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摘要：建造水塔是维持水压的一种方式，水塔中液位的恒定通过不断的改变水泵转速来实现，从而使液位恒定在一定高度。本问主要通过PLC控制来保持水位的恒定，从而实现恒压供水。选用西门子S7-200PLC和MM420变频器，与其连接的触摸屏型号为TPC7062K。
关键字：PID;恒液位;变频器
中图分类号：U4 文献标识码：A
1 前言
随着城市的不断发展，液位控制显得极其重要。当前，社会经济发展的越来越快，水在人们的日常生活中所占据的地位也越来越高。一旦断了水，往往会使人们的生活变得困顿，尤其是那些住在较高楼层的居民。因此，供水系统往往是高层建筑最为重要的基础的设施之一。由于传统的液位控制方法存在许多缺点，而针对这些缺点，人们设计出了可编程序控制器（PLC），并用PLC控制来实现液位控制。同时，又因为PID控制技术的发展，供水系统变得越来越安全可靠。
2 本项目的研究目的和意义
本文介绍了“西门子PLC和MCGS触摸屏的液位PID控制”的硬件和软件方面的设计以及基本的组态，通过组态界面来让液位恒定在一定高度。通过变频器的无级变速功能来使其实现，使用传感器采集实时信号，并将其传输回PLC进而控制变频器与电机。使之构成闭环结构，使控制更加精确。
液位PID控制系统是一种集PID技术、电力电子技术、PLC控制技术、微电子技术、计算机技术和测试技术的控制系统。选用这个系统来进行供水不仅可以使得供水系统变得更加可靠，还可以增加其稳定性，同时，该系统具备较好的节能性，在这个能源日益匮乏的社会显得尤其重要，因此，该系统的研究和设计提高了人民的生活品质，并且大大降低了能源消耗，它的研究对社会的发展具有重大的意义。
3 本系统设计方案
3.1控制任务要求
有一个水塔可以向高层居民供水，但用户的用水量极其不稳定，有时候多一点，有时候少一点，水塔的水由水泵从地下市政水管补给。现在需要我们对水塔中的水位进行恒液位的PID控制。由于水塔过于庞大，不利于实际操作，因此改用水箱来进行模拟操作。假如设定水箱高度为100cm，设定初始液位值为75cm，将压力传感器放在水箱底部用来检测高度，那么不管水箱的出水量是多少，PID控制器控制水泵电机的转速都要求水箱中的水位恒定在75cm。即出水量较少时，水泵的进水量也少;出水量较大时，水泵的进水量也大。
3.2 本系统控制原理
本项目的设计由水箱、压力传感器、水泵电机、变频器、模拟量模块EM235和PLC 226CN 支持直流/交流/继电器型号构成。用PLC作为控制器，控制变频器，进而控制水泵电机。压力传感器将提供信号传回给PLC，因为传感器输出模拟信号，所以，添加模拟量模块EM235，使PLC可以识别。以上系统由金属框架作为载体，由水箱反映系统状态。
4 水塔恒液位PID控制系统硬件设计
4.1 模拟量模块EM235
在本设计中使用的模拟量模块是EM235模块，该模块有4路输出和1路输入，A+、A-接电压变送器范围是-10V～+10V，B+、B-接电流变送器，范围是0～20mA，L+、M接24V电源，V0接电压负载，I0接电流负载。
4.2 西门子MM420变频器
MM420变频器，包括了数字输入点：DIN1（5），DIN2（6），DIN3（7）;内部电源+24V（8），内部电源0V（9）;模拟输入点：AIN（3），内部电源0V（1），内部电源0V（2）;继电器输出：RL1-B（10），RL1-C（11）;模拟量输出：AOUT+（12），AOUT-（13）;RS-485串行通信接口：P+（14），N-（15）和其他输入输出接口。同时带有基本操作面板（BOP）。它的核心部件为CPU单元，通过参数的设置，并对正弦波信号输出控制操作后，经过SPWM调制，来驱动电机运转。MM420变频器是一个智能化的数字式变频器，在基本操作面板（BOP）上能设置参数。
4.3 系统硬件接线图
