通過PLC實(shí)現(xiàn)分段液位的自動化控制方案設(shè)計(jì)及產(chǎn)品選型

在眾多生產(chǎn)領(lǐng)域中，經(jīng)常需要對貯槽、貯罐、水池等容器中的液位進(jìn)行監(jiān)控，以往常采用傳統(tǒng)的繼電器接觸控制，使用硬連接電器多，可靠性差，自動化程度不高，目前已有許多企業(yè)采用先進(jìn)控制器對傳統(tǒng)接觸控制進(jìn)行改造，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和自控程度，為企業(yè)提供了更可靠的生產(chǎn)保障。本文在此介紹一種采用可編程控制器（PLC）對液位進(jìn)行監(jiān)控的一種方法，其電路結(jié)構(gòu)簡單，投資少（可利用原有設(shè)施改造），監(jiān)控系統(tǒng)不僅自動化程度高，還具有在線修改功能，靈活性強(qiáng)，適用于多段液位監(jiān)控場合。

1．控制要求
PLC液位顯示報警控制系統(tǒng)可以根據(jù)生產(chǎn)的需要將液位分為多段來設(shè)定，并分段顯示，當(dāng)液位為***低限時自動啟動料泵加液，液位到達(dá)設(shè)定值時發(fā)出聲光報警，并停泵；操作人員可通過確認(rèn)按鈕解除音響報警信號，閃爍燈光轉(zhuǎn)平光；系統(tǒng)具有手動/自動兩種控制方式，并設(shè)有試驗(yàn)功能。

2．PLC選型
目前在國內(nèi)市場上有從美國、德國、日本等國引進(jìn)的多種系列PLC，國內(nèi)也有許多廠家組裝、開發(fā)數(shù)十種PLC，故PLC系列標(biāo)準(zhǔn)不一，功能參差不齊，價格懸殊。在此情況下，PLC的選擇應(yīng)著重考慮PLC的性能價格比，選擇可靠性高，功能相當(dāng)，負(fù)載能力合適，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的PLC。本文介紹以四段液位控制對象為例，據(jù)對多種因素的分析比較及監(jiān)控系統(tǒng)輸入、輸出點(diǎn)數(shù)的要求，選用日本立石（OMRON）公司C20P型PLC。

3．系統(tǒng)硬件配置
為實(shí)現(xiàn)液位的手動/自動控制，需要輸入口12點(diǎn)，輸出口8點(diǎn)，選用C20P 20點(diǎn)I/O單元的PLC，輸入光電隔離，輸出繼電器隔離，負(fù)載能力強(qiáng)；液位檢測采用干簧管傳感器，手動/自動轉(zhuǎn)換、運(yùn)行/試驗(yàn)轉(zhuǎn)換和液位設(shè)定采用雙位旋鈕，手動啟泵、停泵和確認(rèn)、試驗(yàn)采用常開按鈕；輸出選用電子音響報警器和24V直流指示燈、繼電器。參見圖一系統(tǒng)硬件配置圖。

圖一   系統(tǒng)硬件配置圖

為節(jié)省輸入口數(shù)量，節(jié)省投資，本系統(tǒng)運(yùn)行/試驗(yàn)功能的轉(zhuǎn)換采用了對I/O模塊接線的優(yōu)化，使PLC輸入模塊中1個輸入節(jié)點(diǎn)起到2個輸入節(jié)點(diǎn)的作用，完成PLC工作在兩種方式下的I/O功能。參見圖二I/O模塊接線的優(yōu)化。

圖二   I/O模塊接線的優(yōu)化

系統(tǒng)正常運(yùn)行時，運(yùn)行/試驗(yàn)轉(zhuǎn)換旋鈕S接通1-3接點(diǎn)，各試驗(yàn)按鈕不起作用，液位信號由各干簧管傳感器傳輸給PLC；系統(tǒng)處于試驗(yàn)狀態(tài)時，S接通1-2接點(diǎn)，各傳感器輸入信號不起作用，此時可用各試驗(yàn)按鈕模擬各段液位信號傳輸給PLC。兩種控制方式下的兩個信號共用一個輸入節(jié)點(diǎn)，成倍提高I/O端口的利用率，節(jié)省I/O點(diǎn)數(shù)。

4．系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

4．1  控制程序流程圖

圖三   系統(tǒng)流程圖

4．2  編程說明

 = 1 * GB3 ① 本系統(tǒng)為液位的雙位控制系統(tǒng)。液位可分四段設(shè)定和顯示，在***低液位時自動啟泵，當(dāng)液位到達(dá)設(shè)定值時自動停泵。

 = 2 * GB3 ② 采用IL/ILC分支指令，通過0008旋鈕實(shí)現(xiàn)手動/自動兩種功能的選擇，當(dāng)0008旋鈕閉合時，自動指示燈亮，系統(tǒng)執(zhí)行IL/ILC分支內(nèi)程序，完成自動監(jiān)控；當(dāng)0008旋鈕打開時，手動指示燈亮，系統(tǒng)執(zhí)行分支外程序，通過0010、0011旋鈕實(shí)現(xiàn)手動啟泵、停泵。

 = 3 * GB3 ③ 液位由0004~0007旋鈕分***低、較低、較高、***高四段設(shè)定，系統(tǒng)設(shè)置由低到高的優(yōu)先權(quán)，即當(dāng)多個設(shè)定旋鈕同時閉合時，低液位設(shè)定優(yōu)先。

 = 4 * GB3 ④ 采用干簧管檢測液位時，當(dāng)液位到達(dá)檢測點(diǎn)時其觸點(diǎn)閉合，指示燈點(diǎn)亮；液位離開檢測點(diǎn)時其觸點(diǎn)打開，為保證相應(yīng)測量段指示燈不立即熄滅及不受液位波動的影響，每段指示燈的控制均采用KEEP保持指令，只有當(dāng)液位上升或下降到相鄰段時指示燈才熄滅。

 = 5 * GB3 ⑤ 當(dāng)液位到達(dá)檢測點(diǎn)時，液位指示燈閃爍，燈光閃爍因子采用內(nèi)部閃爍內(nèi)標(biāo)1902，以1S為周期閃爍；若液位到達(dá)設(shè)定值時，自動停泵，并設(shè)置電子音響報警，報警聲設(shè)計(jì)為響3S停2S，循環(huán)30S后自停，或在30S內(nèi)按0009確認(rèn)按鈕停音響，指示燈傳平光。電子音響報警和泵的啟停同樣考慮液位的波動影響，設(shè)計(jì)時采用KEEP保持指令和DIFU微分指令聯(lián)合使用。

 = 6 * GB3 ⑥ 首次開車時，液位低于或高于***低液位時，需先手動啟泵，再切換成自動運(yùn)行；或先進(jìn)入試驗(yàn)方式，按***低液位試驗(yàn)按鈕啟動料泵，再進(jìn)入自動運(yùn)行方式。

4．3  PLC梯形圖