基于PLC的液位混合控制系统设计.pdf

Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月 341工作变得更加合理。为了满足系统运行过程中的控制功能，在液位面给予的反馈下，需要系统及时将反馈过来的信息进行整合，并给予相对应的指令，最终实现液位面控制与系统指令执行中的对接。为了实现此过程的操作，一般采用PID进行闭环控制，这样才能形成精确化的控制，在闭环中让数据信息进行逻辑传输。例如，在水箱中运用PLC控制水位面时，需要先确定好单回路的PID控制系统，并利用组态软件链接上位机，实现现场化控制。当然此类系统在驱动过程中是按照不同的功能点，进行实时监控的，从而实现有效监控。针对液位混合控制系统设计时，主要是分析液位综合控制的原理，结合压力控制机制、回路反馈控制系统，保证在闭环操作模式下能够将给排水任务通过定值的约束，规避外来干扰。此外，系统功能实现时的抗干扰能力，可以让系统在达到调节液位面的时候，实现对被控参数信息的有效调整。2 基于PLC的液位混合控制系统设计本文以单容水箱为例，探讨液位混合控制系统的具体实现原理。在具体运行期间，液位控制能够有效、精确地监测液位面指数，并进行调节，保证终端数据与系统预设数据的一致性。另一方面，系统在操作过程中，则是为控制算法提供监测平台，保证内部系统在执行某类指令时，可将内部的系统运行结构作为调整点，从而进行多点反馈，提升控制的精确性。例如，控制器机构、被控对象、执行0 引言可编程逻辑控制器（PLC）技术在集成功能的支撑下，在不同控制方面发挥其应用价值。如，与通信系统连接，实现内部系统的实时化传输；与自动控制技术连接，增加系统控制的自动性、智能性；与计算机技术相连接，辅助工业自动化生产。同时，在各类自动控制系统的应用升级下，PLC控制技术的应用范畴也随之拓展，两者之间呈现出相辅相成的态势，增加了技术的驱动性与融合性，企业最终实现降损增益。基于PLC的液位混合控制系统，则是在PLC技术的作用下，实现对液位控制系统的多元驱动，例如，控制机构、执行机构、检测机构等，且在不同的系统控制下，能够形成多点位控制，满足液位混合控制驱动需求，提高实际控制精度。接下来，本文便对PLC控制下的液位混合控制系统设计进行探讨。1 研究背景液位混合控制系统的需求分析。液位混合控制系统作为工业生产中最为常见的应用系统，例如：给排水、污水处理、石油运输等各行业都涉及液体传输，液体在传输过程中，对液位是有要求的，系统在执行某一类指令时，能够合理地控制液体位置，令其达到相对应的控制要求极其重要。从控制功能来看，液位混合控制系统具有非线性、时变性的特点，需要具体确定出数据模型，才能在不同的任务驱动之中，形成特定的架构组织，让液位控制作者简介：冯亚军，忻州职业技术学院机电系，讲师，硕士；研究方向：电子信息工程、通信与信息系统。收稿日期：2023-04-25；修回日期：2023-09-22。摘要：阐述液位混合控制系统的设计，这是基于PLC的控制系统，在系统运行过程中，借助PID闭环控制技术，对内部线性控制器进行模糊调控，从而保证液位控制过程的精确性。关键词：控制技术，PLC，液位混合控制，PID闭环控制。中图分类号：TP273 文章编号：1674-2583(2023)10-0341-03DOI：10.19339/j.issn.1674-2583.2023.10.156文献引用格式：冯亚军.基于PLC的液位混合控制系统设计J.集成电路应用,2023,40(10):341-343.基于PLC的液位混合控制系统设计冯亚军（忻州职业技术学院 机电系，山西 034000）Abstract This paper describes the design of a liquid level hybrid control system,which is based on PLC.During the operation of the system,PID closed-loop control technology is used to perform fuzzy control on the internal linear controller,thereby ensuring the accuracy of the liquid level control