【文章內(nèi)容簡介】 ，與我國推行的“ IBC”標(biāo)準(zhǔn)要求符合。 圖 DP系列 LT型智能液位變送器 使用對象：液體 測量范圍： ~ 輸出信號：線性輸出 ； 4~2mA 輸出疊加 HART 協(xié)議數(shù)字信號（兩線制） 電源：外部供電 24VDC（電源范圍 12V~45V） 危險場所安裝：本安型 iaIICT5 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 15 負(fù)載特性：無論輸出如何，正負(fù)遷移后，其量程上、下限均不得超過量程的極限。 在最小量程時，最大正遷移為 ；最大負(fù)遷移為 URL. 溫度范圍：介質(zhì)溫度 40~149℃ （灌充硅油） 儲存溫度 ： 18℃ ~204℃ （灌充惰性氣體） 整機工作溫 度： 20℃ ~70℃（帶數(shù)字表頭） 相對濕度： 0~100% 靜壓和超壓極限： 150b 法蘭； （絕對壓力） ~（在 37℃ ，充硅油） 容積變化量：小于 3cm 阻尼：時間常數(shù)在 ~ 之間可調(diào) 啟動時間： 3s，無需預(yù)熱 PLC 機型選擇 PLC 歷史及發(fā)展現(xiàn)狀 20 世紀(jì) 20 年代起，人們把各種繼電器、定時器、接觸器及其觸點按一定的邏 輯關(guān)系連接起來組成控制系統(tǒng)，控制各種生產(chǎn)機械，這就是大家所熟悉的傳統(tǒng)繼電接觸器控制系統(tǒng)。由于它結(jié)構(gòu)簡單，容易掌握，價格便宜，在一定范圍內(nèi)能滿足控制要求，因而使用面極廣，在工業(yè)控制領(lǐng)域中一直占主導(dǎo)地位。但是繼電接觸器控制有明顯的缺陷，設(shè)備體積大，可靠性差，動作速度慢，功能少，難于實現(xiàn)復(fù)雜控制，特別是由于它是靠硬鏈接邏輯構(gòu)成系統(tǒng)，接線復(fù)雜，當(dāng)生產(chǎn)工藝或?qū)ο蟾淖儠r，原有的接線和控制盤就要更換，所以通用性和靈活性較差。 20 世紀(jì) 60年代末期，美國的汽車制造業(yè)競爭激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號不斷更行，它必然要求生產(chǎn)線的 控制系統(tǒng)亦隨之改變，以及對整個開發(fā)系統(tǒng)重新配置。為拋棄傳統(tǒng)的繼電接觸器控制系統(tǒng)的束縛，適應(yīng)白熱化的市場競爭要求， 1968 年美國通用汽車公司公開向社會招標(biāo)。對汽車流水線控制系統(tǒng)提出具體要求，歸納起來是： 編程方便，可現(xiàn)場修改程序 維修方便，采用插件式結(jié)構(gòu) 可靠性高于繼電器控制裝置 體積小于繼電器控制盤 數(shù)據(jù)可直接送入管理計算機 成本可與繼電器控制盤競爭 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 16 輸入可以是交流 150V以上 輸出為交流 115V，容量要求在 2A 以上，可直接驅(qū)動接觸器，電磁閥等。 擴展時原系統(tǒng)改變量小 用戶存儲器至少能擴展到 4KB（適應(yīng)當(dāng)時 汽車裝配過程的需要） 十項指標(biāo)的核心要求是采用軟布線（編程）方式代替繼電控制的硬接線方式，實現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)線的流程控制。 通用汽車公司從用戶角度提出了新一代控制器應(yīng)具備的十大條件后，立即引起了開發(fā)熱潮。 20 世紀(jì) 70 年代中末期，可編程控制器進(jìn)入實用化發(fā)展階段，計算機技術(shù)已全面引入可編程控制器中，使其功能發(fā)生了飛躍。更高的運算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計、模擬量運算、 PID 功能及極高的性價比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。 20 世紀(jì) 80 年代初，可編程控制器在先進(jìn)工業(yè)國家中已獲得廣泛應(yīng)用。這個時期可編程控制器發(fā)展的特點是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這個階段的另一個特點是世界上生產(chǎn)可編程控制器的國家日益增多，產(chǎn)量日益上升。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。 