【正文】 壓石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17B 磁通密度d 測量管內(nèi)徑v 平均流速式中 k, d 為常數(shù)，由于勵(lì)磁電流是恒流的，故 B 也是常數(shù)，則由 E= KBdv 可知，體積流量 Q 與信號電壓 E 成正比，即流速感應(yīng)的信號電壓 E 與體積 Q 成線性關(guān)系。因此，只要測量出 E 就可確定流量 Q ，這是電磁流量計(jì)的基本工作原理。由 E=KBdv 可知，被測流量體介質(zhì)的溫度、密度、壓力、電導(dǎo)率、液固兩兩相流體介質(zhì)的液固成分比等參數(shù)不會影響測量結(jié)果。至于流動狀態(tài)只要符合軸對稱流動(如層流或者紊流) 就不會影響測量結(jié)果的。因此說電磁流量計(jì)是一中真正的體積流量計(jì)。此外流量計(jì)的安裝要求需要注意，為了你正確的測量，在選擇管道上位置時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)要求： (l)傳感器既可在直管道上安裝，也可以在水平或傾斜管道上安裝，但要求二電極的中心連線處于水平狀態(tài)。 (2)介質(zhì)在安裝位置應(yīng)該滿管流動，避免比滿管及氣 體附著在電極上。 (3)對于液固兩相流體，最好采用垂直安裝，使被傳感器襯里磨損均勻，延長使用壽命。 (4)流量計(jì)安裝位置介質(zhì)不滿管時(shí)，可采取抬高流量半后端管路的方法，使其滿管，嚴(yán)禁在管道最高點(diǎn)和出水口安裝流量計(jì)。 (5)修改管道的安裝方法： 當(dāng)介質(zhì)流速達(dá)不到要求時(shí)，應(yīng)當(dāng)選用較小口徑的流量計(jì)，這時(shí)應(yīng)使用異徑錐管或修改部分管道，使其與傳感器同口徑，但前后直管段至少須滿足：前直?！≌{(diào)節(jié)閥的選型 PLC 控制調(diào)節(jié)閥 ，原理就是：PLC 的模擬量輸出模塊，連接到調(diào)節(jié)閥的控制器。當(dāng)輸出不同程度的電流或者脈沖信號時(shí)，控制器會根椐接收來的信號，來控制閥門的開度，以達(dá)到模擬控制的目的。至于控制開度，如何確定，一般來說，有一個(gè)負(fù)反饋信號，以及輸入信號疊加，共同決定。當(dāng)然，也可以用開環(huán)控制的方法來實(shí)現(xiàn)，只不過，精度沒有負(fù)反饋來的準(zhǔn)確而己。調(diào)節(jié)閥又名控制閥，在工業(yè)自動化過程控制領(lǐng)域中，通過接受調(diào)節(jié)控制單元輸出的控制信號，借助動力操作去改變介質(zhì)流量、壓力、溫度、液位等工藝參數(shù)的最終控制元件。一般由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥門組成。如果按行程特點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥可分為直行程石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)18和角行程；按其所配執(zhí)行機(jī)構(gòu)使用的動力，按其功能和特性分為線性特性，等百分比特性及拋物線特性三種。調(diào)節(jié)閥適用于空氣、水、蒸汽、各種腐蝕性介質(zhì)、泥漿、油品等介質(zhì)。英文名：control valve，位號通常 FV 開頭。調(diào)節(jié)閥常用分類：氣動調(diào)節(jié)閥，電動調(diào)節(jié)閥，液動調(diào)節(jié)閥，自力式調(diào)節(jié)閥。調(diào)節(jié)閥用于調(diào)節(jié)介質(zhì)的流量大小。根據(jù)調(diào)節(jié)部位信號，自動控制閥門的開度，從而達(dá)到介質(zhì)流量、壓力和液位的調(diào)節(jié)。調(diào)節(jié)閥分電動調(diào)節(jié)閥、氣動調(diào)節(jié)閥和液動調(diào)節(jié)閥等。調(diào)節(jié)閥由電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)或氣動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)閥兩部分組成。調(diào)節(jié)閥通常分為直通單座式調(diào)節(jié)閥和直通雙座式調(diào)節(jié)閥兩種，后者具有流通能力大、不平衡辦小和操作穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以通常特別適用于大流量、高壓降和泄漏少的場合。在此設(shè)計(jì)中要通過 PLC 給予模擬量輸出給調(diào)節(jié)閥來控制副流量的流速。通過對比此設(shè)計(jì)的用途，選擇了 ZDLN 電動雙座調(diào)節(jié)閥 ，由 3810L 型(或 PSL 系列)直行程電子式電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)和直通雙座閥組成。