自动液位控制实验系统的设计

摘要：本文主要设计了一款可实现自动液位控制的实验用系统，使用三菱FX3U系列PLC及三菱FRA740变频器对水泵实现交流变频调速以实现实时恒水位控制，并采用三菱G1000触摸屏完成对系统参数设置及整体运行状况的监控。

关键词：水位控制 三菱 PLC 变频

0　引言

工业中的过程控制是指以温度、压力、流量、液位和成分等工艺参数作为被控变量的自动控制。而在工业过程控制中，对液位的控制又是最常见、最广泛的。所以，笔者以液位控制作为实验内容设计了此款自动液位控制实验系统，主要用于对实验水箱水位的检测及自动控制。

1　液位控制实验系统设计要求

如图1所示，水泵从蓄水池抽水，往水箱送水。水箱下部有一阀，控制出水量。水泵模拟供水水泵，出水阀模拟用户用水量。要求随着用户用水量不同仍能实现水箱的恒液位控制。

1.1　电气系统框图　以PLC为控制核心，通过传感器采集液位、压力、流量等信号送入PLC，使用变频器实现对水泵的变频控制，调节供水，实现对水箱液位的自动控制。系统运行、实时状态等参数均可通过人机界面实时显示及手动设定，并能以曲线方式显示各参数。

1.2　主要电气元件选型

1.2.1　PLC选型：PLC主要选择FX3U系列，并配以FX2N-5A模拟量转换模块和FX3U-485BD通讯模块。其中主单元为FX3U-32MT/ES，为晶体管输出方式，且有3路高速输出，便于后期功能扩展。FX2N-5A具备4路AD输入和1路DA输出通道，一个模块即可完成实现液位、压力、流量、温度4路传感变送器信号输入及一路模拟量输出，且数据处理范围高达-32767-32767，非常经济实惠。FX3U-485BD模块为与FX3U系列PLC主单元相匹配的485通讯模块，主要用于PLC与变频器通讯。

1.2.2　变频器选型：变频器选用了三菱A740变频器，功能强大，运行稳定，且外置RS485端口，支持三菱通讯专用协议方便通讯设置。且A740具备内置PLC功能，便于后期功能扩展。

1.2.3　触摸屏选型：选择三菱的GT11系列的GT1150-

QBBD-C触摸屏。该触摸屏为5.7英寸，单色（白/蓝）16级灰度，最高亮度可达350cd/m2，具备较强的色彩表现力。其内置3MB标准内存，可通过使用BMP设计画面，使触摸屏的画面设计更简便。同时还具备脚本功能，可通过该功能实现对GOT的显示控制，从而可大幅度减轻PLC的负荷。且从功能上，教GT10系列更为先进，支持趋势图表的功能。

2　程序设计

2.1　系统功能设计　上电后，进行系统自检。读取当前液位值，并在触摸屏上显示。同时主接触器接通，对变频器供电，为水泵启动做准备。当检测到的液位值与预设值相差20cm以上时，变频器输出50HZ，水泵工频运行。当检测到的液位值小于10cm时，自动切换到PID运行模式。在系统运行同时，实时检测水位，当系统发生故障，水位超过警戒水位时，系统自动报警，切断变频电源同时报警灯闪烁。

2.2　PID部分程序设计　三菱PLC有专用的PID指令用于进行PID运算，且有数种方式进行参数设定。

2.2.1　手动设置，通过手动设置比例增益、积分时间、微分增益、微分时间等参数。适合具备一定经验的编程人员使用。

2.2.2　自动调谐，通过PLC自动调谐功能，获取最佳PID控制。在完成自动调谐过程后，PID参数会自动存储在对应的数据寄存器中，但自动调谐的目标值与测定值必须相差150以上，且采样时间必须在1秒以上。

综上，我们使用自动调谐获得参数，在这基础上根据调试结果再进行手动修改。

2.3　变频器参数设置

主要变频器参数如下所示：

2.4　触摸屏画面设计　主画面如图3所示，可通过该界面实现参数设置及系统启停。运行状况及报警状态均有指示。且在画面右侧有趋势图实时显示当前的液位状态。

3　结束语

该系统目前只完成对水箱液位的PID控制。后续还可增加功能，实现如恒流量、恒压供水，以及可对水箱里的水进行加热，实现恒温控制。

参考文献：

[1]三菱小型可编程控制器FX系列选型指南[Z].三菱自动化（中国）有限公司，2010.

[2]FX3U系列微型可编程控制器使用手册[Z].三菱自动化（中国）有限公司，2010.

[3]GT　Designer2画面设计手册[Z].三菱自动化（中国）有限公司，2006.

作者简介：徐黎（1980-），男，江苏苏州人，实验师，苏州工业职业技术学院教师，从事电气方面的研究。