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PLC 的液位控制系统在现代工业控制系统中具有重要作用，本人在设计中，利用了西门子公司S7-300 作为控制器，设计一套运行稳定、安全可靠又经济的单容水箱液位控制系统。通过对一些主要器件设备、位式控制算法和上位机的组态等，实现液位自动控制系统的设计。
硬件设计是软件设计实现的前提，硬件的合理选用，既要合理、适合，也要经济适用。本设计用S7-300 PLC 作为控制器，通过变频器控制电机速度，同时由变送器和四个液位检测开关收集液位信号反馈给PLC 来进行进一步控制，从而实现使液位保持在设定值附近的自动控制系统。（如图1）
1.1 PLC 的选型
西门子S7-300 是模块化的通用型PLC，适用于中等性能的控制要求。SIMATIC S7-300 编程序控制器是模块化结构设计。各种单独的模块之间可广泛组合以用于扩展。其CPU 集成了过程控制功能，用于执行用户程序。不需附加任何硬件、软件、编程，就可建立一个MPI 网络。若有PROFIBUS-DP 接口，就可建立一个DP 网络。S7-300 可大范围扩展各种功能模块，很好的满足自动控制任务。
1.2 CPU 型号的选择
S7-300 有20 种不同等级的CPU，分别使用于不同等级的控制要求。CPU 313C-2 DP 带集成数字量输入/输出和PROFIBUS DP主站/从站接口的紧凑型CPU，带有与过程相关的功能，可以完成具有特殊功能的任务，可以连接单独的I/O 设备。配置为：16DI/16DODC24V、Flash EPROM 微存储器卡（MMC）、一个MPI 接口和一个DP总线接口。
1.3 模拟量模块（SM）的确定
S7-300 的模拟量I/O 模块包括模拟量输入模块SM331、模拟量输出模块SM332 和模拟量输入输出模块SM334 和SM335，通常选用SM334 系列的模块。它既有模拟量输入通道，又有模拟量输出通道，用于连接模拟量传感器和执行器。这里选用的是SM334 AI4/AO2 8/8 位的模块，有4 输入、2 输出，精度8 位。是不可编程，通过硬件连线来定义测量和输出类型。
模拟量输入模块用于将模拟信号转换为CPU 内部处理用的数字信号，其主要部分是A/D 转换器。输入信号一般是模拟量变送器输出的标准直流电压电流信号。各模拟量通道转换顺序执行的，每个模拟量通道输入信号被依次轮流转换。此模块由多路开关、A/D转换器、光隔离元件、内部电源和逻辑电路组成。模拟量输出模块用于将CPU 送给它的数字信号转换为成比例的电流信号或电压信号，对执行机构进行调节或控制，其主要转换部分是D/A 转换器。
电源模块选用PS307 2A，效率83%。输入电压为单相交流120/230V， 50/60Hz；输出电压为DC24V，具有短路和断路保护。正常态时，绿色LED 亮；当输出电路过载时，LED 指示灯会闪烁；如果输出端断路，则输出电压为0，此时LED 变暗。输入电压过高，可能损坏模块；输入欠压，模块关闭，停止工作。
1.4 变频器的选型
变频器选用的是MICROMASTER420 系列，MM 420 是用于控制三相交流电机速度的变频器系列。微处理器控制，采用绝缘栅双极型晶体管作为功率输出器件，具有很高运行可靠性和功能多样性。易安装、调试，快速响应，正常状态下无跳闸运行，更好的动态特性，过/欠电压保护，短路保护等优点。必须可靠接地，断开电源后可进行电源及电机端子的接线。
1.5 变送器的确定
可采用投入式液位变送器，用于收集液位信号，产生4~20mA模拟信号，作为模拟量输入信号传递给PLC，进行进一步控制。液位变送器包括一个表头，两边都有盖子，打开盖子，一边的表内部可以调节零点或满量程，另一边内部用于接线。
1.6 水位检测开关的选定
选用电子式水位开关BZ2401，检测方式为有水时闭合。它可以直接与PLC 搭配工作，判断有水时输出24V，无水时0V，电流容量2A。高低电平的信号可通过PLC 来读取，并驱动水泵等用电器工作。可任意方向安装，当横装时，水位到达蓝线就动作，且精度较高。产品竖向安装时，水位到达红线就动作，有一定的防波浪功能。而且具有耐污、耐颠簸、抗摔性强、耐酸碱，不怕磁场影响、金属体影响、水压变化影响、光线影响，没有盲区，不怕固体漂浮物的影响的优点。
2 系统的软件设计
2.1 系统结构设计（如图2 所示）
2.2 系统的上位机组态软件的设计
在本设计中，上位机组态实现了自动液位控制，过程中工作人员可直接通过电脑监测系统运行状态，及在线改变参数的设置。设计主要包括组态新建工程、画面创建、定义I/O 设备、构造数据库、建立动画连接、运行和调试这几个步骤。
3 系统调试
系统调试分软件和硬件的调试。在软件调试之前首先要进行硬件的调试工作，在PLC 处于编程状态下，检测变频器、传感器等，以确认这些信号能够正确地输入PLC 的输入端口；确认过程控制系统可以正常运转，实现水泵上水、放水、启动、停止及变频器控制器下的转速调节等功能。硬件调试中问题，首先，PLC 和外围电路的连接，遇到低压电器连接问题，通过反复连接操作训练后，这些问题得到解决。硬件调试问题解决了，再解决软件调试工作。软件调试较硬件调试要复杂的多。首先根据设计要求编写程序流程图，然后通过实物实际情况反复编程练习，一一解决了编程遇到的问题。系统有很多功能，本着先单一，后多种，先简单，后复杂的顺序来编写和调试程序，直到完全符合设计要求，完成最终的调试工作。在建立PLC和组态通信连接时也遇到了不少的困难，变量的类型的选择、变量域的使用等等各个方面的匹配。通过不断的调试，最终建立比较完整的组态画面，实现单容水箱液位控制系统的监控要求。在组态画面的建立中本人也了解了组态软件对现代工业监控的便利性和重要性。
4 结束语
在系统设计过程中，成功地解决了组态王与PLC 的连接通信，组态动画的设置与连接。在软件中针对PLC 的模块化编程、数据的归一化与设计液位控制系统的组态监控画面，通过上位机控制实现液位的自动控制，基本达到了对液位控制系统的要求。这个设计使本人的知识领域专业技能得到了进一步扩展，同时增强了分析和解决工程实际的综合能力。