水箱液位控制系統(tǒng)設(shè)計本科論文(編輯修改稿)
2024-11-12 10:37 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 控制系統(tǒng)，其被控變量是顯而易見的，液位就是其被控變量，是直接參數(shù)控制。 執(zhí)行器的選擇 執(zhí)行器在控制系統(tǒng)中起著極其重要的作用?？刂葡到y(tǒng)的控制性能指標與執(zhí)行器的性能和正確選用有著十分密切的關(guān)系。執(zhí)行器接受控制其輸出的控制信號，實現(xiàn)對操縱變量的改變，從而使被控變量向設(shè)定值靠攏。執(zhí)行器位于控制回路的最總端，因此又稱為最終元件。 本設(shè)計所使用的執(zhí)行器為控制閥，也稱調(diào)節(jié)閥?？刂崎y發(fā)裝現(xiàn)場，通常在高溫、高壓、高粘度、強腐蝕、易滲透、易結(jié)晶、易燃易爆、劇毒等場合下工作。如果選擇不當或維修不妥，就會使整個系統(tǒng)無法正常運作。經(jīng)驗表明，控制系統(tǒng)不能正常運行的原因，多數(shù)發(fā)生在控制閥上。對于系統(tǒng)控制閥的選擇很重要。 控制閥接受控制器輸出的控制信號，通過改變閥的開度來達到控制流量的目的。控制閥有執(zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)兩部分組成。執(zhí)行機構(gòu)是根據(jù)可能稚氣的控制信號產(chǎn)生推力或位移的裝置，調(diào)節(jié)機構(gòu)是根據(jù)執(zhí)行機構(gòu)的輸出信號去改變能量或物料輸送量的裝置。 6 控制閥按其 能源形式可分為氣動、電動、液動三大類。液動控制閥推力最大，但比較笨重，目前已經(jīng)極少使用。電動控制閥的能源取用方便，信號傳遞迅速，但結(jié)構(gòu)復雜、防爆性能差。氣動控制閥采用壓縮空氣作為能源，其特點是簡單、動作可靠、平穩(wěn)、輸出推力較大、維修方便、防火防爆而且價格較低，因此得到廣泛應(yīng)用。氣動控制閥可以方便的與電動儀表配套使用，即使是采用電動儀表或計算機控制時，只要經(jīng)過電 —氣轉(zhuǎn)換閥門定位器將電信號轉(zhuǎn)換為 20—100kPa 的標準氣壓信號仍可采用氣動控制閥。 PID控制器的選擇 控制器是控制系統(tǒng)的核心部件，它將安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場的測量變送裝置送來的測量信號與設(shè)定值進行比較產(chǎn)生偏差，并按預(yù)先設(shè)置好的控制規(guī)律對該偏差進行預(yù)算，產(chǎn)生輸出型號去操縱執(zhí)行器，從而實現(xiàn)對被控制變量的控制。 常見的 PID 控制器形式主要有三中：（ 1）硬件型，通用 PID 溫控氣；（ 2）軟件型，使用離散形式的 PID 控制算法在可編程序控制器上做 PID 控制器；（ 3）使用變頻器內(nèi)置 PID 控制功能，相對兩種來說，這種叫內(nèi)置型。這三種控制器形式各具特點。 （ 1） PID 溫控器 現(xiàn)在 PID 溫控器多為數(shù)字型控制器，具有位空方式、數(shù)字 PID 控 制方式以及模糊控制方式，有的還具有自整定功能，如富士 PWX 系列溫控器、歐陸 800系列溫控器就屬此類型。此類溫控器的輸入輸出類型都可通過設(shè)置參數(shù)來改變，考慮到抗干擾性，一般將輸入輸出類型都設(shè)定位 4—20mA 電流類型。這種 PID形式的主要優(yōu)點有：操作簡單、功能強大、動態(tài)調(diào)節(jié)性能號，適用于選用能過的變頻器性能不是很高的應(yīng)用場合，同時控制器還具有傳感器斷線和故障自動檢測功能。缺點是： PID 調(diào)節(jié)過于頻繁，穩(wěn)態(tài)性能稍差，布線工作量多。