料灌中液位過程控制

童湘

摘 要：本系統(tǒng)是以PLC為控制主體的自動控制系統(tǒng)， 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(xiàn)對液位的監(jiān)測與控制。

關鍵詞：PLC；料液；控制；監(jiān)測

0 引言

隨著人類社會的發(fā)展，工業(yè)自動化也有深入的發(fā)展。隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，出現(xiàn)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(yè)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(jiān)控的一種方法，其電路結構簡單，可利用原有設施改造，監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控場合。

1 系統(tǒng)的概述

根據(jù)生產(chǎn)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(tǒng)具有手動/自動兩種控制方式。

2 系統(tǒng)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(jīng)濟實惠的PLC。西門子系列PLC適用于各種場合中的檢測、監(jiān)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(wǎng)絡皆能實現(xiàn)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(nèi)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(xiàn)，本文運用西門子S7-200 PLC實現(xiàn)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(wěn)定的特性和極長的使用壽命。由永久磁鐵或線圈所產(chǎn)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(chǎn)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(huán)境接觸。

③工作壽命長：沒有采用滑動元件，不會出現(xiàn)因金屬降級的金屬疲勞現(xiàn)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(tǒng)硬件配置

為實現(xiàn)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(shù)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(tǒng)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(tǒng)外部接線圖。

4.1 系統(tǒng)外部接線圖

圖二 外部接線圖

4.2 系統(tǒng)主電路圖

圖三 主電路

5 系統(tǒng)軟件設計

5.1 系統(tǒng)控制過程

①本系統(tǒng)為液位的自動/手動雙控制系統(tǒng)。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(xiàn)設備運行，當液位到達設定值時自動停泵。

②系統(tǒng)采用置位和復位指令實現(xiàn)手動/自動兩種功能的選擇，即當按下按鈕I0.1時執(zhí)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(zhí)行自動程序同時自動指示燈點亮。系統(tǒng)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(xiàn)料泵啟動，系統(tǒng)執(zhí)行手動操作過程，當按下停止按鈕I1.1即可實現(xiàn)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(tǒng)具有從低到高的優(yōu)先權，即當多個料位控制按鈕同時閉合時，系統(tǒng)優(yōu)先執(zhí)第一階段。

④本系統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)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(tǒng)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(xù)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(tǒng)停止報警，指示燈由閃爍變?yōu)槠焦狻?/p>

⑥首次開車時，可以根據(jù)生產(chǎn)的需要自由選擇自動或手動，在生產(chǎn)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(tǒng)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(huán)境中使用，而不必過多考慮電壓波動、電磁干擾，環(huán)境溫度和濕度的影響，用PLC控制傳統(tǒng)的電氣系統(tǒng)可以減少電氣故障發(fā)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(tǒng)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(wěn)定性都達到了很好的效果。運行結果表明，該系統(tǒng)能夠滿足設計要求，具有操作方便，監(jiān)控及時等突出優(yōu)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(yè)節(jié)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(yè)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