基于西門(mén)子S7—200PLC的液位串級(jí)控制系統(tǒng)分析

孫鵬程

摘要：隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，在眾多控制場(chǎng)合帶來(lái)了優(yōu)勢(shì)。本文的研究對(duì)象是基于西門(mén)子S7-200PLC液位串級(jí)控制系統(tǒng)，將從多個(gè)方面對(duì)其工作原理進(jìn)行論述。該控制系統(tǒng)能夠克服傳統(tǒng)控制系統(tǒng)控制精度不高、控制過(guò)程復(fù)雜的缺陷，能夠適應(yīng)現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求，因此得到了廣泛應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：西門(mén)子S7-200PLC；液位串級(jí)控制系統(tǒng)；分析

雙容液位控制一直以來(lái)就是工業(yè)生產(chǎn)中十分重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，特別是隨著化學(xué)工業(yè)的不斷發(fā)展，雙容液位控制的控制品質(zhì)要求越來(lái)越高。串級(jí)控制是將兩個(gè)單回路控制系統(tǒng)以特定的方式連接起來(lái)工作構(gòu)成，能夠表現(xiàn)出單回路控制系統(tǒng)自身不具備的優(yōu)勢(shì)，然后使用現(xiàn)代化計(jì)算機(jī)信息技術(shù)來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示和控制，能夠滿足現(xiàn)代化工生產(chǎn)中大型化、精確化的高要求。

一、PLC控制綜述

如今的可編程邏輯控制器可以在當(dāng)代工業(yè)中扮演增加重要的角色。它是作為替代繼電器-接觸器控制線路的新型工業(yè)控制設(shè)備而出現(xiàn)的，相比于使用傳統(tǒng)繼電器-接觸器控制系統(tǒng)，可編程邏輯控制器擁有的優(yōu)點(diǎn)很多，在實(shí)際使用中往往有著較高的可靠性，并且其空間結(jié)構(gòu)比較小，這些都使得PLC更加具有優(yōu)勢(shì)。在使用PLC來(lái)實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制系統(tǒng)的方案也有兩種，一種是通過(guò)PLC作為中央處理系統(tǒng)，連接如個(gè)人計(jì)算機(jī)或者是顯示屏等當(dāng)做的方法來(lái)將顯示和控制功能都放在顯示屏上，PLC作為程序處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種方案則是通過(guò)電路連接數(shù)碼管和按鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)液位串級(jí)控制系統(tǒng)。本文的液位串級(jí)控制系統(tǒng)建立起了人機(jī)操作界面，這都基于高效的通信傳輸技術(shù)完成對(duì)信號(hào)的實(shí)時(shí)傳遞和顯示。經(jīng)過(guò)近些年科技的不斷發(fā)展，PLC技術(shù)也不斷取得了進(jìn)步，其體積也已經(jīng)不斷縮小，但是其功能卻在不斷擴(kuò)展，能達(dá)到比較高的控制要求。此外其造價(jià)也不斷下降，在進(jìn)行PLC編程時(shí)更加便捷。隨著一些圖像顯示等功能的加入，PLC在現(xiàn)代工業(yè)控制中優(yōu)勢(shì)，可以預(yù)見(jiàn)的是PLC在未來(lái)的前景將會(huì)更好。

通過(guò)對(duì)PLC的技術(shù)發(fā)展和工業(yè)應(yīng)用中，可以發(fā)現(xiàn)PLC的主要發(fā)展方向?yàn)椋?/p>

（1）在產(chǎn)品規(guī)模方面，向兩極發(fā)展。

（2）向通信網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展。

（3）向模塊化、智能化發(fā)展。

（4）編程語(yǔ)言和編程工具的多樣化和標(biāo)準(zhǔn)化。

在繼電器控制線路的發(fā)展中，PLC的出現(xiàn)能夠解決繼電器控制線路的一些缺陷，并具有更多的優(yōu)勢(shì)，因此PLC更快取代了繼電器控制線路的地位。其實(shí)PLC剛出現(xiàn)時(shí)也僅僅只有一些邏輯運(yùn)算等簡(jiǎn)單的功能，一般只在對(duì)開(kāi)關(guān)量進(jìn)行控制時(shí)使用。到了20世紀(jì)80年代后，以16位和少數(shù)32位微處理構(gòu)成的微機(jī)，取得了飛速發(fā)展，在概念、設(shè)計(jì)、性能上都使得可編程邏輯控制器有了新的突破。這時(shí)在市場(chǎng)上就逐漸出現(xiàn)了軟繼電器的存在，這都是基于PLC技術(shù)的，主要以中間繼電器等這類(lèi)虛擬繼電器為主，目前已經(jīng)在對(duì)一些數(shù)值計(jì)算和通信等方面能夠取得比較好的控制效果。通用型PLC作為標(biāo)準(zhǔn)裝置，可供各類(lèi)工業(yè)控制系統(tǒng)選用。

