【正文】 圖等 。 7. 總結(jié)全文 。準(zhǔn)確的液位測(cè)量是生產(chǎn)過程控制的重要手段。 早期，由于工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模不大，儲(chǔ)罐液位測(cè)量主要采用法蘭式液位變送器和吹氣式等機(jī)械式測(cè)量方法。 這一系列 問題的解決有待于新的測(cè)量方法的出現(xiàn)，從上世紀(jì)八十年代開始，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就借助微電子、計(jì)算機(jī)、光 纖、超聲波等高科技的研究成果。電子式測(cè)量方法便是其中的重要成果之一。由于 這些 方法測(cè)量精度高 、 可靠性強(qiáng) 、 持續(xù)時(shí)間長(zhǎng) 、 安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，因而正在逐步取代舊的機(jī)械式液位測(cè)量技術(shù)。相信隨著新的 檢測(cè)儀表 和 控制算法 的 不斷涌現(xiàn) ，液位檢測(cè)控制 系統(tǒng) 將 更加精確和方便易用，并且將會(huì)在更多 領(lǐng)域，發(fā)揮其效能。 當(dāng)設(shè)備處于正常狀態(tài)時(shí) PID 自動(dòng)運(yùn)行 高低限報(bào)警 根據(jù)控制要求，該液位控制系統(tǒng)要求設(shè)置高低限報(bào)警，當(dāng)液位高于 米時(shí)，高限報(bào)警，紅燈亮，當(dāng)液面低于 ，底限報(bào)警，黃燈亮。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 系統(tǒng)性能指標(biāo) 將儲(chǔ)罐內(nèi)的稀鹽酸液位控制在 系統(tǒng)方案設(shè)計(jì) 由工藝要求可知，該系統(tǒng)只有一個(gè)被控變量即：液位；其控制精度要求也不是很高，根據(jù)在滿足控制要求的情況下，盡量選擇簡(jiǎn)單易行的控制方案這一原則，這里選用單回路反饋控制系統(tǒng)。單回路反饋控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象（簡(jiǎn)稱對(duì)象）或被控過程（簡(jiǎn)稱對(duì)象）、測(cè)量變送裝置、控制器和控制閥?？刂崎y的選擇合適與否，將直接關(guān)系到能否很好地起到控制作用。 控制閥 的選擇原則 1) 閥 門 開、閉形式的選擇 對(duì)于一個(gè)具體的控制系統(tǒng)來說，究竟選電開式還是選電閉式，要由具體的生產(chǎn)工藝來決定。即當(dāng)電源供電中斷，或控制器出故障而無輸出，或控制閥無法正常工作，以致閥芯回復(fù)到無能源的初始狀態(tài)時(shí)，應(yīng)能確保生產(chǎn)工藝設(shè)備的安全，不致發(fā)生故障。當(dāng)控制閥處于無能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)，不應(yīng)降低產(chǎn)品的質(zhì)量。 當(dāng)控制閥處于無能源狀態(tài)而回復(fù)到初始位置時(shí)，不應(yīng)浪費(fèi)原料、成品和動(dòng)力。比如：精餾塔塔釜加熱蒸汽控制閥一般都選電開式，以保證在控制閥失去能源時(shí)能處于全閉狀態(tài)，避免蒸汽浪費(fèi)。 根據(jù)以上幾條原則綜合考慮，這里我們選電開閥。不會(huì)使鹽酸一直流向儲(chǔ)罐，以致鹽酸溢出造成事故。從控制的角度看，控制閥口徑選的過大，超過了正?？刂扑璧慕橘|(zhì)流量，控制閥將經(jīng)常處于小開度下工作，閥的流量特性將會(huì)發(fā)生畸變，閥性能就較差。此外控制閥的口徑選 的過小也不適應(yīng)生產(chǎn)發(fā)展的需要，一旦設(shè)備需要增加負(fù)荷時(shí)，控制閥原有的口徑太小就不夠用了。在正常工況下，閥門開度處于 15%~85% 之間。圖 中是各種流量特性控制閥的特性曲線。生產(chǎn)過程中 生產(chǎn)負(fù)荷往往是會(huì)發(fā)生變化的，而負(fù)荷的變化又往往會(huì)導(dǎo)致對(duì)象特性發(fā)生變化。對(duì)于一個(gè)確定的具體對(duì)象就有一組控制器參數(shù)（ ? 、 iT 及 dT ）與其相適應(yīng)，對(duì)象特性改變了，原先的控制器參數(shù)就不 再 適應(yīng)，如果這時(shí)不去修改控制器參數(shù)，控制質(zhì)量就會(huì)降低。這樣就不可能在負(fù)荷變化時(shí)，適時(shí)的對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行修改。另一種解決辦法就是根據(jù)負(fù)荷變化對(duì)對(duì)象影響的情況，選擇相應(yīng)特性的控制閥來進(jìn)行補(bǔ)償，使得廣義對(duì)象（包括控制閥和對(duì)象及測(cè)變環(huán)節(jié)）的特性在負(fù)荷的變化時(shí)保持不變。