基于PLC的化工储罐液位精准调控策略研究

一、引言

化工生产过程涉及众多复杂的物理和化学变化，其中储罐作为储存各类化工原料、中间产品及成品的关键设备，其液位的稳定控制直接关系到生 性以及产品质量。传统的液位控制方法在面对化工生产的复杂工况时，常出现控制精度低 动化技术的飞速发展，PLC 凭借其可靠性高、编程灵活、抗干扰能力 制领域得 泛应用。基于 PLC 构建的液位控制系统能够实现对储罐液位的精准 提升化工生产的自动化水平与经济效益。因此，深入研究基于PLC 的化工储罐液位精准调控策略具 要的现实意义和工程应用价值。

二、PLC 控制系统原理

2.1PLC 工作机制

PLC 采用循环扫描的工作方式，主要包括输入采样、程序执行和输出刷新三个阶段。在输入采样阶段，PLC读取输入端子上的信号状态，并将其存入输入映像寄存器；程序执行阶段，PLC 按照用户编写的程序逻辑，从输入映像寄存器和其他内部寄存器中读取数据进行运算和处理；输出刷新阶段，PLC 将程序执行结果从输出映像寄存器传送到输出端子，驱动外部执行机构动作。这种循环扫描的工作方式使得PLC 能够实时响应外部信号变化，保证系统的稳定运行。

2.2 在液位控制中的应用逻辑

在化工储罐液位控制中，PLC 通过液位传感器实时采集储罐内液位信号，并将其转换为数字量输入到 PLC中。PLC 将实际液位值与预设液位值进行比较， 根据 设定的控制算法（如PID 算法）计算出控制量，进而控制电动调节阀、泵等执行机构的动作，调节储罐 进出 ，实现液位的精准控制。同时，PLC 还可对系统运行状态进行监测，当液位超出设定的高低限范围时，及时发出报警信号，提醒操作人员采取相应措施。

三、系统硬件配置

3.1PLC 选型要点

选择合适的PLC 型号是构建高效液位控制系统的基础。选型时需综合考虑系统的控制规模、I/O 点数需求、运算速度、存储容量以及特殊功能要求等因素。对于化工储罐液位控制，通常需选用具有模拟量输入输出模块的 PLC，以实现对液位信号的精确采集和对执行机构的连续控制。例如，西门子 S7 系列、三菱 FX 系列等 PLC产品在工业控制领域应用广泛，具有丰富的功能模块和良好的扩展性，能够满足化工储罐液位控制的多样化需求。

3.2 液位传感器选择与安装

液位传感器是获取储罐液位信息的关键部件，其性能直接影响液位测量的准确性和系统控制精度。常见的液位传感器有超声波液位计、雷达液位计、静压式液位计等。在化工储罐应用中，需根据储罐内介质特性（如腐蚀性、粘稠度等）、测量范围、安装环境等因素选择合适的传感器。例如，对于具有腐蚀性介质的储罐，可选用防腐型静压式液位计；对于大型储罐，雷达液位计因其测量精度高、抗干扰能力强而较为适用。

传感器安装位置应确保能够准确反映储罐内液位真实情况，避免安装在靠近进液口、搅拌器等易产生液位波动的区域。同时，要保证传感器安装牢固，接线正确，做好防护措施，防止因环境因素影响传感器正常工作。

3.3 执行机构选型与连接

执行机构负责根据 PLC 输出的控制信号调节储罐的进出液流量，常见的有电动调节阀、电动泵等。电动调节阀具有调节精度高、响应速度快等优点，适用于对流量控制要求较高的场合；电动泵则常用于需要较大流量调节的系统。选型时需根据储罐的工艺要求、流量调节范围、工作压力等参数合理选择执行机构。

执行机构与 PLC 之间通过电气连接实现控制信号传输，连接线路应采用屏蔽电缆，以减少电磁干扰对信号传输的影响。同时，要确保执行机构的电源供应稳定可靠，满足其工作功率要求。

四、控制算法应用

4.1PID 控制算法原理

PID（比例-积分-微分）控制算法是工业控制中应用最为广泛的经典控制算法之一。其基本原理是根据系统的偏差（即设定值与实际值之差），通过比例、积分、微分三个环节的线性组合计算出控制量，以实现对被控对象的精确控制。比例环节（P）能够快速响应偏差，使系统产生与偏差成比例的控制作用；积分环节（I）用于消除系统的稳态误差，通过对偏差的积分运算，不断积累控制作用，直至误差为零；微分环节（D）则根据偏差的变化率预测系统的变化趋势，提前给出控制作用，提高系统的动态响应性能。

4.2 在液位控制中的参数调整与优化

在将PID 算法应用于化工储罐液位控制时，合理调整PID 参数（比例系数Kp、积分时间Ti、微分时间Td）是实现精准控制的关键。参数调整需根据系统的特性和控制要求进行，通常采用试凑法、临界比例度法等方法。在实际调试过程中，先将积分时间Ti 设为较大值，微分时间Td 设为零，通过调整比例系数Kp 使系统产生一定的响应，观察液位控制效果；然后逐渐减小积分时间Ti，消除稳态误差；最后适当调整微分时间Td，改善系统的动态性能。通过反复试验和优化，使PID 参数达到最佳匹配，实现液位的快速、稳定、精准控制。

此外，为进一步提高控制性能，还可采用自适应PID 控制、模糊PID 控制等改进算法。自适应 PID 控制能够根据系统运行状态实时调整PID 参数，增强系统对工况变化的适应能力；模糊PID 控制则利用模糊逻辑对PID参数进行在线调整，提高系统在复杂非线性工况下的控制精度。

五、系统抗干扰措施

5.1 硬件抗干扰方法

在硬件设计方面，可采取多种抗干扰措施提高系统的可靠性。例如，对 PLC 电源模块采用隔离变压器、滤波器等进行电源净化，抑制电源引入的干扰；对信号传输线路采用屏蔽电缆，并将屏蔽层良好接地，减少电磁干扰对信号的影响；在PLC 输入输出端口设置光电隔离器，实现电气隔离，防止外部干扰通过I/O 通道进入PLC系统；合理布局控制柜内的电气元件，避免强电与弱电信号线路交叉，减少相互干扰。

5.2 软件抗干扰策略

软件抗干扰是保障系统稳定运行的重要手段。在 PLC 程序设计中，可采用数字滤波算法对输入的液位信号进行处理，去除噪声干扰，提高信号的准确性。常见的数字滤波方法有算术平均值滤波、中位值滤波、限幅滤波等。同时，设置软件陷阱和看门狗定时器，当程序受到干扰出现跑飞或死锁现象时，能够及时将程序拉回到正常运行轨道，确保系统的可靠性。此外，通过对系统运行状态进行实时监测和诊断，当检测到异常情况时，采取相应的容错处理措施，如自动切换备用设备、发出报警信号等，保证系统的持续运行。

六、结论

基于 PLC 的化工储罐液位精准调控，通过合理硬件配置、优化控制算法及抗干扰措施，实现高精度、稳定控制。PLC 作为核心，依托强功能与编程灵活性奠定基础；液位传感器、执行机构等选型安装确保信息准确与液位及时调整；PID 及改进算法提升控制精度与动态性能；软硬件抗干扰增强系统稳定性。未来可结合人工智能等技术，加强集成化与网络化设计，提升远程监控能力，助力化工生产安全高效运行。

参考文献：

[1]刘月波.基于 PLC 的化工自动化控制系统设计和实现[J].科技资讯，2022，20（14）：70-72.