基于PLC的液位控制系统的相关探究

郑钦通（汤浅蓄电池（顺德）有限公司，广东　佛山　528322）



基于PLC的液位控制系统的相关探究

郑钦通
（汤浅蓄电池（顺德）有限公司，广东佛山528322）

摘要：利用PLC的自动控制功能对储槽液位进行控制可以使得内控在一定范围，否则发出警报信号。如此不仅节约人力资源，而且避免了人为因素而造成的抽空或溢流现象，PLC控制系统接线简单、编程容易、易于修改、维护方便等优点，所以PLC被广泛应用于自动化控制领域。

关键词：池槽液位；自动化控制；PLC应用；报警

1　PLC用于液位控制措施及意义

在现实生产生活中，液位是最常见、最广泛的过程控制参数。当前主要有浮球液位控制、传感器液位控制、超声波液位控制、雷达液位控制等先进技术，由于其具有工况复杂、参数多变、运行惯性大、控制滞后等特点。在石油化工生产、电力工程、水利处理和食品加工等诸多领域中，人们都需要对液位高度进行检测和控制，以方便相关的数据统计和管理。

2　控制系统的方案设计

2.1控制系统分析

2.1.1清水箱液位控制参数

清水箱作为某工艺污水处理中产水箱，清水箱尺寸ф2.5*3m PE塑料储罐，进料口顶端单管DN32；出料口管路DN32中心距罐底相对标高30cm，法兰联接方式，备有溢流管口。要求液位控制在0.5-2m范围，低于0.4m，超过2.2m有报警功能。

2.1.2功能分析

本系统具有PID手/自动切换功能，手动控制主要用于安装、调试或后期故障，以及应急处理，否则PID自动控制运行。同时具备报警功能，高限2.2m时，红色声光报警，低限0.4m时，黄色声光报警，正常运行时，亮绿灯无报警。

2.1.3系统方案分析

该系统控制变量为液位，采用单回路反馈控制系统。单回路反馈控制系统由四个基本环节组成，即被控对象（简称对象）、测量变送装置、控制器和水泵。硬件组成主要由以下几部分组成：PLC信息处理、液位采集、PLC与变频器信息交换、报警部分、执行部分等。

2.2液位控制系统的原理及结构

该液位控制系统是以PLC为核心，它把所得到的各种信息进行处理，并做出判断和决策，自主控制后面的动作部分，完成对液位控制的作业任务。液位传感器以4～20mA的电流信号输出，变频器将此数字信号进行处理从而改变电动机的转动频率。通过编程设定上下限值。当所测液位超限时，系统自动发出报警信号，以提醒工作人员做出应急措施。其原理图1所示。

2.3控制系统硬件选购原则

2.3.1PLC的选型

（1）由系统规模确定PLC单机或布网控制，由此计算PLC输入、输出点数，并且留有余量（10%）。

（2）确定负载类型根据PLC输出端负载电流大小或特性，动作频率等，从而确定采用继电器，还是晶体管或晶闸管输出。

（3）程序的存储容量和指令的执行速度是两个重要指标。

（4）编程常见采用二种方式：一是用手持编程器编程，适用于系统容量小的系统，易于现场调试；二是用采用梯形图编程，方便直观。

2.3.2水泵的选型

水泵从原理上可以分为气压泵、离心泵、轴流泵、螺旋泵等。气压泵是凭借活塞的运动，制造出一个近似真空，外部大气压将水压上来；离心泵的原理是离心现象，是依靠叶轮叶片的转动产生离心的作用，将液体甩出；该系列泵性能优、可靠性高、结构合理具有行业领先水平。

2.3.3变频器的选型

变频器技术是一门综合性的技术，节能省电、易正反转控制、可无极调速；具备完善保护功能，在运行过程中能随时检测到各种故障，并显示故障类别，并立即自我封锁输出电压形成“自我保护”和“周边保护”。

图1

变频调速技术原理采用频率和电机转速的正比例关系进行控制。变频器通过改变电动机工作电源频率达到改变电机转速的目的。

式中，n-----电机转速f-----电源频率p-----电机极对数

2.3.4液位传感器的选型

传感器通过敏感和转换元件感受被测量对象的特征变化，并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，输出信号的形式由传感器的原理确定。传感器的种类已经十分繁多。如表1所示。

表1　传感器分类

2.4控制系统接线

2.4.1PLC电路接线

系统PLC与变频器之间的通信来控制电机的启停和转动的频率，从而达到控制液位的目的。PLC直接控制电机的启动和停止，它在接收了变频器的信号后，对当前的液位值与设定值进行比较，通过内部程序进行运行或停止，如果液位满足报警条件将会进行报警，同时停止自动运行。其工作原理图如图2所示。

图2

2.4.2变频器和水泵电机外部接线

变频器作为系统的调节机构，它是采用交一直一交电源变换技术、电力电子、微电脑控制等技术于一身的综合性电气产品。利用变频器接收液位传感器的电流信号，自身进行分析处理，从而达到变频调速的目的。电动机作为系统的执行机构，它的选用很大程度上决定了系统的成功与否，它本身所具有的性能，完全满足本设计所需要的性能指标。

2.5PLC梯形图编程原则

（1）梯形图按自上而下，从左到右的顺序排列。每个梯形图由多层逻辑行组成。每一逻辑行起于左母线，经触点、线圈终止于右母线。（2）触点不能放在线圈的右边，即线圈与右母线之间不能有任何触点。（3）线圈不能直接与左母线相接，如果需要，可通过一个没有使用的常闭触电或特殊继电器连接。（4）触点可以任意串联、并联，而且同一触点可以无限次使用。（5）输出线圈可以并联不能串联，同一输出线圈在同一程序中避免重复使用

3　总结

由于外围环保要求，内需降本增效的要求之下，废水处理工艺过程清水箱液位调控成为系统过程控制的监控对象。自PLC控制引入液位管控后，生产效率、劳动强度和风险系数等得到了下降，实现液位控制系统运行稳定、安全可靠、控制速度快、灵敏度强、降本增效等特征。使得控制更加的简易、及时和有效。改善了生产现场环境和后期维护，但是要求专业人员技能水平需从PLC技能到工艺流程的转化和融合，加强技术的学习和创新，更有利于生产企业的智能化和现代化发展。

参考文献：

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DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.11.057