摘  要：液位的測量與控制是制藥廠儲液塔罐控制的重要組成環節。本文介紹了開發PLC液位測控系統的實現方法，闡述了運用VB應用程序開發本系統與其它控制環節交互的軟件接口的方法。

關鍵詞：液位測控，PLC，VB

Abstract: Measurement and Control of Liquid Level is an important link on controlling of pharmaceutical tank. This paper introduces an implement method of developing a PLC‘s Liquid Level measuring and controlling system, expatiates a method of developing a software interface between this system and the other control links.

Key words: Measurement Control Liquid Level，PLC，VB

1. 概述

　　為了滿足藥品制藥生產工藝過程的要求，工廠需要大容量的密封拱頂塔罐混合并存儲藥物原液。根據整個生產工藝的要求，需要能夠實時測量密封拱頂塔罐內的藥液的高度，從而準確了解罐內藥液的體積，并可以通過現場或遠程操作控制液位的高度。同時，遠程計算機的監控管理軟件聯系現場控制過程，并與工廠中其他過程控制系統交換數據來實現整個藥品生產過程的統一控制。

　　由于原先是人員職守的方式，該方式不僅費人力，而且不能與整個生產過程形成有機整體，安全性和可靠性低。所以，為了達到系統控制任務書的要求，本文電氣控制系統的方案為：采用遠程PC機作為系統主機，與現場的PLC（從機）通訊，PLC實現通訊、現場顯示界面的顯示、液位模擬量數據的采集、邏輯控制以及聲光報警。

　　本文介紹的電氣控制系統的設計主要包括以下幾個方面：

　　（1）PLC、顯示面板、連續液位采集傳感器的選型。

　　（2）系統控制功能的實現。

　　（3）上位機與下位機的軟件編制。

2.控制的內容和要求

　　如圖1所示，本控制設計任務需要實現以下目標：

　　（1）可以實時監測記錄液位的變化，可以人工設定并自動控制液位的高度值。

　　（2）可以通過自動方式和手動方式控制該系統。

　　（3）現場顯示界面顯示的內容主要包括：當前液位值、當前罐內容量值、設定液位高度、進液口與出液口電磁閥狀態、實時故障報警和歷史故障報警等。

　　（4）通訊采用RS-485總線通訊方式，使PLC與遠程PC機聯系，實現通過PC機控制液位高度，監測液位變化的目的。PC機同時與其他系統發生聯系，進而使工廠整個藥品生產過程構成了一個有機的整體。

圖1 液位自動控制系統

3. 硬件配置及實現方法

　　為了提高控制系統的可靠性與靈活性，系統采用PLC可編程邏輯控制器。PLC選型為SIEMENS公司的S7-200系列PLC，中央處理單元為西門子公司新推出的CPU 224XP AC/DC/Relay ，該CPU在本機體中集成了2個RS-485通訊口，2個模擬量輸入口，1個模擬量輸出口，14個數字輸入和10個繼電器輸出，其性價比高，滿足本系統的所有要求。

　　為了連續測量塔罐內的液位，液位傳感器選用衛生型雷達液位計，其測量量程范圍為20米，其輸出為標準的二線制4-20mA電流輸出。傳感器輸出電流信號通過電流/電壓變送器將4-20mA電流信號變換成0-10V電壓信號接到CPU本體的模擬量輸入口。

　　現場顯示界面選擇西門子的文本顯示界面：TD200，它可以方便地顯示和設定參數，并可以顯示當前報警信息或者查詢歷史報警信息。TD200與 PLC 連接只需要通過TD/CPU電纜連接至PLC的通訊口PORT0。使用485總線的一端連接PLC的通訊口PORT1，另一端通過RS-485 /232電平轉換器連接至PC機的RS-232串口，實現PC機向PLC發送命令幀、并接收PLC響應幀。

4. 系統的軟件編程及實現方法

　　由于現場PLC需要與遠程PC機監控管理軟件傳遞控制參數和實時信息。所以，本系統軟件包括了PLC程序和PC機的監控管理軟件。

　　4.1 PLC的程序編寫

　　編寫224XP CPU的程序，支持的編程環境為STEP 7-Micro/WIN V4.0版。

　　傳感器采集的液位模擬量信號送入PLC模擬量輸入口，經A/D轉換送入CPU，從AIW0 中取輸入值，為了增加穩定性，而取一定范圍內采樣值，并求多次采樣值的平均值，再依據計算出的某時間段液位平均值，求當前實際容量，用于生產過程控制，現場顯示和上位機記錄分析。

　　PLC根據現場或遠程PC機命令，通過一系列邏輯操作，控制塔罐輸入/輸出電磁閥、出料泵等，完成系統預定的命令，實現控制要求。

　　TD200文本顯示器組態也在STEP 7-Micro/WIN V4.0軟件環境中進行，編程環境提供了易于使用的組態向導，使文本顯示界面組態和使用非常方便。

　　4.2 PC機的監控管理軟件的編制

　　微軟的 Visual Basic 6.0 提供了高效的可視化編程環境，具有良好的圖形用戶接口，少量的界面控制代碼即可設計出本系統的標準 Windows風格的圖形窗口用戶界面，支持面向對象的程序設計，可以方便快速地編制出系統的分析和控制程序。為了使用戶能方便快捷地創建串口通信程序和數據庫系統管理，Visual Basic 6.0 為用戶提供了MSComm 通信控件和數據庫訪問對象庫ADO技術。

