【正文】 ℃% F . S / ℃% F . S / ℃V D CM Ω / 1 0 0 V D C% F . S測量范圍Y Z D 1表壓絕壓主要技術(shù)指標(biāo)注 ： 測量介質(zhì)為干燥 、 非腐蝕性氣體 。 準(zhǔn)確度等級不高于 0 . 2 。電氣連接方式連接方式 插頭座號(hào) 導(dǎo)線顏色3 線 2 線 2 線3 線輸入 （ 電源 ） 正端輸出信號(hào)正端輸出信號(hào)負(fù)端輸入 （ 電源 ） 負(fù)端注 ： 若插頭座號(hào) 、 導(dǎo)線顏色發(fā)生變化時(shí) ， 請以傳感器檢定合格證書為準(zhǔn) 。1 1紅紅2 2藍(lán)藍(lán)4 / /黃4 / /黃山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)31 調(diào)節(jié)閥的選擇在過程控制中，執(zhí)行器大多采用閥的形式，控制各種氣體與液體的流量與流速，是過程控制系統(tǒng)的一個(gè)重要組成部分，其控制特性好壞對控制質(zhì)量的影響是很大的。而由于其結(jié)構(gòu)較簡單又較粗糙，所以往往不被人們所重視。實(shí)踐證明，在過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，若調(diào)節(jié)閥特性選用不當(dāng)，閥門動(dòng)作不靈活，口徑大小不合適，都會(huì)嚴(yán)重影響控制質(zhì)量。所以，應(yīng)根據(jù)過程控制生產(chǎn)過程的特點(diǎn)、被控介質(zhì)的情況和安全運(yùn)行需要，并從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體考慮，選用合適的執(zhí)行器。調(diào)節(jié)閥 [3]是由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。在一個(gè)過程控制系統(tǒng)中，它接受調(diào)節(jié)器輸出的控制信號(hào)，并轉(zhuǎn)換成直線位移或角位移來改變閥芯與閥座之間的流通截面積以控制流入或流出被控過程的流體介質(zhì)的流量，從而實(shí)現(xiàn)對過程參數(shù)的控制。根據(jù)使用能源的不同調(diào)節(jié)閥可以分為氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥和液動(dòng)調(diào)節(jié)閥三類，在過程控制中，使用最多的是氣動(dòng)執(zhí)行器，其次是電動(dòng)執(zhí)行器，較少使用液動(dòng)執(zhí)行器。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)是 ～ ；電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的輸入信號(hào)是 DC4～20mA。在具體選擇時(shí)，可做如下考慮：根據(jù)所選擇的流量特性和不平衡力等因素考慮閥芯形狀結(jié)構(gòu)；當(dāng)流體介質(zhì)是含有高濃度磨損性顆粒的懸浮液時(shí)，閥的內(nèi)部材料要堅(jiān)硬；當(dāng)介質(zhì)的溫度、壓力高且變化大時(shí)，應(yīng)選用閥芯和閥座的材料受溫度、壓力變化小的閥門；為了使調(diào)節(jié)閥正常工作，配用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)要能產(chǎn)生足夠的輸入力來保證高度密封和閥門的開啟。對于雙作用的氣動(dòng)、液動(dòng)、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，一般都沒有復(fù)位彈簧。作用力的大小與它的運(yùn)行方向無關(guān)，因此，選擇執(zhí)行機(jī)構(gòu)的關(guān)鍵在于弄清最大的輸出力和電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)矩。對于單作用的氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，輸出力與閥山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)32門的開度有關(guān)，調(diào)節(jié)閥上的出現(xiàn)的力也將影響運(yùn)動(dòng)特性，因此要求在整個(gè)調(diào)節(jié)閥的開度范圍建立力平衡。