CPU226的公共端1L与MM420的公共端8连接，CPU226的输出Q0.0接MM420的端子5，模拟量模块的电压输出端（V0、M0）接到MM420的端子2、4，压力传感器的输出连接到模拟量模块EM235的RA和A+端。
PLC地址分配表如下所示，触摸屏变量的分配、PLC地址的分配都在其中。
下图1为电气控制系统主电路。M是电机，接触器KM1控制M的工频运行;M的变频运行是由接触器KM2所控制的;FR1为继电器，用于过载保护;QS1、QS2为隔离开关;FU1为熔断器，用于保护电路;VVVF是MM420变频器[3]。
6 总结
用USB通讯线将触摸屏与电脑连接起来，单击工程下载，点击通讯连接，将组态载入到触摸屏中。打开触摸屏开关，页面上将显示组态界面，手动输入P、I、D三个参数的初始值及液位的设定值，并点击水泵电机，此时出水阀关闭，系统开始启动。在手动模式下，水箱被注入75%的水量，同时，控制开关变换为自动方式给水箱注水，并且出水阀开启，水箱
内水位保持恒定。再次按下水泵电机，并关闭出水阀，系统停止运行。
本设计中，我主要研究的东西是水位控制的硬件配置与软件设计，并且通过对水塔水位的控制，来达到恒压供水的目的。和传统的液位控制相比较，该设计基本实现了自动化的控制，虽然还存在一些缺陷，不过，已经有了很大的改变，其控制的速度变快了，而且准确度也变高了。
参考文献（References）：
[1].刘跃辉，张旭苹，董玉明. 光纤压力传感器[J].光电子技术.2005
[2].覃攀.基于MM440二维运动平台控制的研究[D].天津.天津科技大学.2012
[3].柴会轩.PLC控制的无塔恒压供水系统[J].读与写（教育教学刊）.2009
[4].王猛，李文.基于S7-200的PID算法应用[J].太原科技.2008
[5].李新勝，张德江，曹公正.基于MCGS和PLC的监控系统在电机变频调速中的应用[J].长春工业大学学报（自然科学版）.2008
[6].姚振群，杨东方.PLC闭环控制系统中PID控制器的实现[J].现代机械.2005
[7].张文.MCGS嵌入版用户指南[J].百度百科.2012
[8].张少强.PLC水塔水位控制系统设计与仿真[J].可编程控制器与工厂自动化.2011
关键字：PID;恒液位;变频器
中图分类号：U4 文献标识码：A
1 前言
随着城市的不断发展，液位控制显得极其重要。当前，社会经济发展的越来越快，水在人们的日常生活中所占据的地位也越来越高。一旦断了水，往往会使人们的生活变得困顿，尤其是那些住在较高楼层的居民。因此，供水系统往往是高层建筑最为重要的基础的设施之一。由于传统的液位控制方法存在许多缺点，而针对这些缺点，人们设计出了可编程序控制器（PLC），并用PLC控制来实现液位控制。同时，又因为PID控制技术的发展，供水系统变得越来越安全可靠。
2 本项目的研究目的和意义
本文介绍了“西门子PLC和MCGS触摸屏的液位PID控制”的硬件和软件方面的设计以及基本的组态，通过组态界面来让液位恒定在一定高度。通过变频器的无级变速功能来使其实现，使用传感器采集实时信号，并将其传输回PLC进而控制变频器与电机。使之构成闭环结构，使控制更加精确。
液位PID控制系统是一种集PID技术、电力电子技术、PLC控制技术、微电子技术、计算机技术和测试技术的控制系统。选用这个系统来进行供水不仅可以使得供水系统变得更加可靠，还可以增加其稳定性，同时，该系统具备较好的节能性，在这个能源日益匮乏的社会显得尤其重要，因此，该系统的研究和设计提高了人民的生活品质，并且大大降低了能源消耗，它的研究对社会的发展具有重大的意义。
3 本系统设计方案
3.1控制任务要求
有一个水塔可以向高层居民供水，但用户的用水量极其不稳定，有时候多一点，有时候少一点，水塔的水由水泵从地下市政水管补给。现在需要我们对水塔中的水位进行恒液位的PID控制。由于水塔过于庞大，不利于实际操作，因此改用水箱来进行模拟操作。假如设定水箱高度为100cm，设定初始液位值为75cm，将压力传感器放在水箱底部用来检测高度，那么不管水箱的出水量是多少，PID控制器控制水泵电机的转速都要求水箱中的水位恒定在75cm。即出水量较少时，水泵的进水量也少;出水量较大时，水泵的进水量也大。
