基于PLC的水箱水位自动监控模拟系统

盛青松

摘 要：液位控制是自动化控制领域中一个很重要的控制参数，液位的稳定与否直接影响到了工业自动化生产的安全性、效率性及能源利用率等一系列的重要问题。文章介绍利用信捷PLC、模拟量扩展模块、触摸屏及变频器实现水箱水位自动监控模拟系统。

关键词：PLC；触摸屏；变频器

自20世纪60年代可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）进入工业控制领域以来，特别是将计算机技术全面应用到PLC中后，PLC的功能发生了质的飞跃，应用领域也越来越广泛，目前，PLC已经成为工业自动化控制中不可或缺的技术。

液位控制是自动化控制领域中一个很重要的控制参数，在能源、化工等领域均需有液位控制需求，比如锅炉液位的控制、油罐液位的控制、居民楼水箱液位的控制等，液位的稳定与否直接影响到了工业自动化生产的安全性、效率性及能源利用率等一系列的重要问题。本文介绍利用信捷PLC、模拟量扩展模块、触摸屏及变频器实现水箱水位自动监控模拟系统，利用变频器控制进水泵，根据水位变化动态调节流量，更符合节能要求。

1 系统总体结构

假设居民楼楼顶有一个储水水箱，水箱进水有进水泵可控制，水箱出水有出水阀控制，当有居民用水时，出水阀打开，水箱中的水往外流，为了使居民能全天候正常用水，需要对水箱里的液位进行监控，当液位低于某一设定值时，自动开启进水泵进行蓄水。

本文介绍的水箱水位控制系统如图1所示。其中，水位传感器用于检测水箱水位的高度，并将水位高度转化成0～10 V的电压信号输出；扩展模块XCL-E4AD2DA是具有4通道14位精度模拟输入和2通道12位精度模拟输出的模拟量扩展模块，模拟量输入通道用于接收水位高度的电压信息，并将数值进行A/D转化后直接送入PLC寄存器，模拟量输出通道将通过PLC程序处理过的数值进行D/A转化后输出0～10 V的电压，并将此输出电压输入变频器模拟量输入端；PLC采用信捷XCC-32T-E型PLC，是整体模拟系统的核心处理器，接收来自扩展模块的水位传感器信号，通过程序判断后输出控制变频器频率的数值；变频器采用信捷VB5N20P7，通过变频器的模拟量信号控制方式控制频率的输出变化，从而动态调节进水泵的流量；触摸屏采用信捷TG765-MT触摸屏，用于水箱水位的实时监控，能实时显示液位高度，能进行液位警戒报警，能进行液位设定值、上下限液位值的输入[1]。

2 系统硬件设计

2.1 系统硬件电路接线

根据水箱水位控制系统可知，PLC需要2个输入点、1个输出点来进行控制，2个输入点用于系统的启停功能，1个输出点用于变频器的运行、停止控制端。扩展模块XCL-E4AD2DA的模拟量输入端连接液位传感器，用于测量水箱的液位，扩展模块的输出端连接变频器的模拟量输入端，用于控制变频器的输出频率，控制进水泵的流量。PLC跟扩展模块之间通过扁平电缆连接。系统硬件电路如图2所示。

2.2 变频器VB5N20P7参数设置

VB5N系列是信捷公司高性能、简易型、低噪音变频器。在提高稳定性的前提下增加了实用的PI调节，灵活地输入输出端子、参数在线修改、定长控制、摆频控制、RS485控制、现场总线控制等一系列实用先进的运行、控制功能。

VB5N20P7变频器的输出频率可以通过变频器操作面板设置、内部参数设置及模拟信号进行控制。本系统采用模拟信号进行控制，通过CI端子接收模拟信号输入。变频器的输出频率方式、命令通道及相关频率对应关系均是通过相关参数设置，本系统的变频器部分参数设置如表1所示。

3 系统软件设计

根据系统总体要求，水箱水位的软件控制要求如下：按下启动按钮，水箱水位监控系统开始运行。首先，PLC控制器通过扩展模块ID100读取水位传感器液位信号，并将数值保存在寄存器中。其次，将数值转化为实际液位值。然后将实际液位与设定液位进行比较，根据比较结果输出相应的值给扩展模块的QD100，通过扩展模块的模拟量输出值控制变频器的频率变化[2]。假设实际液位与设定液位的比较值保存在D0中，我们规定当D0>0.05时，则QD0=0，变频器不工作，进水泵关闭；当01时，则QD0=4 095，变频器输出频率为50 Hz，进水泵进水流量最大。

4 系统监控界面设计

水箱水位监控界面设计利用信捷的TouchWin组态软件完成。TouchWin组态软件是一款具有丰富3D图库、拥有强大的功能键、能进行历史曲线显示、能实现报警列表等功能的软件，支持信捷所有网络模块及Modbus协议的设备，方便用户的不同需求。根据监控要求，水箱水位监控界面需实现如下功能：具有启动、停止按钮，能实时显示当前水位，能修改设定水位，能进行高低水位报警，能显示水位历史曲线等[3]。水箱水位的监控画面如图3所示。

5 结语

基于PLC的水箱水位自动监控系统通过采用目前主流的控制技术，通过变频器来动态调节进水泵的水流速度，通过触摸屏监控方式能远程观测水箱水位变化情况，能根据历史水位数据及时调整设定水位。因此，本系统既能提高自动化生产水平，又能体现节能的綠色环保意识，降低了系统的运行成本，取得了较好的经济效益。