調(diào)試注意要點： P 參數(shù)值不應(yīng)太大，一般為 —1；參數(shù)和 D 參數(shù)的比值大約位 4： 1 參數(shù)的 值一般位 6s—16s；由于 PID 溫控器的響應(yīng)快，為了防止調(diào)整過程中壓力波動過大，變頻器的上升和下降時間應(yīng)調(diào)大些，推薦 30s—80s；設(shè)定 PID 溫控器的顯示標尺斜率，校正壓力顯示值；設(shè)定適當?shù)臄?shù)字濾波時間，抑制干擾的輸入。 7 （ 2）軟件型 PID 這種類型可以使用 PLC 指令編程編寫 PID 算法程序，可以充分利用 PLC 的功能。優(yōu)點是控制性能號，柔性好，在調(diào)節(jié)結(jié)束后，壓力十分穩(wěn)定，信號干擾小，調(diào)試簡單，接線工作量少，可靠性高。缺點是編程工作量增加，需增加硬件成本。調(diào)試時要盡量設(shè)置短的變頻器的上升時間和下降時間。在編程設(shè) 計中必須防止計算結(jié)果值溢出，造成控制失控，而且還要編寫校正傳感器零點和判斷是否正常的功能程序。 （ 3）變頻器內(nèi)置 PID 現(xiàn)在的大多數(shù)變頻器，無論是專用型，還是通用型都內(nèi)置了 PID 控制功能，這對節(jié)省系統(tǒng)的成本很有利使用變頻器的內(nèi)置 PID 功能，首先必須設(shè)定 PID 功能有效，然后確定 PID 控制器的信號輸入類型，如采用有反饋信號輸入，則要求有設(shè)定值信號，設(shè)定值可以是外部信號，也可以是面板設(shè)定值；如采用偏差輸入信號，則無須輸入設(shè)定值信號。內(nèi)置型 PID 優(yōu)點是成本低，控制性能號，設(shè)置的參數(shù)少，接線工作量較少，抗干擾性最好。 缺點是這種 PID 也屬軟件型 PID，響應(yīng)較慢，易出現(xiàn)超調(diào)現(xiàn)象；壓力的設(shè)置和顯示不直觀。調(diào)試應(yīng)盡量設(shè)置短的變頻器的上升時間和下降時間，使用面板設(shè)定設(shè)置值是，設(shè)定的是設(shè)置值與傳感器量程的相對值，設(shè)置正確的 PID 動作方向。 當然。 PID 控制器在實際應(yīng)用中有很多類型，就水箱液位控制系統(tǒng)可選用的也有很多，具體選用何種型號，要看具體情況而定。 液位變送器的選擇 測量變送環(huán)節(jié)的作用是將工業(yè)生產(chǎn)過程中的參數(shù)經(jīng)過檢測、變送單元轉(zhuǎn)換成標準信號。在模擬儀表中，標準信號通常采用 4—20mADC、 1—5VDC、0—10mADC 的電流（電壓）信號，或 20—100kPa 的氣壓信號；在現(xiàn)場總線儀表中，標準信號是數(shù)字信號。下面是生產(chǎn)過程中常用的液位變送器： （ 1） 浮球式液位變送器 浮球式液位變送器由磁性浮球、測量導管、信號單元、電子單元、接線盒及安裝件組成。一般磁性浮球的比重小于 ，可漂于液面之上并沿測量導管上下移動。導管內(nèi)裝有測量元件，它可以在外磁作用下將被測液位信號轉(zhuǎn)換成正比 8 于液位變化的電阻信號，并將電子單元轉(zhuǎn)換成 4～ 20mA 或其它標準信號輸出。該變送器為模塊電路，具有耐酸、防潮、防震、防腐蝕等優(yōu)點，電路內(nèi)部含有恒流反饋電路和 內(nèi)保護電路，可使輸出最大電流不超過 28mA，因而能夠可靠地保護電源并使二次儀表不被損壞。 （ 2） 浮簡式液位變送器 浮筒式液位變送器是將磁性浮球改為浮筒，它是根據(jù)阿基米德浮力原理設(shè)計的。浮筒式液位變送器是利用微小的金屬膜應(yīng)變傳感技術(shù)來測量液體的液位、界位或密度的。它在工作時可以通過現(xiàn)場按鍵來進行常規(guī)的設(shè)定操作。 （ 3） 靜壓或液位變送器
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