3.2 本系统控制原理
本项目的设计由水箱、压力传感器、水泵电机、变频器、模拟量模块EM235和PLC 226CN 支持直流/交流/继电器型号构成。用PLC作为控制器，控制变频器，进而控制水泵电机。压力传感器将提供信号传回给PLC，因为传感器输出模拟信号，所以，添加模拟量模块EM235，使PLC可以识别。以上系统由金属框架作为载体，由水箱反映系统状态。
4 水塔恒液位PID控制系统硬件设计
4.1 模拟量模块EM235
在本设计中使用的模拟量模块是EM235模块，该模块有4路输出和1路输入，A+、A-接电压变送器范围是-10V～+10V，B+、B-接电流变送器，范围是0～20mA，L+、M接24V电源，V0接电压负载，I0接电流负载。
4.2 西门子MM420变频器
MM420变频器，包括了数字输入点：DIN1（5），DIN2（6），DIN3（7）;内部电源+24V（8），内部电源0V（9）;模拟输入点：AIN（3），内部电源0V（1），内部电源0V（2）;继电器输出：RL1-B（10），RL1-C（11）;模拟量输出：AOUT+（12），AOUT-（13）;RS-485串行通信接口：P+（14），N-（15）和其他输入输出接口。同时带有基本操作面板（BOP）。它的核心部件为CPU单元，通过参数的设置，并对正弦波信号输出控制操作后，经过SPWM调制，来驱动电机运转。MM420变频器是一个智能化的数字式变频器，在基本操作面板（BOP）上能设置参数。
4.3 系统硬件接线图
CPU226的公共端1L与MM420的公共端8连接，CPU226的输出Q0.0接MM420的端子5，模拟量模块的电压输出端（V0、M0）接到MM420的端子2、4，压力传感器的输出连接到模拟量模块EM235的RA和A+端。
PLC地址分配表如下所示，触摸屏变量的分配、PLC地址的分配都在其中。
下图1为电气控制系统主电路。M是电机，接触器KM1控制M的工频运行;M的变频运行是由接触器KM2所控制的;FR1为继电器，用于过载保护;QS1、QS2为隔离开关;FU1为熔断器，用于保护电路;VVVF是MM420变频器[3]。
6 总结
用USB通讯线将触摸屏与电脑连接起来，单击工程下载，点击通讯连接，将组态载入到触摸屏中。打开触摸屏开关，页面上将显示组态界面，手动输入P、I、D三个参数的初始值及液位的设定值，并点击水泵电机，此时出水阀关闭，系统开始启动。在手动模式下，水箱被注入75%的水量，同时，控制开关变换为自动方式给水箱注水，并且出水阀开启，水箱
内水位保持恒定。再次按下水泵电机，并关闭出水阀，系统停止运行。
本设计中，我主要研究的东西是水位控制的硬件配置与软件设计，并且通过对水塔水位的控制，来达到恒压供水的目的。和传统的液位控制相比较，该设计基本实现了自动化的控制，虽然还存在一些缺陷，不过，已经有了很大的改变，其控制的速度变快了，而且准确度也变高了。
参考文献（References）：
[1].刘跃辉，张旭苹，董玉明. 光纤压力传感器[J].光电子技术.2005
[2].覃攀.基于MM440二维运动平台控制的研究[D].天津.天津科技大学.2012
[3].柴会轩.PLC控制的无塔恒压供水系统[J].读与写（教育教学刊）.2009
[4].王猛，李文.基于S7-200的PID算法应用[J].太原科技.2008
[5].李新勝，张德江，曹公正.基于MCGS和PLC的监控系统在电机变频调速中的应用[J].长春工业大学学报（自然科学版）.2008
[6].姚振群，杨东方.PLC闭环控制系统中PID控制器的实现[J].现代机械.2005
[7].张文.MCGS嵌入版用户指南[J].百度百科.2012
[8].张少强.PLC水塔水位控制系统设计与仿真[J].可编程控制器与工厂自动化.2011