒng)可將信號轉(zhuǎn)換成420 mA的電信號，并輸入至可編程控制器中；可編程控制器通過內(nèi)部工作模塊將模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號，并在運算PID系統(tǒng)中將模擬信號輸出至電動執(zhí)行器。PLC技術通過控制電動執(zhí)行器，可改變閥門的開度，調(diào)節(jié)液態(tài)控制系統(tǒng)中的水流量，最終實現(xiàn)恒定調(diào)節(jié)水位。具體工作原理如圖2所示。 3 設計軟件系統(tǒng) 3.1 實現(xiàn)PLC技術軟件的方式 液位控制系統(tǒng)在S7-200可編程控制系統(tǒng)中可實現(xiàn)PID技術。在本系統(tǒng)中，操作人員使用固定的PID技術設計PID算式，變量值由A/D轉(zhuǎn)換后的液位實測值分析。使用PID技術控制的重要原因為：可根據(jù)液位的變化情況設定，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 液控制系統(tǒng)的主機采用CPU226，可支持PID技術，主要采用液位控制向?qū)?，主要步驟有以下3步：選取指定的PID回路，可指定8個回路系統(tǒng)，但液位控制系統(tǒng)只需單個回路系統(tǒng)即可正常工作。確定定值的范圍，即確定液位的可控制范圍，設置范圍在1100之間，采樣時間設置為1 s。同時，設置微分時間、積分時間和增益時間等的參數(shù)。確定液位控制系統(tǒng)中的輸出模式和回路輸入模式，包括輸出、輸入的取值范圍和級別。 對于液位控制系統(tǒng)中的輸入選項，要充分考慮給定值的范圍和液位系統(tǒng)傳感器的輸出值等。在輸出方式上，應選擇單極輸出，其范圍可以設置為01 000；對于液位控制系統(tǒng)中的輸出選項，要滿足變頻器接受信號的要求，選擇單極性的模擬輸出，使用20%以上的偏移量，輸出范圍可以設置為6 50031 000.考慮到業(yè)務控制系統(tǒng)中的安全問題，在升成PID技術時，可以選擇手動模式操作、低限報警和高限報警等，從而為液態(tài)控制系統(tǒng)在特殊時期使用制動措施提供便利。 3.2 設計上級監(jiān)控畫面 在液態(tài)控制系統(tǒng)中，安裝型號為MCGS的監(jiān)控軟件，并作為整個系統(tǒng)中的操作轉(zhuǎn)換站。操作轉(zhuǎn)換站的主要功能是完成人機交互工作。操作液態(tài)控制系統(tǒng)的人員在操作時，只需設定水位值和PID技術參數(shù)，并記錄水位監(jiān)測的測量值和歷史記錄等數(shù)據(jù)。圖3為上級監(jiān)控畫面。 4 液位控制器的試驗結(jié)果 基于PID技術液態(tài)控制系統(tǒng)在實現(xiàn)控制作用時，由S7-200實現(xiàn)。在可編程控制系統(tǒng)中，使用PID技術向?qū)蒔ID技術模塊，對事先預定的初始參數(shù)進行設置，并利用PID技術設定液位控制系統(tǒng)中的參數(shù)值。主要方式為：使用Hugglund和Astrom中提出的繼電保護方式，通過改變液態(tài)控制系統(tǒng)中的輸出值，使設定值的曲線與現(xiàn)場的實際液態(tài)情況相交。這種設定方式是使繼電保護裝置中的純凈比例控制器出現(xiàn)極限循環(huán)，從而獲取有價值的臨界值?，F(xiàn)場實際曲線與設定值曲線在完成10次以上的相交后，可得到自整定參數(shù)。從圖4中可見，在開啟監(jiān)控設備后，控制一定時段內(nèi)的液位，并啟動S7-200，液位檢測的液位曲線在相交10次后，得出的整個參數(shù)為：微分時間為0.52 min，積分時間為3.35 min，比例系數(shù)為0.634. 同時，開啟試驗液態(tài)控制系統(tǒng)設備，等待液位控制設備穩(wěn)定在一定臨界值后，通過可編程控制器將整定參數(shù)和液位的設定值輸入操作界面，得出的結(jié)果如圖5所示。 由圖5可以看出，實現(xiàn)了實際液位的快速跟蹤和定位，超調(diào)量百分比為4%，調(diào)節(jié)控制的時間為13 min。由此可見，經(jīng)過試驗，液態(tài)控制系統(tǒng)的運行過程比較穩(wěn)定，可實現(xiàn)良好的控制效果。 5 結(jié)束語 綜上所述，本文基于利用PLC技術設計的液態(tài)控制系統(tǒng)，分別分析了液態(tài)控制器的組成方式、工作原理、液態(tài)控制系統(tǒng)軟件和試驗結(jié)果，可為今后研究液位控制系統(tǒng)提供參考。此外，通過試驗可證明，液態(tài)控制系統(tǒng)具有穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單等特點，可最大限度地滿足工業(yè)生產(chǎn)的要求。 參考文獻 1龔少軍.基于PLC技術的油輪貨油艙溫度檢測、報警及控制系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)J.南通航運職業(yè)技術學院學報，2009（01）：37-40，63. 2吳鳳凰，林小峰，蔡春曉，等.基于軟PLC的三容液位模糊控制系統(tǒng)J.廣西大學學報（自然科學版），2013（02）：158-160. 3曹光明，吳迪，張殿華.基于模糊控制決策的鑄軋機結(jié)晶器液位控制系統(tǒng)設計J.東北大學學報，2010（07）：775-778. 4朱濤，周天沛.基于PLC的雙容水箱液位控制仿真與實物試驗系統(tǒng)設計J.試驗技術與管理，2013（11）：29-33. 5周悅，楊旭，于廣平，等.基于NCS4000網(wǎng)絡化平臺的水箱液位模糊PID控制系統(tǒng)研究與設計J.沈陽建筑大學學報（自然科學版），2012（06）：1136-1142. 編輯：張思楠 Abstract： With the development of the social economy and computer technology， PLC technology in food filling， chemical petroleum and steel industries has been widely used. The use of PLC technology level control system can be realized on a complex system of control， through the lower part of the tank and the upper tank in series can be connected to the double-wing object， production and use of resources needs and adjust the motor speed can be achieved. PLC software mastered the parameters of the inverter and the motor stops start point of failure exists in the drive， make the liquid control system stability and development. Analyzes the