孙鹏程

摘要：随着技术的不断发展，在众多控制场合带来了优势。本文的研究对象是基于西门子S7-200PLC液位串级控制系统，将从多个方面对其工作原理进行论述。该控制系统能够克服传统控制系统控制精度不高、控制过程复杂的缺陷，能够适应现代化工业生产的实际需求，因此得到了广泛应用。

关键词：西门子S7-200PLC；液位串级控制系统；分析

双容液位控制一直以来就是工业生产中十分重要的一个环节，特别是随着化学工业的不断发展，双容液位控制的控制品质要求越来越高。串级控制是将两个单回路控制系统以特定的方式连接起来工作构成，能够表现出单回路控制系统自身不具备的优势，然后使用现代化计算机信息技术来进行实时动态数据显示和控制，能够满足现代化工生产中大型化、精确化的高要求。

一、PLC控制综述

如今的可编程逻辑控制器可以在当代工业中扮演增加重要的角色。它是作为替代继电器-接触器控制线路的新型工业控制设备而出现的，相比于使用传统继电器-接触器控制系统，可编程逻辑控制器拥有的优点很多，在实际使用中往往有着较高的可靠性，并且其空间结构比较小，这些都使得PLC更加具有优势。在使用PLC来实现液位串级控制系统的方案也有两种，一种是通过PLC作为中央处理系统，连接如个人计算机或者是显示屏等当做的方法来将显示和控制功能都放在显示屏上，PLC作为程序处理器来实现；另一种方案则是通过电路连接数码管和按键来实现液位串级控制系统。本文的液位串级控制系统建立起了人机操作界面，这都基于高效的通信传输技术完成对信号的实时传递和显示。经过近些年科技的不断发展，PLC技术也不断取得了进步，其体积也已经不断缩小，但是其功能却在不断扩展，能达到比较高的控制要求。此外其造价也不断下降，在进行PLC编程时更加便捷。随着一些图像显示等功能的加入，PLC在现代工业控制中优势，可以预见的是PLC在未来的前景将会更好。

通过对PLC的技术发展和工业应用中，可以发现PLC的主要发展方向为：

（1）在产品规模方面，向两极发展。

（2）向通信网络化发展。

（3）向模块化、智能化发展。

（4）编程语言和编程工具的多样化和标准化。

在继电器控制线路的发展中，PLC的出现能够解决继电器控制线路的一些缺陷，并具有更多的优势，因此PLC更快取代了继电器控制线路的地位。其实PLC刚出现时也仅仅只有一些逻辑运算等简单的功能，一般只在对开关量进行控制时使用。到了20世纪80年代后，以16位和少数32位微处理构成的微机，取得了飞速发展，在概念、设计、性能上都使得可编程逻辑控制器有了新的突破。这时在市场上就逐渐出现了软继电器的存在，这都是基于PLC技术的，主要以中间继电器等这类虚拟继电器为主，目前已经在对一些数值计算和通信等方面能够取得比较好的控制效果。通用型PLC作为标准装置，可供各类工业控制系统选用。

在有些场合下，往往普通类型的PLC不能够胜任其要求，这时就需要根据其实际需求使用专用型的PLC，其主要结构更加能够适应特定的控制系统，因此也能够达到比较好的控制效果。尽管PLC的分类一样，但是其输出也是存在差别的，目前主要有继电器型和晶体管型。这样不同的输出就会导致PLC的性能产生变化，与这两种类型的输出有着较大的关联。一般继电器输出没有晶体管输出快，并且在使用寿命上也存在差距。

二、控制系统工作原理及组成

2.1 工作原理

在双容水箱工作过程中，需要使用到PID控制系统，其调节对象为下水箱液位以及上水箱液位，其中PID调节以下水箱液位调节液位为主。根据PID调节的原理，通过对下水箱的液位进行检测，一旦检测出下水箱液位与给定之间存在差值，那么PID控制环节就立即作用，通過调节上水箱的进水量来控制给下水箱的水量，直到当液位检测值和给定值完全相等。本文研究的系统控制部分主要由SIEMENS S7-200系列CPU224XP为主，控制程序中主程序完成对系统初始化操作，包含自检以及参数设定，然后可以通过对子程序进行调用来分别进行PID调节、报警、通信控制等，发挥各自的作用。

2.2 软件设计

考虑到实际控制过程的需求，本文的控制系统采用手动和自动控制这两种方式。在系统启动前，可以通过相应的开关切换选择相应的工作方式，然后就会自动给PLC发送信号，以便主程序调用相应的子程序，完成调节方式选择。目前采用自动控制方式比较多，由PLC完成整个液位控制过程，包括数据采集以及处理，执行等操作。传感器能够得到比较精确的液位值，并与给定值进行比较，然后使用两级PID调节功能，控制执行机构完成液位控制。PID控制的效果与PID参数与息息相关，需要选定符合实际控制系统的参数才能够发挥出优秀的调节性能。目前一般PID参数整定中一般都是使用试凑法，根据工程人员的实际工作经验选择最优PID参数的大致范围，然后再通过试凑的方式得到PID参数。在本文设计的基于西门子S7-200PLC液位串级控制系统中，首先使用自整定方法得到优秀的控制参数，然后再根据实际控制情况进行微调，能够节省大量时间以及工作量，完成PID参数整定过程。

2.3人机操作界面

当前信息技术发展迅猛，可靠、简洁的人机监控界面也是进行基于西门子S7-200PLC液位串级控制系统中必不可少的，确保控制能够顺利进行。本文采用的是力控组态进行开发，相比于其他模式，能够具备较好的开放性以及扩展性，以便后期进行对控制系统进行升级时能够满足需求，并且这种人机监控界面的稳定性比较高，响应速度快，能够保障在多种环境下顺利运行。

三、结语

本文基于西门子S7-200PLC液位串级控制系统进行了原理以及工作流程说明，使用了PID控制算法进行精确控制，并在设计人机监控界面时使用了力控组态软件，能够具备较好的稳定性以及扩展性，发挥出友好、便于操作的优势。本文介绍的液位串级控制系统呈现出安全、可靠以及稳定的特征，能够满足现代工业生产的实际需求。

参考文献：

[1]王志刚，虎恩典，王宁.基于PLC的双容水箱液位串级PID控制的实现[J].电子设计工程，2014，22（22）：131-133+137.

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