內(nèi)含飼服功能，接受統(tǒng)一的 420mA 或15VDC 的標(biāo)準(zhǔn)信號，將電流信號轉(zhuǎn)變成相對應(yīng)的直線位移，自動地控制調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)到對管道內(nèi)流體的壓力、流量、溫度、液位等工藝參數(shù)的連續(xù)調(diào)節(jié)。具有動作靈敏、連線簡單、流量大、體積小、調(diào)節(jié)精度高等特點(diǎn)?？刂凭群托阅鼙?DKZ 型有明顯提高。雙座閥不平衡力小、允許壓差大、流通能力大等特點(diǎn)，適用于泄漏要求不嚴(yán)、壓差較大的干凈介質(zhì)場合。廣泛應(yīng)用于電力、冶金、化工、石油、環(huán)保、輕工、設(shè)備等行業(yè)。綜上所述，所選器件型號如下表 32 所示。表 32　本系統(tǒng)主要硬件設(shè)備清單主要設(shè)備 型號可編程控制器(PLC) FX2N16MR模擬量轉(zhuǎn)換模塊 FX2N4AD//FX2N2DA變頻器 MM440(西門子)水泵電機(jī) SFL28(3KW)電磁流量計(jì) LDGDN25電磁閥 ZDLN 電動雙座調(diào)節(jié)閥　系統(tǒng)主電路分析及其設(shè)計(jì)基于 PLC 的水流量控制系統(tǒng)電路圖見附錄 B 所示：水泵電機(jī)為 M1；QS1 為變頻器主電路的隔離開關(guān)；FU 為主電路的熔斷器。本系統(tǒng)采用單泵變頻運(yùn)行方式，即 1 臺水泵在變頻器控制下作變速運(yùn)行。主電源開關(guān) QF1 通過熔斷器 FU，接到斷路器 QF2，QF2 的輸出接變頻器，給變頻器供電。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)19變頻器的輸出接過載保護(hù) FR1，F(xiàn)R1 接到泵電機(jī)，控制 M1。PLC 的輸出 Y0(KA1，KA1 是繼電器)，當(dāng) Y0 輸出是 1 的時(shí)候，KA1 線圈得電，KA1 常開觸點(diǎn)閉合，變頻器啟動。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)水流量恒定的主體控制設(shè)備是 PLC，控制電路的合理性，程序的可靠性直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行性能。本系統(tǒng)采用三菱公司 FX2N 系列 PLC，它體積小，執(zhí)行速度快，抗干擾能力強(qiáng)，性能優(yōu)越。PLC 主要是用于實(shí)現(xiàn)水流量系統(tǒng)的自動控制，要完成以下功能：自動控制水泵電機(jī)的投入運(yùn)行，控制水流量恒定在給定值，系統(tǒng)要能顯示運(yùn)行狀況?？刂埔螅焊鶕?jù)系統(tǒng)控制原理，由變頻器、水泵電機(jī)、流量轉(zhuǎn)換器和 PLC 模擬量模塊組成閉環(huán)系統(tǒng)。給定值由計(jì)算機(jī)設(shè)定，過程變量由流量變送器輸出到模擬量模塊輸入 1 口中，輸出變量由模擬量模塊電流輸出口送到變頻器電壓調(diào)節(jié)口，從而帶動電機(jī)運(yùn)行，最后使管道流量恒定。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)20第 4 章　系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)　流量比值控制邏輯圖本次設(shè)計(jì)是基于三菱的程序設(shè)計(jì)主要包含了模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、PID 調(diào)節(jié)模塊幾部分，其實(shí)現(xiàn)過程流程圖見附錄 C 所示?！∠到y(tǒng) I/O 分配PLC 控制程序采用三菱提供的 GXDeveloper 編程軟件。該軟件的編程語言包含三種語言，即語句表(STL)語言、梯形圖(LAD) 語言、功能塊圖 (FBD)語言。語句表(STL)語言類似于計(jì)算機(jī)的匯編語言，它使用指令助記符創(chuàng)建用戶程序，屬于面向機(jī)器硬件的語言。梯形圖(LAD) 語言最接近于繼電器接觸器控制系統(tǒng)中的電氣控制原理圖，是應(yīng)用最多的一種編程語言，與計(jì)算機(jī)語言相比，梯形圖可以看作是 PLC 的高級語言，幾乎不用去考慮系統(tǒng)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)原理和硬件邏輯，因此，它很容易被一般的電氣工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行維護(hù)人員所接受。功能塊圖(FBD)的圖形結(jié)構(gòu)與數(shù)字電路的結(jié)構(gòu)極為相似，功能塊圖中每個(gè)模塊有輸入和輸出端，輸出和輸入端的函數(shù)關(guān)系使用與、或、非、異或邏輯運(yùn)算，模塊之間的連接方式與電路的連接方式相同。