关键词：PLC；MCGS运行环境；液位控制
一、引言
本设计利用西门子S7-200系列PLC自带的PID调节模块，不断调节PID的各项参数，通过输出信号对电动调节阀的开度进行控制，比较各个参数下的控制性能，进而控制水箱内部的液位高度。因此，本设计对液位系统控制原理进行了分析，对控制方式与控制性能进行了比较，对软件设计进行了简要的阐述。
二、控制系统设计及参数
上水箱液位自动调节系统设计：
本设计中我们需要对上水箱的液位进行控制，其中，SP为给定信号（由操作者通过PC端设定），PV为控制变量。当水箱中的液位高度小于给定值时，给定值与压力变送器检测到的反馈值之差就是PID调节器的输入偏差信号。
系统开始运行时，单相泵正常运行，打开上水箱的出水阀及其他相关阀门，并通过控制电动调节阀的开度控制水流量。具体调节方法如下：压力变送器检测到的电信号送入PLC并转换为数字信号，经过PLC的PID程序运算后输出转化为4~20mA的模拟电信号至电动调节阀中，以控制电动阀的开度。当水箱内的液位高度与给定值达到一致后，PID调节器的输入偏差信号为零，电动调节阀维持当前开度不变，水箱中的进出水量保持一致，水箱内的液位高度也将不会变化。
而比例-积分-微分(PID)调节器是常规调节器中性能最好的一种调节器，PID调节器因其兼具各类调节器的优点，从而能使系统达到更高的控制质量。本设计中采用的单闭环控制系统参数如下：被控系统液位的最大值和最小值：MAX:37cm ；MIN:0cm；液位检测仪表: PT330-G10KG13型号液位传感器；控制阀: QSTP-16K电动调节阀，手动机械调节阀；控制器：S7-200PLC；控制性：QSTP-16K电动调节阀：单极性；S7-200PLC：单极性；误差：不超过5%；控制界面：以MCGS界面来控制液位，可调节调整比例系数、积分时间、微分时间等参数。
三、软件设计与调试
（一）软件设计
1.主程序
(1)网络1
采用常开开关SM0.1控制网络1的通断。采用字节传送指令（MOV_B）将采样时间“200”寄存于SMB34（用于定时中断的时间间隔寄存器定时中断0）,再使用中断连接指令ATCH将中断事件“10”与中断程序号“Timer0Int:INT0”相关联，最后一行写入“（ENI）”中断允许指令。
(2)网络2
采用常开开关SM0.1控制网络2的通断。采用字传送指令（MOV_R）将寄存器VD104、VD124、VD128、VD132的内容依次传送至VD4、VD12、VD20、VD24，并将采样时间0.2传送至VD16。其中，VD4（VD104）为设定值输入地址，VD12（VD124）为比例系数（Kc）输入地址，VD16存储内容即采样时间（Ts），VD20（VD128）为积分时间（Ti）输入地址，VD24（VD132）为微分时间（Td）输入地址。
(3)网络3
采用常开开关SM0.0控制网络3的通断，接入PID计算模块的使能端口。
2.PID调节器参数计算程序
(1)网络1（设定值标准化）
采用常开开关SM0.0控制网络1的通断。VD4为设定值输入地址，用累加器AC1作为中间寄存器，将输入值经过计算后将标准化结果写入VD8中，再进行操作。
(2)网络2（PID参数写入）
采用常开开关SM0.0控制网络2的通断。将VD0、VD8、VD12、VD16、VD20、VD24中的PID参数通过字传送指令写入VD300、VD304、VD312、VD316、VD320、VD324。其中，VD0为AIW0（采集值）标准化结果，VD8为设定值标准化结果。VD12为回路增益（Kp），VD16为采样时间（Ts），VD20积分时间（Ti），VD24微分时间（Td）。
(3)网络3
采用常开开关SM0.0控制网络3的通断，配置PID为LOOP 0 ，起始地址为VB300。
(4)网络4（输出值取整）
采用常开开关SM0.0控制网络4的通断。将VD308中的参数值通过实数相乘、实数相加、取整、双整数至整数四个指令，采用累加器AC2作为中间寄存器，经PID计算后输出至VW28中。
3.定时中断0调用程序
(1)网络1（采集值标准化）
采用常开开关SM0.0控制网络1的通断。将AIW0（采集值）标准化结果，通过字传送等指令经过计算写入VD0中，再经过计算写入VD30（即当前液位测量值），最后接入MCGS运行环境的VD212中。
(2)网络2（输出转化）
采用常开开关SM0.0控制网络2的通断。用双字节传送模块将经PID计算后的输出值VW28写入输出转化结果AQW0中。
（二）安装与调试
例：稳定于8cm给定值，比例系数(P)：5.0；积分时间(I)：0.30；微分时间(D)：0.15。实际水位变化曲线趋于给定值的图像如图5-1所示：
四、结语
本设计在西门子S7-200系列PLC和组态软件的基础上，结合MCGS运行环境界面，系统变得美观易懂，操作更加简单快捷。但此液位控制系统仍存在一些有待改进之处，比如PID参数整定方法单一、系统的反应速度比较慢、控制精度较低等。而近年来，科学技术的不断发展也促使着我们对于液位控制系统有了更高的要求，高精度、智能化、人性化的液位控制系统仍是我们不断追求的目标，我们自身的设计水平还需不断提高。
五、参考文献
[1] 李国勇，何小刚，杨丽娟. 过程控制系统(第三版)[M].北京：电子工业出版社，2017.
[2] 王万良. 自动控制原理(第二版)[M].北京：高等教育出版社，2014.
[3] 郝建根. 三种典型的无模型控制算法仿真比较研究[D]. 北京交通大学, 2008.
论文作者: 许书怡
论文发表刊物:《科技中国》2018年6期
论文发表时间:2018/8/10
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