基于PLC的水箱流量控制系统设计

嵇 萍

(江苏海事职业技术学院 电气工程系，江苏 南京 211170)

基于PLC的水箱流量控制系统设计

嵇 萍

(江苏海事职业技术学院 电气工程系，江苏 南京 211170)

以三菱FX2N PLC为核心控制器、以SI5004涡轮流量计为流量检测传感器，以微泵为执行机构，采用PID控制算法设计水箱流量控制系统.采用GT-Desinger3设计人机界面，通过触摸屏实时监控整个系统的工作状态，人机界面具有显示实时曲线、设定系统参数和报警等功能.实验证明，水箱流量控制系统具有操作方便、安全可靠等优点.

PLC ；流量计；流量控制；PID

流量控制是过程控制中最常见的控制类型，被广泛应用于工农业生产、国防建设、科学研究及人民生活各个领域，能解决人工控制的控制精度低、控制速度慢、灵敏度低等一系列问题.本文介绍以PLC为核心控制器，以涡轮流量计为流量检测传感器，以微泵为执行机构的水箱流量控制系统[1].

1 设计要求与总体方案

以PLC为核心控制器，控制变频器来调节水泵电机的运转频率，进而实现流量控制要求.被控对象是管道中的流体，控制参数是管道中的流体流速.整个系统的运行状态由触摸屏进行监控，通过和PLC通信读取整个系统的运行参数，并将系统的当前运行状态实时显示在监控界面上，同时通过触摸屏对系统的PID参数进行设置，从而调节系统的运行状态.

该系统主要使用触摸屏、可编程控制器、变频器、水泵、开关电源、流量计及其他低压电器设备.系统工作原理框图如图1所示.

图1 系统工作原理框图

系统工作原理：首先通过SI5004涡轮流量计采集管道液体流速并转化为标准电流信号，再通过三菱FX2N-4AD模块将4～20 mA电流信号转换为对应数字信号，并将数字信号输出给三菱FX2N PLC，经PLC程序处理后将流速当前值送给人机界面显示，同时PLC通过梯形图程序，对当前流速数字量信号与流速设定值进行PID运算，将运算结果输出给三菱FX2N-4AD模块，经FX2N-4AD模块D/A转换，将转换后的模拟信号传送给三菱FR-A700变频器，使变频器改变输出电源的频率，进而改变微泵的转速，从而改变管道内水的流速，使流速趋近于设定值[2-3].

2 硬件电路设计

系统控制电路如图2所示.

图2 系统控制电路

3 软件程序及人机界面

系统软件流程图如图3所示.

采用GT-Desinger3软件设计人机界面，通过三菱触摸屏实时监控整个系统的工作状态.

1) 实时监控画面.人机界面可以实时显示数据曲线，通过实时监控画面工作人员可以清晰地看到流速曲线的变化趋势，从而帮助分析和调整系统的工作状态.流速趋势图界面如图4所示.

图3 系统软件流程图

图4 流速趋势图界面

2) 参数设置画面.在人机界面开始运行后，按下单机参数设定按钮，会出现参数设置页面，可以显示和直接设定系统的PID参数.参数设置界面如图5所示.

图5 参数设置界面

4 结论

实验证明，设计的水箱流量控制系统达到预期的精度要求、实时性和可靠性.目前实现的水箱流量控制系统性能仍然有待进一步提高，例如采用更为先进的控制算法、控制器、传感器等.

[1] 李宏燕，范永宁.单回路液位控制系统与串级液位控制系统的性能[J].石油化工应用，2009(2)：97-100.

[2] 陶永华.新型PID控制及其应用[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3] 杜云超.PID过程控制及其参数整定策略浅析[J].化学工程与装备，2010(9)：142-144.

(责任编辑：沈凤英)

The Design of a Control System of the Water Tank Flow Based on PLC

JI Ping
(Department of Electrical Engineering，Jiangsu Maritime Institute，Nanjing 211170，China)

This system uses FX2N PLC as the kernel controller， SI5004 turbine fowmeter as the sensor that tests fow and the micropump as the actuator. It adopts PID control algorithm to design a control system of the water tank fow. This system uses GT-Desinger3 software to design man-machine interface，and the touch screen to monitor the working condition of the whole system in real time. The interface has such functions as showing the realtime curve， setting the system parameters， alarming， and so on. The experiment result proves that this fow control system has the merits of convenient operation，safety，reliability， etc.

PLC；fowmeter；fow control；PID

TP273

A

1008-5475(2016)04-0012-03

10.16219/j.cnki.szxbzk.2016.04.004

2016-06-24；

2016-07-22

嵇 萍(1981-)，女，江苏盐城人，讲师，硕士，主要从事测控技术研究.

嵇萍.基于PLC的水箱流量控制系统设计[J].苏州市职业大学学报，2016，27(4)：12-14.