基于西门子S7—200PLC的液位串级控制系统分析

刘云峰

摘要：在自动化工业生产中，液位是非常关键的控制参数，其决定着工业生产效率。随着现代工业控制要求的提高，传统的自动化控制已无法满足现代工业生产要求，因此，需要将西门子S7—200PLC液位串级控制系统，使控制方式更为科学、有效。

关键词：西门子；S7—200PLC；液位串级控制系统

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：2095—6487（2018）02—0013—02

0引言

液位串级控制系统属于多回路控制系统，是为了强化单回路系统控制效果而产生的一种新方案。采取该种控制方式实现多液位控制，集各优势于一体，文中借助S7-200PLC进行液位控制，能够起到很好的控制效果。

1系统构成及工作原理

1.1系统构成

该种液位控制系统是由上位机、PLC和上下水箱等构成，而系统硬件部分包含一台PLC、一根通信电缆、两个液位变送器及电动调节阀等。其系统控制程序是由主、子程序构成，主程序对该系统进行整体控制与初始化。

1.2系统工作原理

当初始容器为空时，启动PLC控制系统，上下水箱分别为主、副调节对象，如果下水箱液位与所给液位存在差异时，就需要对上水箱进水量进行调节，向下水箱注入所需液体。

2系统软件设计

2.1 PLC工作流程

依据液位串级控制原理可知PLC的工作流程如图1所示。

2.2 PLC的功能特点

2.2.1可靠性与抗干扰能力强

PLC主要运用于工业控制，能够适应电噪声、机械振动的工作环境，因而，在对其设计时，需要对各类器件进行仔细筛选，并采用有效的优化措施。如在输入和输出电路中采取光电隔离手段，让电浮空便于接电，增强其抗干扰性，且输入、输出端口应该在传统模拟滤波的基础上，增加数字滤波。使用先进的电源电路，防止干扰信号的串入。使用科学有效的电路程序，各模块能够在线插拔，即使在具体调试的过程中也不会影响各机的顺利运行。

2.2.2编程简单、具体

出于对大部分电气工作人员对各控制线路熟悉程度的考虑，在PLC设计时，并未使用传统微机汇编语言，而是使用了梯形图语言。该种语言和继电器工作原理存在一定的相似性，直观具体，简单易懂，电气工作人员能够在短期内学会。同时，PLC还综合了计算机控制与继电器控制技术优势，运用起来更加便利。

2.2.3控制性能强

PLC的功能非常多，如定时、计算和PID运算等。并且其还能够连接成一个具有强大功能的网络系统，适应于高低速网络连接，具有很强的兼容性。

2.2.4便于安装与维护

PLC安装过程比较简单，比较小的体积可以安装于继电器的小部分位置，改换便利，只需要其输入、输出端子与现有的阶段端子相连。而对于那些比较大的PLC系统，远程站经过同轴电缆、双扭线与CPU相连，该种配置方式减少了大量的人力、物力和财力资源。此外，从后期维护层面看，在最初设计时，PLC就是本着维护方便出发的，因而，各器件基本是模块化的，在维护時，只需要换模块。

2.3 PLC控制方式

控制方式可以分成手动和自动两种。具体要选择哪种工作方式，应该在正式启动系统时，由相应的按钮来完成，选择好工作方式后将信号送至PLC，同时调用与之适应的子程序。其中手动操作方式是人工进行调节，PLC接收各类信号，通过相应程序计算得出液位值，并与主调节液位定值作对比，再向调节阀输入信号，从而完成液位控制。

控制系统中有两个PID，分别进行主、副班调节，方便进行液位值计算。本系统主要使用了9个参数，即过程变量、给定值、输出值等，对液位计算进行控制。

2.4水箱液位控制系统设计

通过分析生产工艺大致情况，水箱主要包含进出水口，设定数值确定液位高度，如果液位太高，则应该利用调节阀，让进水阀开度变大；如果液位太低，就应该将进水阀开度变小。在对液位进行检测时主要使用DDZ仪表，完成检测后能够以此标准型号输入，再通过转换，变为PLC可以接受的信号。

通常情况下，单回路调节系统都是利用某个调节器对某个调节对象进行调节，使其参数保持在一个恒定的状态，而调节器仅仅只接受一个测量信号，控制一个执行机构。对于本系统来说，要保持在恒定状态的参数是给定液位的高度，也就是让控制水箱高度与给定参数保持一致。从控制原理图可知，本系统属于闭环反馈单回路控制，使用智能仪表来控制。制定好具体调节方案后，接着就需要对调节器参数进行科学调整，而参数的选择关系着控制的质量。科学合理的控制参数，能够起到很好的控制效果，相反，控制参数选择不科学，就会影响控制质量，无法达到预期的控制效果。图2所示为单回路水箱液位控制系统原理图。

2.5人机界面设计

人机界面主要是运用力控组态来开发，其组态稳定性强、操作简单，具有很好的扩展性能。图3为界面图。

3结束语

本系统以液位水箱为研究对象，综合双液位控制特征，采取串级控制方式来控制。经实践研究表明，采用该种液位串级控制系统，可以高效、高质量完成各项生产任务。并且，人机界面操作方便、稳定性强，能够进行远程监控与判断，具有一定的使用价值。