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研究液體電磁流量計(jì)在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中的運(yùn)用

點(diǎn)擊次數(shù):1620 發(fā)布時(shí)間:2021-01-01 12:01:56
摘要:在自動(dòng)化生產(chǎn)過程中,需要收集電量、壓力、流量、溫度等參數(shù),并對(duì)這些參數(shù)分析。將相關(guān)設(shè)備、傳感器通過接口和 PLC連接,從而實(shí)現(xiàn)流量和壓力控制。基于此,文章*先提出 PLC 的概念,進(jìn)而探究基于 PLC 的流量與壓力控制系統(tǒng)的應(yīng)用。
引言
隨著我國工業(yè)技術(shù)水平不斷提升,當(dāng)今工業(yè)生產(chǎn)隊(duì)液體流量控制精度也隨之提升。傳統(tǒng)的流量控制由于誤差大、控制精度低、無法實(shí)時(shí)監(jiān)控,無法滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求。而應(yīng)用 PLC 自動(dòng)化控制技術(shù),可以進(jìn)一步加強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)的流量控制,再加上當(dāng)今 PLC 技術(shù)不斷成熟,其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大,有助于實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化、高精度生產(chǎn)。因此,加強(qiáng)PLC 在流量、壓力控制系統(tǒng)中應(yīng)用研究有著重要意義。
1 PLC 控制系統(tǒng)與 PID 系統(tǒng)相關(guān)闡述
1.1 PLC 系統(tǒng)
PLC 是一種可編程控制器,其核心是微處理器,可以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化的一項(xiàng)新技術(shù)。作為微機(jī)技術(shù)的衍生品,PLC 不僅邏輯功能強(qiáng),同時(shí)還具有數(shù)據(jù)傳輸功能、數(shù)據(jù)處理功能。很多工業(yè)生產(chǎn)都是采用水泵控制電機(jī)啟停操作,但是實(shí)際控制精度較低。在傳統(tǒng)繼電器邏輯控制當(dāng)中,多數(shù)都是采用手動(dòng)完成,難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化生產(chǎn),難以處理系統(tǒng)模擬量,再加上電氣結(jié)構(gòu)設(shè)置較為復(fù)雜、可靠性不足、缺乏穩(wěn)定性,不利于檢修和維護(hù)。
現(xiàn)代化 PLC 設(shè)備具有體積小、性價(jià)比高、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一,可以安裝到很多標(biāo)準(zhǔn)尺寸空間內(nèi)。應(yīng)用 I/O 連接器有助于降低接線成本,可以騰出更多的接線空間。再者,I/O 可以擴(kuò)展到 256 個(gè)點(diǎn),可以連接 4 個(gè)以上特殊功能模塊?;赑LC 控制流量與壓力的控制系統(tǒng)主要包括控制器、變頻器、傳感器、執(zhí)行結(jié)構(gòu)、接口等部分。
1.2 PID 系統(tǒng)
在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中,應(yīng)用作為廣泛的調(diào)節(jié)器就是以比例、積分、微分的控制系統(tǒng),也就是 PID 系統(tǒng)。利用 PID 運(yùn) 算、調(diào)節(jié)功能,可以更好的對(duì)參數(shù)輸出信號(hào)整定,輸送到變頻器當(dāng)中,從而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速。如今 PID 控制器在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應(yīng)用,具有 PID 參數(shù)自整定功能,實(shí)現(xiàn)智能調(diào)節(jié),從而對(duì)壓力、流量、溫度、液位監(jiān)控。
新時(shí)期下,PID 控制器也得到了發(fā)展,結(jié)合控制理論、智能控制理論等優(yōu)勢,也推出了多個(gè)新型的 PID 控制器,如自矯正 PID、專家自適應(yīng) PID、非線性 PID 等,讓 PID 控制超出了線性、非時(shí)性范圍。
2 基于 PLC 的流量與壓力控制系統(tǒng)運(yùn)用
PLC 流量與壓力控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中,主要是應(yīng)用了 PID、比值控制,從而實(shí)現(xiàn)流量與壓力的自動(dòng)化控制,保證控制精度。其主要表現(xiàn)在:
2.1 PID 流量與壓力控制
PID 是指比例積分微分控制,具有可靠性高、計(jì)算簡單等優(yōu)勢,在工業(yè)生產(chǎn)控制領(lǐng)域的應(yīng)用十分廣泛,適合構(gòu)建精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型,提升控制系統(tǒng)的功能。工業(yè)生產(chǎn)中的流量具有非線性、時(shí)變性特點(diǎn),因此難以構(gòu)建精準(zhǔn)的數(shù)學(xué)模型。在實(shí)際生產(chǎn)當(dāng)中,應(yīng)用 PID 可以有效解決自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)流量與壓力控制問題。
