【正文】 ，將控制內容編成軟件寫入控制器的用戶程序存儲器內。 PLC組成結構可編程控制器是60年代末在美國首先出現(xiàn)，當時叫可編程邏輯控制器PLC（Programmable Logic Controller），目的是用來取代繼電器，以執(zhí)行邏輯判斷、計時、計數等順序控制功能。為了能實現(xiàn)繼電器控制線路的硬邏輯并行控制，PLC采用了不同于一般微型計算機的運行方式（掃描技術）。這時，才是PLC的真正輸出。(3)輸出刷新階段當掃描用戶程序結束后，PLC就進入輸出刷新階段。在掃描每一條梯形圖時，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點構成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序對由觸點構成的控制線路進行邏輯運算，然后根據邏輯運算的結果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對應位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。因此，如果輸入是脈沖信號，則該脈沖信號的寬度必須大于一個掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。輸入采樣結束后，轉入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在整個運行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復執(zhí)行上述三個階段。1）、掃描技術當PLC投入運行后，其工作過程一般分為三個階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個階段。為了消除二者之間由于運行方式不同而造成的差異，考慮到繼電器控制裝置各類觸點的動作時間一般在100ms以上，而PLC掃描用戶程序的時間一般均小于100ms，因此，PLC采用了一種不同于一般微型計算機的運行方式掃描技術。 PLC工作原理最初研制生產的PLC主要用于代替?zhèn)鹘y(tǒng)的由繼電器接觸器構成的控制裝置，但這兩者的運行方式是不相同的：(1)繼電器控制裝置采用硬邏輯并行運行的方式，即如果這個繼電器的線圈通電或斷電，該繼電器所有的觸點（包括其常開或常閉觸點）在繼電器控制線路的哪個位置上都會立即同時動作。 控制系統(tǒng)流程圖第四章 系統(tǒng)硬件選擇 可編程控制器總體概述PLC=Programmable Logic Controller，可編程邏輯控制器，一種數字運算操作的電子系統(tǒng)，專為在工業(yè)環(huán)境應用而設計的。同樣，對于PID指令的輸出，在將其送給D/A轉化器之前，也需進行轉換。給定值與過程變量都是與被控對象有關的值，對于不同的系統(tǒng)，它們的大小、范圍與工程單位有很大的區(qū)別。多數工藝要求給定值是固定的值，如加熱爐溫度的給定值。如可能只要求比例控制或比例與積分控制，通過設置參數可對回路進行控制類型進行選擇。其中spn、pvn、en、Mn分別為模擬量sp(t)、pv(t)、e(t)、M(t)為第n次采樣時的數字量。如果取其中的一項或兩項，可以組成P、PD或PI控制器。(t)是給定值，pv(t)是反饋量，c(t)是系統(tǒng)的輸出量，PID控制的輸入輸出關系式為： (1)式中：M(t)—控制器的輸出量Mo；－誤差信號；KC比例系數；TI－積分時間常數；TD－微分時間常數。(3)PID控制器的數字化PLC的PID控制器的設計是以連續(xù)系統(tǒng)的PID控制規(guī)律為基礎，將其數字化寫成離散形式的PID控制方程，再跟據離散方程進行控制程序設計。(2)PID功能指令現(xiàn)在很多PLC都有供PID控制用的功能指令，如S7300的PID指令。2. 利用偏差信號進行控制調節(jié)上述控制稱為閉環(huán)負反饋控制，閉環(huán)控制系統(tǒng)中，這樣的負反饋至少有一個，也可能有多個。