國際工委員會（ IEC）曾于 1982 年 11 月頒布了可編程控制器標(biāo)準(zhǔn)草案第一稿， 1985年 1月又發(fā)表了第二稿， 1987 年 2月頒布了第三稿。該草案中對可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計。它采用了可編程的存儲器，用來在其內(nèi)部存儲執(zhí)行邏輯運算、順序控制、定時、計數(shù)和算術(shù)計算等面向用戶的指令，并通過數(shù)字量和 模擬量的輸入和輸出，控制各種類型的機械或生產(chǎn)過程?？删幊炭刂破骷捌溆嘘P(guān)外圍設(shè)備，都按易于與工業(yè)系統(tǒng)聯(lián)成一個整體、易于擴充其功能的原則設(shè)計。 上世紀(jì) 80 年代至 90 年代中期，是 PLC 發(fā)展最快的時期，年增長率一直保持為30%~ 40% 。在這時期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運算能力、人機接口能力和網(wǎng)絡(luò)能力得到大幅度提高， PLC 逐漸進(jìn)入過程控制領(lǐng)域，在某些應(yīng)用上取代了在過程控制領(lǐng)域處于統(tǒng)治地位的 DCS 系統(tǒng)。 20 世紀(jì)末期，可編程控制器的發(fā)展特點是更加適應(yīng)于現(xiàn)代工業(yè)的需要。從控 制規(guī)模上來說，這個時期發(fā)展了大型機和超小型機；從控制能力上來說，誕生了各種各樣的特殊功能單元，用于壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、位移等各式各樣的控制場合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機界面單元、通信單元，使應(yīng)用可編程控制器的工業(yè)控制設(shè)備的配套更加容易。目前，可編程控制器在機械制造、石油化工、冶金鋼鐵、汽車、輕工業(yè)等領(lǐng)域的應(yīng)用都得到了長足的發(fā)展。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 17 我國可編程控制器的引進(jìn)、應(yīng)用、研制、生產(chǎn)是伴隨著改革開放開始的。最初是在引進(jìn)設(shè)備中大量使用了可編程控制器。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴大了PLC 的應(yīng)用?？梢?預(yù)期，隨著我國現(xiàn)代化進(jìn)程的深入， PLC 在我國將有更廣闊的應(yīng)用天地。 PLC 機型的選擇 目前， PLC 產(chǎn)品種類繁多，同一個公司生產(chǎn)的 PLC 也常常推出系列產(chǎn)品，這就需要用戶選擇最適合自己要求的產(chǎn)品。正確選擇產(chǎn)品時，首先要選擇的是適合控制系統(tǒng)的機型， 1) 根據(jù)系統(tǒng)類型選擇機型 （ 1） 小系統(tǒng)的機型選擇 小系統(tǒng)一般使用一臺 PLC 就能完成控制要求，控制對象常常是一臺設(shè)備或多臺設(shè)備中的一個功能，系統(tǒng)對 PLC 間的通信要求不高，但有時功能要求全面，容量變化要求變化大。對這類系統(tǒng)的機型選擇要注意以下 3 種情況。 一是設(shè)備集中，設(shè) 備的功率要求較小，如機床，這時需選用局部式結(jié)構(gòu)，低電壓高密度輸入 /輸出模板。 二是設(shè)備分散，設(shè)備的功率較大，如料場設(shè)備，這時需要選用離散式結(jié)構(gòu)，高電壓低密度輸入 /輸出模板。 三是有專門要求的設(shè)備，如飛剪，這時輸入 /輸出容量不是關(guān)鍵參數(shù)，更重要的是控制速度功能，選用高速計數(shù)功能模板。 2) 大系統(tǒng)的機型選擇 不管是慢過程大系統(tǒng)還是快速控制大系統(tǒng)，其控制系統(tǒng)都是由多臺 PLC 構(gòu)成。這類系統(tǒng)可以由一個上位機（可以是工業(yè)控制計算機或高檔 PLC）和多臺下位 PLC 構(gòu)成，其中每一臺下位 PLC 控制系統(tǒng)中的一個子系統(tǒng)。這種系統(tǒng)機型的 選擇可以采用如下方案。 