【正文】 展 I/O 模塊和各種功能模塊。 PLC 體積小質(zhì)量輕，便于安裝。他接口容易，編程語(yǔ)言易于為工程技術(shù)人員所接受。所以 PLC 具有較高的抗干擾能力。不僅控制功能增強(qiáng)，功耗、體積減少，成本下降，可靠性提高，編程和故障檢測(cè)更為靈活方便，而且遠(yuǎn)程 I/O 和通 訊網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)處理以及圖像顯示也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，所有這些已經(jīng)使 PLC 應(yīng)用于連續(xù)生產(chǎn)的過(guò)程控制系統(tǒng)，使之稱為今天自動(dòng)化技術(shù)的三大支柱之一。 F = cppV / 。 調(diào)節(jié)閥的理想流量特性主要由直線，等百分比，拋物線，及快開(kāi)四種理想流量特性。 圖 37 伺服放大器的原理圖 10 位置發(fā)送器是將執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出軸的位移轉(zhuǎn)變成 0~10mA DC 或著（ 4~20mA DC）或著（ 4~20mA DC）反饋信號(hào)的裝置，它的主要部分是差動(dòng)變送器。再簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)系統(tǒng)中，只用一個(gè)輸入通道和一個(gè)反饋通道。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以將來(lái)自調(diào)節(jié)器的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成位移輸出信號(hào)，去控制閥門的開(kāi)度，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)。這樣，微機(jī)根據(jù)變化后的反饋控制輸出數(shù)據(jù)即可按一定關(guān)系計(jì)算出被測(cè)濃度 ]9[ 。 兩者分別取決于作用在物體與流體之間的剪切力和作用在物體上的壓力 綜上所述，在外部流動(dòng)情況下，固件在流體中運(yùn)動(dòng)阻力主要由粘性摩擦阻力和壓強(qiáng)阻力組成。 方案二：采用內(nèi)旋式紙漿濃度變送器在線檢測(cè)出紙漿濃度，將標(biāo)準(zhǔn)的 4~20mA 信號(hào)并聯(lián)一個(gè) 500歐姆的電阻，把信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，直接送至西門子 PLC S7200 224 XP CN的模擬量輸入端，經(jīng)與給定值比較后，經(jīng)過(guò)一定算法直接從模擬量輸出端輸出一個(gè)4~20mA 的信號(hào)到電動(dòng)執(zhí)行器，通過(guò)電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)控制與之相連的閥門的開(kāi)度，從而來(lái)控制白水的進(jìn)水量，繼而控制紙漿的濃度。 熟悉了 MCGS 工控組態(tài)軟件的基本使用方法，并建立出了紙漿濃度控制系統(tǒng)的人機(jī)監(jiān)控界面。本設(shè)計(jì)就是基于這樣一種目的設(shè)計(jì)出了一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定紙漿濃度的控制系統(tǒng)。 第一 章主要介紹了論文提出的背景，當(dāng)前研究的發(fā)展現(xiàn)狀以及研究的意義。 想超大型、超小型兩個(gè)方向發(fā)展。為此，本文設(shè)計(jì)了一種基于 PLC S7200 的紙漿濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)穩(wěn)定上漿的濃度。而在制漿造紙生產(chǎn)過(guò)程中，穩(wěn)定地調(diào)節(jié)紙漿濃度是實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，減少污染和能耗的一個(gè)重要因素。傳統(tǒng)的紙漿濃度控制是采用人工控制，但是采用人工測(cè)控的合格率只在 60%左右：采用儀表檢測(cè)同時(shí)配合人工測(cè)控的合格率也只在 80%左右，因定量問(wèn)題引起的產(chǎn)品質(zhì)量下降和消耗增高所造成的損失是巨大的，因此需要一種能自動(dòng)穩(wěn)定漿料濃度的可靠裝置來(lái)控制生產(chǎn)。并利用組態(tài)軟件 MCGS 設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。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)。