液位精確控制

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

關(guān)鍵詞：液位；控制；PLC；調(diào)節(jié)閥；磁浮子；變頻器

1 工藝現(xiàn)狀

10000 m3常壓儲(chǔ)水池一個(gè)，盛水若干；10m3工藝儲(chǔ)水罐一個(gè)。

2 工藝要求

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

3 設(shè)計(jì)思路

因工藝要求精確控制儲(chǔ)液罐的液位在75%，不能使用開關(guān)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(shù)呈線性變化，故選用PLC編程，根據(jù)出口流量的變化來控制入口調(diào)節(jié)閥的開度，達(dá)到根據(jù)工藝生產(chǎn)水使用量的變化及時(shí)補(bǔ)充水，達(dá)到液位一直保持在75%。因現(xiàn)場(chǎng)儲(chǔ)水池地理位置低于儲(chǔ)液罐位置，必須用泵將水打壓提升，才能進(jìn)入儲(chǔ)液罐。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)工藝狀況發(fā)生變化，水使用量可能有時(shí)多，有時(shí)少，甚至使用是為零，為了解決水使用量減少甚至為零時(shí)泵憋壓的問題，給介質(zhì)輸送泵配置變頻器調(diào)節(jié)泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到管道內(nèi)壓力穩(wěn)定且不會(huì)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(hào)來自遠(yuǎn)傳壓力表的模擬量檢測(cè)，當(dāng)管道壓力低于400KPa時(shí)，頻率上升，泵轉(zhuǎn)速提高。管道壓力高于設(shè)定的400KPa時(shí)，變頻器頻率降低，泵轉(zhuǎn)速降低。當(dāng)管道出口壓力穩(wěn)定時(shí)，變頻器的頻率也就穩(wěn)定了，如果后端的調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，變頻器給管道壓力升高到400KPa時(shí)，頻率降低為零，泵停止轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成工藝主回路構(gòu)成是10000m3儲(chǔ)水池通過工藝管道將泵、調(diào)節(jié)閥與10 m3工藝儲(chǔ)水罐連接起來。連接順序是10000m3水池──泵──調(diào)節(jié)閥──10m3儲(chǔ)水罐。

安裝于工藝管線的設(shè)備有泵（含電機(jī)）與調(diào)節(jié)閥，泵安裝于10000 m3水池出口，調(diào)節(jié)閥安裝于10m3工藝儲(chǔ)水罐的前端。

電氣回路設(shè)備有電機(jī)（裝于泵上）、變頻器與遠(yuǎn)傳壓力表，遠(yuǎn)傳壓力表在泵的后端取壓，其信號(hào)走向?yàn)樗畨毫﹄娦盘?hào)──變頻器──電機(jī)。

儀控回路設(shè)備有調(diào)節(jié)閥、電腦、PLC與液位計(jì)。其信號(hào)走向?yàn)榘惭b在10m3工藝儲(chǔ)水罐上的液位計(jì)，將液位信號(hào)轉(zhuǎn)化電流信號(hào)──PLC──調(diào)節(jié)閥，PLC通過電腦終端進(jìn)行編程、畫面制作及運(yùn)行操作。

5 工作原理

常壓水經(jīng)泵升壓至400KPa，通過調(diào)節(jié)閥的開度控制流量大小，使10 m3儲(chǔ)水罐的液位控制在75%。

量程為0-1MPa的遠(yuǎn)傳壓力表安裝于工藝主管道上，實(shí)時(shí)檢測(cè)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(hào)。變頻器根據(jù)輸入信號(hào)的變化，經(jīng)計(jì)算后輸出變化的頻率給泵上的電機(jī)，控制泵的轉(zhuǎn)速，達(dá)到將泵與調(diào)節(jié)閥間工藝管道壓力穩(wěn)定在400KPa，給調(diào)節(jié)閥提供壓力穩(wěn)定的水源，為后續(xù)調(diào)節(jié)作準(zhǔn)備。變頻器的端子與電機(jī)、遠(yuǎn)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(jī)，10V、AI1、GND接遠(yuǎn)傳壓力表，DI5通過變頻器的參數(shù)設(shè)置確定為啟停信號(hào)，通過內(nèi)部24V電源信號(hào)作為控制源，TA與TC作為變頻器的故障輸出端。需設(shè)置變頻器參數(shù)有（默認(rèn)值未列出）：9902：PID；9905-9電機(jī)銘牌參數(shù)；1002：DI5啟動(dòng)命令；1003：FORWARD；1102：EXT2；1106：19 PID1 OUT；1601：YES；4010：19 內(nèi)部給定；4014：ACT1；4016：AI1（接電壓信號(hào)）。

安裝于10m3儲(chǔ)水罐的磁浮子液位計(jì)，實(shí)時(shí)檢測(cè)儲(chǔ)水罐的液位，液位計(jì)輸出4-20mA電流信號(hào)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(shí)時(shí)顯示出來。PLC編PID調(diào)節(jié)程序，將MD20通過系統(tǒng)功能FC106轉(zhuǎn)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(hào)控制調(diào)節(jié)閥的開度。WINCC畫面做調(diào)節(jié)閥的手自動(dòng)轉(zhuǎn)換手動(dòng)控制調(diào)節(jié)開度與自動(dòng)控制液位界面。PID程序中，液位計(jì)的液位顯示值作為PID塊中的控制量，如果實(shí)際液位高于設(shè)定值，調(diào)節(jié)閥開度關(guān)小，如果實(shí)際液位低于設(shè)定值，調(diào)節(jié)閥開度開大，使液位保持在設(shè)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(tǒng)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(diào)節(jié)程序如下（未使用參數(shù)未列出）：

A MW4.0//手自動(dòng)；= 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(jié)論

運(yùn)用該方式做的液位自動(dòng)控制，不但能滿足任何苛刻的現(xiàn)場(chǎng)條件，且能滿足現(xiàn)代精細(xì)化生產(chǎn)對(duì)液位有精確控制的場(chǎng)合，且設(shè)備選型合理，成本低，使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)液位控制方面有一定的指導(dǎo)性。

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