生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)前言 21課題設(shè)計(jì)的背景 22造紙廢液處理的意義 23過程操縱的進(jìn)展概況 24可編程邏輯操縱器（PLC）的進(jìn)展 35PLC生產(chǎn)過程操縱系統(tǒng) 4第二章過程操縱方案比較、設(shè)計(jì) 51工藝過程分析 52配料（混料）反應(yīng)系統(tǒng) 63干燥處理系統(tǒng) 74操縱原理圖（見附錄） 85調(diào)劑閥流通能力的運(yùn)算 95.1調(diào)劑閥 95.2PID操縱算法 106數(shù)字PID參數(shù)的選擇 166.1采樣周期的選擇 166.2數(shù)字PID操縱的參數(shù)選擇 17.6.3數(shù)字PID操縱的工程實(shí)現(xiàn) 19第三章操縱系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì) 231可編程操縱器 231.1可編程操縱器（PLC） 231.2可編程操縱器的差不多原理 231.3可編程操縱器 261.4模擬量輸入模塊 261.5模擬量輸出模塊 272液位計(jì) 273溫度變送器 283.1概述 283.2要緊特點(diǎn) 283.3工作原理 294壓力變送器 305電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 31第四章操縱系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 341操縱系統(tǒng)整體分析 341.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)差不多原則 341.2邏輯操縱要求 341.3系統(tǒng)主電路圖 351.4輸入/輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì) 351.5PLC最終選型 37總結(jié) 38致謝 39參考文獻(xiàn) 40附錄 41前言1課題設(shè)計(jì)的背景本設(shè)計(jì)的背景是利用造紙工業(yè)產(chǎn)生的廢液生產(chǎn)顆粒狀復(fù)合肥料,要求為該生產(chǎn)過程設(shè)計(jì)相應(yīng)的操縱系統(tǒng)。造紙企業(yè)污染排放是我國水污染的一個(gè)要緊緣故。將造紙廠的廢水直截了當(dāng)排放會(huì)導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境嚴(yán)峻惡化，而廢水污染治理不僅技術(shù)復(fù)雜，而且投資專門大，因此造紙廢液治理成為企業(yè)和社會(huì)日益關(guān)注的問題。另一方面，造紙黑液也含有大量的可利用成分，其中含氮、鉀（硫酸鉀）、磷、硅及有機(jī)物等因此。能夠?qū)⒃旒垙S排出的黑液濃縮后，與有機(jī)質(zhì)預(yù)配料混合,再通過噴霧干燥成復(fù)合肥，達(dá)到治理造紙黑液的目的。2造紙廢液處理的意義造紙術(shù)作為我國古代“四大發(fā)明”之一，對(duì)人類文明的進(jìn)步做出了龐大的奉獻(xiàn)，但現(xiàn)代造紙工業(yè)卻處在落后水平。在我國，造紙業(yè)是傳統(tǒng)的用水大戶，也是造成水污染的重要污染源之一。隨著經(jīng)濟(jì)的進(jìn)展，企業(yè)日益面臨水資源短缺、原料匱乏的問題，而另一方面，水污染也越來越嚴(yán)峻。目前我國造紙工業(yè)廢水排放量及COD排放量均居我國各類工業(yè)排放量的首位，造紙工業(yè)對(duì)水環(huán)境的污染最為嚴(yán)峻，它不然而我國造紙工業(yè)污染防治的首要問題，也是全國工業(yè)廢水進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理的首要問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國縣及縣以上造紙及紙制品工業(yè)廢水排放量占全國工業(yè)總排放量的18.6%，其中處理排放達(dá)標(biāo)量占造紙工業(yè)廢水總排放量的49.3%，排放廢水中COD約占全國工業(yè)COD總排放量的44.0%。近年經(jīng)多方不懈努力，造紙工業(yè)水污染防治差不多取得了一定的成績，盡管紙及紙板產(chǎn)量逐年增加，但排放廢水中的COD卻逐年降低。由此看出，造紙工業(yè)初步實(shí)現(xiàn)了“增產(chǎn)減污”的目標(biāo)。但目前造紙行業(yè)約占排放總量50%的廢水尚未進(jìn)行達(dá)標(biāo)處理，廢水污染防治任務(wù)還相當(dāng)繁重。造紙黑液作為造紙工業(yè)的要緊污染物，含有大量可利用成分。典型造紙黑液所含的污染雜質(zhì)中，約有1/3為無機(jī)物，無機(jī)物要緊包括大量的游離堿和硫化物。2/3為有機(jī)物，有機(jī)物要緊是木質(zhì)素、半纖維素、糖類和有機(jī)酸等。這些物質(zhì)作為資源進(jìn)行回收，就能化害為利，制造出極為可觀的價(jià)值。因此對(duì)造紙黑液的治理，只有走資源化的道路，搞綜合利用，才能從全然上解決污染環(huán)境的問題，并在取得環(huán)境效益的同時(shí)，還可取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。3過程操縱的進(jìn)展概況差不多概念過程操縱系統(tǒng)指自動(dòng)操縱系統(tǒng)的被控量是溫度、壓力、流量、液位成分、粘度、濕度以及PH值(氫離子濃度)等如此一些過程變量時(shí)的系統(tǒng)。過程操縱指工業(yè)部門生產(chǎn)過程的自動(dòng)化。過程操縱的重要性進(jìn)入90年代以來自動(dòng)化技術(shù)進(jìn)展專門快，是重要的高科技技術(shù)。