因此，讓紙漿濃度穩(wěn)定的保持在一 定數(shù)值上成為一項(xiàng)重要的工作。 2 第 1 章 緒論 論文研究背景 研究背景 在造紙行業(yè)中 ,由于木材資 源短缺，環(huán)境保護(hù)的壓力和能源消耗等因素，生產(chǎn)效率高，污染少，能源消耗低的制漿方法已經(jīng)成為制漿造紙工業(yè)迫切需要解決的問(wèn)題。傳統(tǒng)的控制制漿濃度的方法是采用人工測(cè)控的方法，這種方法不僅耗費(fèi)人力，而且調(diào)節(jié)效果也不好，濃度變化幅度也比較大。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 向高速度、大容量方向發(fā)展。 3 主要研究?jī)?nèi)容 本論文主要是利用 PLC S7200 采用 PID 控制技術(shù)做了一個(gè)紙漿濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)，并采用 MCGS 工控組態(tài)軟件對(duì)紙漿濃度控制系統(tǒng)建立了人機(jī)監(jiān)控界面來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)控紙漿濃度的變化。要想達(dá)到穩(wěn)定紙漿濃度的目的，就必須設(shè)計(jì)出一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)紙漿濃度的控制系統(tǒng)。 熟悉了西門子 PLC 編程的基本指令和程序設(shè)計(jì)，并利用 Step 7Micro/Win 對(duì)紙漿濃度系統(tǒng)進(jìn)行程序的編制。 控制方框圖如圖 22： 圖 22 系統(tǒng)控制方框圖 5 方案的確定 方案一：采用動(dòng)刀式 紙漿濃度濃度變送器在線檢測(cè)出紙漿濃度，然后信號(hào)經(jīng) A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中，經(jīng)與給定值比較后，經(jīng)過(guò)一定算法輸出信號(hào)到 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換器輸出一個(gè) 4~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送至電動(dòng)執(zhí)行器來(lái)控制進(jìn)水閥門的開(kāi)度，從而來(lái)控制紙漿的濃度。 力學(xué)法測(cè)量原理就是測(cè)量作用在穿過(guò)流體的測(cè)量元件上的阻力，此阻力可認(rèn)為由 兩部分組成，即表面摩擦阻力和形狀阻力。其結(jié)構(gòu)如圖 32所示： 7 圖 32 內(nèi)旋式變送器的結(jié)構(gòu) 1— 敏感元件 2— 密封圈 3— 螺旋槳 4— 機(jī)械密封 5— 測(cè) 量室 6— 驅(qū)動(dòng)軸 7— 測(cè)量軸 8— 滾動(dòng)軸承 9— 驅(qū)動(dòng)軸上的電磁鐵 10— 驅(qū)動(dòng)軸上的分度盤 11— 測(cè)量軸上的分度盤 12— 測(cè)量軸上的電磁鐵 13— 反饋線圈 14— 光電傳感器 15— 電機(jī) 16— 齒形帶傳動(dòng)副 變送器正常工作時(shí)，紙漿流體的濃度變化即其粘度的變化通過(guò)敏感元件轉(zhuǎn)換成剪切力矩的變化；測(cè)量力矩作用在測(cè)量軸的左邊，電磁鐵產(chǎn)生的反饋力矩作用在測(cè)量軸的右邊；測(cè)量力矩的變化引起力矩不平衡就破壞了測(cè)量軸與驅(qū)動(dòng)軸之間的同步運(yùn)動(dòng)關(guān)系，測(cè)量軸相對(duì)驅(qū)動(dòng)軸產(chǎn)生角位移；光電分度變送器將角位移轉(zhuǎn)換成相位差并送給 儀表中的單片機(jī)，微機(jī)只要檢測(cè)到相位差變化就會(huì)按一定規(guī)律控制反饋電流增加或減少，使反饋力矩緊緊跟隨測(cè)量力矩變化，最終兩軸恢復(fù)原來(lái)的同步關(guān)系 (相位關(guān)系 )。 執(zhí)行器的工作原理 電動(dòng)執(zhí)行器的基本原理 本設(shè)計(jì)中執(zhí)行器選擇的是電動(dòng)執(zhí)行器，電動(dòng)執(zhí)行器由電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。為滿足組成復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)的要求，伺服放大器有三個(gè)輸入信號(hào)通道和一個(gè)位置反饋通道，可以同時(shí)輸入三個(gè)輸入信號(hào)和一 個(gè)位置反饋信號(hào)。