液位精確控制

摘 要：一條工藝生產線或一套生產裝置有很多個工藝參數需要控制在合理的范圍之內，如有溫度、壓力、液位、流量等等。各種參數的控制有相似之處，現以液位控制來說明。因控制設備與機械、電氣設備的選擇不同，在系統連接處理方面也有細微差別，但萬變不離其中，現以我公司正在使用的液位精確控制微系統為例加以說明。

關鍵詞：液位；控制；PLC；調節閥；磁浮子；變頻器

1 工藝現狀

10000 m3常壓儲水池一個，盛水若干；10m3工藝儲水罐一個。

2 工藝要求

將10000m3儲水池里的水打壓到400KPa，供到10 m3工藝儲液罐內，并將液位控制在75%，工藝水使用流量1.5m3/h。

3 設計思路

因工藝要求精確控制儲液罐的液位在75%，不能使用開關量的范圍控制方式，只能選用模擬量的控制方式，讓控制參數呈線性變化，故選用PLC編程，根據出口流量的變化來控制入口調節閥的開度，達到根據工藝生產水使用量的變化及時補充水，達到液位一直保持在75%。因現場儲水池地理位置低于儲液罐位置，必須用泵將水打壓提升，才能進入儲液罐。當現場工藝狀況發生變化，水使用量可能有時多，有時少，甚至使用是為零，為了解決水使用量減少甚至為零時泵憋壓的問題，給介質輸送泵配置變頻器調節泵的轉速，達到管道內壓力穩定且不會造成憋壓降低泵使用壽命甚至造成泵損壞的惡果。變頻器的控制信號來自遠傳壓力表的模擬量檢測，當管道壓力低于400KPa時，頻率上升，泵轉速提高。管道壓力高于設定的400KPa時，變頻器頻率降低，泵轉速降低。當管道出口壓力穩定時，變頻器的頻率也就穩定了，如果后端的調節閥關閉，變頻器給管道壓力升高到400KPa時，頻率降低為零，泵停止轉動。

4 系統構成

系統構成工藝主回路構成是10000m3儲水池通過工藝管道將泵、調節閥與10 m3工藝儲水罐連接起來。連接順序是10000m3水池──泵──調節閥──10m3儲水罐。

安裝于工藝管線的設備有泵（含電機）與調節閥，泵安裝于10000 m3水池出口，調節閥安裝于10m3工藝儲水罐的前端。

電氣回路設備有電機（裝于泵上）、變頻器與遠傳壓力表，遠傳壓力表在泵的后端取壓，其信號走向為水壓力電信號──變頻器──電機。

儀控回路設備有調節閥、電腦、PLC與液位計。其信號走向為安裝在10m3工藝儲水罐上的液位計，將液位信號轉化電流信號──PLC──調節閥，PLC通過電腦終端進行編程、畫面制作及運行操作。

5 工作原理

常壓水經泵升壓至400KPa，通過調節閥的開度控制流量大小，使10 m3儲水罐的液位控制在75%。

量程為0-1MPa的遠傳壓力表安裝于工藝主管道上，實時檢測泵后壓力，將0-10V的直流電壓送給變頻器，作為變頻器的速度輸入控制信號。變頻器根據輸入信號的變化，經計算后輸出變化的頻率給泵上的電機，控制泵的轉速，達到將泵與調節閥間工藝管道壓力穩定在400KPa，給調節閥提供壓力穩定的水源，為后續調節作準備。變頻器的端子與電機、遠傳壓力表及控制變頻器啟停的接線是：R、S、T接外部三相電源，U、V、W接連接于泵上的電機，10V、AI1、GND接遠傳壓力表，DI5通過變頻器的參數設置確定為啟停信號，通過內部24V電源信號作為控制源，TA與TC作為變頻器的故障輸出端。需設置變頻器參數有（默認值未列出）：9902：PID；9905-9電機銘牌參數；1002：DI5啟動命令；1003：FORWARD；1102：EXT2；1106：19 PID1 OUT；1601：YES；4010：19 內部給定；4014：ACT1；4016：AI1（接電壓信號）。

安裝于10m3儲水罐的磁浮子液位計，實時檢測儲水罐的液位，液位計輸出4-20mA電流信號給模擬量輸入PLC模塊331-7KF02-0AB0，PLC通過電腦終端的STEP 7編寫液位采集程序，將液位值通過WINCC實時顯示出來。PLC編PID調節程序，將MD20通過系統功能FC106轉化輸出PQW512，通過模擬量輸出模塊332-5HF00-0AB0輸出純4-20mA電流信號控制調節閥的開度。WINCC畫面做調節閥的手自動轉換手動控制調節開度與自動控制液位界面。PID程序中，液位計的液位顯示值作為PID塊中的控制量，如果實際液位高于設定值，調節閥開度關小，如果實際液位低于設定值，調節閥開度開大，使液位保持在設定值附近。液位采集程序如下： A #TEMP0；AN #TEMP0；=L 21.0；BLD 103；CALL FC105//系統功能；IN：=PIW588；HI_LIM ：=1.000000e+002；LO_LIM ：=0.000000e+000；BIPOLAR：=L21.0；RET_VAL：=MW0；OUT ：=MW2//液位值；NOP 0。

PID調節程序如下（未使用參數未列出）：

A MW4.0//手自動；= L 20.1；BLD 103；CALL FB41；MAN_ON：=L20.1；SP_INT：=MD8；PV_IN：=MD12；MAN：=MD16；GAIN：=10.0；TI：=T#10s；LMN：=MD20//輸出。

6 結論

運用該方式做的液位自動控制，不但能滿足任何苛刻的現場條件，且能滿足現代精細化生產對液位有精確控制的場合，且設備選型合理，成本低，使用壽命長等優點，在現代工業生產液位控制方面有一定的指導性。

作者簡介：鄧亮（1980-），男，四川西昌人，碩士，助理工程師。endprint