PLC 控制程序由一個(gè)主程序、若干子程序構(gòu)成，程序的編制在計(jì)算機(jī)上完成，編譯后通過 PC/PPI 電纜把程序下載到 PLC，控制任務(wù)的完成，是通過在 RUN 模式下主機(jī)循環(huán)掃描并連續(xù)執(zhí)行用戶程序來實(shí)現(xiàn)的。由于模擬量單元及 PID 調(diào)節(jié)都需要編制初始化及中斷程序，本程序可分為三部分：主程序、子程序和中斷程序。系統(tǒng)初始化的一些工作放在初始化子程序中完成，這樣可以節(jié)省掃描時(shí)間。利用定時(shí)器中斷功能實(shí)現(xiàn) PID 控制的定時(shí)采樣及輸出控制。根據(jù)以上控制要求統(tǒng)計(jì)控制系統(tǒng)的輸入輸出信號的名稱、代碼及地址編號如表442 所示。表 41　輸入點(diǎn)代碼及地址編號輸入信號名稱 地址編號啟動按鈕 X0停止按鈕 X1急停按鈕 X2過載按鈕 X3故障復(fù)位按鈕 X5石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)21表 42　輸出點(diǎn)代碼及地址編號輸出信號名稱 地址編號變頻器啟動 Y0調(diào)節(jié)閥啟動 Y1運(yùn)行指示燈 Y3故障指示燈 Y4閥門 2 Y5流量 1 高報(bào)警燈 Y6流量計(jì) 2 高報(bào)警燈 Y7　系統(tǒng) I/O 接線圖結(jié)合系統(tǒng)控制原理和 PLC 的 I/O 端口分配表 442，畫出 PLC 及擴(kuò)展模塊外圍接線圖，如圖 41 所示：圖 41　PLC 外圍接線圖　系統(tǒng)控制過程　程序初始化與故障分析程序初始化一個(gè)程序基本的編程方式。一般會先將 PLC 進(jìn)行初始化，設(shè)置基本參數(shù)，保證可以與其他設(shè)備正常通訊，然后才開始撰寫實(shí)際的控制程序。在此設(shè)計(jì)初始化程序中用到了特殊輔助繼電器 M8000 和 M8002。M8000 起運(yùn)行監(jiān)視的作用。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)22當(dāng) PLC 執(zhí)行用戶程序時(shí)，M8000 為 ON，停止監(jiān)視時(shí)，M8000 為 OFF；M8002 為初始化脈沖，僅在可編程控制器運(yùn)行開始的瞬間接通一個(gè)掃描周期，M8002 的常開觸點(diǎn)常用于某些元件的復(fù)位和清零，也可作為啟動條件。以下為系統(tǒng)初始化程序：圖 42　初始化程序在程序設(shè)計(jì)中，要考慮到系統(tǒng)運(yùn)行過程中的一些突發(fā)問題，必須要有正確的控制：故障控制開關(guān)，急停控制開關(guān)，故障復(fù)位控制開關(guān)。以下為故障控制程序：圖 43　故障控制程序石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)23　PID 初始化及程序分析 在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例、積分、微分控制，簡稱 PID 控制，又稱 PID 調(diào)節(jié)。PID 控制器問世至今已有近 70 年歷史，它 以其結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制的主要技術(shù)之一。當(dāng)被控對象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的 其它技術(shù)難以采用時(shí)，系統(tǒng)控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場調(diào)試來確定，這時(shí)應(yīng)用PID 控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對象，或 不能通過有效的測量手段來獲得系統(tǒng)參數(shù)時(shí)，最適合用 PID 控制技術(shù)。PID 控制，實(shí)際中也有PI 和 PD 控制。 PID 控制器就是根據(jù)系統(tǒng)的誤差，利用比例、 積分、微分計(jì)算出控制量進(jìn)行控制的。 比例(P)控制 比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差。 積分(I)控制 在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關(guān)系。對一個(gè)自動控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的 或簡稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)” 。積分項(xiàng)對誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會隨著時(shí)間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分(PI) 控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn) 態(tài)誤差。 