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摘要： 论文选用欧姆龙CP1H型号PLC为控制核心，通过压力传送器检测水位的高低，并将检测水位与给定值水位进行比较，当测量实际值小于给定低液位值时，泵开启，液位上升，当测量实际值大于高液位给定值时，泵关闭，同时报警灯闪烁，通过泵的开关使水位保持在给定值范围内，组态界面实时显示液位变化值和曲线变化。该系统对水位定值控制系统有一定的参考价值。
关键词： 水箱液位系统; 欧姆龙PLC; 压力传送器; 组态王
中图分类号： TP29 文献标识码： A
Design of tank level control system based on PLC
ZHANG Kun-peng， SHANG Ya-rui， WANG Ze
（Northwestern Polytechnical University Middlebury College， Xi'an 710124， china）
Abstract： In this paper， omron CP1H model PLC is selected as the control core， the water level is detected by pressure transmitter， and the measured water level is compared with the given water level. When the measured actual value is less than the given low liquid level value， the pump opens and the liquid level rises. When the measured actual value is greater than the given value of high liquid level， the pump is closed and the alarm lamp flashes. The water level is kept within the given value range through the switch of the pump， and the liquid level change value and curve change are displayed in real time at the configuration interface. The system has certain reference value to the water level fixed value control system.
Key words： water tank level system， Omron PLC， pressure transmitter， kingview
1 前言
本设计用液位检测装置，即压力变送器来检测水位的高低，在水位不足时水泵及时供水，同时在水位不足或者水位过高时发出警报，最后用水位控制系统画面，即组态王界面监控和呈现整个系统工作过程。
2 系统控制方案设计
2.1 水箱控制系统要求
水箱控制系统具体需求如下：
（1）设定的水箱的低液位为30厘米，在PLC中换算出来即采集到的模拟数字应该为30。所以当PLC采集到的数字显示为30的时候，警报即红灯亮起，并且水泵开始启动，向水箱里供水。
（2）设定水箱的高液位为80厘米，在PLC中换算出来即采集到的模拟数字应该为80，所以当PLC采集到的数字显示为80的时候，警报即红灯亮起，并且水泵停止运转，不再向水箱里供水。
（3）当水位再次下降到30厘米时，低水位指示灯将再次显示红灯，水泵自动开启，向水箱内充水，以此重复整个过程。
2.2 水箱液位控制系统基本原理
水箱液位系统是用PLC作为控制核心，由液位变送器、水阀、水泵、水箱和储水箱组成。液位变送器放在水箱底部，用来测量水箱的液位，它会将测量到的水箱水位范围在4-20mA的电信号输出，电信号传达到PLC中，PLC对采集到的液位信号做出判断，以此来控制水泵的开或关以及报警指示。整个系统的搭建如图1所示。
在整个过程中液位传送器和PLC主要实时采集数据以及向水泵发出指令，而组态王软件是对整个过程进行监控，让我们能够清楚、直观的看到整个系统的运行情况。
2.3 水箱控制功能的实现
系统装置通过对水泵供水与否的控制，即对水泵启动停止的控制，简单地利用循环对水箱液位的多少进行控制，避免水箱水位过低不足以供水和水箱水位过高以致于溢出这两种情况的发生。
液位变送器将采集到的电信号用4—20mA的信号传递到PLC，因为PLC不能直接采集和控制模拟量，所以PLC需要先把模拟量输入通道A/D，转化为PLC识别的数字量，再用PLC的控制方式进行操作，最后通过D/A再次将数字量转化为模拟量输出，以此来完成水箱水位的控制。设计中系统的输入为启动和停止两个按钮，输出为水泵、上下水位指示燈共三个输出，系统的输入/输出分配表如表1所示。
2.4 系统的梯形图设计