過程操縱是自動(dòng)化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程自動(dòng)化電過程操縱技術(shù)正在為實(shí)現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動(dòng)生產(chǎn)率、節(jié)約能源、改善勞動(dòng)條件、愛護(hù)環(huán)境衛(wèi)生等方面起著越來越大的作用。過程操縱的進(jìn)展概況19世紀(jì)40年代前后(手工時(shí)期)：手工操作狀態(tài)，憑體會(huì)人工操縱生產(chǎn)過程，勞動(dòng)生產(chǎn)率專門低。19世紀(jì)50年代前后(外表化與局部自動(dòng)化時(shí)期)：過程操縱進(jìn)展的第一個(gè)時(shí)期，一些工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)了外表化和局部自動(dòng)化。要緊特點(diǎn)：檢測(cè)和操縱外表采納基地式外表和部分單元組合外表(多數(shù)是氣動(dòng)外表)；過程操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單輸入、單輸出系統(tǒng)；被控參數(shù)溫度、壓力、流量和液位參數(shù)；操縱目的保持這些參數(shù)的穩(wěn)固，排除或者減少對(duì)生產(chǎn)過程的要緊擾動(dòng)；理論頻率法和根軌跡法的經(jīng)典操縱理論，解決單輸入單輸出的定值操縱系統(tǒng)的分析和綜合問題。19世紀(jì)60年代(綜合自動(dòng)化時(shí)期)：過程操縱進(jìn)展的第二個(gè)時(shí)期，工廠企業(yè)實(shí)現(xiàn)車間或大型裝置的集中操縱。要緊特點(diǎn)：檢測(cè)和操縱外表采納單元組合外表(氣動(dòng)、電動(dòng))和組裝外表，運(yùn)算機(jī)操縱系統(tǒng)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)直截了當(dāng)數(shù)字操縱(DDC)和設(shè)定值操縱(SPC)；過程操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)多變量系統(tǒng)，各種復(fù)雜操縱系統(tǒng)，如串級(jí)、比值、平均操縱、前饋、選擇性操縱系統(tǒng)；操縱目的提高操縱質(zhì)量或?qū)崿F(xiàn)專門要求；理論除經(jīng)典操縱理論，現(xiàn)代操縱理論開始應(yīng)用。前饋操縱按擾動(dòng)來操縱，在擾動(dòng)可測(cè)的情形下，能夠地提高操縱質(zhì)量。選擇性操縱在生產(chǎn)過程遇到不正常工況或被控量達(dá)到安全極限事，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的愛護(hù)性操縱。19世紀(jì)70年代以來(全盤自動(dòng)化時(shí)期)：進(jìn)展到現(xiàn)代過程操縱的新時(shí)期，這是過程操縱進(jìn)展的第三個(gè)時(shí)期。要緊特點(diǎn)：檢測(cè)和操縱外表新型外表、智能化外表、微型運(yùn)算機(jī)；過程操縱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)由單變量到多變量系統(tǒng)，由PID操縱規(guī)律到專門操縱規(guī)律，由定值操縱到最優(yōu)操縱、自適應(yīng)操縱，由外表操縱系統(tǒng)到智能化運(yùn)算機(jī)分布式操縱系統(tǒng)；理論現(xiàn)代操縱理論過程操縱領(lǐng)域，如狀態(tài)空間分析，系統(tǒng)辨識(shí)與狀態(tài)估量，最優(yōu)濾波與預(yù)報(bào)。4可編程邏輯操縱器（PLC）的進(jìn)展可編程操縱器（ProgrambleController）由美國設(shè)備數(shù)字公司于60年代末第一開發(fā)出來，并在通用汽車公司的技術(shù)改造中得到了成功的應(yīng)用。要緊實(shí)現(xiàn)多種邏輯操縱問題以取代傳統(tǒng)的繼電器硬接線方式操縱系統(tǒng)，另外也具備簡(jiǎn)單的邏輯處理、計(jì)數(shù)、定時(shí)功能。到20世紀(jì)70年代后期，人們將微處理器應(yīng)用于PLC中，使之成為一種專業(yè)的工業(yè)操縱運(yùn)算機(jī)，功能大大增強(qiáng)。逐步成為實(shí)現(xiàn)工業(yè)自動(dòng)化的要緊手段之一。PLC正朝著兩個(gè)方向進(jìn)展，一是微小型，具有體積更小、速度更快、功能更強(qiáng)、多功能、兼容性更好等特點(diǎn)，為小型化、低成本的操縱要求服務(wù)；二是大型，在具有以上特點(diǎn)的同時(shí)，還具有網(wǎng)絡(luò)化、通信等特點(diǎn)，以滿足組網(wǎng)功能，組建整個(gè)工廠的自動(dòng)化操縱系統(tǒng)。隨著技術(shù)的進(jìn)展和市場(chǎng)需求的增加，PLC的結(jié)構(gòu)和功能正在不斷的改進(jìn)，各個(gè)廠家也在不斷推出自己的新產(chǎn)品，產(chǎn)品的更新?lián)Q代速度專門快。在造紙廢液處理那個(gè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的技術(shù)大多使用的傳統(tǒng)的操縱方式——繼電器式。然而專門多大型現(xiàn)代化的污水處理企業(yè)差不多開始使用PLC操縱系統(tǒng)。相比之下，PLC操縱系統(tǒng)在操縱性能和了或新性上都超過傳統(tǒng)操縱方式，在行業(yè)內(nèi)也得到了廣泛的認(rèn)可。逐步在新一輪的技術(shù)改造中占據(jù)優(yōu)勢(shì)。