基于PLC的液位控制系統的相關探究

鄭欽通（湯淺蓄電池（順德）有限公司，廣東　佛山　528322）

?

基于PLC的液位控制系統的相關探究

鄭欽通
（湯淺蓄電池（順德）有限公司，廣東佛山528322）

摘要：利用PLC的自動控制功能對儲槽液位進行控制可以使得內控在一定范圍，否則發出警報信號。如此不僅節約人力資源，而且避免了人為因素而造成的抽空或溢流現象，PLC控制系統接線簡單、編程容易、易于修改、維護方便等優點，所以PLC被廣泛應用于自動化控制領域。

關鍵詞：池槽液位；自動化控制；PLC應用；報警

1　PLC用于液位控制措施及意義

在現實生產生活中，液位是最常見、最廣泛的過程控制參數。當前主要有浮球液位控制、傳感器液位控制、超聲波液位控制、雷達液位控制等先進技術，由于其具有工況復雜、參數多變、運行慣性大、控制滯后等特點。在石油化工生產、電力工程、水利處理和食品加工等諸多領域中，人們都需要對液位高度進行檢測和控制，以方便相關的數據統計和管理。

2　控制系統的方案設計

2.1控制系統分析

2.1.1清水箱液位控制參數

清水箱作為某工藝污水處理中產水箱，清水箱尺寸ф2.5*3m PE塑料儲罐，進料口頂端單管DN32；出料口管路DN32中心距罐底相對標高30cm，法蘭聯接方式，備有溢流管口。要求液位控制在0.5-2m范圍，低于0.4m，超過2.2m有報警功能。

2.1.2功能分析

本系統具有PID手/自動切換功能，手動控制主要用于安裝、調試或后期故障，以及應急處理，否則PID自動控制運行。同時具備報警功能，高限2.2m時，紅色聲光報警，低限0.4m時，黃色聲光報警，正常運行時，亮綠燈無報警。

2.1.3系統方案分析

該系統控制變量為液位，采用單回路反饋控制系統。單回路反饋控制系統由四個基本環節組成，即被控對象（簡稱對象）、測量變送裝置、控制器和水泵。硬件組成主要由以下幾部分組成：PLC信息處理、液位采集、PLC與變頻器信息交換、報警部分、執行部分等。

2.2液位控制系統的原理及結構

該液位控制系統是以PLC為核心，它把所得到的各種信息進行處理，并做出判斷和決策，自主控制后面的動作部分，完成對液位控制的作業任務。液位傳感器以4～20mA的電流信號輸出，變頻器將此數字信號進行處理從而改變電動機的轉動頻率。通過編程設定上下限值。當所測液位超限時，系統自動發出報警信號，以提醒工作人員做出應急措施。其原理圖1所示。

2.3控制系統硬件選購原則

2.3.1PLC的選型

（1）由系統規模確定PLC單機或布網控制，由此計算PLC輸入、輸出點數，并且留有余量（10%）。

（2）確定負載類型根據PLC輸出端負載電流大小或特性，動作頻率等，從而確定采用繼電器，還是晶體管或晶閘管輸出。

（3）程序的存儲容量和指令的執行速度是兩個重要指標。

（4）編程常見采用二種方式：一是用手持編程器編程，適用于系統容量小的系統，易于現場調試；二是用采用梯形圖編程，方便直觀。

2.3.2水泵的選型

水泵從原理上可以分為氣壓泵、離心泵、軸流泵、螺旋泵等。氣壓泵是憑借活塞的運動，制造出一個近似真空，外部大氣壓將水壓上來；離心泵的原理是離心現象，是依靠葉輪葉片的轉動產生離心的作用，將液體甩出；該系列泵性能優、可靠性高、結構合理具有行業領先水平。

2.3.3變頻器的選型

變頻器技術是一門綜合性的技術，節能省電、易正反轉控制、可無極調速；具備完善保護功能，在運行過程中能隨時檢測到各種故障，并顯示故障類別，并立即自我封鎖輸出電壓形成“自我保護”和“周邊保護”。

圖1

變頻調速技術原理采用頻率和電機轉速的正比例關系進行控制。變頻器通過改變電動機工作電源頻率達到改變電機轉速的目的。

式中，n-----電機轉速f-----電源頻率p-----電機極對數

2.3.4液位傳感器的選型

傳感器通過敏感和轉換元件感受被測量對象的特征變化，并按照一定規律轉換成可用輸出信號的器件或裝置，輸出信號的形式由傳感器的原理確定。傳感器的種類已經十分繁多。如表1所示。

表1　傳感器分類

2.4控制系統接線

2.4.1PLC電路接線

系統PLC與變頻器之間的通信來控制電機的啟停和轉動的頻率，從而達到控制液位的目的。PLC直接控制電機的啟動和停止，它在接收了變頻器的信號后，對當前的液位值與設定值進行比較，通過內部程序進行運行或停止，如果液位滿足報警條件將會進行報警，同時停止自動運行。其工作原理圖如圖2所示。

圖2

2.4.2變頻器和水泵電機外部接線

變頻器作為系統的調節機構，它是采用交一直一交電源變換技術、電力電子、微電腦控制等技術于一身的綜合性電氣產品。利用變頻器接收液位傳感器的電流信號，自身進行分析處理，從而達到變頻調速的目的。電動機作為系統的執行機構，它的選用很大程度上決定了系統的成功與否，它本身所具有的性能，完全滿足本設計所需要的性能指標。

2.5PLC梯形圖編程原則

（1）梯形圖按自上而下，從左到右的順序排列。每個梯形圖由多層邏輯行組成。每一邏輯行起于左母線，經觸點、線圈終止于右母線。（2）觸點不能放在線圈的右邊，即線圈與右母線之間不能有任何觸點。（3）線圈不能直接與左母線相接，如果需要，可通過一個沒有使用的常閉觸電或特殊繼電器連接。（4）觸點可以任意串聯、并聯，而且同一觸點可以無限次使用。（5）輸出線圈可以并聯不能串聯，同一輸出線圈在同一程序中避免重復使用

3　總結

由于外圍環保要求，內需降本增效的要求之下，廢水處理工藝過程清水箱液位調控成為系統過程控制的監控對象。自PLC控制引入液位管控后，生產效率、勞動強度和風險系數等得到了下降，實現液位控制系統運行穩定、安全可靠、控制速度快、靈敏度強、降本增效等特征。使得控制更加的簡易、及時和有效。改善了生產現場環境和后期維護，但是要求專業人員技能水平需從PLC技能到工藝流程的轉化和融合，加強技術的學習和創新，更有利于生產企業的智能化和現代化發展。

參考文獻：

［1］王永初編著.自動調節系統工程設計［J］.機械工業出版社，北京，1983.

［2］尹宏業編著.可編程控制器應用［J］.航天出版社，北京:1998.

［3］邱士安主編.機電一體化技術西安［J］.西安電子科技大學出版社，2004.

［4］鄭 萍主編.現代電氣控制技術［J］.重慶大學出版社，2003.

［5］王樹青編著.工業過程控制工程［J］.化學工業出版社，北京:2002.

［6］金以慧編著.過程控制［J］.青華大學出版社，北京:1993.

［7］尤田涑編著.參數檢測與過程控制［J］.浙江大學出版社，浙江:1997.

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