梯形图设计和操作整个过程，先用一个MOV指令采集传送器传送到PLC的数据，再用一个比较指令CMP。先与30进行比较，即水位在30厘米左右的时候，水泵开关启动，水泵开始向水箱里供水。接着是与80进行比较，即水位在80厘米左右的时候，水泵开关关闭，水泵停止工作，不再向水箱里供水。为了防止在设定的最高水位附近出现水泵的开启循环，传送指令MOV改成了带符号BIN除法运算指令，如图2所示。 3 水箱液位控制系统的实物设计
如图3所示，水箱液位控制系统从左往右依次为：大水槽盛水，水泵放置到大水槽里，水泵的控制器在桌子上的收纳盒里，控制器一端接入220V的电压，一端引出的线接入PLC控制器，这里用到的是100.02端口。水泵连接蓝色的水管，接入到上方的水箱里，水箱下方有孔持续漏水。水箱里面放置液位传送器用来采集液位信息，液位传感器用线接入到PLC控制器，便于模拟量信息的转换。接着是PLC控制面板的相关连接，在这里我们接入一个开关控制面板，分别接了一个开按钮和一个关按钮，另外接了一个报警灯。最后通过PLC程序对整个系统控制。
4 液位监控画面设计
用组态王软件新建“水箱液位系统控制”工程，新建水箱控制画面，画面包含水槽、水箱、水管、阀门、开关按钮、传感器等。通过组态王与PLC通讯端口设置，对象数据词典定义、命令语言编写、动画连接等，完成水箱液位控制系统监控画面如图4所示。
整个动画的过程和实物运作的过程是一致的，首先是水箱水位在较低的时候，下限位指示灯亮起，水泵开始工作，往水箱里上水，实时曲线开始根据液位的变化情况开始采集数据生成曲线图。接着水箱的水位超过设定的低水位的值，报警灯熄灭，水箱仍然持续上水，实时曲线随水位高低的变化而变化。最后水位达到设定的上水位值，上限位指示灯亮起，水泵停止工作，不再向水箱进水，曲线开始随液位的下降而趋于下坡的状态，这就是整个水箱的控制过程，往后再以此循环。通过组态界面上的开关可以控制实物中水泵的启停，同时通过模拟监控画面可以知道实物的运作状态，通过曲线的变化可以清楚的观察到水箱水位的变化情况。
5 结束语
经过上位机与PLC通讯，系统多次调试，最终达到了最初的设计要求，用组态王软件界面模拟和监视了整个系统，实现了水箱液位系统的自动控制。
参考文献：
[1]刘文龙，张继峰. 基于PLC的水箱液位PID计算机监控系统[J]. 化工自动化及仪表，2013，40（09）：1140-1142.
[2]董海兵，罗雪莲. 基于组态监控技术的水箱液位串级控制系统设计[J]. 东莞理工学院学报，2018，25（03）：47-52.
[3]段金英，李红波，冉雪莲. 基于S7-200PLC和触摸屏的水箱液位控制系统设计[J]. 电气时代，2015（09）：102-103.
作者簡介：
张昆鹏（1982-），男，陕西渭南大荔人，助理实验师，主要从事机械及其自动化方向的教学和研究。
收稿日期：2019-04-28
关键词： 水箱液位系统; 欧姆龙PLC; 压力传送器; 组态王
中图分类号： TP29 文献标识码： A
Design of tank level control system based on PLC
ZHANG Kun-peng， SHANG Ya-rui， WANG Ze
（Northwestern Polytechnical University Middlebury College， Xi'an 710124， china）
Abstract： In this paper， omron CP1H model PLC is selected as the control core， the water level is detected by pressure transmitter， and the measured water level is compared with the given water level. When the measured actual value is less than the given low liquid level value， the pump opens and the liquid level rises. When the measured actual value is greater than the given value of high liquid level， the pump is closed and the alarm lamp flashes. The water level is kept within the given value range through the switch of the pump， and the liquid level change value and curve change are displayed in real time at the configuration interface. The system has certain reference value to the water level fixed value control system.