對執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力確定后，根據(jù)工藝使用環(huán)境要求，選擇相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。對于現(xiàn)場有防爆要求時(shí)，應(yīng)選用氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。從節(jié)能方面考慮，應(yīng)盡量選用電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。若調(diào)節(jié)精度高，可選擇液動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)?；跒V池控制系統(tǒng)的基本的控制要求，各個(gè)執(zhí)行器件（調(diào)節(jié)閥）的選擇本著經(jīng)濟(jì)實(shí)用，滿足所需要的控制功能即可。出水閥因涉及到恒水位過濾的精確的控制，故選用電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，除此之外的各個(gè)閥門都選用電磁閥。電磁閥選用上海力典電磁閥有限公司生產(chǎn)的 LD51 系列不銹鋼電磁閥。該類電磁閥有動(dòng)作靈敏、零壓啟動(dòng)、性能穩(wěn)定、鍛造閥體性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用范圍有燃?xì)馐汀h(huán)保設(shè)備、加濕設(shè)備、暖通空調(diào)、水處理、鍋爐、包裝機(jī)械、紡織印染、清洗設(shè)備、園林噴灌、啤酒飲料、食品加工等控制系統(tǒng)。技術(shù)參數(shù)：公稱通經(jīng) DN550原理結(jié)構(gòu) 直動(dòng)式、分步直動(dòng)式閥體材質(zhì) 黃銅、SS304 、特質(zhì) SS316膜片材料 NBR、FKM、EPDM、硅膠環(huán)境溫度 10℃～+60℃（防爆型20 ℃～+50℃）流體溫度 C2 組：5℃～80℃，C3 組：5℃～130℃適用流體 氣體、液體流體粘度 ≤22mm2/s連接方式 內(nèi)螺紋(國標(biāo)或 NPT)安裝方式 水平安裝，線圈向上（禁止垂直安裝）山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)33防護(hù)等級 IP54(鐵殼線圈)功能選項(xiàng)：代號(hào) 功能名稱 功能說明K 常開 通電閥關(guān)，斷電閥開E 防爆 防爆等級：Exdb Ⅰ/ ⅡT4A 德國線圈 選配德國品牌線圈T 帶定時(shí)器 可以設(shè)定開、關(guān)間隔時(shí)間*（限≤DN25mm） ，防爆型不能帶定時(shí)器。電氣參數(shù)：電源電壓 220V、110V、24V AC 50/60Hz 24V、12V DC額定功率 防爆型 AC：17VA；DC：20W電壓公差 177。10﹪電氣連接 普通型：標(biāo)準(zhǔn)接線盒澆封型：M14＊, 導(dǎo)線隔爆型：M14＊，接線盒＊以上為啟動(dòng)后平穩(wěn)工作時(shí)功率，啟動(dòng)時(shí)功率會(huì)增大。 系統(tǒng)硬件配置及 I/O 接線圖 系統(tǒng)的硬件配置設(shè)計(jì)根據(jù)以上的硬件的選型我們可以知道，PLC 的電源模塊為其他各個(gè)模塊提供電源，上位機(jī)通過 PLC 自帶的 RS232 串口與之通信，并可以對PLC 的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控。PLC 的 CPU 模塊負(fù)責(zé) PLC 的數(shù)據(jù)處理和通信，模擬量輸入模塊將來自傳感器的檢測信號(hào)傳入 PLC，模擬量輸出模塊負(fù)責(zé)對調(diào)節(jié)閥的開度進(jìn)行控制。數(shù)字量輸出模塊主要時(shí)負(fù)責(zé)現(xiàn)場濾池上各個(gè)開山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)34關(guān)閥的開、關(guān)以及水泵、風(fēng)機(jī)的起停控制，而開關(guān)量的輸入模塊則是針對強(qiáng)制反沖洗信號(hào)的接受并且下達(dá)反沖洗動(dòng)作命令的執(zhí)行。其硬件配置如圖 所示。