連續(xù)槽反應(yīng)器的液位控制

叢高影

[摘 要]為了實現(xiàn)能源的充分利用和生產(chǎn)的需要，需要對電機進行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)， 采用西門子公司變頻器，系統(tǒng)根據(jù)液位傳感器反饋的液位信號經(jīng)過PLC內(nèi)部的計算自動控制各泵的啟停，使液位達到平衡，并實現(xiàn)高限和低限報警以及液位的實時顯示，實現(xiàn)液位的自動控制，確保整個處理環(huán)節(jié)的高效運行。

[關(guān)鍵詞]變頻器 PLC

一、引言

基于S7 200 PLC的編程軟件，采用模塊化的程序設(shè)計方法，減少軟件的開發(fā)和維護。利用對PLC軟件的設(shè)計，實現(xiàn)變頻器的參數(shù)設(shè)置、故障診斷和電機的啟動和停止。通過對MCGS組態(tài)軟件技術(shù)特點的分析，提出將組態(tài)軟件用于PLC系統(tǒng)中，事實證明PLC控制系統(tǒng)與組態(tài)軟件設(shè)計、檢測，具有良好的應(yīng)用價值。

二、總體方案的選擇

連續(xù)槽反應(yīng)器的液位控制對于提高反應(yīng)效率是至關(guān)重要的。液位過高，容易導致溢料；液位過低，會造成反應(yīng)物反應(yīng)時間不充分，影響反應(yīng)質(zhì)量。加強反應(yīng)器液位自控不僅減輕操作強度，且也是維護設(shè)備、提高蒸發(fā)效率、降低汽耗的關(guān)鍵手段。

過去使用傳統(tǒng)的繼電器控制液位，該方法存在很多不足：

①液位上、下限傳感器都必須良好。如果有一個失靈，自控都將失靈。

②繼電器的動靜觸點運行一段時間后容易誤動作。

③控制系統(tǒng)接線繁瑣，維修不方便。

④每個繼電器動靜觸點數(shù)目有限，控制系統(tǒng)中使用較多繼電器，使系統(tǒng)龐大。

現(xiàn)在用于液位控制的是可編程控制器，投運以來，一直很好，不但克服了繼電器的諸多缺點，而且還具有更多優(yōu)點。

采用連續(xù)操作的反應(yīng)器被稱為連續(xù)式反應(yīng)器，這一操作方式的特點是原料連續(xù)流入反應(yīng)器，反應(yīng)產(chǎn)物則連續(xù)從反應(yīng)器流出。反應(yīng)器內(nèi)任何部位的物系組成均不隨時間變化，故屬于穩(wěn)態(tài)操作。連續(xù)操作反應(yīng)器一般具有產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點，因而適合于大批量生產(chǎn)。

本課題主要采用變頻器對連續(xù)槽反應(yīng)器進行液位控制，連續(xù)槽反應(yīng)器的主要工藝過程是：原料連續(xù)流入反應(yīng)器，流入反應(yīng)器內(nèi)原料即反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物則連續(xù)從反應(yīng)器流出。對其液位進行控制，利用壓力傳感器、變送器將各液位參數(shù)傳送到PLC控制器中，PLC對變頻器進行控制，改變電機轉(zhuǎn)速，從而達到對液位進行控制的目的。

三、被控對象分析

連續(xù)槽式反應(yīng)器具有滯后性，在工業(yè)生產(chǎn)過程中常見而有難于控制。當檢測變送環(huán)節(jié)存在時滯時，被控變量的變化不能及時傳到控制器；當被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變量變化；當執(zhí)行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變量的變化。因此，開環(huán)傳遞函數(shù)存在時滯，使控制不及，超調(diào)增大，并引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。時滯問題在控制理論上已經(jīng)得到很好的解決，

反應(yīng)器液位具有時滯性大、時變性和非線性等特點。本系統(tǒng)具有一階慣性純滯后特性。所謂滯后是指被調(diào)量的變化落后于擾動的發(fā)生和變化。對于本系統(tǒng)可用具有一階純滯后非周期環(huán)節(jié)來近似描述，即：

G（s）=■（2—1）

四、控制系統(tǒng)的選擇

比值調(diào)節(jié)系統(tǒng)也可以和串級調(diào)節(jié)系統(tǒng)組合在一起組成更復雜的組合系統(tǒng)如圖2—2所示。本設(shè)計要求液位保持一定，則可由檢測液位變送器經(jīng)過另一個液位調(diào)節(jié)器由其輸出來控制調(diào)節(jié)器的給定值。這樣就組成了串級和比值調(diào)節(jié)組合系統(tǒng)。

本次設(shè)計以反應(yīng)器內(nèi)的液位為主被控變量、流量為副被控制變量的串級控制系統(tǒng)。此外，由于兩種反應(yīng)物以一定的比例在反應(yīng)器內(nèi)反應(yīng)時放出熱量， 所以，將串級控制系統(tǒng)中的副控制器的輸出值作為比值控制系統(tǒng)中主動量控制回路的給定值，進行流量控制，同時，主回路對液位進行控制，使液位保持恒定。

五、PLC程序設(shè)計方法

在編寫PLC程序時，一般有兩種程序結(jié)構(gòu)，即線性結(jié)構(gòu)和模塊結(jié)構(gòu)。

線性程序設(shè)計就是把工程中需要控制的任務(wù)按照工藝要求書寫在主程序中。線性程序的結(jié)構(gòu)簡單，分析起來一目了然。這種結(jié)構(gòu)適用于編寫一些規(guī)模較小、運行過程比較簡單的控制程序。

整個連續(xù)式反應(yīng)器的生產(chǎn)比較復雜，適宜采用模塊程序設(shè)計。而控制閥門的控制系統(tǒng)相對簡單，編程也相對容易，可采用線性程序結(jié)構(gòu)。

確定了PLC的程序結(jié)構(gòu)之后，就要編制具體的程序。編制PLC程序的方法很多，常用的有以下幾種：邏輯代數(shù)設(shè)計法、替代設(shè)計法、時序流程圖法、順序控制法、經(jīng)驗設(shè)計法等。

順序控制法（狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖法）是在順控指令的配合下設(shè)計復雜的控制程序。一般比較復雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從這個角度看，一個復雜系統(tǒng)的控制過程是山這樣若干個步組成的。系統(tǒng)控制的任務(wù)實際上可以認為在小同時刻或者在不同進程中完成對各個步的控制。

本系統(tǒng)的PLC控制程序就是在經(jīng)驗法的基礎(chǔ)上，利用順序控制法進行設(shè)計。

有兩種液體A、B需要在容器中混合成液體C待用，初始時容器是空的，所有輸出均失效。按下啟動信號，閥門A和B同時打開，注入液體A和B；到達I時，打開閥門C，釋放液體C，這是一個連續(xù)的過程，A、B不斷進料，C流出，使液位保持恒定。按下停止按鈕時，閥門A和B同時關(guān)閉，液位下降到L時，出料閥關(guān)閉。