【正文】 V 插圖清單 圖 21 紙漿濃度控制工藝流程圖 .........................................................................................4 圖 22 系統(tǒng)控制方框圖 .........................................................................................................4 圖 31 紙漿粘度與濃度的關(guān)系 .............................................................................................6 圖 32 內(nèi)旋式變送器的結(jié)構(gòu) .................................................................................................7 圖 33 內(nèi)旋式變送器的轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu) .........................................................................................7 圖 34 等效慣量，阻尼系統(tǒng)和彈簧系統(tǒng) .............................................................................8 圖 35 內(nèi)旋式變送器的結(jié)構(gòu)圖 .............................................................................................8 圖 36 電動(dòng)執(zhí)行器的原理圖 .................................................................................................9 圖 37 伺服放大器的原理圖 .................................................................................................9 圖 38 變送器原理圖 ............................................................................................................10 圖 39 PLC 的系統(tǒng)組成 ........................................................................................................13 圖 310 PLC 的配置 ..............................................................................................................14 圖 41 程序流程圖 ................................................................................................................18 圖 51 由矩形脈沖響應(yīng)確定的階躍響應(yīng) ............................................................................21 圖 52 切線法 ........................................................................................................................22 圖 53 SIMULINK 中紙漿濃度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模 型 .......................................................23 圖 54 階躍響應(yīng)曲線 ............................................................................................................24 圖 61 系統(tǒng)人機(jī)界面 ............................................................................................................26 圖 62 定義數(shù)據(jù)變量 ............................................................................................................26 圖 63 動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置 ....................................................................................................27 圖 64 定義通道的類型與地址 ............................................................................................28 圖 65 通道連接 ....................................................................................................................28 VI 表格清單 表 31 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................................14 表 41 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律的模擬與離散形式 ............................................................................16 表 42 內(nèi)存地址分配 ...........................................................................................................18 表 43 PID 指 令回路表 ........................................................................................................19 1 引 言 現(xiàn)今，中國(guó)已成為世界造紙產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國(guó)和主要消費(fèi)國(guó)，同時(shí)也是世界造紙產(chǎn)品的主要進(jìn)口國(guó)。