液位精确控制

摘 要：一条工艺生产线或一套生产装置有很多个工艺参数需要控制在合理的范围之内，如有温度、压力、液位、流量等等。各种参数的控制有相似之处，现以液位控制来说明。因控制设备与机械、电气设备的选择不同，在系统连接处理方面也有细微差别，但万变不离其中，现以我公司正在使用的液位精确控制微系统为例加以说明。

关键词：液位；控制；PLC；调节阀；磁浮子；变频器

1 工艺现状

10000 m3常压储水池一个，盛水若干；10m3工艺储水罐一个。

2 工艺要求

将10000m3储水池里的水打压到400KPa，供到10 m3工艺储液罐内，并将液位控制在75%，工艺水使用流量1.5m3/h。

3 设计思路

因工艺要求精确控制储液罐的液位在75%，不能使用开关量的范围控制方式，只能选用模拟量的控制方式，让控制参数呈线性变化，故选用PLC编程，根据出口流量的变化来控制入口调节阀的开度，达到根据工艺生产水使用量的变化及时补充水，达到液位一直保持在75%。因现场储水池地理位置低于储液罐位置，必须用泵将水打压提升，才能进入储液罐。当现场工艺状况发生变化，水使用量可能有时多，有时少，甚至使用是为零，为了解决水使用量减少甚至为零时泵憋压的问题，给介质输送泵配置变频器调节泵的转速，达到管道内压力稳定且不会造成憋压降低泵使用寿命甚至造成泵损坏的恶果。变频器的控制信号来自远传压力表的模拟量检测，当管道压力低于400KPa时，频率上升，泵转速提高。管道压力高于设定的400KPa时，变频器频率降低，泵转速降低。当管道出口压力稳定时，变频器的频率也就稳定了，如果后端的调节阀关闭，变频器给管道压力升高到400KPa时，频率降低为零，泵停止转动。

4 系统构成

系统构成工艺主回路构成是10000m3储水池通过工艺管道将泵、调节阀与10 m3工艺储水罐连接起来。连接顺序是10000m3水池──泵──调节阀──10m3储水罐。

安装于工艺管线的设备有泵（含电机）与调节阀，泵安装于10000 m3水池出口，调节阀安装于10m3工艺储水罐的前端。

电气回路设备有电机（装于泵上）、变频器与远传压力表，远传压力表在泵的后端取压，其信号走向为水压力电信号──变频器──电机。

仪控回路设备有调节阀、电脑、PLC与液位计。其信号走向为安装在10m3工艺储水罐上的液位计，将液位信号转化电流信号──PLC──调节阀，PLC通过电脑终端进行编程、画面制作及运行操作。

5 工作原理

常压水经泵升压至400KPa，通过调节阀的开度控制流量大小，使10 m3储水罐的液位控制在75%。

量程为0-1MPa的远传压力表安装于工艺主管道上，实时检测泵后压力，将0-10V的直流电压送给变频器，作为变频器的速度输入控制信号。变频器根据输入信号的变化，经计算后输出变化的频率给泵上的电机，控制泵的转速，达到将泵与调节阀间工艺管道压力稳定在400KPa，给调节阀提供压力稳定的水源，为后续调节作准备。变频器的端子与电机、远传压力表及控制变频器启停的接线是：R、S、T接外部三相电源，U、V、W接连接于泵上的电机，10V、AI1、GND接远传压力表，DI5通过变频器的参数设置确定为启停信号，通过内部24V电源信号作为控制源，TA与TC作为变频器的故障输出端。需设置变频器参数有（默认值未列出）：9902：PID；9905-9电机铭牌参数；1002：DI5启动命令；1003：FORWARD；1102：EXT2；1106：19 PID1 OUT；1601：YES；4010：19 内部给定；4014：ACT1；4016：AI1（接电压信号）。

安装于10m3储水罐的磁浮子液位计，实时检测储水罐的液位，液位计输出4-20mA电流信号给模拟量输入PLC模块331-7KF02-0AB0，PLC通过电脑终端的STEP 7编写液位采集程序，将液位值通过WINCC实时显示出来。PLC编PID调节程序，将MD20通过系统功能FC106转化输出PQW512，通过模拟量输出模块332-5HF00-0AB0输出纯4-20mA电流信号控制调节阀的开度。WINCC画面做调节阀的手自动转换手动控制调节开度与自动控制液位界面。PID程序中，液位计的液位显示值作为PID块中的控制量，如果实际液位高于设定值，调节阀开度关小，如果实际液位低于设定值，调节阀开度开大，使液位保持在设定值附近。液位采集程序如下： A #TEMP0；AN #TEMP0；=L 21.0；BLD 103；CALL FC105//系统功能；IN：=PIW588；HI_LIM ：=1.000000e+002；LO_LIM ：=0.000000e+000；BIPOLAR：=L21.0；RET_VAL：=MW0；OUT ：=MW2//液位值；NOP 0。

PID调节程序如下（未使用参数未列出）：

A MW4.0//手自动；= L 20.1；BLD 103；CALL FB41；MAN_ON：=L20.1；SP_INT：=MD8；PV_IN：=MD12；MAN：=MD16；GAIN：=10.0；TI：=T#10s；LMN：=MD20//输出。

6 结论

运用该方式做的液位自动控制，不但能满足任何苛刻的现场条件，且能满足现代精细化生产对液位有精确控制的场合，且设备选型合理，成本低，使用寿命长等优点，在现代工业生产液位控制方面有一定的指导性。

作者简介：邓亮（1980-），男，四川西昌人，硕士，助理工程师。endprint