上位機(jī)C P U 電源6 E S 7 3 O 7 1 B A 0 1 O A A 06 E S 7 2 1 4 1 A D 2 3 O X B 06 E S 7 2 3 1 O H C 2 2 O X A B6 E S 3 7 2 3 2 O H B 2 2 O X A 8傳感器開關(guān)閥 、 風(fēng)機(jī) 、 水泵強(qiáng)制信號(hào)調(diào)節(jié)閥通信模塊 中央處理單元C P U圖 硬件配置圖 系統(tǒng)的 I/O 配置設(shè)計(jì)水廠濾池部分包括 8 個(gè)濾池，由于每個(gè)濾池的硬件和軟件的組成相同，以下就以 1 個(gè)濾池為例進(jìn)行說明。每個(gè)濾池的自控部分的實(shí)現(xiàn)需要數(shù)字量輸入點(diǎn) 1 個(gè)，數(shù)字量輸出點(diǎn) 6個(gè)，模擬量輸入點(diǎn) 2 個(gè)，模擬量輸出點(diǎn) 1 個(gè)?，F(xiàn)將 I/O 個(gè)數(shù)統(tǒng)計(jì)情況如表 所示。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)35表 系統(tǒng) I/O 統(tǒng)計(jì) I/O 類型 個(gè)數(shù) 說明模擬量輸入 2 濾池水位信號(hào)壓力變送信號(hào)模擬量輸出 1 出水閥開度數(shù)字量輸入 1 強(qiáng)制反沖洗信號(hào)數(shù)字量輸出 6進(jìn)水閥開度反沖氣閥開/關(guān)反沖水閥開/關(guān)排污閥開/關(guān)鼓風(fēng)機(jī)開/關(guān)水泵開/關(guān)模擬量選用 EM231 模擬量 I/O 模塊，選擇電壓型，為 1～5V；模擬量輸出模塊選用 EM232 模擬量 I/O 模塊，選擇電流型，為 0～20mA。各控制參數(shù)由檢測裝置測量后經(jīng)由變送裝置將各信號(hào)轉(zhuǎn)化為 4～20mA 電信號(hào)，送入 PLC 的輸入輸出模塊，連接圖如下圖 所示。模擬量輸入模塊6 E S 7 2 3 1 O H C 2 2 O X A B液位變送壓力變送A I : 0+ + A 1 ： 1AO:0模 擬 量輸 出 模 塊6ES7232OHB22OXA8電 動(dòng) 調(diào) 節(jié) 閥圖 模擬量輸入輸出模塊接線圖山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)45CPU 信號(hào)接線圖如圖 所示。C P U 2 2 4 C NQ 0 . 0 Q 0 . 1 Q 0 . 2 Q 0 . 3 Q 0 . 4 Q 0 . 5 M 1 M 強(qiáng)制輸入信號(hào) I 0 . 0 進(jìn)水閥開 / 關(guān) 反沖氣閥開 / 關(guān) 反沖水閥開 / 關(guān)排水閥開 / 關(guān) 鼓風(fēng)機(jī)開 / 關(guān) 水泵開 / 關(guān)圖 CPU 數(shù)字量輸入輸出模塊接線圖山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)36 系統(tǒng)參數(shù)整定要使控制系統(tǒng)具有良好的控制性能，出了必須正確的選取、設(shè)計(jì)控制方案外，還必須正確地選擇控制算法并進(jìn)行參數(shù)整定。系統(tǒng)的參數(shù)整定可以采用理論計(jì)算法或者工程整定法。由于理論計(jì)算法要以被控對象的動(dòng)態(tài)特性為依據(jù)，而動(dòng)態(tài)特性測取時(shí)往往具有不確定性，而且容易隨工作狀態(tài)的變化而變化，因此應(yīng)當(dāng)采用工程整定的方法。在控制系統(tǒng)中，按照給定信號(hào)和反饋信號(hào)之間的偏差的比例（P） 、積分（I ）和微分（D）進(jìn)行控制的 PID 控制器是應(yīng)用最為廣泛的一種自動(dòng)控制器。它具有原理簡單、易于實(shí)現(xiàn)、適用面廣、控制參數(shù)相互獨(dú)立、參數(shù)的選定比較簡單等優(yōu)點(diǎn)。在本設(shè)計(jì)中對參數(shù)的整定采用工程整定方法中的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法。