5PLC生產(chǎn)過程操縱系統(tǒng)可編程操縱器（PLC）作為一種新興的工業(yè)操縱設(shè)備，它集合了運(yùn)算機(jī)技術(shù)和自動(dòng)化技術(shù)。其靈活可靠、功能強(qiáng)大、使用方便的優(yōu)點(diǎn)，使得可編程操縱器在操縱系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。隨著科技的飛速進(jìn)展，現(xiàn)在的可編程操縱器差不多擁有了專門多的功能，能夠用于邏輯操縱、模擬操縱、設(shè)備操縱、自動(dòng)化生產(chǎn)操縱等。還能夠與其他的運(yùn)算機(jī)等設(shè)備組成集散操縱系統(tǒng)。可編程操縱器之因此能得到飛速進(jìn)展，是因?yàn)樗蛡鹘y(tǒng)的電器操縱相比有專門多優(yōu)點(diǎn)，它繼承了傳統(tǒng)操縱方式的操縱成效和功能，它還有傳統(tǒng)操縱方式無法實(shí)現(xiàn)的功能。具體的說，相關(guān)于傳統(tǒng)的操縱方式，它有以下優(yōu)點(diǎn)：1.操縱方法，傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)操縱邏輯采納硬件接線，利用繼電器機(jī)械觸點(diǎn)的串聯(lián)或并聯(lián)等組合進(jìn)行操縱邏輯，其明顯的缺點(diǎn)是線多且復(fù)雜、體積大、功耗大。系統(tǒng)一旦架構(gòu)完畢，將無法進(jìn)行實(shí)時(shí)的系統(tǒng)改進(jìn)和升級(jí)?？删幊滩倏v器因?yàn)椴杉{了運(yùn)算機(jī)技術(shù)，其邏輯是以方程式的方式存在儲(chǔ)備器里，因此，在結(jié)構(gòu)上體積小、接線少、功耗小。觸點(diǎn)結(jié)構(gòu)也能夠靈活的擴(kuò)展。2.操縱速度，傳統(tǒng)操縱系統(tǒng)依靠機(jī)械觸點(diǎn)的動(dòng)作以實(shí)現(xiàn)操縱，工作頻率低，機(jī)械觸點(diǎn)還會(huì)顯現(xiàn)抖動(dòng)問題。而PLC通過程序指令操縱半導(dǎo)體電路來實(shí)現(xiàn)操縱的，速度快，程序指令執(zhí)行時(shí)刻在微秒級(jí)，且可不能顯現(xiàn)觸點(diǎn)抖動(dòng)問題。3.操縱精度，傳統(tǒng)操縱電路由于機(jī)械接觸問題，無法達(dá)到可編程操縱器精度高。4.可靠性，傳統(tǒng)的操縱系統(tǒng)用機(jī)械觸點(diǎn)接觸，其存在機(jī)械磨損、電弧燒傷等，壽命短，系統(tǒng)的連線多，因此可靠性和可愛護(hù)性較差。而PLC大量的開關(guān)動(dòng)作由無觸點(diǎn)的半導(dǎo)體電路來完成，其壽命長、可靠性高，PLC還具有自診斷功能，能查出自身的故障，隨時(shí)顯示給操作人員，并能動(dòng)態(tài)地監(jiān)視操縱程序的執(zhí)行情形，為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試和愛護(hù)提供了方便。第二章過程操縱方案比較、設(shè)計(jì)1工藝過程分析利用造紙工業(yè)產(chǎn)生的廢液生產(chǎn)顆粒狀復(fù)合肥的簡(jiǎn)化工藝過程如圖2-1所示：圖2-1工藝過程能夠如下描述，在顆粒復(fù)合肥的生產(chǎn)過程中，經(jīng)濃縮后的造紙黑液經(jīng)泵P1送入1#儲(chǔ)料罐，有機(jī)配料濃液經(jīng)泵P2送入2#儲(chǔ)料罐中。經(jīng)泵P3、P4將兩種液體輸入反應(yīng)器3#罐中，先加熱到一定溫度，然后進(jìn)行攪拌。攪拌一段時(shí)刻后由P5送入4#原料罐中，再由高壓泵P5打入壓力式干燥器中進(jìn)行干燥處理，產(chǎn)品由干燥器下部收集。通過對(duì)整個(gè)工藝過程的分析，能夠?qū)⒃撋a(chǎn)過程分為兩大部分，如圖2-2所示，即混料反應(yīng)過程和干燥工程。圖2-2據(jù)此，我們將造紙廢液生產(chǎn)顆粒狀復(fù)合肥料（plc）操縱系統(tǒng)要緊分兩大（系統(tǒng)）部分組成：一是配料（混料）反應(yīng)系統(tǒng)，如圖2-3所示；二是干燥處理系統(tǒng)，如圖2-4所示。圖2-3配料（混料）反應(yīng)系統(tǒng)圖2-4干燥系統(tǒng)2配料（混料）反應(yīng)系統(tǒng)圖2-3配料（混料）反應(yīng)系統(tǒng)的工藝過程操縱儀描述為，將1#、2#罐中的反應(yīng)液按一定得要求倒入3#反應(yīng)罐中，進(jìn)行加熱到T℃,然后進(jìn)行攪拌工序，攪拌t時(shí)刻后，將3#罐中的混合料打入4#罐中，預(yù)備進(jìn)入干燥系統(tǒng)。如何將1#、2#罐中的原料注入3號(hào)罐中，以實(shí)現(xiàn)原料的按比例注入，其方法大致有以下幾種：第一種設(shè)計(jì)方法，通過調(diào)劑泵P3、P4的流量來實(shí)現(xiàn)對(duì)原料成比例注入反應(yīng)罐的操縱。該設(shè)計(jì)方法能夠?qū)崟r(shí)的實(shí)現(xiàn)原料的按比例注入，更利于原料的混合，然而要通過PLC實(shí)現(xiàn)，則需要采納比例，比例-積分-微分等復(fù)雜的操縱。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的外表、設(shè)備及整個(gè)系統(tǒng)的要求比較高。第二種設(shè)計(jì)方法，通過調(diào)劑1#、2#罐的液位上下限來實(shí)現(xiàn)對(duì)原料成比例注入反應(yīng)罐的操縱。該設(shè)計(jì)方法利用簡(jiǎn)單的設(shè)備，即實(shí)現(xiàn)了原料的按比例注入，考慮到3#反應(yīng)罐在混料后有攪拌過程，因此，這種方法也可不能顯現(xiàn)原料混合不均的情形。然而，這種方法卻無法最好的利用大容量的1#、2#儲(chǔ)料罐的儲(chǔ)料功能。