在有些場(chǎng)合下，往往普通類(lèi)型的PLC不能夠勝任其要求，這時(shí)就需要根據(jù)其實(shí)際需求使用專(zhuān)用型的PLC，其主要結(jié)構(gòu)更加能夠適應(yīng)特定的控制系統(tǒng)，因此也能夠達(dá)到比較好的控制效果。盡管PLC的分類(lèi)一樣，但是其輸出也是存在差別的，目前主要有繼電器型和晶體管型。這樣不同的輸出就會(huì)導(dǎo)致PLC的性能產(chǎn)生變化，與這兩種類(lèi)型的輸出有著較大的關(guān)聯(lián)。一般繼電器輸出沒(méi)有晶體管輸出快，并且在使用壽命上也存在差距。

二、控制系統(tǒng)工作原理及組成

2.1 工作原理

在雙容水箱工作過(guò)程中，需要使用到PID控制系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)對(duì)象為下水箱液位以及上水箱液位，其中PID調(diào)節(jié)以下水箱液位調(diào)節(jié)液位為主。根據(jù)PID調(diào)節(jié)的原理，通過(guò)對(duì)下水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，一旦檢測(cè)出下水箱液位與給定之間存在差值，那么PID控制環(huán)節(jié)就立即作用，通過(guò)調(diào)節(jié)上水箱的進(jìn)水量來(lái)控制給下水箱的水量，直到當(dāng)液位檢測(cè)值和給定值完全相等。本文研究的系統(tǒng)控制部分主要由SIEMENS S7-200系列CPU224XP為主，控制程序中主程序完成對(duì)系統(tǒng)初始化操作，包含自檢以及參數(shù)設(shè)定，然后可以通過(guò)對(duì)子程序進(jìn)行調(diào)用來(lái)分別進(jìn)行PID調(diào)節(jié)、報(bào)警、通信控制等，發(fā)揮各自的作用。

2.2 軟件設(shè)計(jì)

考慮到實(shí)際控制過(guò)程的需求，本文的控制系統(tǒng)采用手動(dòng)和自動(dòng)控制這兩種方式。在系統(tǒng)啟動(dòng)前，可以通過(guò)相應(yīng)的開(kāi)關(guān)切換選擇相應(yīng)的工作方式，然后就會(huì)自動(dòng)給PLC發(fā)送信號(hào)，以便主程序調(diào)用相應(yīng)的子程序，完成調(diào)節(jié)方式選擇。目前采用自動(dòng)控制方式比較多，由PLC完成整個(gè)液位控制過(guò)程，包括數(shù)據(jù)采集以及處理，執(zhí)行等操作。傳感器能夠得到比較精確的液位值，并與給定值進(jìn)行比較，然后使用兩級(jí)PID調(diào)節(jié)功能，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成液位控制。PID控制的效果與PID參數(shù)與息息相關(guān)，需要選定符合實(shí)際控制系統(tǒng)的參數(shù)才能夠發(fā)揮出優(yōu)秀的調(diào)節(jié)性能。目前一般PID參數(shù)整定中一般都是使用試湊法，根據(jù)工程人員的實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)選擇最優(yōu)PID參數(shù)的大致范圍，然后再通過(guò)試湊的方式得到PID參數(shù)。在本文設(shè)計(jì)的基于西門(mén)子S7-200PLC液位串級(jí)控制系統(tǒng)中，首先使用自整定方法得到優(yōu)秀的控制參數(shù)，然后再根據(jù)實(shí)際控制情況進(jìn)行微調(diào)，能夠節(jié)省大量時(shí)間以及工作量，完成PID參數(shù)整定過(guò)程。

2.3人機(jī)操作界面

當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展迅猛，可靠、簡(jiǎn)潔的人機(jī)監(jiān)控界面也是進(jìn)行基于西門(mén)子S7-200PLC液位串級(jí)控制系統(tǒng)中必不可少的，確保控制能夠順利進(jìn)行。本文采用的是力控組態(tài)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，相比于其他模式，能夠具備較好的開(kāi)放性以及擴(kuò)展性，以便后期進(jìn)行對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)時(shí)能夠滿足需求，并且這種人機(jī)監(jiān)控界面的穩(wěn)定性比較高，響應(yīng)速度快，能夠保障在多種環(huán)境下順利運(yùn)行。

三、結(jié)語(yǔ)

本文基于西門(mén)子S7-200PLC液位串級(jí)控制系統(tǒng)進(jìn)行了原理以及工作流程說(shuō)明，使用了PID控制算法進(jìn)行精確控制，并在設(shè)計(jì)人機(jī)監(jiān)控界面時(shí)使用了力控組態(tài)軟件，能夠具備較好的穩(wěn)定性以及擴(kuò)展性，發(fā)揮出友好、便于操作的優(yōu)勢(shì)。本文介紹的液位串級(jí)控制系統(tǒng)呈現(xiàn)出安全、可靠以及穩(wěn)定的特征，能夠滿足現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。

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