Key words： water tank level system， Omron PLC， pressure transmitter， kingview
1 前言
本设计用液位检测装置，即压力变送器来检测水位的高低，在水位不足时水泵及时供水，同时在水位不足或者水位过高时发出警报，最后用水位控制系统画面，即组态王界面监控和呈现整个系统工作过程。
2 系统控制方案设计
2.1 水箱控制系统要求
水箱控制系统具体需求如下：
（1）设定的水箱的低液位为30厘米，在PLC中换算出来即采集到的模拟数字应该为30。所以当PLC采集到的数字显示为30的时候，警报即红灯亮起，并且水泵开始启动，向水箱里供水。
（2）设定水箱的高液位为80厘米，在PLC中换算出来即采集到的模拟数字应该为80，所以当PLC采集到的数字显示为80的时候，警报即红灯亮起，并且水泵停止运转，不再向水箱里供水。
（3）当水位再次下降到30厘米时，低水位指示灯将再次显示红灯，水泵自动开启，向水箱内充水，以此重复整个过程。
2.2 水箱液位控制系统基本原理
水箱液位系统是用PLC作为控制核心，由液位变送器、水阀、水泵、水箱和储水箱组成。液位变送器放在水箱底部，用来测量水箱的液位，它会将测量到的水箱水位范围在4-20mA的电信号输出，电信号传达到PLC中，PLC对采集到的液位信号做出判断，以此来控制水泵的开或关以及报警指示。整个系统的搭建如图1所示。
在整个过程中液位传送器和PLC主要实时采集数据以及向水泵发出指令，而组态王软件是对整个过程进行监控，让我们能够清楚、直观的看到整个系统的运行情况。
2.3 水箱控制功能的实现
系统装置通过对水泵供水与否的控制，即对水泵启动停止的控制，简单地利用循环对水箱液位的多少进行控制，避免水箱水位过低不足以供水和水箱水位过高以致于溢出这两种情况的发生。
液位变送器将采集到的电信号用4—20mA的信号传递到PLC，因为PLC不能直接采集和控制模拟量，所以PLC需要先把模拟量输入通道A/D，转化为PLC识别的数字量，再用PLC的控制方式进行操作，最后通过D/A再次将数字量转化为模拟量输出，以此来完成水箱水位的控制。设计中系统的输入为启动和停止两个按钮，输出为水泵、上下水位指示燈共三个输出，系统的输入/输出分配表如表1所示。
2.4 系统的梯形图设计
梯形图设计和操作整个过程，先用一个MOV指令采集传送器传送到PLC的数据，再用一个比较指令CMP。先与30进行比较，即水位在30厘米左右的时候，水泵开关启动，水泵开始向水箱里供水。接着是与80进行比较，即水位在80厘米左右的时候，水泵开关关闭，水泵停止工作，不再向水箱里供水。为了防止在设定的最高水位附近出现水泵的开启循环，传送指令MOV改成了带符号BIN除法运算指令，如图2所示。 3 水箱液位控制系统的实物设计
如图3所示，水箱液位控制系统从左往右依次为：大水槽盛水，水泵放置到大水槽里，水泵的控制器在桌子上的收纳盒里，控制器一端接入220V的电压，一端引出的线接入PLC控制器，这里用到的是100.02端口。水泵连接蓝色的水管，接入到上方的水箱里，水箱下方有孔持续漏水。水箱里面放置液位传送器用来采集液位信息，液位传感器用线接入到PLC控制器，便于模拟量信息的转换。接着是PLC控制面板的相关连接，在这里我们接入一个开关控制面板，分别接了一个开按钮和一个关按钮，另外接了一个报警灯。最后通过PLC程序对整个系统控制。
4 液位监控画面设计
用组态王软件新建“水箱液位系统控制”工程，新建水箱控制画面，画面包含水槽、水箱、水管、阀门、开关按钮、传感器等。通过组态王与PLC通讯端口设置，对象数据词典定义、命令语言编写、动画连接等，完成水箱液位控制系统监控画面如图4所示。
整个动画的过程和实物运作的过程是一致的，首先是水箱水位在较低的时候，下限位指示灯亮起，水泵开始工作，往水箱里上水，实时曲线开始根据液位的变化情况开始采集数据生成曲线图。接着水箱的水位超过设定的低水位的值，报警灯熄灭，水箱仍然持续上水，实时曲线随水位高低的变化而变化。最后水位达到设定的上水位值，上限位指示灯亮起，水泵停止工作，不再向水箱进水，曲线开始随液位的下降而趋于下坡的状态，这就是整个水箱的控制过程，往后再以此循环。通过组态界面上的开关可以控制实物中水泵的启停，同时通过模拟监控画面可以知道实物的运作状态，通过曲线的变化可以清楚的观察到水箱水位的变化情况。
5 结束语
经过上位机与PLC通讯，系统多次调试，最终达到了最初的设计要求，用组态王软件界面模拟和监视了整个系统，实现了水箱液位系统的自动控制。
参考文献：
[1]刘文龙，张继峰. 基于PLC的水箱液位PID计算机监控系统[J]. 化工自动化及仪表，2013，40（09）：1140-1142.
[2]董海兵，罗雪莲. 基于组态监控技术的水箱液位串级控制系统设计[J]. 东莞理工学院学报，2018，25（03）：47-52.
[3]段金英，李红波，冉雪莲. 基于S7-200PLC和触摸屏的水箱液位控制系统设计[J]. 电气时代，2015（09）：102-103.
作者簡介：
张昆鹏（1982-），男，陕西渭南大荔人，助理实验师，主要从事机械及其自动化方向的教学和研究。
收稿日期：2019-04-28