通过PLC实现分段液位的自动化控制方案设计及产品选型

在众多生产领域中，经常需要对贮槽、贮罐、水池等容器中的液位进行监控，以往常采用传统的继电器接触控制，使用硬连接电器多，可靠性差，自动化程度不高，目前已有许多企业采用**控制器对传统接触控制进行改造，大大提高了控制系统的可靠性和自控程度，为企业提供了更可靠的生产保障。本文在此介绍一种采用可编程控制器（PLC）对液位进行监控的一种方法，其电路结构简单，投资少（可利用原有设施改造），监控系统不仅自动化程度高，还具有在线修改功能，灵活性强，适用于多段液位监控场合。

1．控制要求
PLC液位显示报警控制系统可以根据生产的需要将液位分为多段来设定，并分段显示，当液位为***低限时自动启动料泵加液，液位到达设定值时发出声光报警，并停泵；操作人员可通过确认按钮解除音响报警信号，闪烁灯光转平光；系统具有手动/自动两种控制方式，并设有试验功能。

2．PLC选型
目前在国内市场上有从美国、德国、日本等国引进的多种系列PLC，国内也有许多厂家组装、开发数十种PLC，故PLC系列标准不一，功能参差不齐，价格悬殊。在此情况下，PLC的选择应着重考虑PLC的性能价格比，选择可靠性高，功能相当，负载能力合适，经济实惠的PLC。本文介绍以四段液位控制对象为例，据对多种因素的分析比较及监控系统输入、输出点数的要求，选用日本立石（OMRON）公司C20P型PLC。

3．系统硬件配置
为实现液位的手动/自动控制，需要输入口12点，输出口8点，选用C20P 20点I/O单元的PLC，输入光电隔离，输出继电器隔离，负载能力强；液位检测采用干簧管传感器，手动/自动转换、运行/试验转换和液位设定采用双位旋钮，手动启泵、停泵和确认、试验采用常开按钮；输出选用电子音响报警器和24V直流指示灯、继电器。参见图一系统硬件配置图。

图一   系统硬件配置图

为节省输入口数量，节省投资，本系统运行/试验功能的转换采用了对I/O模块接线的优化，使PLC输入模块中1个输入节点起到2个输入节点的作用，完成PLC工作在两种方式下的I/O功能。参见图二I/O模块接线的优化。

图二   I/O模块接线的优化

系统正常运行时，运行/试验转换旋钮S接通1-3接点，各试验按钮不起作用，液位信号由各干簧管传感器传输给PLC；系统处于试验状态时，S接通1-2接点，各传感器输入信号不起作用，此时可用各试验按钮模拟各段液位信号传输给PLC。两种控制方式下的两个信号共用一个输入节点，成倍提高I/O端口的利用率，节省I/O点数。

4．系统软件设计

4．1  控制程序流程图

图三   系统流程图

4．2  编程说明

 = 1 * GB3 ① 本系统为液位的双位控制系统。液位可分四段设定和显示，在***低液位时自动启泵，当液位到达设定值时自动停泵。

 = 2 * GB3 ② 采用IL/ILC分支指令，通过0008旋钮实现手动/自动两种功能的选择，当0008旋钮闭合时，自动指示灯亮，系统执行IL/ILC分支内程序，完成自动监控；当0008旋钮打开时，手动指示灯亮，系统执行分支外程序，通过0010、0011旋钮实现手动启泵、停泵。

 = 3 * GB3 ③ 液位由0004~0007旋钮分***低、较低、较高、***高四段设定，系统设置由低到高的优先权，即当多个设定旋钮同时闭合时，低液位设定优先。

 = 4 * GB3 ④ 采用干簧管检测液位时，当液位到达检测点时其触点闭合，指示灯点亮；液位离开检测点时其触点打开，为保证相应测量段指示灯不立即熄灭及不受液位波动的影响，每段指示灯的控制均采用KEEP保持指令，只有当液位上升或下降到相邻段时指示灯才熄灭。

 = 5 * GB3 ⑤ 当液位到达检测点时，液位指示灯闪烁，灯光闪烁因子采用内部闪烁内标1902，以1S为周期闪烁；若液位到达设定值时，自动停泵，并设置电子音响报警，报警声设计为响3S停2S，循环30S后自停，或在30S内按0009确认按钮停音响，指示灯传平光。电子音响报警和泵的启停同样考虑液位的波动影响，设计时采用KEEP保持指令和DIFU微分指令联合使用。

 = 6 * GB3 ⑥ **开车时，液位低于或高于***低液位时，需先手动启泵，再切换成自动运行；或**入试验方式，按***低液位试验按钮启动料泵，再进入自动运行方式。

4．3  PLC梯形图

图四    PLC梯形图