微分(D)控制 在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率) 成正比關(guān)系。自動控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件或有滯后(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前” ，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入“比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能 夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對有較大慣性或滯后的被控對象，比例+微分(PD)控制器能改善系統(tǒng)在 調(diào)節(jié)過程中的動態(tài)特性。 以下為 PID 初始化程序，M33 是將程序指定到 PID 初始化部分。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)24圖 44　PID 初始化在 PID 調(diào)節(jié)中，程序固然重要，但是程序里的 PID 參數(shù)更重要，沒有 PID 參數(shù)就不可能準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)該有的功能。在 PID 調(diào)節(jié)中主要有比例環(huán)節(jié)，積分環(huán)節(jié)，微分環(huán)節(jié)，在此設(shè)計(jì)中只是用到了比例環(huán)節(jié)與積分環(huán)節(jié)。此次設(shè)計(jì)主要就是實(shí)現(xiàn)比例控制，所以比例環(huán)節(jié)是必不可少的，而積分調(diào)節(jié)的作用：是使系統(tǒng)消除穩(wěn)態(tài)誤差，提高無差度。因?yàn)橛姓`差，積分調(diào)節(jié)就進(jìn)行，直至無差。PID 參數(shù)主要是：采樣時(shí)間 17 秒、PID 濾波常數(shù) 80%、比例增益 Kp=70、積分時(shí)間 Ti=100、微分增益與微分時(shí)間為 0。石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)25第 5 章　仿真設(shè)計(jì) 組態(tài)王介紹組態(tài)王軟件是一種通用的工業(yè)監(jiān)控軟件，它融過程控制設(shè)計(jì)、現(xiàn)場操作設(shè)計(jì)及工廠資源管理于一體。將一個(gè)企業(yè)內(nèi)部的各種生產(chǎn)系統(tǒng)和應(yīng)用以及信息交流匯集一起，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化管理。采用組態(tài)王軟件開發(fā)工業(yè)監(jiān)控工程，可極大地增強(qiáng)生產(chǎn)控制能力、提高工廠的生產(chǎn)力和效率、提高產(chǎn)品的質(zhì)量、減少成本及原料損耗。本設(shè)計(jì)是以水泵、電動閥流量計(jì)變頻器為主的控制回路，用于對流量的比值控制。將本設(shè)計(jì)基于組態(tài)王，可以實(shí)現(xiàn)流量的動態(tài)控制，更好的好的了解流量比值的實(shí)現(xiàn)。 組態(tài)畫面(1) 建立新畫面 單擊工程瀏覽器左側(cè)的“畫面”圖標(biāo)，雙擊工作區(qū)“新建”圖標(biāo)，彈出“新畫面”對話框，輸入名稱點(diǎn)擊確定進(jìn)入組態(tài)王的開發(fā)系統(tǒng)。 (2) 制作動態(tài)監(jiān)控畫面 利用工具箱中各畫圖工具繪制監(jiān)控系統(tǒng)界面，然后進(jìn)行動畫連接。 (3) 編寫控制流程程序 雙擊工程瀏覽器左邊窗口“\文件\命令語言\應(yīng)用程序命令語言”進(jìn)行編程。(4) 按鈕、指示燈組態(tài) 設(shè)定按鈕或文字鏈接的對象，按鈕既可以用來執(zhí)行某些命令，還可以輸入數(shù)據(jù)給某些變量，當(dāng)和外部的一些智能儀表、PLC 等進(jìn)行連接時(shí)，會大大增加其數(shù)據(jù)傳輸?shù)暮啙嵭?；指示燈組態(tài)后用于顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)。 監(jiān)控畫面本設(shè)計(jì)共有三個(gè)畫面：開機(jī)畫面、主界面。 開機(jī)畫面如圖 51，當(dāng)我們啟動系統(tǒng)后，我們進(jìn)入開機(jī)畫面，其中上面有系統(tǒng)的名字是流量比值控制系統(tǒng)，另外還有兩個(gè)按鈕，它們的功能分別是：進(jìn)入主界面和退出系統(tǒng)。 石家莊鐵道大學(xué)四方學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)26主界面如圖 52，