第三種設(shè)計(jì)方法，在反應(yīng)罐中設(shè)置上中下三個(gè)液位限，按先后順序注兩種原料，以此來實(shí)現(xiàn)對(duì)原料成比例注入反應(yīng)罐的操縱。這種方法差不多上克服了第一、二種方法中的缺點(diǎn)，同時(shí)，也滿足了差不多的要求。通過對(duì)已知三種方法的對(duì)比分析，在本設(shè)計(jì)中選擇第三種設(shè)計(jì)方法進(jìn)行3#罐的原料按比例注入操縱。3干燥處理系統(tǒng)圖2-4干燥系統(tǒng)的工藝過程能夠描述為，來自1#、2#原料罐的原料在3#罐通過反應(yīng)、加熱、攪拌等工序以后，形成了高濃度的糊狀物質(zhì)，儲(chǔ)存在4#原料罐中，通過高壓泵P6打入到干燥器中，干燥后最終得到我們的產(chǎn)品。要實(shí)現(xiàn)該干燥過程的自動(dòng)操縱，第一要選擇出合適的被控參數(shù)，要檢測(cè)產(chǎn)品是否干燥合格，最直截了當(dāng)?shù)姆椒ù_實(shí)是檢測(cè)產(chǎn)品中的水分，然而由于技術(shù)水平等緣故，測(cè)量水分十分困難，因此，我們選擇干燥器溫度作為被控參數(shù)。溫度波動(dòng)小于±1℃.在干燥過程中分別有原料流量、空氣量、蒸汽量阻礙干燥器溫度，分別會(huì)形成不同的操縱方式，具體的操縱示意圖分別如下：圖2-5以混合料流量為操縱參數(shù)的操縱方案示意圖圖2-6以進(jìn)風(fēng)量為操縱參數(shù)的操縱方案示意圖圖2-7以蒸汽量為操縱參數(shù)的操縱方案示意圖說明：f1(t)混合料流量；f2(t)風(fēng)量；f3(t)蒸汽量。按照?qǐng)D2-5使用混合料流量作為操縱參數(shù)時(shí)，操縱通道滯后最小，對(duì)干燥溫度的校正是最靈敏的，繞的通道的時(shí)刻延遲大同時(shí)作用位置靠近調(diào)劑閥，從操縱方面來看是最好的選擇。然而，該生產(chǎn)過程的最終產(chǎn)品是顆粒狀的復(fù)合肥料，要檢測(cè)產(chǎn)品的生產(chǎn)能力會(huì)專門難實(shí)現(xiàn)，因此，圖2-5所示操縱工藝不可取。圖2-6、圖2-7所示操縱工藝區(qū)別在于：由于換熱器是一雙容對(duì)象，時(shí)刻常數(shù)大，因而采納風(fēng)量為操縱參數(shù)時(shí)，圖2-6操縱系統(tǒng)的操縱通道的時(shí)刻常數(shù)小，擾動(dòng)通道的時(shí)刻常數(shù)則大；采納蒸汽量為操縱參數(shù)時(shí)（圖2-7），操縱通道時(shí)刻常數(shù)大，擾動(dòng)通道時(shí)刻常數(shù)反而小。此外，采納風(fēng)量為操縱參數(shù)時(shí)，擾動(dòng)作用點(diǎn)位置靠近調(diào)劑閥，依照相關(guān)選擇操縱參數(shù)的原則，選擇空氣量為操縱參數(shù)的方案為最佳，亦即圖2-6操縱方案。4操縱原理圖（見附錄）5調(diào)劑閥流通能力的運(yùn)算調(diào)劑閥額定流量系數(shù)的定義是：在規(guī)定條件下，即閥的兩端壓差為105Pa，流體的密度為1g/cm3，額定行程時(shí)流經(jīng)調(diào)劑閥以m3/h或t/h的流量數(shù)。調(diào)劑閥的流通能力值，是調(diào)劑閥的重要參數(shù)，它反映流體通過調(diào)劑閥的能力，也確實(shí)是調(diào)劑閥的容量。依照調(diào)劑閥流通能力值的運(yùn)算，就能夠確定選擇調(diào)劑閥的口徑。為了正確選擇調(diào)劑閥的尺寸，必須準(zhǔn)確運(yùn)算調(diào)劑閥的額定流量系數(shù)值。5.1調(diào)劑閥（空氣類介質(zhì)）Kv值運(yùn)算調(diào)劑閥的流通能力Kv值，介質(zhì)不同，算法也不同。本設(shè)計(jì)選用的調(diào)劑閥是用來操縱進(jìn)風(fēng)量的，屬于氣體類介質(zhì)，因此運(yùn)算Kv值夜選用氣體類算法。a.一樣氣體當(dāng)P2>0.5P1時(shí)當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)式中：P1—閥前壓力（絕對(duì)壓力）KPa；P2—閥后壓力（絕對(duì)壓力）KPa；Qg—標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下氣體流量m3/h；Pm—(P1、P2為絕對(duì)壓力)KPa；

△P=P1-P2；G—?dú)怏w比重（空氣G=1）；t—?dú)怏w溫度℃；b.高壓氣體（PN>10MPa）；當(dāng)P2>0.5P1時(shí)，當(dāng)P2≤0.5P1時(shí)，式中：Z—?dú)怏w壓縮系數(shù)，可查GB2624-81《流量測(cè)量節(jié)流裝置的設(shè)計(jì)安裝和使用》。調(diào)劑閥選擇的一樣步驟（1）第一依照生產(chǎn)能力和設(shè)備負(fù)荷運(yùn)算最大流量Qmax和最小流量Qmin。（2）依照所選擇的流量特性及系統(tǒng)特點(diǎn)選定S值，然后再依照壓力分配和管路缺失，確定最小壓差△Pmin和最大壓差△Pmax。（3）按流通能力運(yùn)算公式，求行最大流量時(shí)的Kvs。（4）依照Kvs在所選產(chǎn)品型式的標(biāo)準(zhǔn)，選取大于Kvs并接近的Kv值。（5）依照選定的Kv值和流量特性，驗(yàn)證調(diào)劑閥的開度，要求開度在10%與90%之間。（6）運(yùn)算R，驗(yàn)算可調(diào)比。（7）名項(xiàng)驗(yàn)證合格后，依照Kv值確定調(diào)劑閥的口徑。5.2PID操縱算法模擬PID操縱系統(tǒng)1、模擬PID操縱系統(tǒng)組成圖2－8模擬PID操縱系統(tǒng)原理框圖2、模擬PID調(diào)劑器的微分方程和傳輸函數(shù)PID調(diào)劑器是一種線性調(diào)劑器，它將給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)的偏差的比例(P)、積分(I)、微分(D)通過線性組合構(gòu)成操縱量，對(duì)操縱對(duì)象進(jìn)行操縱。