通過應(yīng)用液體電磁流量計(jì)來實(shí)時(shí)獲取供液流量信息,在整個(gè)信息采集過程中,可以同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換操作,之后 PLC 讀入處理后的數(shù)據(jù),PLC 系統(tǒng)將實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)信息和額定流量數(shù)據(jù)(預(yù)設(shè)數(shù)據(jù))信息進(jìn)行對(duì)比,通過 PID運(yùn)算即可得出目標(biāo)控制值,并將控制值進(jìn)行 D/A 轉(zhuǎn)換之后應(yīng)用到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥可以結(jié)合給定控制值做出相應(yīng)的動(dòng)作,自動(dòng)化調(diào)節(jié)閥門開啟度。整個(gè)操作流程可以劃分為比例、積分、微分三個(gè)環(huán)節(jié),分別對(duì)應(yīng)“P”、“I”、“D”。
(1)比例環(huán)節(jié)。整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行誤差可以通過比例形式直接反應(yīng)出來,如果系統(tǒng)運(yùn)行中產(chǎn)生了偏差問題,則會(huì)根據(jù)采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)控制器立刻發(fā)送命令作出動(dòng)作,從而減少系統(tǒng)偏差。
(2)積分環(huán)節(jié)。針對(duì)系統(tǒng)的靜誤差主要是在積分環(huán)節(jié)消除或縮小,對(duì)系統(tǒng)誤差率進(jìn)行改善。積分環(huán)節(jié)運(yùn)行和積分時(shí)間常數(shù)有著直接關(guān)聯(lián),積分常數(shù)越大,則積分作用越弱;反之,積分常數(shù)越小,積分作用越強(qiáng)。
(3)微分環(huán)節(jié)。誤差信號(hào)比變化度在微分環(huán)節(jié)中顯示,同時(shí)可以在誤差信號(hào)變大前,在系統(tǒng)中引出一個(gè)有效的早期修正信號(hào),從而提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率,縮短整個(gè)調(diào)節(jié)流程的周期。
在實(shí)際應(yīng)用中,要結(jié)合對(duì)象實(shí)際情況選定 PID 參數(shù),也可以根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)確定。幅值振蕩系數(shù)通過比例系數(shù)控制,一旦比例系數(shù)增加也會(huì)提升振蕩系數(shù),通過降低振蕩頻率計(jì)可以有效提高系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定時(shí)間。響應(yīng)速度快慢主要是決定于積分系數(shù),如果積分系數(shù)增加則會(huì)降低響應(yīng)速度,反之則會(huì)增加相應(yīng)速度;微分系數(shù)可以消除靜態(tài)誤差,通常在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)將靜態(tài)誤差設(shè)置小一些,這樣可以減少對(duì)系統(tǒng)干擾。
 2.2 流量與壓力比值控制
在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)當(dāng)中,流量與壓力比值控制是指將兩種或兩種以上物料量自動(dòng)按照相關(guān)比例控制系統(tǒng),也就是比值控制系統(tǒng)。比值控制法可以劃分為開環(huán)比值控制、閉環(huán)比值控制,其中閉環(huán)比值控制還可以劃分為單閉環(huán)、雙閉環(huán)。*簡單的方法就是開環(huán)控制,而單閉環(huán)控制可以有效對(duì)開環(huán)系統(tǒng)完善,但該方案也有不足之處,即只有一個(gè)副流量、壓力閉環(huán)控制,缺少主流量閉環(huán)控制。
結(jié)合比值控制原理可知,在流量和壓力閉環(huán)控制中,*個(gè)閉環(huán)控制就是主流量閉環(huán)控制系統(tǒng),在完成了主流量設(shè)置之后,借助閉環(huán)系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用,*大程度上消除擾動(dòng)誤差帶來的影響,這樣即可提高主流量的穩(wěn)定性,維持在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi),整體上主流量閉環(huán)控制是一種恒值(范圍)控制系統(tǒng)。*二個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)是副流量閉環(huán)控制系統(tǒng),副流量輸入量是根據(jù)檢測、變送后流量信號(hào)與比值系數(shù)的乘積。整個(gè)副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括副控制器、變送器、泵變頻器、檢測點(diǎn)等。
