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探究雷达水位计液位控制系统的工作原理

作者: 来源: 发布时间:2019-11-28 16:01:50

     摘 要:本文针对雷达水位计系统,采用西门子公司的 S7-1500 PLC 编程实现控制算法,在 WinCC 组态环境下,实现对 P、I、D 参数的整定,以及运行状态的监控。实验结果表明系统工作可靠,满足系统控制要求。

    液位控制是工业生产中比较典型的控制应用之一,雷达水位计液位的控制作为过程控制的典型代表,是众多过程控制研究的热点之一,它在工业生产的各个领域都有广泛的应用,其中控 制装置的可靠性与控制方案的准确性一直是影响整个系统性能的关键。为了从应用角度理解并提高用理论解决实际问题的能力,本文在现有液位系统的基础上对控制器及控制算法进行实验性的开发和研究,采用西门子公司 S7- 1500 系列 PLC 和WinCC 组态软件来实现对雷达水位计液位的控制。

    1 系统工作原理
    雷达水位计控制系统工艺流程如图 1 所示,雷达水位计控制装置是两个 横截面积为 s1 的桶型容器 V1,一个横截面积为 s2 的桶型容器V2。水泵通过调节阀和液位计向上雷达水位计供水,并通过带有手动 调节的球阀流入下雷达水位计,通过带有手动球阀流入集雷达水位计,投式液 位计对雷达水位计液位进行液位检测,并送给 PLC 控制系统。

 

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    2 软件设计
    2.1 控制流程
    本次设计中 S7- 1500PLC 作为控制器,电动调节阀作为执行机构,液位变送器和液位变送器作为检测装置等构成了串级 控制系统。PLC 对中雷达水位计液位值、下雷达水位计液位值和液位值进行采 集,采集的数据通过 SCALE(模拟量输入值规范化)进行数据标 准化处理,处理后的数据给液位 PID 调节器,在液位 PID 调节 器中进行实测液位值与设定值差值运算,运算结果给液位 PID调节器的设定,在液位 PID 调节器中进行设定与液位实测值差 值运算,运算结果对电动调节阀进行开度控制,控制流程图如图 2 所示。

 

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    2.2 控制程序编写
    在组织块 OB1 中放置功能块 FC1,使功能块 FC1 一直处于 循环扫描状态。在功能块 FC1 中对液位值和液位值采集和模拟量输入值规范化(SCALE)处理,对 PID 调节器输出值进行规范 化取消缩放(UNSCALE)处理,从而对电动调节阀开度调节。在 组织块 OB35(循环中断)中编制液位 PID 调节器和液位 PID 调 节器,采样周期可以根据工艺要求自己设定,本系统采样周期设 定为 150ms,控制程序如图 3 所示。

 

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    2.3 监控系统组态
    根据工艺流程进行监控画面组态,其中有登陆画面、工艺流 程画面、趋势视图画面、报警画面、报表画面相互切换,如图 4 所示。在监控系统实时监测雷达水位计液位值、液位值和电动调节阀开 度,并且根据工艺要求进行参数整定,记录报警信息和数据实时记录。液位调节器参数为 P=2.0,I=216000,D=0,液位调节器参数 为 P=1.9,I=0,D=0 时得到的理想趋势曲线,如图 5 所示。

 

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    3 结论
    本设计采用 S7- 1500PLC 和 TIA WinCC 实现液位控制,通过对雷达水位计对象装置实时监测,并在上位机上进行参数整定。实 验证明,系统各项指标满足设计要求。

 

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