【本文版權歸屬”河南省地質工程技術學校“的”梁芳“】
PLC 的液位控制系統在現代工業控制系統中具有重要作用，本人在設計中，利用了西門子公司S7-300 作為控制器，設計一套運行穩定、安全可靠又經濟的單容水箱液位控制系統。通過對一些主要器件設備、位式控制算法和上位機的組態等，實現液位自動控制系統的設計。
硬件設計是軟件設計實現的前提，硬件的合理選用，既要合理、適合，也要經濟適用。本設計用S7-300 PLC 作為控制器，通過變頻器控制電機速度，同時由變送器和四個液位檢測開關收集液位信號反饋給PLC 來進行進一步控制，從而實現使液位保持在設定值附近的自動控制系統。（如圖1）
1.1 PLC 的選型
西門子S7-300 是模塊化的通用型PLC，適用于中等性能的控制要求。SIMATIC S7-300 編程序控制器是模塊化結構設計。各種單獨的模塊之間可廣泛組合以用于擴展。其CPU 集成了過程控制功能，用于執行用戶程序。不需附加任何硬件、軟件、編程，就可建立一個MPI 網絡。若有PROFIBUS-DP 接口，就可建立一個DP 網絡。S7-300 可大范圍擴展各種功能模塊，很好的滿足自動控制任務。
1.2 CPU 型號的選擇
S7-300 有20 種不同等級的CPU，分別使用于不同等級的控制要求。CPU 313C-2 DP 帶集成數字量輸入/輸出和PROFIBUS DP主站/從站接口的緊湊型CPU，帶有與過程相關的功能，可以完成具有特殊功能的任務，可以連接單獨的I/O 設備。配置為：16DI/16DODC24V、Flash EPROM 微存儲器卡（MMC）、一個MPI 接口和一個DP總線接口。
1.3 模擬量模塊（SM）的確定
S7-300 的模擬量I/O 模塊包括模擬量輸入模塊SM331、模擬量輸出模塊SM332 和模擬量輸入輸出模塊SM334 和SM335，通常選用SM334 系列的模塊。它既有模擬量輸入通道，又有模擬量輸出通道，用于連接模擬量傳感器和執行器。這里選用的是SM334 AI4/AO2 8/8 位的模塊，有4 輸入、2 輸出，精度8 位。是不可編程，通過硬件連線來定義測量和輸出類型。
模擬量輸入模塊用于將模擬信號轉換為CPU 內部處理用的數字信號，其主要部分是A/D 轉換器。輸入信號一般是模擬量變送器輸出的標準直流電壓電流信號。各模擬量通道轉換順序執行的，每個模擬量通道輸入信號被依次輪流轉換。此模塊由多路開關、A/D轉換器、光隔離元件、內部電源和邏輯電路組成。模擬量輸出模塊用于將CPU 送給它的數字信號轉換為成比例的電流信號或電壓信號，對執行機構進行調節或控制，其主要轉換部分是D/A 轉換器。
電源模塊選用PS307 2A，效率83%。輸入電壓為單相交流120/230V， 50/60Hz；輸出電壓為DC24V，具有短路和斷路保護。正常態時，綠色LED 亮；當輸出電路過載時，LED 指示燈會閃爍；如果輸出端斷路，則輸出電壓為0，此時LED 變暗。輸入電壓過高，可能損壞模塊；輸入欠壓，模塊關閉，停止工作。
1.4 變頻器的選型
變頻器選用的是MICROMASTER420 系列，MM 420 是用于控制三相交流電機速度的變頻器系列。微處理器控制，采用絕緣柵雙極型晶體管作為功率輸出器件，具有很高運行可靠性和功能多樣性。易安裝、調試，快速響應，正常狀態下無跳閘運行，更好的動態特性，過/欠電壓保護，短路保護等優點。必須可靠接地，斷開電源后可進行電源及電機端子的接線。
1.5 變送器的確定
可采用投入式液位變送器，用于收集液位信號，產生4~20mA模擬信號，作為模擬量輸入信號傳遞給PLC，進行進一步控制。液位變送器包括一個表頭，兩邊都有蓋子，打開蓋子，一邊的表內部可以調節零點或滿量程，另一邊內部用于接線。
1.6 水位檢測開關的選定
選用電子式水位開關BZ2401，檢測方式為有水時閉合。它可以直接與PLC 搭配工作，判斷有水時輸出24V，無水時0V，電流容量2A。高低電平的信號可通過PLC 來讀取，并驅動水泵等用電器工作。可任意方向安裝，當橫裝時，水位到達藍線就動作，且精度較高。產品豎向安裝時，水位到達紅線就動作，有一定的防波浪功能。而且具有耐污、耐顛簸、抗摔性強、耐酸堿，不怕磁場影響、金屬體影響、水壓變化影響、光線影響，沒有盲區，不怕固體漂浮物的影響的優點。
2 系統的軟件設計
2.1 系統結構設計（如圖2 所示）
2.2 系統的上位機組態軟件的設計
在本設計中，上位機組態實現了自動液位控制，過程中工作人員可直接通過電腦監測系統運行狀態，及在線改變參數的設置。設計主要包括組態新建工程、畫面創建、定義I/O 設備、構造數據庫、建立動畫連接、運行和調試這幾個步驟。
3 系統調試
系統調試分軟件和硬件的調試。在軟件調試之前首先要進行硬件的調試工作，在PLC 處于編程狀態下，檢測變頻器、傳感器等，以確認這些信號能夠正確地輸入PLC 的輸入端口；確認過程控制系統可以正常運轉，實現水泵上水、放水、啟動、停止及變頻器控制器下的轉速調節等功能。硬件調試中問題，首先，PLC 和外圍電路的連接，遇到低壓電器連接問題，通過反復連接操作訓練后，這些問題得到解決。硬件調試問題解決了，再解決軟件調試工作。軟件調試較硬件調試要復雜的多。首先根據設計要求編寫程序流程圖，然后通過實物實際情況反復編程練習，一一解決了編程遇到的問題。系統有很多功能，本著先單一，后多種，先簡單，后復雜的順序來編寫和調試程序，直到完全符合設計要求，完成最終的調試工作。在建立PLC和組態通信連接時也遇到了不少的困難，變量的類型的選擇、變量域的使用等等各個方面的匹配。通過不斷的調試，最終建立比較完整的組態畫面，實現單容水箱液位控制系統的監控要求。在組態畫面的建立中本人也了解了組態軟件對現代工業監控的便利性和重要性。
4 結束語
在系統設計過程中，成功地解決了組態王與PLC 的連接通信，組態動畫的設置與連接。在軟件中針對PLC 的模塊化編程、數據的歸一化與設計液位控制系統的組態監控畫面，通過上位機控制實現液位的自動控制，基本達到了對液位控制系統的要求。這個設計使本人的知識領域專業技能得到了進一步擴展，同時增強了分析和解決工程實際的綜合能力。