方案一是整個控制系統(tǒng)由上位機或高檔 PLC 對系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，控制信息由現(xiàn)場數(shù)據(jù)總線構(gòu)成的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳遞。這是一個由微機和 PLC 構(gòu)成的集散控制系統(tǒng)，集散控制系統(tǒng)的控制規(guī)模比較大，系統(tǒng)的硬件成本高。集散控制系統(tǒng)在設(shè)計、調(diào)試、擴展和維護(hù)等方面都有極大的優(yōu)越性。整個系統(tǒng)全面停機的幾率很少，其運行費用成本也比較低。 方案二是控制系統(tǒng)把計算機、 PLC、數(shù)控機床和機器人等融合在一個龐大的通信網(wǎng)絡(luò)中，整個系統(tǒng)分成管理層控制層和執(zhí)行層等多個層次，最上面一層使用高速數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。這是一個大型的網(wǎng)絡(luò)控 制系統(tǒng)，這種控制系統(tǒng)成本較高，工作速度比較快，可用于快速控制大系統(tǒng)的控制，特別適用于工廠自動化、大量數(shù)據(jù)處理和企業(yè)綜合管理系統(tǒng)。 3) 根據(jù)控制對象選擇機型 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 18 對控制對象進(jìn)行估計對確定機型十分重要。根據(jù)控制對象要求的輸入 /輸出點數(shù)的多少，可以估計出 PLC 的規(guī)模；根據(jù)控制對象的特殊要求，可以估計出 PLC 的性能；根據(jù)控制對象的操作規(guī)則可以估計出控制程序所占內(nèi)存的容量。有了這些初步估計，會使機型選擇的可行性更大。為了對控制對象進(jìn)行粗估，首先要了解下面幾個問題。 （ 1） 對輸入 /輸出點數(shù)的估計 為了正確地估計輸入 /輸出點數(shù)，需要了 解下面問題 :對開關(guān)量輸入需按參數(shù)等級分類統(tǒng)計；對開關(guān)量輸出需按輸出功率要求及其他參數(shù)分類統(tǒng)計；對模擬量輸出 /輸入需按點數(shù)進(jìn)行粗估。 （ 2） 對 PLC 性能要求的估計 為了正確地估計 PLC 性能，需要了解下面問題：是否有特殊控制功能要求，如高速計數(shù)器等；機房離現(xiàn)場的最遠(yuǎn)距離；現(xiàn)場對控制器響應(yīng)速度要求。在此基礎(chǔ)上選擇控制器時還需注意兩個問題。一是 PLC 可帶 I/O 點數(shù)。有的手冊或產(chǎn)品目錄單上給出的最大輸入點數(shù)或最大輸出點數(shù)，常意味著只插輸入模塊或只插入輸出模塊的容量，即實際給出的是輸入和輸出容量之和，有時也稱為掃描容量，需格 外注意。二是 PLC通信距離和速度。手冊上給出的覆蓋距離，有時叫做最大距離，包括遠(yuǎn)程 I/O 板在內(nèi)達(dá)到的距離，但遠(yuǎn)程 I/O 板的 I/O 反應(yīng)速度大大下降，一般為 。 （ 3） 對所需內(nèi)存容量的估計 用戶程序所需要內(nèi)存與邏輯量輸入 /輸出點數(shù)的估計、模擬量輸入 /輸出點數(shù)的估計、內(nèi)存利用率的估計、程序編制者的編程水平的估計有關(guān)。 程序中的各條指令最后都是以機器語言的形式存放在內(nèi)存中的。控制系統(tǒng)中輸入 /輸出點數(shù)和存放該系統(tǒng)用戶機器語言與所占用的內(nèi)存數(shù)字之比稱為內(nèi)存利用率。內(nèi)存利用率與編程水平有關(guān)。內(nèi)存利用率的提高會 使程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資，縮短周期時間，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時間。 根據(jù)上面的原則 選 擇 合適的機型 ： 從工藝要求中可以看出，從控制方式選擇上需要 三個 按鈕 開關(guān) 、 和 ，用來控制 PID 手動（ =0）、自動（ =1）切換和電動開關(guān)閥的開合。輸出信號有高限報警 ,低限報警 ,正常運行 ,控制電動開關(guān)閥開閉 。一個模擬量輸入 接收測量變送器的 420mA 電流，一個模擬量輸出 用于驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥。該系統(tǒng)需 3 點數(shù)字量輸入， 4點數(shù)字量輸出， 1點 模擬量輸入， 1點模擬量輸出?？