由于伺服電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速高且力矩小，既不能滿足低調(diào)節(jié)速度的要求，又 不能帶動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，故需要經(jīng)減速器將高速度，小力矩轉(zhuǎn)化成低轉(zhuǎn)速、大力矩輸出。 閥門流量特性：閥門流量特性是指被調(diào)介質(zhì)流過(guò)閥門的相對(duì)流量與閥門的相對(duì)開(kāi)度（相對(duì)位移）之間的關(guān)系，表示為： )(ma x LlfqqVV ? (式 31） 式中 max/ VV qq —— 相對(duì)流量； Vq —— 閥在某一開(kāi)度的流量； maxVq —— 閥在全開(kāi)時(shí)候的流量； l —— 閥在某一開(kāi)度時(shí)閥芯的行程； L —— 閥全開(kāi)時(shí)閥芯的行程。 流體類型 阻塞流判別式 計(jì)算公式（國(guó)際單位制） 公式中各量的物理意義 液 體 )( 12 VFL pFpFp ??? )/(10 21 ppqC VL ?? ? VLq 液體體積流量 hm/3 ， 21,pp 閥前后的絕對(duì)壓力， kPa； Vp 閥入口溫度下的液體飽和蒸汽壓， kPa； L? 液體密度， 3/cmg ； LF 壓力恢復(fù)系數(shù)（可查表）； F 液體臨界壓力比系數(shù) 。進(jìn)入 20世紀(jì) 80 年底啊以來(lái)隨著大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路等微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，以 16 位和 32位微處理器構(gòu)成的微機(jī)化 PLC 得到了驚人的發(fā)展，使 PLC 在概念、設(shè)計(jì)、性能價(jià)格比及應(yīng)用等方面都有了新的突破。而 PLC 在電子線路、機(jī)械結(jié)構(gòu)以及軟件結(jié)構(gòu)上都吸取了生產(chǎn)廠家長(zhǎng)期積累的生產(chǎn)控制經(jīng)驗(yàn)，主要模塊均采用大規(guī)模與超大規(guī)模集成電路， I/O 系統(tǒng)設(shè)計(jì)有完善的通道保護(hù)與信號(hào)調(diào)理電路；在結(jié)構(gòu)上對(duì)耐熱、防潮、抗震等都有周到的考慮；在硬件上采用隔離、屏蔽、濾波、接地等抗干擾措施；在軟件上采用數(shù)字濾波等抗干擾和故障診斷措施。 PLC 作為通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，是面向工礦企業(yè)的工控設(shè)備。 5， 體積小，質(zhì)量輕，維護(hù)操作方便。同時(shí)它具有功能齊全的編程和工業(yè)控制組態(tài)軟件，使得在完成控制系統(tǒng)的設(shè) 計(jì)時(shí)更加簡(jiǎn)單，幾乎可以完成任何功能的控制任務(wù)。 比例控制 (P)是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。 PID 控制， P、 I、 D 各有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，它們一起使用的時(shí)候又和互相制約，但只有合理地選取 PID值，就可以獲得較高的控制質(zhì)量。計(jì)算中，沒(méi)有必要保留所有的采樣周期的誤差項(xiàng)，只需要保留積分項(xiàng)前值，計(jì)算機(jī)的處理就是按照這種思想。 iT —— 積分系數(shù) I。積分控制可以消除余差，但具有滯后特點(diǎn)，不能快速對(duì)誤差進(jìn)行有效的控制。其元器件包括： 1，輸入繼 電器（ I） 2，輸出繼電器（ Q) 3，通用輔助繼電器（ M） 4，特殊繼電器（ SM） 5，變量存儲(chǔ)器（ V） 6，局部變量存儲(chǔ)器（ L） 7，順序控制繼電器（ S）8，定時(shí)器（ T） 計(jì)數(shù)器（ C） 10，模擬量輸入映像寄存器（ AI）和模擬量輸出映像寄存器（ AQ） 11，高速計(jì)數(shù)器（ HC） 12，累加器（ AC）。 PLC 的系統(tǒng)組成 PLC 實(shí)質(zhì)上是一種工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，專為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用而設(shè)計(jì)，采用了典型的計(jì)算機(jī)結(jié)構(gòu)，主要由 CPU，電源，存儲(chǔ)器和專門設(shè)計(jì)的輸入 /輸出接口電路等組成。 4， 設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試周期短?？梢杂糜诟鞣N規(guī)模的工業(yè)控制場(chǎng)合。