3 基于 PLC 的流量與壓力報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1 硬件系統(tǒng)
報(bào)警系統(tǒng)作為整個(gè)控制系統(tǒng)的重要組成部分,主要包括 PLC、流量傳感器、壓力傳感器、語音電路、揚(yáng)聲器等。
選擇*新的 PLC,確??梢詽M足項(xiàng)目要求,同時(shí)可以根據(jù)實(shí)際使用要求實(shí)現(xiàn)多個(gè)量擴(kuò)展。流量傳感器采用插入式渦街流量計(jì),該流量計(jì)具有壓力損失小、量程范圍大,實(shí)際應(yīng)用中受溫度、密度、介質(zhì)粘度、壓力等參數(shù)影響小,甚至可以忽略不計(jì),可靠性非常強(qiáng),維護(hù)工作量小。模擬量傳輸距離為 1000m、脈沖輸出量為 500m,可以直接和 PLC 接口連接,無需人工編寫程序,可以帶動(dòng) 256 個(gè)負(fù)載。該儀器可以保證長期穩(wěn)定運(yùn)行,并且適應(yīng)性非常強(qiáng)。選擇高精度壓力傳感器,同時(shí)滿足穩(wěn)定、精度、體積、可靠等要求,并且選擇端面密封形式。高精度壓力傳感器采用了恒流源、恒壓源供電,內(nèi)部采用了標(biāo)準(zhǔn)的螺紋引壓測量方法。在高精度壓力傳感器應(yīng)用中,應(yīng)采用密封的齊平膜片,避免安裝應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品造成負(fù)面影響,并配置安全柵。采用智能(AI)語音芯片,具有操作靈活、音質(zhì)好、分段多等優(yōu)勢。PWM 級(jí)別 D 揚(yáng)聲器放大器,可以直接驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器,具有 MIDI 電子音樂處理能力,放映操作更加靈活,輸出指示量多,可以采用多個(gè)封裝方法,擴(kuò)展性能較好,工作電壓控制在 2.7-3.6V 之間,音頻輸出電流在 20-120mA 之間,適用范圍更廣。
3.2 軟件系統(tǒng)
結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際標(biāo)準(zhǔn)與硬件特性,編寫自動(dòng)控制報(bào)警的系統(tǒng)編寫。在物理量編寫過程中,很多量程序段存在相同部分。為了降低工作量、確保程序更加直觀,針對(duì)相同部分程序采取模塊化設(shè)計(jì)方法。根據(jù)物理量相似特性,可以采用子程序?qū)?shù)據(jù)量轉(zhuǎn)化、運(yùn)算程序段進(jìn)行編程。子程序編寫中,要定義符合條件的輸入量、輸出量、中間變量數(shù)據(jù)模型,將相關(guān)的量轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一運(yùn)算的模型,對(duì)子程序中的量進(jìn)行加、 減、乘、除數(shù)學(xué)運(yùn)算。并在主程序中調(diào)用子程序,并賦予子程序運(yùn)行的額定數(shù)值,可以實(shí)現(xiàn)連續(xù)兩次調(diào)用。
在程序運(yùn)行前要先進(jìn)行初始化設(shè)定,包括流量傳感器管腳定義、壓力傳感器管腳定義、語音系統(tǒng)初始化。在完成初始化操作后,可以設(shè)置流量、壓力參數(shù),主要包括流量報(bào)警和壓力報(bào)警的上限、下限以及報(bào)警次數(shù)、音量等。在上述內(nèi)容調(diào)整完畢之后,即可正常運(yùn)行控制報(bào)警系統(tǒng),*先對(duì)流量傳感器、壓力傳感器通電,并采集流量和壓力數(shù)據(jù),將采集的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為電壓值、電流值,并傳輸給模擬量輸入模塊,*終轉(zhuǎn)化為 PLC 可以識(shí)別的數(shù)字量,根據(jù) PLC 數(shù)值與接口傳輸類型,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)算、對(duì)比等操作,從而在PLC 可以達(dá)到報(bào)警限值數(shù)字量傳輸給模擬量輸出模塊,輸出模塊將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為電流、電壓信號(hào)傳遞給語音模塊,即可實(shí)現(xiàn)語音段尋址功能,生成控制信號(hào),*后將語音系統(tǒng)中設(shè)定的語音報(bào)警在揚(yáng)聲器中播放出來。
4 結(jié)束語
綜上所述,為了能夠?qū)崿F(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)自動(dòng)化,基于 PLC 編程的 PID、比值控制方法在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)應(yīng)用中有著重要意義,不僅能夠有效提升流量控制精度、滿足自動(dòng)化生產(chǎn)要求、保證工業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量、降低資源成本、提高生產(chǎn)效率。此外,借助 PLC 的流量、壓力控制警報(bào)系統(tǒng),如果流量、壓力運(yùn)行參數(shù)超標(biāo)無法控制,則系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出語音警報(bào),從而快速解決系統(tǒng)問題。這樣才能夠充分發(fā)揮 PLC 的應(yīng)用效果。

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