另例，當一臺真正的全自動洗衣機具有能連續(xù)檢查衣物是否洗凈，并在洗凈之后能自動切斷電源，它就是一個閉環(huán)控制系統(tǒng)。比如人就是一個具有負反饋的閉環(huán)控制系統(tǒng)，眼睛便是傳感器，充當反饋，人體系統(tǒng)能通過不斷的修正最后作出各種正確的動作。閉環(huán)控制系統(tǒng)有正反饋和負反饋，若反饋信號與系統(tǒng)給定值信號相反，則稱為負反饋（Negative Feedback），若極性相同，則稱為正反饋，一般閉環(huán)控制系統(tǒng)均采用負反饋，又稱負反饋控制系統(tǒng)。積分控制可以消除系統(tǒng)的靜差，微分控制可以改善系統(tǒng)的動態(tài)相應速度，比例、積分、微分三者有效地結合可以滿足不同的控制要求。(2)有較強的靈活性和適應性。 PID控制器的主要優(yōu)點PID控制的優(yōu)點：原理簡單，使用方便；適應性強；魯棒性強，其控制品質對被控對象的變化不太敏感，非常適用于環(huán)境惡劣的工業(yè)生產現(xiàn)場；PID算法有一套完整的參數整定與設計方法，易于被工程技術人員掌握；許多工業(yè)回路中對控制快速性和控制精度要求不是很高，而更重視系統(tǒng)的可靠性時，使用PID控制能獲得較高的性價比；長期應用過程中，對PID算法缺陷可以進行改良。而如果KP太小時，又會使系統(tǒng)動作緩慢。KP偏大時，系統(tǒng)振蕩次數增多，調節(jié)時間加長。當KP=8時。當KP=2時。當KP=。微分作用的加入將有助于減小超調。引入積分調節(jié)的代價是降低系統(tǒng)的快速性。如果積分時間常數TI大，積分作用弱，反之為強。(2)比例積分調節(jié)器：為了消除在比例調節(jié)中的殘余穩(wěn)態(tài)誤差，可在比例調節(jié)的基礎上加入積分調節(jié)。比例調節(jié)器雖然簡單快速，但對于系統(tǒng)響應為有限值的控制對象存在穩(wěn)態(tài)誤差。它不僅要計算機對e進行不斷累加，而且計算機發(fā)生任何故障時，會造成輸出量u的變化，從而大幅度改變閥門位置，這將對安全生產帶來嚴重后果，故目前計算機控制的PID算式通常采用增量式算式。在給定值不變時，Δe(kT)可表示為相鄰兩次測量值之差：Δe(kT)=e(kT)e(kTT)=(Ry(kT))(Ry(kTT))=y(kTT)y(kT)（33）T是采樣周期，采樣周期必須足夠短，才能保證有足夠的精度；k是采樣序號，k=0,1,2,…可得到離散系統(tǒng)的PID算式為：（34）在式（34）所表示的控制算式中，其輸出值與閥位是一一對應的，通常稱為PID的位置算式。因而，描述連續(xù)系統(tǒng)的微分方程應由相應的描述離散系統(tǒng)的差分方程來代替。KP,TI,TD：比例，積分，微分常數。它的動作規(guī)律如下。TI(min) 3～10。綜上：溫度控制系統(tǒng)特點：對象為多容量系統(tǒng)，有較大滯后，常用微分。(3)如果使用比例積分控制器消除了偏差，但動態(tài)過程仍不盡滿意，則可以加入微分環(huán)節(jié)，構成PID控制器。整定時一般先置一個較大的積分時間系數TI，同時將第一步整定得到的比例系數KP縮小一些（比如取原來的80%），然后減小積分時間系數使在保持系統(tǒng)較好的動態(tài)性能指標的基礎上，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差得到消除。如果系統(tǒng)沒有穩(wěn)態(tài)誤差或穩(wěn)態(tài)誤差已小到允許范圍之內，同時響應曲線已較令人滿意，那么只須用比例調節(jié)器即可，最優(yōu)比例系數也由此確定。其中在實踐中總結出如下的規(guī)律：(1)增大比例系數KP一般將加快系統(tǒng)的響應，在有穩(wěn)態(tài)誤差的情況下有利于減小穩(wěn)態(tài)誤差。