它采用了可編程徐的存儲(chǔ)器，用來(lái)在其內(nèi)部存儲(chǔ)執(zhí)行邏輯看運(yùn)算、順序控制、定時(shí)、計(jì)數(shù)和算術(shù)運(yùn)算等操作的指令，并通過(guò)數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，控制各種類型機(jī)械的生產(chǎn)過(guò)程。 20 世紀(jì) 60 年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)不斷更新，必然要求生產(chǎn)線的控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)重新配置。 閥門公稱直徑 DN 與閥門的流量系數(shù) C 有關(guān)。當(dāng)鐵芯在中間時(shí) ~1U = ~2U，由于兩線圈是反串相連接產(chǎn)生電壓相抵消，故 scU~ =0，當(dāng)鐵芯自中間位置有一向上位移時(shí)，使磁路兩繞組不對(duì)稱，這 時(shí)上邊繞組中交變磁通將大于下面繞組中交變磁通的幅值，此時(shí)， ~1U ~2U,因而有輸出電壓 scU~ =~1U ~2U,反之亦然。主回路采用一個(gè)可控硅整流元件和四個(gè)整流二極管組成的交流無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，共有兩組，可使電機(jī)正反轉(zhuǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。由于這兩個(gè)信號(hào)的極性相反，兩者不相等，就會(huì)有偏差磁勢(shì)出現(xiàn)，伺服放大器就有相應(yīng)的輸出，出發(fā)可控硅驅(qū)動(dòng) 電機(jī)。按照等效折算原理，可以將多處形成的作用集中在一起進(jìn)行等效處理，使系統(tǒng)成為由一個(gè)等效慣性圓盤、一個(gè)等效阻尼器和一個(gè)等效彈簧構(gòu)成的簡(jiǎn)單形式，如圖 34。 液固兩相流體的粘度與其離散相濃度相關(guān)，一般情況下液固兩相流的離散相濃度越大，其表現(xiàn)出來(lái)的粘性就越大。因此，有必要在此介紹力學(xué)法濃度測(cè)量原理。制漿過(guò)程一般包括蒸煮、漂白、打漿、抄紙、蒸發(fā)、燃燒、苛化等工段。并利用組態(tài)軟件 MCGS 設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 第四章主要是根據(jù)要求利用 Step 7Micro/win 編寫出系統(tǒng)控制的主程序及子程序。 編程語(yǔ)言多樣化。它是一種利用流體粘度的性質(zhì)的測(cè)量紙漿濃度行之有效的間接測(cè)量方法。而在稀釋原漿的過(guò)程中，紙漿濃度總是不斷變化的。其具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，使用、維修方便等眾多優(yōu)點(diǎn)。 使用情況大致可歸納為如下幾類 ：開(kāi)關(guān)量的邏輯控制 模擬量控制 運(yùn)動(dòng)控制 過(guò)程控制 數(shù)據(jù)處理 通信及聯(lián)網(wǎng) 。 I 基于 S7200PLC 紙漿濃度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) 摘 要 在造紙生產(chǎn)過(guò)程中，紙漿濃度是最重要的物理量之一，穩(wěn)定地調(diào)節(jié)紙漿濃度是實(shí)現(xiàn)工藝目標(biāo)，達(dá)到質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的重要環(huán)節(jié)，更有利于企業(yè)在節(jié)省生產(chǎn)成本的基礎(chǔ)上提高經(jīng)濟(jì)效益。其主要優(yōu)點(diǎn)有： ，抗干擾能力強(qiáng) ，功能完善，適用性強(qiáng) ，深受工程技術(shù)人員歡迎 、建造工作量小，維護(hù)方便，容易改造 ，重量輕，能耗低 。變送器采用的是 內(nèi)旋式紙漿濃度變送器，內(nèi)旋式紙漿濃度變送器是一種閉環(huán)儀表，雖然結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜造價(jià)成本高，但其測(cè)量精度、靈敏度、穩(wěn)定性都很高，適合用于計(jì)量等需要高精度的場(chǎng)合。要使其穩(wěn)定在一個(gè)定值上是很困難的一件事。按照變送器的結(jié)構(gòu)不同可以分為：靜刀式濃度變送器、外旋式濃度變送器、動(dòng)刀式濃度變送器、內(nèi)旋式濃度變送器。 控制算法的發(fā)展趨勢(shì) 目前在造紙行業(yè)中普遍采用傳統(tǒng) PID算法，傳統(tǒng) PID 算法雖