1、PID調(diào)劑器的微分方程式中2、PID調(diào)劑器的傳輸函數(shù)3、PID調(diào)劑器各校正環(huán)節(jié)的作用①比例環(huán)節(jié)：即時(shí)成比例地反應(yīng)操縱系統(tǒng)的偏差信號(hào)e(t)，偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)劑器趕忙產(chǎn)生操縱作用以減小偏差。②積分環(huán)節(jié)：要緊用于排除靜差，提高系統(tǒng)的無差度。積分作用的強(qiáng)弱取決于積分時(shí)刻常數(shù)TI，TI越大，積分作用越弱，反之則越強(qiáng)。③微分環(huán)節(jié)：能反應(yīng)偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)(變化速率)，并能在偏差信號(hào)的值變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)劑時(shí)刻。數(shù)字PID操縱器1、模擬PID操縱規(guī)律的離散化模擬形式離散化形式2、數(shù)字PID操縱器的差分方程式中稱為比例項(xiàng)稱為積分項(xiàng)稱為微分項(xiàng)3、常用的操縱方式①P操縱②PI操縱③PD操縱④PID操縱4、PID算法的兩種類型①、位置型操縱――例如圖5－1－5調(diào)劑閥操縱②、增量型操縱――例如圖5－1－6步進(jìn)電機(jī)操縱PID算法的程序?qū)崿F(xiàn)1、增量型PID算法的程序流程增量型PID算法的算式式中，，2、增量型PID算法的程序流程――圖5－1－7（程序清單見教材）二、位置型PID算法的程序流程1、位置型的遞推形式2、位置型PID算法的程序流程――圖5－1－9只需在增量型PID算法的程序流程基礎(chǔ)上增加一次加運(yùn)算Δu(n)+u(n-1)=u(n)和更新u(n-1)即可。三、對(duì)操縱量的限制1、操縱算法總是受到一定運(yùn)算字長的限制2、執(zhí)行機(jī)構(gòu)的實(shí)際位置不承諾超過上(或下)極限標(biāo)準(zhǔn)PID的改進(jìn)1、微分項(xiàng)的改進(jìn)一、不完全微分型PID操縱算法1、不完全微分型PID算法傳遞函數(shù)圖5－2－1不完全微分型PID算法傳遞函數(shù)框圖2、完全微分和不完全微分作用的區(qū)別圖5-2-2完全微分和不完全微分作用的區(qū)別3、不完全微分型PID算法的差分方程4、不完全微分型PID算法的程序流程――圖5－2－3二、微分先行和輸入濾波微分先行微分先行是把對(duì)偏差的微分改為對(duì)被控量的微分，如此，在給定值變化時(shí)，可不能產(chǎn)生輸出的大幅度變化。而且由于被控量一樣可不能突變，即使給定值已發(fā)生改變，被控量也是緩慢變化的，從而不致引起微分項(xiàng)的突變。微分項(xiàng)的輸出增量為輸入濾波輸入濾波確實(shí)是在運(yùn)算微分項(xiàng)時(shí)，不是直截了當(dāng)應(yīng)用當(dāng)前時(shí)刻的誤差e(n)，而是采納濾波值e(n)，即用過去和當(dāng)前四個(gè)采樣時(shí)刻的誤差的平均值，再通過加權(quán)求和形式近似構(gòu)成微分項(xiàng)積分項(xiàng)的改進(jìn)一、抗積分飽和積分作用雖能排除操縱系統(tǒng)的靜差，但它也有一個(gè)副作用，即會(huì)引起積分飽和。在偏差始終存在的情形下，造成積分過量。當(dāng)偏差方向改變后，需通過一段時(shí)刻后，輸出u(n)才脫離飽和區(qū)。如此就造成調(diào)劑滯后，使系統(tǒng)顯現(xiàn)明顯的超調(diào)，惡化調(diào)劑品質(zhì)。這種由積分項(xiàng)引起的過積分作用稱為積分飽和現(xiàn)象。克服積分飽和的方法：1、積分限幅法積分限幅法的差不多思想是當(dāng)積分項(xiàng)輸出達(dá)到輸出限幅值時(shí)，即停止積分項(xiàng)的運(yùn)算，這時(shí)積分項(xiàng)的輸出取上一時(shí)刻的積分值。其算法流程如圖5-2-4所示。2、積分分離法積分分離法的差不多思想是在偏差大時(shí)不進(jìn)行積分，僅當(dāng)偏差的絕對(duì)值小于一預(yù)定的門限值ε時(shí)才進(jìn)行積分累積。如此既防止了偏差大時(shí)有過大的操縱量，也幸免了過積分現(xiàn)象。其算法流程如圖5-2-5。圖5-2-4積分限幅法程序流程5-2-5積分分離法程序流程3、變速積分法變速積分法的差不多思想是在偏差較大時(shí)積分慢一些，而在偏差較小時(shí)積分快一些，以盡快排除靜差。即用代替積分項(xiàng)中的式中為一預(yù)定的偏差限。二、排除積分不靈敏區(qū)1、積分不靈敏區(qū)產(chǎn)生的緣故當(dāng)運(yùn)算機(jī)的運(yùn)行字長較短，采樣周期T也短，而積分時(shí)刻TI又較長時(shí)，)容易顯現(xiàn)小于字長的精度而丟數(shù)，此積分作用消逝，這就稱為積分不靈敏區(qū)。2、排除積分不靈敏區(qū)的措施：1）增加A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)，加長運(yùn)算字長，如此能夠提高運(yùn)算精度。2）當(dāng)積分項(xiàng)小于輸出精度ε的情形時(shí)，把它們一次次累加起來，即其程序流程如圖5-2-6所示。6數(shù)字PID參數(shù)的選擇6.1采樣周期的選擇一、選擇采樣周期的重要性采樣周期越小，數(shù)字模擬越精確，操縱成效越接近連續(xù)操縱。