基于PLC的流量控制技術(shù)研究

朱思益（湖北工程職業(yè)學(xué)院,湖北 黃石 435000）

基于PLC的流量控制技術(shù)研究

朱思益
（湖北工程職業(yè)學(xué)院,湖北 黃石 435000）

摘 要：本文主要是基于PLC基礎(chǔ)之上提出了兩種對(duì)于流量控制的方法：PID控制和比值控制。首先我們根據(jù)流量的非線性和時(shí)變性特點(diǎn),提出了PID實(shí)時(shí)精確控制流量的一套控制方案。該方案是以PLC為平臺(tái),采用PID控制算法,該控制系統(tǒng)主要包括觸摸屏、電磁流量計(jì)、溫度傳感器、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥等部分組成。另外一種方法就是流量比值控制方案，該方案主要采用比值控制系統(tǒng)，這個(gè)系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用的非常廣泛，具有控制精度高，穩(wěn)定性好的特點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；比值控制；流量控制

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)液體流量的控制精度要求也不斷提高，單純的流量控制系統(tǒng)由于誤差比較大、控制精度不夠高且不具備實(shí)時(shí)控的一些缺點(diǎn)，所以滿足不了現(xiàn)代對(duì)液體流量高精度、高速度的控制需求。基于對(duì)PLC控制技術(shù)在技術(shù)領(lǐng)域的不斷成熟與完善，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，并且體現(xiàn)出了目前工業(yè)自動(dòng)化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的先進(jìn)水平。所以本文基于PLC的基礎(chǔ)之上展開(kāi)了對(duì)流量控制的技術(shù)研究。

1　PLC控制系統(tǒng)的簡(jiǎn)要概述

1.1 PLC控制系統(tǒng)的分析

PLC的全稱是可編程序控制器，它是以微處理器為核心，主要用于工業(yè)控制的一種計(jì)算機(jī)。PLC主要采用了微機(jī)技術(shù)，所以它不僅具有較強(qiáng)的邏輯控制功能，而且還具備數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)傳送等功能。目前大部分大型工廠工作過(guò)程主要采用用水泵控制電機(jī)的啟動(dòng)和停止，但是實(shí)時(shí)控制精度比較低。由于大部分流量系統(tǒng)的控制依舊采用繼電器邏輯控制，而且大部分采用手動(dòng)來(lái)完成，因此系統(tǒng)的自動(dòng)化程序很低!繼電器邏輯控制只能處理一些開(kāi)關(guān)量問(wèn)題，無(wú)法處理系統(tǒng)的模擬量問(wèn)題，并且其電氣線路比較復(fù)雜、可靠性低、穩(wěn)定性差、不利于檢修維護(hù)。

1.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

本文所介紹的控制系統(tǒng)采用的是三菱公司FX2N系列的處理器。FX2N系列的PLC體積比較小、性價(jià)比高且通信功能好，可以安裝到比標(biāo)準(zhǔn)尺寸小很多的空間內(nèi)。I/O型連接器能夠大大降低接線成本，并且可以節(jié)約接線時(shí)間。同時(shí)I/O點(diǎn)數(shù)最多可以擴(kuò)展到256點(diǎn),最多可以連接4個(gè)特殊功能模塊。

一個(gè)流量控制系統(tǒng)主要由控制器﹑變頻器﹑傳感器﹑執(zhí)行機(jī)構(gòu)﹑輸入輸出接口等部分組成。

2　流量控制的方法

2.1 PID流量控制

PID的全稱是比例積分微分控制，PID算法的主要優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單、可靠性高，并且工業(yè)過(guò)程控制中被廣泛的應(yīng)用，特別適用于可以建立精確數(shù)學(xué)模型的確定控制系統(tǒng)當(dāng)中。由于實(shí)際的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的流量具有非線性和時(shí)變性,所以很難建立精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)分析解決問(wèn)題。因此在實(shí)際的生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)中我們可以采用PID控制系統(tǒng)來(lái)解決流量的控制問(wèn)題。

