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探究雷達水位計液位控制系統的工作原理

作者: 來源: 發布時間:2019-11-28 16:01:50

     摘 要:本文針對雷達水位計系統,采用西門子公司的 S7-1500 PLC 編程實現控制算法,在 WinCC 組態環境下,實現對 P、I、D 參數的整定,以及運行狀態的監控。實驗結果表明系統工作可靠,滿足系統控制要求。

    液位控制是工業生產中比較典型的控制應用之一,雷達水位計液位的控制作為過程控制的典型代表,是眾多過程控制研究的熱點之一,它在工業生產的各個領域都有廣泛的應用,其中控 制裝置的可靠性與控制方案的準確性一直是影響整個系統性能的關鍵。為了從應用角度理解并提高用理論解決實際問題的能力,本文在現有液位系統的基礎上對控制器及控制算法進行實驗性的開發和研究,采用西門子公司 S7- 1500 系列 PLC 和WinCC 組態軟件來實現對雷達水位計液位的控制。

    1 系統工作原理
    雷達水位計控制系統工藝流程如圖 1 所示,雷達水位計控制裝置是兩個 橫截面積為 s1 的桶型容器 V1,一個橫截面積為 s2 的桶型容器V2。水泵通過調節閥和液位計向上雷達水位計供水,并通過帶有手動 調節的球閥流入下雷達水位計,通過帶有手動球閥流入集雷達水位計,投式液 位計對雷達水位計液位進行液位檢測,并送給 PLC 控制系統。

 

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    2 軟件設計
    2.1 控制流程
    本次設計中 S7- 1500PLC 作為控制器,電動調節閥作為執行機構,液位變送器和液位變送器作為檢測裝置等構成了串級 控制系統。PLC 對中雷達水位計液位值、下雷達水位計液位值和液位值進行采 集,采集的數據通過 SCALE(模擬量輸入值規范化)進行數據標 準化處理,處理后的數據給液位 PID 調節器,在液位 PID 調節 器中進行實測液位值與設定值差值運算,運算結果給液位 PID調節器的設定,在液位 PID 調節器中進行設定與液位實測值差 值運算,運算結果對電動調節閥進行開度控制,控制流程圖如圖 2 所示。

 

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    2.2 控制程序編寫
    在組織塊 OB1 中放置功能塊 FC1,使功能塊 FC1 一直處于 循環掃描狀態。在功能塊 FC1 中對液位值和液位值采集和模擬量輸入值規范化(SCALE)處理,對 PID 調節器輸出值進行規范 化取消縮放(UNSCALE)處理,從而對電動調節閥開度調節。在 組織塊 OB35(循環中斷)中編制液位 PID 調節器和液位 PID 調 節器,采樣周期可以根據工藝要求自己設定,本系統采樣周期設 定為 150ms,控制程序如圖 3 所示。

 

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    2.3 監控系統組態
    根據工藝流程進行監控畫面組態,其中有登陸畫面、工藝流 程畫面、趨勢視圖畫面、報警畫面、報表畫面相互切換,如圖 4 所示。在監控系統實時監測雷達水位計液位值、液位值和電動調節閥開 度,并且根據工藝要求進行參數整定,記錄報警信息和數據實時記錄。液位調節器參數為 P=2.0,I=216000,D=0,液位調節器參數 為 P=1.9,I=0,D=0 時得到的理想趨勢曲線,如圖 5 所示。

 

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    3 結論
    本設計采用 S7- 1500PLC 和 TIA WinCC 實現液位控制,通過對雷達水位計對象裝置實時監測,并在上位機上進行參數整定。實 驗證明,系統各項指標滿足設計要求。

 

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