就本 任務(wù) 的單回路系統(tǒng) 而言 ， 表 列出了 常用控制系統(tǒng)控制閥特性的經(jīng)驗(yàn)選擇方法： 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 表 常用控制系統(tǒng)控制閥特性經(jīng)驗(yàn)選擇 控制系統(tǒng)及被控變量 干擾 選擇閥特性 附加條件 備注 液位控制系統(tǒng) )(L I 類0CvC I I 類0CvC I I I 類 0CvC h H V I 類0CvC h H 設(shè)定值 平方根 VTT ??0 I類 直線 VTT ???0 0C 對(duì)數(shù) VTT ??0 直線 VTT ???0 設(shè)定值 雙曲線 VTT ??0 II類 對(duì)數(shù) VTT ???0 1F 對(duì)數(shù) VTT ??0 直線 VTT ???0 設(shè)定值 任意特性 hH 5? （ 量程范圍:h ） III 類 任意特性 IV類 0C 直線 III 類 1F 直線 IV類 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 注： 0C ：節(jié)流閥流通能力； 0T :對(duì)象時(shí)間常數(shù)對(duì)數(shù)平均值； VT :閥時(shí)間常數(shù)； min0max00 TTT ?? ； 根據(jù) 上面的原則， 選定閥的流量特性為線性特性 。表 列出了不同結(jié)構(gòu)形式的控制閥特點(diǎn)及適用場(chǎng)合，以供選用時(shí)參考。 5) 閥門定位器的選用 閥門定位器是控制閥的一種輔加裝置，與控制閥配套使用。閥門定位器的主要作用是： A. 消除控制閥膜頭和彈簧的不穩(wěn)定以及各運(yùn)動(dòng)部件的干摩擦，從而提高控制閥的精度和可靠性，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位。 C. 改變控制閥的流量特性 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 D. 利用閥門 定位器可將控制器輸出信號(hào)分段，以實(shí)現(xiàn)分程控制。因此，當(dāng)單座閥前后壓差較大的時(shí)候；當(dāng)工作壓力高的，填料壓得緊，因而摩擦力較大的時(shí)候；當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)與控制室相距較遠(yuǎn)，控制信號(hào)輸送管線拉得較長(zhǎng)，因而傳送滯后較大的時(shí)候；以及控制閥膜頭較大，滯后比較顯著的時(shí)候，都可以給控制閥配上閥門定位器，以克服上述不利因素的影響，從而提高控制閥的動(dòng)、靜態(tài)特性。 2. 滯后不是很大 。 6) 系統(tǒng)關(guān)聯(lián)性分析 由于該儲(chǔ)罐上只有一個(gè)液位控制系統(tǒng)，且只存在一個(gè)被控變量，因而不存在系統(tǒng)關(guān)聯(lián)的問題。與伺服放大器組合接受統(tǒng)一的 420mA 或 010mA 的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)變成相對(duì)應(yīng)的直線位移，自動(dòng)地控制調(diào)節(jié)閥開度，達(dá)到對(duì)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)。 ZAJP 精小型電動(dòng)單座調(diào)節(jié)閥 的實(shí)物圖如圖 。 回差 % ≤ 死區(qū) % ≤ 始終點(diǎn)偏差 % 氣開 始點(diǎn) 177。 氣關(guān) 始點(diǎn) 177。 額定行程偏差 % ≤ 泄露量 l/h %閥額定容量 可調(diào)范圍 R 30： 1 3） 調(diào)節(jié)閥機(jī)械結(jié)構(gòu)和 外形尺寸 參見圖 和表 圖 機(jī)械結(jié)構(gòu)圖 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 表 外形尺寸 單位： mm 公稱通徑 DN 40 L PN16/40 222 A 460 B 230 H1 PN16/40 152 H2 490 H3 PN16/40 73 液位測(cè)量變送儀表的選擇 液位儀表的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 液位儀表是工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的重要 儀表。 化工生產(chǎn)過程中各類塔、釜、罐液位的檢測(cè)，目前仍是以壓力和差壓變送器為主。其次，磁浮子式、浮筒式、電容式液位計(jì)也有相當(dāng)?shù)膽?yīng)用量。 