所謂動(dòng)態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程（包括調(diào)節(jié)閥Wv(s)） 、被控對象Wo(s)和測量變送Wm(s))階躍響應(yīng)特性進(jìn)行近似計(jì)算的方法，如圖，在調(diào)節(jié)閥Wv （ s）的輸入端加一階躍信號(hào)，記錄測量變送器Wm(s)的輸出響應(yīng)曲線，根據(jù)該曲線求出代表廣義過程的動(dòng)態(tài)特性參數(shù)，然后根據(jù)這些參數(shù)值，分別應(yīng)用相應(yīng)的計(jì)算公式算出調(diào)節(jié)器的整定參數(shù)值。W c ( s ) W v ( s ) W o ( s )W m ( s )X ( s )圖 廣義過程方框圖在系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)中，采用 Matlab 進(jìn)行系統(tǒng)仿真來驗(yàn)證控制方案的正確性，以及控制效果。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)37首先，由于濾池液位系統(tǒng)為自平衡系統(tǒng)，故控制對象的近似傳遞函數(shù)可以用下式來表示： (n 3) ??nTssW??1)(??或有明顯滯后（包括 ）?Tc? ??seTcSs?????1)(給定的被控過程傳遞函數(shù)為： ，由于 ，?T度等于 時(shí)的自平衡過程整定計(jì)算公式便可以整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。表 自平衡過程整定計(jì)算公式由自平衡過程整定計(jì)算公式可以算出：K=1=，Ti=25=10s ，Td=5=PID 調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù) ?? sssWc ???????????用 matlab 軟件仿真，編程如下：s1=tf(1,[30,1],’Td’,5)；山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 硬件設(shè)計(jì)38s2=tf([25,10,1],[10,1])；sk=s1*s2；spk=pade(sk,20)s=feedback(spk,1)；step(s)運(yùn)行后得到的仿真波形圖如圖 所示。圖 系統(tǒng)的仿真波形山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì)394 軟件設(shè)計(jì) 軟件總體方案設(shè)計(jì) S7200 的簡介S7200[4] 是一種小型的可編程序控制器，適用于各行各業(yè)，各種場合中的檢測、監(jiān)測及控制的自動(dòng)化。S7200 系列的強(qiáng)大功能使其無論在獨(dú)立運(yùn)行中，或相連成網(wǎng)絡(luò)皆能實(shí)現(xiàn)復(fù)雜控制功能。因此 S7200 系列具有極高的性能、價(jià)格比。　　S7200 系列出色表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 　　1）極高的可靠性。 　　2）極豐富的指令集。 　　3）易于掌握。 　　4）便捷的操作。 　　5）豐富的內(nèi)置集成功能。 　　6） 實(shí)時(shí)特性。 　　7） 強(qiáng)勁的通訊能力。 8） 豐富的擴(kuò)展模塊。適用范圍：S7200 系列在集散自動(dòng)化系統(tǒng)中充分發(fā)揮其強(qiáng)大功能。使用范圍可覆蓋從替代繼電器的簡單控制到更復(fù)雜的自動(dòng)化控制。應(yīng)用領(lǐng)域極為廣泛，覆蓋所有與自動(dòng)檢測，自動(dòng)化控制有關(guān)的工業(yè)及民用領(lǐng)域，包括各種機(jī)床、機(jī)械、電力設(shè)施、民用設(shè)施、環(huán)境保護(hù)設(shè)備等等。如：沖壓機(jī)床，磨床，印刷機(jī)械，橡膠化工機(jī)械，中央空調(diào)，電梯控制，運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)。山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 軟件設(shè)計(jì)40 控制方案流程圖本設(shè)計(jì)中采用 STEP7Micro/Win 軟件 [4]對西門子 PLC 編寫梯形圖程序進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。本設(shè)計(jì)將整個(gè)控制過程分為兩部分：正常恒水位過濾和氣水反沖洗過程