蛇x擇西門子 S7200 系列 的 CPU224 和一個模擬量擴展 模塊 EM235 即可滿足要求。 S7200 系列 CPU224 和 EM235 介紹 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 19 CPU224 本機集成了 14 點輸入和 10點輸出，共有 24個數(shù)字量 I/O，它可連接 7個擴展模塊，最大可擴展至 168 點數(shù)字量 I/O 或 35 路模擬量 I/O， CPU224 有 13KB 程序和數(shù)據(jù)存儲空間， 6個獨立的 30KHZ 高速計數(shù)器， 2路獨立的 20KHZ 高速 脈沖輸出，具有 PID控制功能。 CPU224 配有 1 個 RS485 通信 /編程口，具有 PPI 通信、 MPI 通信和自由方式通信能力。 EM235 具有 4路模擬量輸入和 1路模擬量輸出，它的輸入信號可以是不同量程的電壓或電流，其電壓、電流是由開關(guān) SW SW2 到 SW6 設(shè)定。 EM235 有 1路模擬量輸出，其輸出可以是電壓也可以是電流。 采用 CPU224 擴展 EM235 可以實現(xiàn) 14點數(shù)字量數(shù)字量輸入， 10 點數(shù)字量輸出， 4 點模擬量輸入， 1點模擬量輸出。該方案完全可以滿足設(shè)計需求，而且有一定的冗余。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 20 4 PID 算法原理及指令介紹 在工業(yè)控制系統(tǒng)中常常用到閉環(huán)控制系統(tǒng)，而 PID 控制是 常用的控制算法。 PID 控制算法簡單易懂，使用時可以不必弄清楚系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，只要能檢測出偏差就可以對系統(tǒng)實現(xiàn)準(zhǔn)確、無靜差的穩(wěn)定控制。它作為最早實用化的控制算法已有 60 多年的歷史，現(xiàn)在仍然是應(yīng)用最廣泛的工業(yè)控制算法。因此被稱為控制系統(tǒng)領(lǐng)域的常青樹。但是， PID 算法也有其局限性。 PID 在控制非線性、時變、耦合及參數(shù)和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)式，效果不是太好。如果系統(tǒng)過于復(fù)雜，有時可能無論怎么調(diào)參數(shù)，都不易達(dá)到控制目的，需要采用其他更為先進(jìn)的控制算法。 PID 算法介紹 PID 是比例（ P）、積分（ I）、微分（ D）之 意。標(biāo)準(zhǔn)的 PID 控制值與偏差（控制系統(tǒng)的設(shè)定值與實際值之差）、偏差對時間的積分、偏差對時間的微分，三者之和成正比，可以用式子表示如下： 0 0( ) ( / )tcM t K e e d t d e d t M? ? ? ?? （ ） 式中 )(tM 為時間函數(shù)，是 PID 控制回路的輸出 CK PID 控制回路的增益 e PID 控制回路偏差 0M PID 控制回路初始值 PID 控制就是用 )(tM 去進(jìn)行控制對象的控制。計算偏差要使用反饋信號，所以 PID 控制是閉環(huán)控制，由式（ ）可以看出， PID 控制算法由比例環(huán)節(jié)、積分環(huán)節(jié)和微分環(huán)節(jié)構(gòu)成。 比例環(huán)節(jié)中比例系數(shù)越大，對同樣的偏差，其控制作用也越強，意味著控制系統(tǒng)的反應(yīng)速度也越快。但同時過大的比例系統(tǒng)也容易引起系統(tǒng)超調(diào)量增大，導(dǎo)致系統(tǒng)振蕩。積分環(huán)節(jié)主要用于消除控制系統(tǒng)的積 累誤差，使系統(tǒng)稱為無靜差系統(tǒng)。微分環(huán)節(jié)則是與偏差的寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 21 變化有關(guān)系，偏差越大其控制作用越強，以抑制偏差的增大，如偏差的變化減小，其控制作用就減弱，以抑制偏差的減小。 由于計算機是數(shù)字化工作模式，在處理連續(xù)函數(shù)時，需將之離散化。式（ ）離散形式為 10()1n C n I D n nnM K e K e K e e Mii ?? ? ? ? ??? （ ） 式中 nM