對(duì)大多數(shù)算法，縮短采樣周期可使操縱回路性能改善，但采樣周期縮短時(shí)，頻繁的采樣必定會(huì)占用較多的運(yùn)算工作時(shí)刻，同時(shí)也會(huì)增加運(yùn)算機(jī)的運(yùn)算負(fù)擔(dān)，而對(duì)有些變化緩慢的受控對(duì)象無需專門高的采樣頻率即可中意地進(jìn)行跟蹤，過多的采樣反而沒有多少實(shí)際意義。二、選擇采樣周期的原則――采樣定理最大采樣周期式中為信號(hào)頻率組分中最高頻率重量。三、選擇采樣周期應(yīng)綜合考慮的因素1、給定值的變化頻率加到被控對(duì)象上的給定值變化頻率越高，采樣頻率應(yīng)越高，以使給定值的改變通過采樣迅速得到反映，而不致在隨動(dòng)操縱中產(chǎn)生大的時(shí)延。2、被控對(duì)象的特性考慮對(duì)象變化的緩急，若對(duì)象是慢速的熱工或化工對(duì)象時(shí)，T一樣取得較大。在對(duì)象變化較快的場(chǎng)合，T應(yīng)取得較小?？紤]干擾的情形，從系統(tǒng)抗干擾的性能要求來看，要求采樣周期短，使擾動(dòng)能迅速得到校正。3、使用的算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型采樣周期太小，會(huì)使積分作用、微分作用不明顯。同時(shí)，因受微機(jī)運(yùn)算精度的阻礙，當(dāng)采樣周期小到一定程度時(shí)，前后兩次采樣的差別反映不出來，使調(diào)劑作用因此而減弱。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作慣性大，采樣周期的選擇要與之適應(yīng)，否則執(zhí)行機(jī)構(gòu)來不及反應(yīng)數(shù)字操縱器輸出值的變化。4、操縱的回路數(shù)要求操縱的回路較多時(shí)，相應(yīng)的采樣周期越長，以使每個(gè)回路的調(diào)劑算法都有足夠的時(shí)刻來完成。操縱的回路數(shù)n與采樣周期T有如下關(guān)系：式中，Tj是第j個(gè)回路操縱程序的執(zhí)行時(shí)刻。表5-3-1是常用被控量的體會(huì)采樣周期。實(shí)踐中，可按表中的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，通過試驗(yàn)最后確定最合適的采樣周期。6.2數(shù)字PID操縱的參數(shù)選擇一、數(shù)字PID參數(shù)的原則要求和整定方法1、原則要求：被控過程是穩(wěn)固的，能迅速和準(zhǔn)確地跟蹤給定值的變化，超調(diào)量小，在不同干擾下系統(tǒng)輸出應(yīng)能保持在給定值，操作變量不宜過大，在系統(tǒng)與環(huán)境參數(shù)發(fā)生變化時(shí)控制應(yīng)保持穩(wěn)固。明顯，要同時(shí)滿足上述各項(xiàng)要求是困難的，必須依照具體過程的要求，滿足要緊方面，并兼顧其它方面。2、PID參數(shù)整定方法：理論運(yùn)算法――依靠被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型（一樣較難做到）工程整定法――不依靠被控對(duì)象準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，直截了當(dāng)在操縱系統(tǒng)中進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)整定（簡(jiǎn)單易行）二、常用的簡(jiǎn)易工程整定法1、擴(kuò)充臨界比例度法――適用于有自平穩(wěn)特性的被控對(duì)象整定數(shù)字調(diào)劑器參數(shù)的步驟是：(1)選擇采樣周期為被控對(duì)象純滯后時(shí)刻的十分之一以下。(2)去掉積分作用和微分作用，逐步增大比例度系數(shù)直至系統(tǒng)對(duì)階躍輸入的響應(yīng)達(dá)到臨界振蕩狀態(tài)(穩(wěn)固邊緣)，記下現(xiàn)在的臨界比例系數(shù)及系統(tǒng)的臨界振蕩周期。(3)選擇操縱度。通常，當(dāng)操縱度為1.05時(shí)。就能夠認(rèn)為DDC與模擬操縱成效相當(dāng)。(4)依照選定的操縱度，查表5-3-2求得T、KP、TI、TD的值。2、擴(kuò)充響應(yīng)曲線法――適用于多容量自平穩(wěn)系統(tǒng)參數(shù)整定步驟如下：(1)讓系統(tǒng)處于手動(dòng)操作狀態(tài)，將被調(diào)量調(diào)劑到給定值鄰近，并使之穩(wěn)固下來，然后突然改變給定值，給對(duì)象一個(gè)階躍輸入信號(hào)。(2)用記錄外表記錄被調(diào)量在階躍輸入下的整個(gè)變化過程曲線，如圖5-3-1所示。(3)在曲線最大斜率處作切線，求得滯后時(shí)刻τ，被控對(duì)象時(shí)刻常數(shù)Tτ以及它們的比值Tτ/τ。(4)由求得的τ、Tτ及Tτ/τ查表5-3-3，即可求得數(shù)字調(diào)劑器的有關(guān)參數(shù)KP、TI、TD及采樣周期T。3、歸一參數(shù)整定法令，，。則增量型PID操縱的公式簡(jiǎn)化為改變KP，觀看操縱成效，直到中意為止。.6.3數(shù)字PID操縱的工程實(shí)現(xiàn)給定值和被控量處理一、給定值處理圖5-4-2給定值處理1、選擇給定值SV――通過選擇軟開關(guān)CL/CR和CAS/SCC選擇：內(nèi)給定狀態(tài)――給定值由操作員設(shè)置外給定狀態(tài)――給定值來自外部，通過軟開關(guān)CAS/SCC選擇：串級(jí)操縱――給定值SVS來自主調(diào)劑模塊SCC操縱――給定值SVS來自上位運(yùn)算機(jī)2、給定值變化率限制――變化率的選取要適中二、被控量處理圖5-4-3被控量處理1、被控量超限報(bào)警：當(dāng)PV>PH(上限值)時(shí)，則上限報(bào)警狀態(tài)(PHA)為“1”；當(dāng)PV<PL(下限值)時(shí)，則下限報(bào)警狀態(tài)(PLA)為“1”。