【正文】 V 插圖清單 圖 21 紙漿濃度控制工藝流程圖 .........................................................................................4 圖 22 系統(tǒng)控制方框圖 .........................................................................................................4 圖 31 紙漿粘度與濃度的關(guān)系 .............................................................................................6 圖 32 內(nèi)旋式變送器的結(jié)構(gòu) .................................................................................................7 圖 33 內(nèi)旋式變送器的轉(zhuǎn)軸機(jī)構(gòu) .........................................................................................7 圖 34 等效慣量，阻尼系統(tǒng)和彈簧系統(tǒng) .............................................................................8 圖 35 內(nèi)旋式變送器的結(jié)構(gòu)圖 .............................................................................................8 圖 36 電動(dòng)執(zhí)行器的原理圖 .................................................................................................9 圖 37 伺服放大器的原理圖 .................................................................................................9 圖 38 變送器原理圖 ............................................................................................................10 圖 39 PLC 的系統(tǒng)組成 ........................................................................................................13 圖 310 PLC 的配置 ..............................................................................................................14 圖 41 程序流程圖 ................................................................................................................18 圖 51 由矩形脈沖響應(yīng)確定的階躍響應(yīng) ............................................................................21 圖 52 切線法 ........................................................................................................................22 圖 53 SIMULINK 中紙漿濃度控制系統(tǒng)的系統(tǒng)模 型 .......................................................23 圖 54 階躍響應(yīng)曲線 ............................................................................................................24 圖 61 系統(tǒng)人機(jī)界面 ............................................................................................................26 圖 62 定義數(shù)據(jù)變量 ............................................................................................................26 圖 63 動(dòng)畫組態(tài)屬性設(shè)置 ....................................................................................................27 圖 64 定義通道的類型與地址 ............................................................................................28 圖 65 通道連接 ....................................................................................................................28 VI 表格清單 表 31 PLC 的 I/O 分配 ........................................................................................................14 表 41 PID 調(diào)節(jié)規(guī)律的模擬與離散形式 ............................................................................16 表 42 內(nèi)存地址分配 ...........................................................................................................18 表 43 PID 指 令回路表 ........................................................................................................19 1 引 言 現(xiàn)今，中國(guó)已成為世界造紙產(chǎn)品的主要生產(chǎn)國(guó)和主要消費(fèi)國(guó)，同時(shí)也是世界造紙產(chǎn)品的主要進(jìn)口國(guó)。