process.Index Terms control technology,PLC,liquid level hybrid control,PID closed-loop control.Design of Liquid Level Hybrid Control System Based on PLCFENG Yajun(Department of Mechanical and Electrical Engineering,Xinzhou Vocational and Technical College,Shanxi 034000,China.)Applications创新应用342 集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月器机构、反馈机构等。如图1所示，为液位混合控制系统的运行原理。“液位”是液位控制中的一项参数，如果未能接收到液位反馈回来的信息，那么容易让整个生产过程受到阻碍。所以，在安全生产指标之下，需要对液位面进行精准化的调控，确保反馈信息与水位实际信息相一致，保证液面在控制中能够完成对接化的操控，帮助工业生产进行正确定位。在传统水位控制中，需要人工手动调控开关，去控制液位的高低，当液位达到相应标准时，触发系统内部的启停机构，实现闭合处理，机械化的开关容易降低液位面控制精度。在自动化技术的应用与实践下，部分工业生产中对液位的控制需求呈现自动性、连续性的态势，如果继续依靠人工进行操作的话，将增加控制误差，且消耗较多的人力、物力。PLC控制系统的应用，则是通过集成功能，设置出多个操控系统，在系统驱动功能的支撑下，让不同组件实现精准对接。其间，PID闭环控制算法的应用，借助模糊控制理论进行数字信号的处理，将系统传输中的数字量转换为模拟量，让整个操作系统更具效率性。例如，在系统上搭建数学模型，借助模型分析其中可能存在的问题并进行处理，提高运行质量。但是从实际运行机制来看，由于系统属于非线性运行机制，导致无法及时确定某一项模型的确定及划分。所以，在液位混合控制系统中，可以引入“定量”的理念，建立在模糊理论的基础之上，从而特定去解决系统运行问题。在系统设计期间，可以建立一个数学模型，将其作为水箱的液位控制点，并在当前液位下设计串级控制系统，但是其中应注意控制工作的设定指标需有优先级之分。例如，模糊控制机制应在主调节器上，比例控制应在二级调节器上。同时，选取模糊控制规则、隶属函数，按照液位在控制过程中呈现出的特征，制定模糊控制表。在串级控制系统中，考虑到系统运行中存在的误差问题，需要进行仿真处理，可以选用simulink软件进行仿真实验，由工作人员分析受控对象在受到控制过程中，模型参数变化与PID之间的关系，最终得出更为精确的数据结果。3 基于PLC的液位混合控制系统管路设计PLC支撑下的液位混合控制系统在运行期间，为了能够实现精准化调控，工作人员可以模拟水循环状态。管路设计则是在系统运行过程中，可以通过管路的支撑，让各项传输机制更具合理化，真实反映出不同的水循环情况。如图2，为液位混合控制系统管路设计图示。从图2中我们可以看出，管路系统的搭建与应用能够最大程度上让系统在执行某项任务时，可以按照功能点，完成相对应的操作。接下来，便针对管路设计中可能遇到的情况进行分析。（1）当只有水流入时，系统设定的液位高于实际液位，此时手动阀门呈现闭合状态，下位抽水泵及进水电磁阀门打开，排水电磁阀门关闭。为了能够将系统内部的液位值调整到与设定值相符的状态，则需要关闭电磁阀门，让液位达到预设指标。（2）当只有水流出时，此时液位设定值低于实际液位，那么手动阀门处于关闭状态，排水电磁阀门打开，抽水泵与电磁阀关闭。为了能够将系统内部的液位值调整到与设置值相符的状态，应将电磁阀门进行关闭处理。（3）当水流通过手动阀门流出时，系统内部的电磁阀与球阀应当进行联合驱动，确保液位在变化过程中能够以一个持续的状态或者是系统预设基准，均衡流入量与流出量。此过程中系统内部运行状态将不再局限于液位值的高低，其中手动阀门处于常开状态。但是排水电磁阀、抽水泵与进水电磁阀则处于工作转换状态.例如，当液位值高出设定基准值时，则电磁阀门打开，抽水阀、进水电磁阀关闭。反之，相关驱动部件的工作状态彼此调换。