基于西門子S7—200PLC的液位串級控制系統分析

劉云峰

摘要：在自動化工業生產中，液位是非常關鍵的控制參數，其決定著工業生產效率。隨著現代工業控制要求的提高，傳統的自動化控制已無法滿足現代工業生產要求，因此，需要將西門子S7—200PLC液位串級控制系統，使控制方式更為科學、有效。

關鍵詞：西門子；S7—200PLC；液位串級控制系統

中圖分類號：TP273 文獻標識碼：A 文章編號：2095—6487（2018）02—0013—02

0引言

液位串級控制系統屬于多回路控制系統，是為了強化單回路系統控制效果而產生的一種新方案。采取該種控制方式實現多液位控制，集各優勢于一體，文中借助S7-200PLC進行液位控制，能夠起到很好的控制效果。

1系統構成及工作原理

1.1系統構成

該種液位控制系統是由上位機、PLC和上下水箱等構成，而系統硬件部分包含一臺PLC、一根通信電纜、兩個液位變送器及電動調節閥等。其系統控制程序是由主、子程序構成，主程序對該系統進行整體控制與初始化。

1.2系統工作原理

當初始容器為空時，啟動PLC控制系統，上下水箱分別為主、副調節對象，如果下水箱液位與所給液位存在差異時，就需要對上水箱進水量進行調節，向下水箱注入所需液體。

2系統軟件設計

2.1 PLC工作流程

依據液位串級控制原理可知PLC的工作流程如圖1所示。

2.2 PLC的功能特點

2.2.1可靠性與抗干擾能力強

PLC主要運用于工業控制，能夠適應電噪聲、機械振動的工作環境，因而，在對其設計時，需要對各類器件進行仔細篩選，并采用有效的優化措施。如在輸入和輸出電路中采取光電隔離手段，讓電浮空便于接電，增強其抗干擾性，且輸入、輸出端口應該在傳統模擬濾波的基礎上，增加數字濾波。使用先進的電源電路，防止干擾信號的串入。使用科學有效的電路程序，各模塊能夠在線插拔，即使在具體調試的過程中也不會影響各機的順利運行。

2.2.2編程簡單、具體

出于對大部分電氣工作人員對各控制線路熟悉程度的考慮，在PLC設計時，并未使用傳統微機匯編語言，而是使用了梯形圖語言。該種語言和繼電器工作原理存在一定的相似性，直觀具體，簡單易懂，電氣工作人員能夠在短期內學會。同時，PLC還綜合了計算機控制與繼電器控制技術優勢，運用起來更加便利。

2.2.3控制性能強

PLC的功能非常多，如定時、計算和PID運算等。并且其還能夠連接成一個具有強大功能的網絡系統，適應于高低速網絡連接，具有很強的兼容性。

2.2.4便于安裝與維護

PLC安裝過程比較簡單，比較小的體積可以安裝于繼電器的小部分位置，改換便利，只需要其輸入、輸出端子與現有的階段端子相連。而對于那些比較大的PLC系統，遠程站經過同軸電纜、雙扭線與CPU相連，該種配置方式減少了大量的人力、物力和財力資源。此外，從后期維護層面看，在最初設計時，PLC就是本著維護方便出發的，因而，各器件基本是模塊化的，在維護時，只需要換模塊。

2.3 PLC控制方式

控制方式可以分成手動和自動兩種。具體要選擇哪種工作方式，應該在正式啟動系統時，由相應的按鈕來完成，選擇好工作方式后將信號送至PLC，同時調用與之適應的子程序。其中手動操作方式是人工進行調節，PLC接收各類信號，通過相應程序計算得出液位值，并與主調節液位定值作對比，再向調節閥輸入信號，從而完成液位控制。

控制系統中有兩個PID，分別進行主、副班調節，方便進行液位值計算。本系統主要使用了9個參數，即過程變量、給定值、輸出值等，對液位計算進行控制。

2.4水箱液位控制系統設計

通過分析生產工藝大致情況，水箱主要包含進出水口，設定數值確定液位高度，如果液位太高，則應該利用調節閥，讓進水閥開度變大；如果液位太低，就應該將進水閥開度變小。在對液位進行檢測時主要使用DDZ儀表，完成檢測后能夠以此標準型號輸入，再通過轉換，變為PLC可以接受的信號。

通常情況下，單回路調節系統都是利用某個調節器對某個調節對象進行調節，使其參數保持在一個恒定的狀態，而調節器僅僅只接受一個測量信號，控制一個執行機構。對于本系統來說，要保持在恒定狀態的參數是給定液位的高度，也就是讓控制水箱高度與給定參數保持一致。從控制原理圖可知，本系統屬于閉環反饋單回路控制，使用智能儀表來控制。制定好具體調節方案后，接著就需要對調節器參數進行科學調整，而參數的選擇關系著控制的質量。科學合理的控制參數，能夠起到很好的控制效果，相反，控制參數選擇不科學，就會影響控制質量，無法達到預期的控制效果。圖2所示為單回路水箱液位控制系統原理圖。

2.5人機界面設計

人機界面主要是運用力控組態來開發，其組態穩定性強、操作簡單，具有很好的擴展性能。圖3為界面圖。

3結束語

本系統以液位水箱為研究對象，綜合雙液位控制特征，采取串級控制方式來控制。經實踐研究表明，采用該種液位串級控制系統，可以高效、高質量完成各項生產任務。并且，人機界面操作方便、穩定性強，能夠進行遠程監控與判斷，具有一定的使用價值。