為了不使PHA/PLA的狀態(tài)頻率改變，能夠設(shè)置一定的報(bào)警死區(qū)(HY)。2、被控量變化率限制――變化率的選取要適中偏差處理圖5-4-4偏差處理一、運(yùn)算偏差――依照正/反作用方式(D/R)運(yùn)算偏差DV二、偏差報(bào)警――偏差過大時(shí)報(bào)警DLA為“1”三、輸入補(bǔ)償――依照輸入補(bǔ)償方式ICM的四種狀態(tài)，決定偏差輸出CDV：非線性特性圖5－4－5非線性特性操縱算法的實(shí)現(xiàn)圖5-4-6PID運(yùn)算當(dāng)軟開關(guān)DV/PV切向DV位置時(shí)，則選用偏差微分方式；當(dāng)軟開關(guān)DV/PV切向PV位置時(shí)，則選用測(cè)量(即被控量)微分方式。操縱量處理圖5-4-7操縱量處理一、輸出補(bǔ)償――依照輸出補(bǔ)償方式OCM的四種狀態(tài)，決定操縱量輸出二、變化率限制――操縱量的變化率MR的選取要適中三、輸出保持――――通過選擇軟開關(guān)FH/NH選擇當(dāng)軟開關(guān)FH/NH切向NH位置時(shí)，輸出操縱量保持不變；當(dāng)軟開關(guān)FH/NH切向FH位置時(shí)，又復(fù)原正常輸出方式。四、安全輸出當(dāng)軟開關(guān)FS/NS切向NS位置時(shí)，現(xiàn)時(shí)刻的操縱量等于預(yù)置的安全輸出量MS；當(dāng)軟開關(guān)FS/NS切向FS位置時(shí)，又復(fù)原正常輸出方式。自動(dòng)/手動(dòng)切換在正常運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)處于自動(dòng)狀態(tài)；而在調(diào)試時(shí)期或顯現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)處于手動(dòng)狀態(tài)。圖5-4-8為自動(dòng)/手動(dòng)切換處理框圖。一、軟自動(dòng)/軟手動(dòng)當(dāng)軟開關(guān)SA/SM切向SA位置時(shí)，系統(tǒng)處于正常的自動(dòng)狀態(tài)，稱為軟自動(dòng)(SA)；當(dāng)軟開關(guān)SA/SM切向SM位置時(shí)，操縱量來自操作鍵盤或上位運(yùn)算機(jī)，稱為軟手動(dòng)(SM)。一樣在調(diào)試時(shí)期，采納軟手動(dòng)(SM)方式。二、操縱量限幅――對(duì)操縱量MV進(jìn)行上、下限限處理,使得MH≤MV≤ML.三、自動(dòng)/手動(dòng)當(dāng)開關(guān)處于HA位置時(shí)，操縱量MV通過D/A輸出，稱為自動(dòng)狀態(tài)(HA)狀態(tài))；當(dāng)開關(guān)處于HM位置時(shí)，手動(dòng)操作器對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行操作，稱為手動(dòng)狀態(tài)(HM狀態(tài))。四、無平穩(wěn)無擾動(dòng)切換1、無平穩(wěn)無擾切換的要求在進(jìn)行手動(dòng)到自動(dòng)或自動(dòng)到手動(dòng)的切換之前，無須由人工進(jìn)行手動(dòng)輸出操縱信號(hào)與自動(dòng)輸出操縱信號(hào)之間的對(duì)位平穩(wěn)操作，就能夠保證切換時(shí)可不能對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的現(xiàn)有位置產(chǎn)生擾動(dòng)。2、無平穩(wěn)無擾切換的措施。在手動(dòng)(SM或HM)狀態(tài)下，應(yīng)使給定值(CSV)跟蹤被控量(CPV)，同時(shí)也要把歷史數(shù)據(jù)，如e(n-1)和e(n-2)清零，還要使u(n-1)跟蹤手動(dòng)操縱量(MV或VM)。從輸出保持狀態(tài)或安全輸出狀態(tài)切向正常的自動(dòng)工作狀態(tài)時(shí)，可采取類似的措施。第三章操縱系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)1可編程操縱器1.1可編程操縱器（PLC）PLC(programmerlogiccontroller),即可編程操縱器，是一種數(shù)字運(yùn)算操作的電子系統(tǒng)，專為工業(yè)環(huán)境下應(yīng)用而設(shè)計(jì)。它采納可編程操縱器的儲(chǔ)備器，用來在其內(nèi)部進(jìn)行邏輯運(yùn)算。順序操縱、定時(shí)、運(yùn)算和運(yùn)算操作的指令，并通過數(shù)字式和模擬式的輸入和輸出，操縱機(jī)械的生產(chǎn)過程，PLC及其有關(guān)外圍設(shè)備，都易于擴(kuò)充功能原則設(shè)計(jì)?？删幊滩倏v器具有以下特點(diǎn)：①可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)工業(yè)生產(chǎn)一樣對(duì)操縱設(shè)備有專門高的可靠性要求，應(yīng)具有專門強(qiáng)的抗干擾能力，能在惡劣的環(huán)境中可靠的工作，平均無故障間隔（MTBF）高，故障修復(fù)時(shí)刻短。②功能完善PLC具有數(shù)字和模擬量的輸入輸出，邏輯算術(shù)運(yùn)算定時(shí)，計(jì)數(shù)，順序操縱，功率驅(qū)動(dòng)，通信，人機(jī)對(duì)話，自檢記錄和顯示功能，使操縱水平大提高。③編程簡(jiǎn)單，使用方便目前，大多數(shù)PLC均采納繼電器式操縱形式的“梯形圖”編程方式，既繼承了傳統(tǒng)操縱線路的清晰直觀，又易于同意，因此普遍受到歡迎。④操縱程序可變，具有專門好的靈活性PLC只需改變程序就能夠滿足不同的要求，是PLC較繼電器操縱無可比擬的優(yōu)點(diǎn)。