系统在执行某一项指令时，需要按照控制信号完成对内部组件的驱动，其中内部的各类装置结构，在运行过程中需要按照特定的组织功能或开关逻辑状态进行调整，保证执行机构在运行期间，可精准按照系统内部液位面的呈现方式进行联动化操控处理，让各类阀门、抽水泵、电磁阀体之间实现精细化的配合。4 基于PLC的液位混合控制系统分析基于PLC的液位混合控制系统运行过程中，应当利用PLC的集成功能，对各类组件进行精细调控处理。从上文中我们设计的管路系统可以看出，为了能够实现各个组件之间的联动，需要具有集成功能的操控系统，对上位及下位产生的指令进行整合、转换、下达，其中PLC技术能够在不同的应用场景之中，按照数据信息之间呈现的定位状态完成转接处理，其中PLC具备的状态显示功能、通信口功能、存储卡功能等，可以让系统在执行某项任务图2 液位混合控制系统管路设计图1 液位混合控制系统的运行原理Applications 创新应用集成电路应用 第 40 卷 第 10 期（总第 361 期）2023 年 10 月 343过程中，按照内部非线性的特征点，实现对液位控制系统中数据信息的有效罗列，其本身不再局限于特定化的数据驱动，而是通过建立数学模型，让系统运行中各个组件的状态实现耦合。在此状态之下，则是利用PID的模糊控制理论，对PLC支撑下的液位混合控制系统的有效调控。利用PID进行模糊控制时间，可以让PLC技术不再局限于简单的逻辑控制机制中，而能够通过拓展端口，让其控制性能更为显著。在PLC模糊控制之中，为了能够提高液位混合控制系统的运行精度，主要采用知识和语言决策规则，让混合控制系统能够按照不同的液位变化状态，将系统进行自定义或自适应式的调整，从而提升系统的鲁棒性。此外，液位混合控制系统中的模糊控制机制，也不需要再具体确认模型，而是通过与液位混合控制机制中的非线性、时序性特点，建设相对应的控制机制。为了能够保证系统的精确运行，还需要在控制系统之中加设组态软件，以期让控制功能及相关指令的下达更具流畅性。（1）设计软件系统，让PLC技术起到调控与驱动作用。以S7-200可编程控制系统为例，通过PID闭环控制，实现对液位面的混合控制，如图3所示。在实际运行过程中利用PID技术，能够依据液位面位置的变化进行同步设计，确保系统维系在稳定运行机制中，液位混合控制系统的主机采用可支持闭环控制功能的CPU2226型号。在系统操控中选取特定的闭环回路，保证在不同的回路系统之中能够通过液位混合控制，实现对单个回路系统的正确驱动，进而让液位混合控制系统进行精细化操作。应当确定可控范围相关参数，例如，微分时间、积分时间、滞后时间等，通过分析液位面的反馈参数，确保各项取值范围能够以可协调性的数值在混合控制中起到驱动作用。（2）设计上级监控画面。液位混合系统操控期间，应当辅助安装MCGS监控软件，此类软件能够在系统之中实现转换及操作，其功能不仅对接到人机交互中，也能够对液位面进行闭环操控，即实时化监测水位状态以及历史数据等。然后通过界面的操作形式，为数据后续的调整及指令驱动提供支撑点，保证液位混合控制的精确性。从实际应用角度来讲，PID闭环控制下的液位混合控制系统，能够按照初始参数完成自动化调节，且在终端机构的反馈作用下，同步将液位信息与驱动信息进行对接，如果发现液位超出预设标准值时，则立即执行相关指令，保证控制的精确性。5 结语 基于PLC技术的液位混合控制系统运行过程中，需要借助PID闭环控制技术，对内部线性控制进行模糊调控，保证液位控制期间的精确性。期待后续发展过程中，应当积极引入先进的技术工艺及理念，深度剖析液位混合控制系统中能够更新的点，并做好技术融合，满足工业生产要求。参考文献1 潘加贵.PID参数自整定条件下的液位控制系统设计研究J.广东化工,2023,50(01):129-131.2 吴剑武,牛勇超,林元雨等.多容水箱液位模糊自适应PID控制算法研究与验证J.自动化应用,2022(11):23-27+31.3 高明,周东华,张森等.三容水箱液位控制系统的间歇故障检测实验教学设计J.实验技术与管理,2022,39(09):186-190.4 曹羽昕,沙鸿飞.基于模糊-遗传算法的PID除氧器液位控制系统J.化工自动化及仪表,2022,49(05):580-584+625.5 耿鹏程,史长青,孔祥松等.基于SPSA的蒸汽发生器液位MPC系统性能优化方法研究J.核动力工程,2022,43(05):168-175.图3 基于PID闭环的控制流程