因此，讓紙漿濃度穩(wěn)定的保持在一 定數(shù)值上成為一項(xiàng)重要的工作。本文正是基于以上問題，設(shè)計(jì)了一種基于西門子 PLC S7200 的自動(dòng)控制系統(tǒng)用來控制和穩(wěn)定紙漿的濃度。其具有可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)，功能完善，使用、維修方便等眾多優(yōu)點(diǎn)。執(zhí)行器采用的是電動(dòng)執(zhí)行器來控制閥門的開度，以調(diào)節(jié)稀釋白水的進(jìn)水量，進(jìn)而用以控制紙漿濃度。 2 第 1 章 緒論 論文研究背景 研究背景 在造紙行業(yè)中 ,由于木材資 源短缺，環(huán)境保護(hù)的壓力和能源消耗等因素，生產(chǎn)效率高，污染少，能源消耗低的制漿方法已經(jīng)成為制漿造紙工業(yè)迫切需要解決的問題。紙漿濃度是指在一定重量 (或體積 )纖維的懸浮液中，絕干纖維的百分比含量。而在稀釋原漿的過程中，紙漿濃度總是不斷變化的。例如：在造紙機(jī)抄前成漿池內(nèi)，紙漿濃度總是在不 斷變化。傳統(tǒng)的控制制漿濃度的方法是采用人工測(cè)控的方法，這種方法不僅耗費(fèi)人力，而且調(diào)節(jié)效果也不好，濃度變化幅度也比較大。 紙漿濃度變送器的發(fā)展趨勢(shì) 目前，國(guó)內(nèi)外有些廠家和院校針對(duì)不同兩相流的在線濃度測(cè)量對(duì)象研究出了多種不同的測(cè)量方法，主要有：用γ射線法、用阻抗法、密度法、電容法、流動(dòng)成像法、超聲波法、光學(xué)法和力學(xué)法。它是一種利用流體粘度的性質(zhì)的測(cè)量紙漿濃度行之有效的間接測(cè)量方法。這其中又以動(dòng)刀式產(chǎn)品的性價(jià)比最高，但其只是中檔產(chǎn)品，不適合用于生產(chǎn)過程中的計(jì)量和要求精度很高的場(chǎng)合。 PLC 的發(fā)展趨勢(shì) 向高速度、大容量方向發(fā)展。 PLC 大力開發(fā)智能模塊，加強(qiáng)聯(lián)網(wǎng)通訊能力。 編程語(yǔ)言多樣化。間單地說，也就是調(diào)節(jié)緩慢、抗干擾能力弱、穩(wěn)定性差等。 3 主要研究?jī)?nèi)容 本論文主要是利用 PLC S7200 采用 PID 控制技術(shù)做了一個(gè)紙漿濃度自動(dòng)控制系統(tǒng)，并采用 MCGS 工控組態(tài)軟件對(duì)紙漿濃度控制系統(tǒng)建立了人機(jī)監(jiān)控界面來實(shí)時(shí)監(jiān)控紙漿濃度的變化。 第二章主要確定了系統(tǒng)的總體技術(shù)方案，介紹了系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，控制方框圖，介紹了各模塊的功能。 第四章主要是根據(jù)要求利用 Step 7Micro/win 編寫出系統(tǒng)控制的主程序及子程序。 第六章對(duì)全文進(jìn)行了總結(jié)。要想達(dá)到穩(wěn)定紙漿濃度的目的，就必須設(shè)計(jì)出一種能自動(dòng)調(diào)節(jié)紙漿濃度的控制系統(tǒng)。 設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)使用內(nèi)旋式紙漿濃度變送器測(cè)量實(shí)際紙漿濃度，將濃度信號(hào)轉(zhuǎn)換成 420mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，然后通過 A/D 轉(zhuǎn)換后反饋到 PLC 控制器，與給定值進(jìn)行比較，得到偏差。并利用組態(tài)軟件 MCGS 設(shè)計(jì)人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)控制 系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。 熟悉西門子 PLC S7200 系列的基本構(gòu)成，工作原理。 熟悉了西門子 PLC 編程的基本指令和程序設(shè)計(jì)，并利用 Step 7Micro/Win 對(duì)紙漿濃度系統(tǒng)進(jìn)行程序的編制。 完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）正文的編寫，對(duì)自 己的設(shè)計(jì)進(jìn)行了完整的闡述。制漿過程一般包括蒸煮、漂白、打漿、抄紙、蒸發(fā)、燃燒、苛化等工段。在本文中我們只關(guān)注紙漿濃度調(diào)節(jié)部分。 控制方框圖如圖 22： 圖 22 系統(tǒng)控制方框圖 5 方案的確定 方案一：采用動(dòng)刀式 紙漿濃度濃度變送器在線檢測(cè)出紙漿濃度，然后信號(hào)經(jīng) A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后送到單片機(jī)中，經(jīng)與給定值比較后，經(jīng)過一定算法輸出信號(hào)到 D/A 數(shù)模轉(zhuǎn)換器，然后經(jīng) D/A轉(zhuǎn)換器輸出一個(gè) 4~20mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)送至電動(dòng)執(zhí)行器來控制進(jìn)水閥門的開度，從而來控制紙漿的濃度。 由于第一種方案中存在動(dòng)刀式變送器的檢測(cè)精度不高，單片機(jī)的可靠性不高，容易出現(xiàn)故障，編程復(fù)雜等缺點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)中采用了第二種方案，及使用精度較高的內(nèi)旋式濃度變送器和可靠性較高并且使用方便的 PLC 來控制。因此，有必要在此介紹力學(xué)法濃度測(cè)量原理。當(dāng)固體在流體中相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，流體經(jīng)過固體表面之間的流體邊界層，集中了全部的阻力，這種情況是流體圍繞固體流動(dòng)，通常稱為外部流動(dòng)。 力學(xué)法測(cè)量原理就是測(cè)量作用在穿過流體的測(cè)量元件上的阻力，此阻力可認(rèn)為由 兩部分組成，即表面摩擦阻力和形狀阻力。粘性摩擦阻力主要由粘性剪切力產(chǎn)生，與流體的粘性動(dòng)力系數(shù)相關(guān)，而壓強(qiáng)阻力主要與固件的外形和流體的流態(tài)相關(guān)。 液固兩相流體的粘度與其離散相濃度相關(guān)，一般情況下液固兩相流的離散相濃度越大，其表現(xiàn)出來的粘性就越大。由紙漿粘度與濃度的關(guān)系可以確定：紙漿濃度在 ％ 5％之間變化時(shí)，其粘度與濃度成線性變化關(guān)系，在此范圍內(nèi)只要能測(cè)量得到其粘度，即可求得濃度 ]9[ 。其結(jié)構(gòu)如圖 32所示： 7 圖 32 內(nèi)旋式變送器的結(jié)構(gòu) 1— 敏感元件 2— 密封圈 3— 螺旋槳 4— 機(jī)械密封 5— 測(cè) 量室 6— 驅(qū)動(dòng)軸 7— 測(cè)量軸 8— 滾動(dòng)軸承 9— 驅(qū)動(dòng)軸