料灌中液位過程控制

童湘

摘 要：本系統是以PLC為控制主體的自動控制系統， 通過檢測液灌中液體的高低實時對液灌的液位進行控制，本文采用西門子S7-200 PLC實現對液位的監測與控制。

關鍵詞：PLC；料液；控制；監測

0 引言

隨著人類社會的發展，工業自動化也有深入的發展。隨著大規模集成電路的發展，出現了以PLC為控制核心的微型計算機。PLC可編程控制器以其軟件簡單易學、使用簡便、抗干擾能力強，是目前許多企業普遍采用的一種先進控制器。本文在此提出一種采用可編程控制器（西門子S7-200 PLC）對液位進行監控的一種方法，其電路結構簡單，可利用原有設施改造，監控系統自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強，適用于多段液位監控場合。

1 系統的概述

根據生產的需要將液位設定多個階段，并分階段顯示報警，當按下啟動按扭后液位檢測傳感器進行液位檢測，當液位達到最低限時自動啟動料泵自動加液，當液位到達設定階段時報警器響并且報警閃爍，并自動停止加液。操作人員可通過確認按鈕解除報警，閃爍燈光轉平光；系統具有手動/自動兩種控制方式。

2 系統設計

2.1 PLC選型

PLC的選擇應著重考慮PLC的性能價格比，選擇可靠性高，負載能力合適，經濟實惠的PLC。西門子系列PLC適用于各種場合中的檢測、監測的自動化控制，強大功能使其無論在獨立運行中或相連成網絡皆能實現復雜控制功能。因此西門子系列PLC具有極高的性能/價格比。其可靠性，極豐富的指令集，便捷的操作，豐富的內置集成功能，實時特性，強勁的通訊能力和豐富的擴展模塊方面均有出色的表現，本文運用西門子S7-200 PLC實現對多段液位的控制。

3 傳感器

3.1 結構及工作原理

干簧管傳感器用一對用磁性材料制造的彈性舌簧組成，舌簧密封于充有惰性氣體的玻璃管中，舌簧端面互疊但留有一條細間隙。舌簧端面觸點鍍有一層貴金屬，如銠、銥或釕，使開關具有穩定的特性和極長的使用壽命。由永久磁鐵或線圈所產生的磁場施加于開關上時，使干簧管兩個舌簧磁化，使一個舌簧在觸點位置上生成N極，另一個舌簧的觸點位置上生成S極。若生成的磁場吸引力克服了舌簧的彈性產生的阻力，舌簧被吸引力作用接觸導通，即電路閉合。一旦磁場力消除，舌簧因彈力作用又重新分開，即電路斷開。參見圖一原理圖

3.2 特點

①結構緊湊、重量輕，能夠安裝在極度有限的空間，極適用微型設備。

②氣密式密封：簧片被密封于惰性氣體玻璃管中，永遠不會與外界環境接觸。

③工作壽命長：沒有采用滑動元件，不會出現因金屬降級的金屬疲勞現象，確保實際上無極限的機械使用壽命。

④高速度操作：每一可動元件均具有非常小的重量，因此操作速度很高。

圖一 干簧管傳感器原理圖

4 系統硬件配置

為實現液位的手動/自動控制，本人實驗機型是采用“西門子”公司制造的S7-200型編程器，主要參數如下：需要輸入點10個，輸出點7個，選用西門子S7-200 17點I/O單元的PLC，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負載能力強，自備電源24V。液位檢測采用干簧管傳感器檢測，液位設定采用雙位旋鈕，系統具有手動啟泵、停泵和確認按鈕；輸出選用電子音響報警器和24V直流指示燈、繼電器。參見圖二系統外部接線圖。

4.1 系統外部接線圖

圖二 外部接線圖

4.2 系統主電路圖

圖三 主電路

5 系統軟件設計

5.1 系統控制過程

①本系統為液位的自動/手動雙控制系統。液位共分三段顯示和控制，當液位在最低液位時自動啟泵實現設備運行，當液位到達設定值時自動停泵。

②系統采用置位和復位指令實現手動/自動兩種功能的選擇，即當按下按鈕I0.1時執行手動程序同時手動指示燈點亮，當按下自動按鈕I0.0時執行自動程序同時自動指示燈點亮。系統自動完成自動啟泵-檢測-報警-停泵過程。當按鈕I0.1閉合時，手動指示燈亮并且實現料泵啟動，系統執行手動操作過程，當按下停止按鈕I1.1即可實現手動停泵。

③ 液位由的三個階段由I0.5-I0.7三個控制按鈕控制，分別階段一低料位、階段二中料位、階段三高料位，系統具有從低到高的優先權，即當多個料位控制按鈕同時閉合時，系統優先執第一階段。

④本系統采用干簧管檢測傳感器檢測液位，用干簧管檢測傳感器檢測液位時，當液位到達檢測點時其觸點閉合，相應液位指示燈點亮；當液位離開檢測點時其觸點開關打開。為了使系統檢測不受液位波動的影響，指示燈不立即熄滅，每段指示燈均采用內部復位和置位指令控制，只有當液位上升或下降到相鄰階段時，此液位指示燈才熄滅同時下段液位指示燈點亮。

⑤當料液到達設定點時，此時系統自動停泵，料位指示燈閃爍，指示燈光采用兩定時器控制，以1S為周期閃爍，同時報警器報警，報警器連續報警一分鐘后自停，或在報警過程中按下確認I1.0按鈕系統停止報警，指示燈由閃爍變為平光。

⑥首次開車時，可以根據生產的需要自由選擇自動或手動，在生產中也可以隨時切換控制方式，也可以先進入手動方式，按最低液位試驗按鈕啟動料泵，一切運行正常后，再進入自動運行方式。

5.3 系統控制流程圖和梯形圖（略）

6 結束語

實踐證明，PLC能在工況較惡劣的環境中使用，而不必過多考慮電壓波動、電磁干擾，環境溫度和濕度的影響，用PLC控制傳統的電氣系統可以減少電氣故障發生率，縮短設計周期，提高設備工作可靠性。

本文采用西門子S7-200可編程控制器設計控制液位的，系統可自動完成啟泵、報警、停泵等控制任務。選用西門子的S7-200 PLC作為核心控制器件，其運行的可靠性和穩定性都達到了很好的效果。運行結果表明，該系統能夠滿足設計要求，具有操作方便，監控及時等突出優點，并大大地減輕了操作工人的勞動強度、縮短了操作時間，為企業節約了資金。

參考文獻

[1]西門子可編程序控制器操作手冊

[2]張萬忠 ，孫晉《可編程控制器入門與應用實例》，中國電力出版社

[3]孫振強《可編程控制器原理及應用教程》，清華大學出版社

[4]史國生《電氣控制與可編程控制器技術》，化學工業出版社2003

[5]《電力拖動控制線路與技能訓練》，中國勞動社會保障出版社

[6]宮淑貞，王冬青，徐世許《可編程控制器原理及應用》，人民郵電出版社