為此本人設(shè)計(jì)了一基于 S7200PLC 的紙漿濃度控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)自動(dòng)檢測(cè)紙漿濃度，并與設(shè)定值進(jìn)行比較產(chǎn)生偏差，經(jīng)過(guò)一定的控制算法輸出控制進(jìn)水電動(dòng)閥門開(kāi)度，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入漿泵的稀釋水量，使輸漿管內(nèi)的漿料濃度發(fā)生變化，最終得到濃度穩(wěn)定的漿料。 目前， PLC 在國(guó)內(nèi)外已廣泛應(yīng)用于鋼鐵，石油，化工，電 力，建材，機(jī)械制造，汽車，輕紡，交通運(yùn)輸，環(huán)保及文化娛樂(lè)等各個(gè)行業(yè)。 在本設(shè)計(jì)中控制器采用的是西門子公司的 S7200系列產(chǎn)品。造紙生產(chǎn)工藝一般包括三個(gè)工序：備料、制漿和抄紙，其中在制漿和抄紙過(guò)程中都需要用水稀釋原漿。 這其中力學(xué)法（也叫機(jī)械法）是目前能很好的應(yīng)用在工程中的在線測(cè)量?jī)上嗔鳚舛鹊姆椒ā? 增強(qiáng)外部故障的檢測(cè)與處理能力。 第三章主要確定了系統(tǒng)各個(gè)硬件的選型，硬件的使用，以及硬件的連接電路圖。對(duì)得到的偏差按 PID 算法進(jìn)行計(jì)算，以此調(diào)節(jié)白水入口電動(dòng)閥的開(kāi)度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)紙漿濃度的調(diào)節(jié)。 4 第 2 章 總體技術(shù)方案 紙漿濃度工藝描述及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 制漿造紙生產(chǎn)是一個(gè)十分復(fù)雜的工業(yè)過(guò)程系統(tǒng)，也是當(dāng)前我國(guó)自動(dòng)化程度較高的制造行業(yè)之一，其大體由制漿和造紙兩個(gè)過(guò)程組成。 6 第 3章 系統(tǒng)硬件選擇與設(shè)計(jì) 濃度變送器的原理 力學(xué)法濃度測(cè)量原理 內(nèi)旋式濃度變送器是基于力學(xué)法濃 度測(cè)量原理而制造出來(lái)的變送器。在用力學(xué)法測(cè)濃度時(shí)，希望測(cè)量元件的阻力能反映出粘性動(dòng)力系數(shù)，因而設(shè)計(jì)測(cè)量元件時(shí)應(yīng)盡量減小元件在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的尾流，從而減小壓強(qiáng)阻力。顯然，它是一個(gè)由圓盤、阻尼器和彈簧構(gòu)成的單自由度機(jī)械系統(tǒng)，其中敏感元件、轉(zhuǎn)軸和電磁鐵都有轉(zhuǎn) 動(dòng)慣量；兩軸之間起密封連接作用的橡膠圈將產(chǎn)生彈簧的作用；支持測(cè)量軸運(yùn)動(dòng)的滾動(dòng)軸承有阻尼器作用，敏感元件與多相流介質(zhì)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)將產(chǎn)生很強(qiáng)的阻尼作用。當(dāng)輸出端加入某一數(shù)值的輸入信號(hào)時(shí)，此輸入信號(hào)與來(lái)自執(zhí)行機(jī)構(gòu)的位置反饋信號(hào)在伺服放大器的前置級(jí)磁放大器中進(jìn)行磁勢(shì)的綜合與比較。兩個(gè)觸發(fā)器是將前置級(jí)的輸出不同極性的電壓變成觸發(fā)脈沖，分別觸發(fā) SCR1 和 SCR2。 左邊加上交流穩(wěn)壓電源，則右邊會(huì)感應(yīng)出 ~1U 、 ~2U。 調(diào)節(jié)閥的選型主要包括閥的口徑選擇、形式選擇、閥的固有流量特性的選擇以及閥門的材質(zhì)選擇。 12 PLC 以及 Simens 公司的 S7200 簡(jiǎn)介 PLC 的產(chǎn)生、定義和特點(diǎn) PLC 的產(chǎn)生：由于傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)設(shè)備體積大，可靠性差，動(dòng)作速度慢，功能少，難以實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的控制，特別由于它是靠硬件連線邏輯構(gòu)成的系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng) 生產(chǎn)工藝或?qū)ο笮枰淖儠r(shí)，原有的接線和控制盤（柜）就要更換，所以通用性和靈活性較差，因而不能完成復(fù)雜的控制方式。它是一種專為工業(yè)環(huán)境而設(shè)計(jì)的數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)。 PLC 發(fā)展到今天，已經(jīng)形成了大、中、小各種規(guī)模的系列化產(chǎn)品。這些都為不熟悉電子電路、不定計(jì)算機(jī)原理和匯編語(yǔ)言的人使用計(jì)算機(jī)從事工業(yè)控制打開(kāi)了方便之門。如內(nèi)部工作狀態(tài)、通訊狀態(tài)、 I/O 點(diǎn)狀態(tài)、異常狀態(tài)和電源狀態(tài)等，對(duì)此均有醒目的指示，非常有利于運(yùn)行和維護(hù)人員對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)視。 編程器等外部設(shè)備 中央處理單元（ CPU） 輸 輸 入 出 接 用戶程序存儲(chǔ)器 接 口 口 系統(tǒng)程序存儲(chǔ)器 電源部件 14 圖 310 PLC的配置 內(nèi)部資源： PLC 內(nèi)部元器件是相互獨(dú)立的，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)為每一種元器件分配一個(gè)存儲(chǔ)區(qū)域。 在積分控制 (I)中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分 成正比關(guān)系。 Kp —— 比例系數(shù) P。故可利用 PLC中的 PID指令實(shí)現(xiàn)位置式 PID 控制算法量。 在紙漿濃度控制系統(tǒng)中由于具有滯后性，故選用比例積分微分（ PID）調(diào)節(jié)規(guī)律。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。 S7200 PLC 硬件系統(tǒng)的配置方式采用整體式加積木式，即主機(jī)中包含一定數(shù)量的I/O點(diǎn)，同時(shí)還可以擴(kuò)