在本系統(tǒng)中，綜合考慮技術(shù)要求及性價(jià)比，選擇差壓變送器 。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 差壓式液位計(jì) 設(shè)容器上部空間的壓力為 p ，則 11p p H g??? () 2pp? () 因此可得 1 2 1p p p H g?? ? ? ? () 即被測(cè)液位 1H 與差壓 p? 成正比 差壓式液位變送器的選型原則 1） 對(duì)于腐蝕性液體 ,粘稠性液體 ,熔融性液體 ,沉淀性液體等 ,當(dāng)采取灌隔離液 ,吹氣或沖液等措施時(shí) ,可選用差壓變送器 。 3） 對(duì)于易結(jié)晶液體 ,高粘度液體 ,結(jié)膠性液體 ,沉淀性液體等 ,宜選用插入式法蘭差壓變送器 。 5） 測(cè)液位的差壓液位變送器宜帶有正負(fù)遷移機(jī)構(gòu) ,其遷移量應(yīng)在選擇儀表量程時(shí)確定 。 市面上液位測(cè)量變送儀表種類繁多，在此結(jié)合本 課題 研究 任務(wù) 和經(jīng)濟(jì)性兩反面考慮，最終選定 廣州 森納 士?jī)x表有限公司生產(chǎn)地 DP 系列 LT 型智能液位變送器。 智能型是具有 HART 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議和一體化數(shù)字顯示功能的新產(chǎn)品，具有優(yōu)良的抗干擾能力和零點(diǎn)穩(wěn)定性，并具備零點(diǎn)自動(dòng)穩(wěn)定跟蹤和溫度自動(dòng)補(bǔ)償能力。 圖 DP系列 LT型智能液位變送器 使用對(duì)象：液體 測(cè)量范圍： ~ 輸出信號(hào)：線性輸出 ； 4~2mA 輸出疊加 HART 協(xié)議數(shù)字信號(hào)（兩線制） 電源：外部供電 24VDC（電源范圍 12V~45V） 危險(xiǎn)場(chǎng)所安裝：本安型 iaIICT5 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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。由于它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易掌握，價(jià)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。 20 世紀(jì) 60年代末期，美國(guó)的汽車制造業(yè)競(jìng)爭(zhēng)激烈，各生產(chǎn)廠家的汽車型號(hào)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(duì)整個(gè)開發(fā)系統(tǒng)重新配置。對(duì)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(chǎng)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(jì)算機(jī) 成本可與繼電器控制盤競(jìng)爭(zhēng) 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(dòng)接觸器，電磁閥等。 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。更高的運(yùn)算速度、超小型體積、更可靠的工業(yè)抗干擾設(shè)計(jì)、模擬量運(yùn)算、 PID 功能及極高的性價(jià)比奠定了它在現(xiàn)代工業(yè)中的地位。這個(gè)時(shí)期可編程控制器發(fā)展的特點(diǎn)是大規(guī)模、高速度、高性能、產(chǎn)品系列化。這標(biāo)志著可編程控制器已步入成熟階段。該草案中對(duì)可編程控制器的定義是“可編程控制器是一種數(shù)字運(yùn)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(jì)?？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(gè)整體、易于擴(kuò)充其功能的原則設(shè)計(jì)。在這時(shí)期， PLC 在處理模擬量能力、數(shù)字運(yùn)算能力、人機(jī)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)。從控 制規(guī)模上來說，這個(gè)時(shí)期發(fā)展了大型機(jī)和超小型機(jī)；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(chǎng)合；從產(chǎn)品的配套能力來說，生產(chǎn)了各種人機(jī)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。 