　　4.2.1 PC機串口與PLC 自由口的通訊實現

　　本系統的監控管理軟件（上位機）和S7-200 PLC （下位機）的連接采用RS-485總線半雙工通訊方式，在MSComm事件的中斷程序中接收數據，在時間定時器控件（Timer）中斷程序中發送控制命令。本文介紹的系統上位機和下位機之間的的通信是互發報文的形式來實現的，下位機PLC只有在接收到上位機查詢命令時才上送數據，下位機PLC在接收到上位機修改控制參數命令時，必須上送確認報文后方才執行命令。

　　（1） OnComm 事件中斷服務程序

　　……

　　Private Sub MSComm1_OnComm（）

　　Dim GetByte（） As Byte

　　Select Case MSComm1.CommEvent

　　Case comEvReceive ‘收到1個字符數據

　　GetByte = MSComm1.Input

　　Receive_Data = Receive_Data & GetByte（0）

　　……

　　End Select

　　End Sub

　　……

　　（2） Timer 事件中斷服務程序

　　……

　　Private Sub Timer1_Timer（）

　　Dim SendByte（） As Byte

　　Send_Data = SendByte（）

　　MSComm1.Output = Send_Data

　　……

　　End Sub

　　……

　　4.2.2 數據庫管理程序的編制

　　本系統的PC機監控管理軟件的數據庫格式采用本地的Microsoft Access數據庫,它記錄當前液位值和保存歷史液位值，同時它還記錄所有的控制參數，該數據庫也可以讓其它程序共享，以改變控制參數，實現整個藥品生產過程控制與本子控制系統的接口。所以，本文介紹的系統不僅可以作為一個獨立的系統，也可以作為工廠自動化有機整體的一個環節。

　　ADO（ActiveX Data Object）技術是如今應用最廣泛的數據訪問技術之一。系統的監測管理軟件運用VB中的ADO對象，引用ADO 組件開發出操作數據庫記錄的應用程序，只需在窗體上添加部件“Microsoft ADO Data Control 6.0”，并編寫連接和操作數據庫的VB程序代碼。

　　下面為連接本地數據庫的程序代碼：

　　On Error GoTo LoginError

　　Dim strConnection As String

　　Set ConnData = New ADODB.Connection

　　With ConnData

　　.CommandTimeout = 15

　　.CommandTimeout = 30

　　End With

　　strConnection = "UID=Admin;PWD=;" & _

　　"Driver=｛Microsoft Access Driver （＊.mdb）｝;" & _

　　"DBQ=" & App.Path & "db1.Mdb;"

　　ConnData.Open strConnection

　　ConnData.CursorLocation = adUseClient

　　Adodc1.ConnectionString = ConnData.ConnectionString

　　Adodc1.RecordSource = "select ＊ from tbl1"

　　Adodc1.Refresh

　　Set AdoRs = New ADODB.Recordset

　　AdoRs.Open "select ＊ from tbl1", _

　　ConnData, adOpenForwardOnly, adLockReadOnly

　　Exit Sub

　　LoginError:

　　MsgBox "無法與數據庫建立連接!"

　　4.2.3 數據庫瀏覽器的開發

　　不僅僅是友好美觀的圖形窗口用戶界面和可靠的數據庫記錄存取過程代碼。還需要方便的數據庫記錄瀏覽、分析的方法和接口界面。為此，需要使用一些數據庫綁定的控件等來實現數據庫瀏覽器的功能，利用畫圖命令line實現簡單的當前、歷史原液容量變化趨勢圖。使操作變得更簡單、更方便，日常維護更加人性化。

5. 結束語

　　本文介紹的液位監控系統電氣設計方案和PC機監控管理軟件，經過實踐證明是可行的，不僅解決了改造之前的缺陷，而且性能穩定可靠。

　　實現了：

　　（1）即使在沒有PC（上位機）的情況下，PLC系統仍可以獨立可靠地運行。

　　（2）PC機監控管理軟件通過共享數據庫與藥品整個生產過程其它環節協調。

　　該控制方案采用PLC作為現場控制核心，保證了控制的高可靠性;采用PC機管理該系統或融合其它子系統，減少了成本，方便了集中管理，提高了自動化程度。作者認為本方案不僅適用于工業生產老設備改造升級，對于中小型過程控制集中管理也具有參考價值。

參考文獻：

　　[1] SIMATIC.S7-200 Programmable Controller System Manual.6ES7298-8FA22-8BH0

　　[2] 郝成.基于PC的DCS研究與應用.微計算機信息.2005.5

　　[3] 郭琦.Visual Basic 數據庫系統開發技術.人民郵電出版社，2003

　　[4] 范逸之,陳立元.Visual Basic與RS-232串行通信控制.清華大學出版社，2002