温度、液位自动控制系统的设计论文_张　俊　杨其俊　秦　超

　◆ 张　俊　杨其俊　秦　超　无锡技师学院电气工程系　214000

摘　要：基于PLC的工业自动化控制系统目前在自动化生产设备中已经被广泛使用，它可以大大提高生产效率，降低劳动强度，提高产品质量。为了满足我院工业电气自动化专业的实训教学要求，我院电气工程教师研发了温度液位PLC控制实训设备，现已应用并得到推广。

关键词：PLC　温度　液位

可编程控制器可靠性高、编程简单、抗干扰能力强，目前已成为工业电气自动化领域的核心技术，被广泛地应用于自动化控制工程项目中。各院校对可编程控制器项目的培训内容中，主要包括其硬件设计、软件编程及现场调试。

本设备为温度液位PLC控制系统（如图1所示）。该设备电气部分包括了信捷PLC、变频器、触摸屏、温度传感器、液位传感器等在工控领域中常见的控制装置。该设备可以满足我院高技、技师、高级技师等阶段PLC控制与系统集成的实训教学，使用方便，内容丰富，具有极强的可操作性。该设备既可以作为PLC编程、变频器控制、触摸屏技术、模拟量控制等单个项目的教学，又可以实现工控系统的集成安装、调试与维修教学，使用面较为广泛，能够大大提高学生的动手能力。目前基于该设备开展的教学课题主要有信捷PLC的编程与调试、变频器的拆装与操作、触摸屏人机界面设计、模拟量控制、PLC与变频器的综合控制和PLC、变频器、触摸屏综合集成与调试等。

　图1.温度液位PLC控制系统

一、硬件电路设计

本设备的硬件部分主要包括信捷PLC、变频器、模拟量模块和触摸屏以及相关元件，如图2所示。系统内部电气结构如图3所示。

本设备采用信捷XC3-32RT-E系列PLC作为主控单元，其输入接口X0、X1外接SQ1、SQ2两个电容式传感器，用来检测并传送水位的高低限位信号。输出接口Y2、Y3外接KA1和KA2两个直流继电器，其中KA1用来控制电磁阀工作，实现水箱的进水；KA2用来控制加热棒工作，实现箱内储水的加热。Y4、Y5外接HL1和HL2两个指示灯，其中HL1为绿色运行指示灯，HL2为红色报警指示灯，用来指示系统的运行状态。Y6、Y7、Y10作为变频器控制端与信捷VB3系列变频器的控制端子连接，用来实现变频器的多段速控制。XC-E3AD4PT2DA模块与PLC相连接，该模块主要实现A/D和D/A转换。本设备中该模块A0和C0端外接温度传感器PT100，AI0和C0端外接液位压力传感器，分别实现水箱温度检测和水位高度检测。信捷触摸屏作为人机交互界面用来实现整个系统的操作控制和参数设置与显示功能。

图3.系统内部电气结构图

1.信捷XC3-32RT-E系列PLC

XC3-32RT-E系列PLC可以独立使用，或以基本单元与各种扩展模块组成使用。该元件作为主控元件，其结构上包括18个输入接口和14个晶体管输出接口，工作电压AC220V，具备POT1和POT2两个通讯口，可同时连接计算机和触摸屏。同时该PLC具备扩展模块接口，最多可构成7个模块的组合。

2.VB3系列变频器

本设备中，采用信捷VB3系列变频器控制水泵电机实现变频运行。本系统在培训过程中选择外部端子控制模式，即由PLC控制变频器实现多段速控制，为此，变频器参数P0.03=1。PLC输出点与变频器控制端子连接，与变频器参数的对应关系如表1所示。变频器参数设置中，主要对工作模式、多段速频率、加减速时间等参数进行设定。

表1.PLC输出点与变频器参数的对应关系

3.XC-E3AD4PT2DA模拟量模块

本设备中，需要对水箱中的温度以及液位高度进行实时测量与监控，为此，我们选用XC-E3AD4PT2DA模拟量模块与PLC进行联接，用来实现模数信号转换。该模拟量模块包括3路A/D输入通道、4路PT输入通道和2路D/A输入通道。本系统中，一个PT100温度传感器接口一路PT输入端，实现温度检测；一个液位传感器以电流连接方式接入A/D通道，实现液位检测功能。

4.触摸屏

触摸屏用于实现人机交互功能，在触摸屏上制作对应控制按键用于控制系统的启停等控制功能，同时也可以将温度、液位等实时数据信息通过窗口在触摸屏上进行显示。本系统制作的简单触摸屏控制界面如图4所示。

图4.触摸屏控制界面

二、控制要求与编程调试

本设备动作过程如下：储水箱中注入适量水。系统上电后，按下启动按钮，电磁阀打开，储水箱中的水流入进水箱中，液位传感器工作，触摸屏显示水位高度。当水位到达高位传感器时，电磁阀关闭，不再进水。同时，电气柜上绿色指示灯点亮。2秒钟后加热棒工作，温度传感器测量实时水温，并将其显示在触摸屏上。当水温到达26度时，停止加热。延时2秒后，抽水泵开始工作，将水抽入储水箱中。其先以10Hz工作，5秒钟后变为20Hz运行，3秒钟后变为25Hz运行；当水位低于低位传感器时，水泵停止工作，同时，电气柜上红色指示灯点亮，绿灯熄灭。延时6秒钟后重复上述过程。按下停止按钮，则系统在运行完一次循环后停止。按下急停按钮，整个系统停止工作。

根据控制要求，结合PLC的输入、输出关系，列出I/O分配表如表2所示。

表2.I/O分配表

三、总结

经过调试与试运行，该设备可以实现上述控制要求，为可编程控制器技术的教学与培训积累了宝贵经验，提高了自动化系统的设计、调试能力。同时该设备已经作为考核装置被广泛运用于职业技能鉴定。

论文作者:张　俊　杨其俊　秦　超

论文发表刊物:《教育学文摘》2014年1月总第109期供稿

论文发表时间:2014-3-10

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