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 我國(guó)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。接下來在各種企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備及產(chǎn)品中不斷擴(kuò)大了PLC 的應(yīng)用。 PLC 機(jī)型的選擇 目前， PLC 產(chǎn)品種類繁多，同一個(gè)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。對(duì)這類系統(tǒng)的機(jī)型選擇要注意以下 3 種情況。 二是設(shè)備分散，設(shè)備的功率較大，如料場(chǎng)設(shè)備，這時(shí)需要選用離散式結(jié)構(gòu)，高電壓低密度輸入 /輸出模板。 2) 大系統(tǒng)的機(jī)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(tái) PLC 構(gòu)成。這種系統(tǒng)機(jī)型的 選擇可以采用如下方案。這是一個(gè)由微機(jī)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。整個(gè)系統(tǒng)全面停機(jī)的幾率很少，其運(yùn)行費(fèi)用成本也比較低。這是一個(gè)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(dòng)化、大量數(shù)據(jù)處理和企業(yè)綜合管理系統(tǒng)。根據(jù)控制對(duì)象要求的輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的多少，可以估計(jì)出 PLC 的規(guī)模；根據(jù)控制對(duì)象的特殊要求，可以估計(jì)出 PLC 的性能；根據(jù)控制對(duì)象的操作規(guī)則可以估計(jì)出控制程序所占內(nèi)存的容量。為了對(duì)控制對(duì)象進(jìn)行粗估，首先要了解下面幾個(gè)問題。 （ 2） 對(duì) PLC 性能要求的估計(jì) 為了正確地估計(jì) 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(jì)數(shù)器等；機(jī)房離現(xiàn)場(chǎng)的最遠(yuǎn)距離；現(xiàn)場(chǎng)對(duì)控制器響應(yīng)速度要求。一是 PLC 可帶 I/O 點(diǎn)數(shù)。二是 PLC通信距離和速度。 （ 3） 對(duì)所需內(nèi)存容量的估計(jì) 用戶程序所需要內(nèi)存與邏輯量輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì)、模擬量輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)的估計(jì)、內(nèi)存利用率的估計(jì)、程序編制者的編程水平的估計(jì)有關(guān)?？刂葡到y(tǒng)中輸入 /輸出點(diǎn)數(shù)和存放該系統(tǒng)用戶機(jī)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)存利用率的提高會(huì) 使程序減少內(nèi)存容量，從而降低內(nèi)存投資，縮短周期時(shí)間，從而提高系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間。輸出信號(hào)有高限報(bào)警 ,低限報(bào)警 ,正常運(yùn)行 ,控制電動(dòng)開關(guān)閥開閉 。該系統(tǒng)需 3 點(diǎn)數(shù)字量輸入， 4點(diǎn)數(shù)字量輸出， 1點(diǎn) 模擬量輸入， 1點(diǎn)模擬量輸出。 S7200 系列 CPU224 和 EM235 介紹 寧夏理工 學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 CPU224 本機(jī)集成了 14 點(diǎn)輸入和 10點(diǎn)輸出，共有 24個(gè)數(shù)字量 I/O，它可連接 7個(gè)擴(kuò)展模塊，最大可擴(kuò)展至 168 點(diǎn)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(chǔ)空間， 6個(gè)獨(dú)立的 30KHZ 高速計(jì)數(shù)器， 2路獨(dú)立的 20KHZ 高速 脈沖輸出，具有 PID控制功能。 EM235 具有 4路模擬量輸入和 1路模擬量輸出，它的輸入信號(hào)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。 采用 CPU224 擴(kuò)展 EM235 可以實(shí)現(xiàn) 14點(diǎn)數(shù)字量數(shù)字量輸入， 10 點(diǎn)