利用該方法進行PID控制器參數的整定步驟如下：（1）首先預選擇一個足夠短的采樣周期讓系統(tǒng)工作；（2）僅加入比例控制環(huán)節(jié)，直到系統(tǒng)對輸入的階躍響應出現(xiàn)臨界振蕩，記下這時的比例放大系數和臨界振蕩周期；（3）在一定的控制度下通過公式計算得到PID控制器的參數。但無論采用哪一種方法所得到的控制器參數，都需要在實際運行中進行最后調整與完善。PID控制器參數的工程整定方法，主要有臨界比例法、反應曲線法和衰減法。這種方法所得到的計算數據未必可以直接用，還必須通過工程實際進行調整和修改。PID控制器參數整定的方法很多，概括起來有兩大類：一是理論計算整定法。 PID控制器的參數整定PID控制器的參數整定是控制系統(tǒng)設計的核心內容。它是歷史最久、生命力最強的控制方式，同時也是目前最成熟，工業(yè)應用最廣泛的控制方式之一。可以通過數學的方法證明，在其他控制方法導致系統(tǒng)有穩(wěn)定誤差或過程反復的情況下，一個PID反饋回路卻可以保持系統(tǒng)的穩(wěn)定。這個控制器把收集到的數據和一個參考值進行比較，然后把這個差別用于計算新的輸入值，這個新的輸入值的目的是可以讓系統(tǒng)的數據達到或者保持在參考值。不同的控制規(guī)律適用于不同的生產過程，必須合理選擇相應的控制規(guī)律，否則PID控制器將達不到預期的控制效果。第三章 PID控制方案 PID控制器的應用與發(fā)展工業(yè)生產過程中，對于生產裝置的溫度、壓力、流量、液位等工藝變量常常要求維持在一定的數值上，或按一定的規(guī)律變化，以滿足生產工藝的要求。因此S7300不需加任何通信處理器就可以建立一個MPI網絡或一個PROFIBUSDP網絡。PLC英文全稱是Programmable Logic Controller，中文全稱為可編程邏輯編輯器，它是以微處理器為基礎，綜合了計算機技術，自動控制技術和通信技術，用面向控制過程，面向用戶的“自然語言”編程，適應工業(yè)環(huán)境，簡單易懂，操作方便，可靠性高的通用工業(yè)控制裝置。比如：數據采集程序、輸出控制程序、各種控制算法程序等。比如：數制變換程序、運算程序、查表程序等等。編譯程序能夠把高級語言編寫的源程序(如FORTRUN)，編譯成某種中間語言(如匯編語言)或機器語言程序。(2)匯編程序、解釋程序和編譯程序 匯編程序用于把匯編語言程序變成計算機能夠認識和執(zhí)行的機器語言程序(目標程序),例如MCS5匯編程序。其主要功能是實現(xiàn)人機對話，管理微機、存儲器、操作臺、外部設備(CRT、打印機等等)、文件和作業(yè)進程。上電后立即進入監(jiān)控程序，各種程序均在監(jiān)控程序下運行。 控制原理流程 微機控制系統(tǒng)軟件控制系統(tǒng)的軟件，包括系統(tǒng)軟件和應用軟件。而聚合反應好壞的主要因素就是反應釜溫度控制的好壞，溫度的變化將直接影響產品的質量和產量，所以此過程的溫度控制是重點也是難點；c)反應工藝以及反應設備的約束及外界環(huán)境對反應影響的不確定性因素也使得控制的難度增加。 連續(xù)攪拌反應釜溫度控制難點連續(xù)攪拌反應釜(CSTR)溫度控制的難點主要反應在：(1)復雜性、時滯性和非線性lsa)化學反應的生產過程伴隨著物理化學反應、生化反應、相變過程及物質和能量的轉換和傳遞，因而是一個十分復雜的工業(yè)生產過程；b)所用反應釜容量大、釜壁厚，因此是一個熱容量大、純滯后時間長的被控對象；c)隨著反應的進行，各傳熱媒體的傳熱系數成非線性變化，并且對各種外界環(huán)境的變化比較敏感；加上反應過程增益變化也會很大，甚至增益變化方向都是不一樣的；而且，隨著反應的進行，釜內固體顆粒增多，釜的傳熱系數也會隨著發(fā)生不規(guī)則變化。為了使釜溫穩(wěn)定，在夾套中通以一定的冷卻介質，來移走反應放出的多余熱量?；瘜W反應過程中一般伴有強烈的放熱效應，并且反應的放熱速率與反應溫度之間是一種正反饋的關系。有時在恒溫后還要進行二次升溫和恒溫。 