自動液位控制實驗系統的設計

摘要：本文主要設計了一款可實現自動液位控制的實驗用系統，使用三菱FX3U系列PLC及三菱FRA740變頻器對水泵實現交流變頻調速以實現實時恒水位控制，并采用三菱G1000觸摸屏完成對系統參數設置及整體運行狀況的監控。

關鍵詞：水位控制 三菱 PLC 變頻

0 引言

工業中的過程控制是指以溫度、壓力、流量、液位和成分等工藝參數作為被控變量的自動控制。而在工業過程控制中，對液位的控制又是最常見、最廣泛的。所以，筆者以液位控制作為實驗內容設計了此款自動液位控制實驗系統，主要用于對實驗水箱水位的檢測及自動控制。

1 液位控制實驗系統設計要求

如圖1所示，水泵從蓄水池抽水，往水箱送水。水箱下部有一閥，控制出水量。水泵模擬供水水泵，出水閥模擬用戶用水量。要求隨著用戶用水量不同仍能實現水箱的恒液位控制。

1.1 電氣系統框圖 以PLC為控制核心，通過傳感器采集液位、壓力、流量等信號送入PLC，使用變頻器實現對水泵的變頻控制，調節供水，實現對水箱液位的自動控制。系統運行、實時狀態等參數均可通過人機界面實時顯示及手動設定，并能以曲線方式顯示各參數。

1.2 主要電氣元件選型

1.2.1 PLC選型：PLC主要選擇FX3U系列，并配以FX2N-5A模擬量轉換模塊和FX3U-485BD通訊模塊。其中主單元為FX3U-32MT/ES，為晶體管輸出方式，且有3路高速輸出，便于后期功能擴展。FX2N-5A具備4路AD輸入和1路DA輸出通道，一個模塊即可完成實現液位、壓力、流量、溫度4路傳感變送器信號輸入及一路模擬量輸出，且數據處理范圍高達-32767-32767，非常經濟實惠。FX3U-485BD模塊為與FX3U系列PLC主單元相匹配的485通訊模塊，主要用于PLC與變頻器通訊。

1.2.2 變頻器選型：變頻器選用了三菱A740變頻器，功能強大，運行穩定，且外置RS485端口，支持三菱通訊專用協議方便通訊設置。且A740具備內置PLC功能，便于后期功能擴展。

1.2.3 觸摸屏選型：選擇三菱的GT11系列的GT1150-

QBBD-C觸摸屏。該觸摸屏為5.7英寸，單色（白/藍）16級灰度，最高亮度可達350cd/m2，具備較強的色彩表現力。其內置3MB標準內存，可通過使用BMP設計畫面，使觸摸屏的畫面設計更簡便。同時還具備腳本功能，可通過該功能實現對GOT的顯示控制，從而可大幅度減輕PLC的負荷。且從功能上，教GT10系列更為先進，支持趨勢圖表的功能。

2 程序設計

2.1 系統功能設計 上電后，進行系統自檢。讀取當前液位值，并在觸摸屏上顯示。同時主接觸器接通，對變頻器供電，為水泵啟動做準備。當檢測到的液位值與預設值相差20cm以上時，變頻器輸出50HZ，水泵工頻運行。當檢測到的液位值小于10cm時，自動切換到PID運行模式。在系統運行同時，實時檢測水位，當系統發生故障，水位超過警戒水位時，系統自動報警，切斷變頻電源同時報警燈閃爍。

2.2 PID部分程序設計 三菱PLC有專用的PID指令用于進行PID運算，且有數種方式進行參數設定。

2.2.1 手動設置，通過手動設置比例增益、積分時間、微分增益、微分時間等參數。適合具備一定經驗的編程人員使用。

2.2.2 自動調諧，通過PLC自動調諧功能，獲取最佳PID控制。在完成自動調諧過程后，PID參數會自動存儲在對應的數據寄存器中，但自動調諧的目標值與測定值必須相差150以上，且采樣時間必須在1秒以上。

綜上，我們使用自動調諧獲得參數，在這基礎上根據調試結果再進行手動修改。

2.3 變頻器參數設置

主要變頻器參數如下所示：

2.4 觸摸屏畫面設計 主畫面如圖3所示，可通過該界面實現參數設置及系統啟停。運行狀況及報警狀態均有指示。且在畫面右側有趨勢圖實時顯示當前的液位狀態。

3 結束語

該系統目前只完成對水箱液位的PID控制。后續還可增加功能，實現如恒流量、恒壓供水，以及可對水箱里的水進行加熱，實現恒溫控制。

參考文獻：

[1]三菱小型可編程控制器FX系列選型指南[Z].三菱自動化（中國）有限公司，2010.

[2]FX3U系列微型可編程控制器使用手冊[Z].三菱自動化（中國）有限公司，2010.

[3]GT Designer2畫面設計手冊[Z].三菱自動化（中國）有限公司，2006.

作者簡介：徐黎（1980-），男，江蘇蘇州人，實驗師，蘇州工業職業技術學院教師，從事電氣方面的研究。