電磁流量計(jì)通過(guò)實(shí)時(shí)采集供液流量的數(shù)據(jù)，首先將采集到的實(shí)時(shí)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換，然后由PLC讀入，接著PLC將實(shí)時(shí)流量值和設(shè)定流量值做比較，通過(guò)PID運(yùn)算后得到輸出目標(biāo)控制值，最后將控制值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后施加在電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上，那么電動(dòng)調(diào)節(jié)閥就可根據(jù)給定的控制值做出相應(yīng)的動(dòng)作，并且可以調(diào)節(jié)閥門(mén)的開(kāi)啟度。

比例環(huán)節(jié)(P)：按比例的形式來(lái)反映出系統(tǒng)誤差e(t)，當(dāng)偏差產(chǎn)生的時(shí)候，控制器就會(huì)立刻發(fā)揮控制作用，從而達(dá)到減小偏差的效果。

積分環(huán)節(jié)(I)：主要用來(lái)消除靜誤差，從而改善系統(tǒng)誤差率。積分作用主要是與積分時(shí)間常數(shù)密切相關(guān)，當(dāng)積分常數(shù)越大那么積分的作用就越弱，否則積分作用就越強(qiáng)。

微分環(huán)節(jié)(D)：主要是用來(lái)反映誤差信號(hào)的變化程度，并且它能夠在誤差信號(hào)變大之前，可以在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，這樣就可以加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，達(dá)到減少調(diào)節(jié)時(shí)間的效果。

PID參數(shù)的設(shè)置主要是根據(jù)控制對(duì)象的具體情況而選定的；另外一個(gè)方面也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定。比例系數(shù) 可以控制幅值的振蕩，如果 增大就會(huì)使得幅值大幅度的振蕩，但是振蕩頻率很小，因此就使得系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時(shí)間變長(zhǎng)；積分系數(shù) 主要反映動(dòng)作響應(yīng)速度的快慢，如果當(dāng) 增大了則響應(yīng)速度就會(huì)變慢，反之則快；微分系數(shù) 主要是用來(lái)消除靜態(tài)誤差的，一般我們都會(huì)把 設(shè)置的小一些，那么它對(duì)系統(tǒng)干擾就會(huì)小一些。

2.2 流量比值控制

在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中,一般只要是將兩種或兩種以上的物料量自動(dòng)地按照一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng),我們就把它稱為比值控制系統(tǒng)。

比值控制法種類比較多，其中包括開(kāi)環(huán)和閉環(huán)的比值控制，閉環(huán)又可以分為單閉環(huán)和雙閉環(huán)開(kāi)兩種控制方法。最為簡(jiǎn)單的一種控制方案就是開(kāi)環(huán)控制，而單閉環(huán)控制則是對(duì)開(kāi)環(huán)進(jìn)行完善后而設(shè)計(jì)的一種方案，但是這種方案也有不足之處就是只有一個(gè)副流量閉環(huán)控制，而缺少一個(gè)主流量閉環(huán)控制。

我們通過(guò)給出的原理圖可以看出：第一個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)是主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，它是以氯化鉀作為主流量的，當(dāng)我們完成設(shè)置之后，經(jīng)過(guò)閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，就可以消除擾動(dòng)誤差產(chǎn)生的影響，從而讓氯化鉀的流量能夠穩(wěn)定在我們所設(shè)定范圍值上，實(shí)際上主流量閉環(huán)控制就是屬于恒值控制系統(tǒng)。第二個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)是副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，它是以硫酸作為副流量，它的輸入量是由檢測(cè)和變送后的氯化鉀流量信號(hào)Q，與比值系數(shù)K的乘積。副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)主要包括變送器、副控制器、硫酸泵變頻器、硫酸泵以及檢測(cè)點(diǎn)等等部分。

3　結(jié)語(yǔ)

通過(guò)基于PLC基礎(chǔ)上的兩種流量控制方法的分析與研究，我們最終得到的結(jié)果表明:基于PLC編程的兩種流量控制方法都是可以采用的，因?yàn)閮煞N方法不僅可以提高流量控制的精度、滿足工廠的實(shí)際應(yīng)用需求，而且也實(shí)現(xiàn)了工廠自動(dòng)化控制、節(jié)約控制時(shí)間和生產(chǎn)成本，同時(shí)也大大的提高了生產(chǎn)效率。

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作者簡(jiǎn)介：朱思益（1986-），男，湖北黃岡人，碩士，助理實(shí)驗(yàn)師，主要研究方向：自動(dòng)控制。