反應釜結構示意圖 連續(xù)攪拌反應釜工作原理在進行化學反應之前，先將反應物按照一定的比例進行混合，然后與催化劑一同投入反應釜內，在反應釜的夾套中通以一定的高壓蒸汽，高壓蒸汽通過反應釜的夾套提高釜內物料的溫度，通過攪拌器的攪拌使物料均勻并提高導熱速度，使其溫度均勻。為了測量釜內的溫度，在罐內裝有鋼制的溫度計套管，可將溫度計或溫度傳感器放入其中。通過電機驅動攪拌軸，帶動攪拌器旋轉，為物料的循環(huán)提供動力。由于化學反應對反應物的純度有一定的要求，并且反應過程有可能產生劇毒、易燃、易爆的氣體和物料，所以密封裝置是反應釜必不可少的一部分。攪拌器是化學反應能夠進行的關鍵部件，它提供過程所需的能量和適宜的流動狀態(tài)。常用的換熱元件為夾套，它包圍在筒體的外部，用焊接或法蘭連接的方式裝設各種形狀的鋼結構，使其與容器外壁形成密閉的空間。筒體為一個鋼制罐形容器，可以在罐內裝入物料，使物料在其內部進行化學反應。攪拌容器包括筒體、換熱元件及內構件。第二章 連續(xù)攪拌反應釜工藝簡介 連續(xù)攪拌反應釜的基本結構。但模糊控制器是以誤差和誤差變化作為輸入變量，這種控制器具有模糊比例一微分控制作用，精度不太高、穩(wěn)態(tài)誤差較大、自適應能力有限和易產生振蕩現(xiàn)象。傳統(tǒng)的PID控制是一種基于過程參數的控制法，具有控制原理簡單、穩(wěn)定性好、可靠性高、參數易調整等優(yōu)點，但其設計依賴于被控對象的精確數學模型，而反應釜因為機理復雜各個參數在系統(tǒng)反應過程中時變，不能建立精確的數學模型，參數調整往往比較困難，難以解決系統(tǒng)的相對穩(wěn)定性和快速性的矛盾，因而采用一般的PID控制器無法實現(xiàn)對反應釜的精確控制。例如:1994年Gensym公司和Neuralware公司聯(lián)合將神經網絡和優(yōu)化軟件與專家系統(tǒng)結合，用于Star煉油廠的非線性工藝過程，一年內就收回投資；英國帝國化工研究院(ICI)實時操作優(yōu)化專家系統(tǒng)在威爾頓石油聯(lián)合企業(yè)應用，并取得實效；日本三菱化學合成公司開發(fā)成功了乙烯工程模糊控制系統(tǒng)；美國杜邦公司研制出用于化工聚合中間物生產強度的Pace專家系統(tǒng)。因此，石化工業(yè)的過程控制也由串級、比值、前饋、選擇性、均勻控制等簡單控制系統(tǒng)發(fā)展到解禍、時滯補償、推斷預估、預測、非線性、狀態(tài)反饋、雙重、自適應、人工神經元網絡、模糊、智能等高級控制系統(tǒng)。在控制理論上，自從美國數學家維納在20世紀40年代創(chuàng)立控制論以來，自動控制理論由經典控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論，再到20世紀70年代中期以后出現(xiàn)的大系統(tǒng)理論和智能控制理論，為石化工業(yè)的發(fā)展與控制要求的提高，提供了理論基礎。但是我們也應該看到，國產開發(fā)的軟件在設備無關性、軟件通用性、運行可靠性及界面友好性等幾個方面與國外的一些成熟的商業(yè)軟件包相比還有一定的差距。在硬件條件得到改善后，將目前分散研究的軟測量技術、先進控制技術開發(fā)成通用的商品化軟件包，也是發(fā)展方向之一。研制新型的傳感器，廣泛應用新技術，如核磁共振、激光和相關技術等，使傳感器集成化。這些檢測儀表均是以微型計算機為核心，可以實現(xiàn)自動校零、線性化補償環(huán)境因素變化等功能甚至包括模型運算和人工智能的應用。傳統(tǒng)的現(xiàn)場儀表和控制器也將由現(xiàn)場總線以及由此產生的現(xiàn)場總線智能儀表和控制系統(tǒng)所代替。過程檢測控制儀表是在工業(yè)生產過程中，對工藝參數進行檢測、顯示、記錄或控制的儀表隨著化工工業(yè)的發(fā)展，對儀表控制系統(tǒng)提出了更高的要求。據報道，美國猶他州鹽湖城Flying煉油廠、孟山都化工廠、我國安慶安菱化工廠、吉林油田甲醇廠已采用FCS，取得了明顯的經濟效益。它把專用封閉協(xié)議變成標準開放協(xié)議，使系統(tǒng)共有完全數字計算和數字通信