⑤擴(kuò)充方便，組合靈活PLC產(chǎn)品大多為模塊化設(shè)計(jì)，都有擴(kuò)充插口，能夠適應(yīng)各種不同的工業(yè)操縱需要。1.2可編程操縱器的差不多原理PLC差不多組成部分有輸入部分，邏輯部分和輸出部分。輸入部分是指各種按鈕、行程開關(guān)，接近開關(guān)，轉(zhuǎn)換開關(guān)。邏輯部分是由各種繼電器及觸點(diǎn)組成的實(shí)現(xiàn)一定邏輯功能的操縱線路。輸出部分是各種繼電器。接觸器和電磁閘以及信號(hào)燈等執(zhí)行電器。輸入輸入邏輯輸出圖4.1差不多組成形式Fig4.1Theformatofbasicalstructure各部分的要緊功能作用：輸入部分：它收集并儲(chǔ)存被控對(duì)象實(shí)際運(yùn)行的數(shù)據(jù)和信息。邏輯部分：處理輸入部分所取得的信息，同時(shí)按照被控對(duì)象的實(shí)際動(dòng)作要求，做出邏輯反映。輸出部分：可提供正在被操縱的許多裝置中的某些設(shè)備實(shí)時(shí)操作處理?？删幊滩倏v器的要緊邏輯部件：a.繼電器邏輯：1輸入繼電器2輸出繼電器3內(nèi)部繼電器定時(shí)器邏輯：1定時(shí)條件,2定時(shí)語句,3定時(shí)器當(dāng)前值,4定時(shí)繼電器;計(jì)數(shù)器邏輯：1計(jì)數(shù)器的復(fù)位信號(hào),2計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)信號(hào),3計(jì)數(shù)器設(shè)定值的經(jīng)歷單元,4計(jì)數(shù)器當(dāng)前計(jì)數(shù)值單元,5計(jì)數(shù)器繼電器.b.觸發(fā)器邏輯c.移位寄存器d.數(shù)據(jù)寄存器可編程操縱器內(nèi)部儲(chǔ)備單元有“I”和“O”這兩種狀態(tài)，對(duì)應(yīng)于繼電器的“ON”“OFF”狀態(tài)，軟件為“軟繼電器”，它與通常的物理繼電器相比有以下特點(diǎn)：e.體積小，功耗低f.無觸點(diǎn)，速度快，壽命長g.有上千個(gè)常開、常閉觸點(diǎn)，供程序使用，在使用過程中不考慮觸點(diǎn)容量?？删幊滩倏v器的內(nèi)部硬件組成：a.CPU（centrolprocessunit）它是PLC核心組成部分，功能與微機(jī)的CPU功能一致。b.系統(tǒng)程序儲(chǔ)備器它用以存放系統(tǒng)工作程序（監(jiān)控程序），模塊化應(yīng)用功能子程序，命令說明、功能子程序調(diào)用治理，儲(chǔ)備各種系統(tǒng)參數(shù)等功能。c.用戶儲(chǔ)備器用以存放用戶程序，即存放通過編程器輸入的用戶程序d.輸入輸出組件（I/O）模塊I/O模塊是CPU與現(xiàn)聲I/O裝置或其它外部設(shè)備之間的連接部件。e.編程器編程器是用于用戶程序的編制、編輯、調(diào)試檢查和監(jiān)視。f.外部設(shè)備g.電源其原理圖如下所示：圖4-2PLC原理圖圖4-2PLC原理圖（3）PLC工作過程的特點(diǎn)PLC工作過程是周期循環(huán)掃描的工作過程，如圖4-3所示：PLC采納集中采樣，集中輸出的工作方式，減少了外界干擾的阻礙。PLC工作過程分三時(shí)期進(jìn)行，即輸入采樣時(shí)期，程序執(zhí)行時(shí)期和輸出刷新時(shí)期.圖4-3PLC掃描工作原理圖圖4-3PLC掃描工作原理圖Fig4.3TheprincipleofPLCscanningFig4.3TheprincipleofPLCscanning（4）PLC對(duì)輸出的處理原則a.輸入映像存器的數(shù)據(jù)，取決于輸入端子板上各輸入點(diǎn)的上一個(gè)刷新期間的接通/斷開狀態(tài)。b.程序如何執(zhí)行取決于用戶所編制的程序和輸入/輸出映像寄存器的內(nèi)容及其它各元件映像寄存器的內(nèi)容。c.輸出映像寄存器的數(shù)據(jù)取決于輸出指令的執(zhí)行結(jié)果。d.輸出鎖存器中的數(shù)據(jù)，由上一次輸出刷新期間輸出映像寄存器中的數(shù)據(jù)決定。e.輸出端子的接通/斷開狀態(tài)，由輸出鎖存器決定。1.3可編程操縱器可編程操縱器的差不多特點(diǎn)：=1\*GB3①FX系列是由電源、CPU、儲(chǔ)備器和輸出入器件組成的單元型可編程操縱器。而且，AC電源、DC輸入型的內(nèi)裝DC24V電源作為傳感器的輔助電源。=2\*GB3②差不多單元及擴(kuò)展單元采納易于修理的裝卸式端子臺(tái)。=3\*GB3③在編程端子罩內(nèi)裝有RUN/STOP開關(guān)。=4\*GB3④標(biāo)準(zhǔn)型內(nèi)裝8K步有備用電池的RAM儲(chǔ)備器。另外，若采納可選的儲(chǔ)備卡盒，那么，最大可擴(kuò)展到16K步。關(guān)于儲(chǔ)備器的類型，能夠選用RAM、EEPROM、EPROM。⑤內(nèi)含計(jì)時(shí)器功能，也能夠進(jìn)行時(shí)刻操縱。⑥PC使用A7PHP/A7HGP、A6GPP/A6PHP相對(duì)應(yīng)的編程軟件，能夠在RUN時(shí)改變程序。⑦通過設(shè)定參數(shù)能夠確保編程儲(chǔ)備器內(nèi)原件注釋（日文字母/字母數(shù)字）區(qū)域。此外，還具有利用可輸入漢字的外圍設(shè)備給程序加漢字注釋的顯示功能。⑧可表現(xiàn)SFC（順序功能圖）方式程序。可設(shè)計(jì)適合機(jī)器運(yùn)行的順空程序。此外，程序也能夠和指令、梯形電路圖互相轉(zhuǎn)換。⑨可編程操縱器是由簡(jiǎn)便指令到復(fù)雜操縱指令支持。簡(jiǎn)便指令是為減輕序列程序編輯負(fù)擔(dān)，復(fù)雜操縱指令則要求操縱復(fù)雜。⑩可編程操縱器具有高速計(jì)數(shù)器、脈沖捕捉功能、輸入輸出更新功能、輸入濾波器常數(shù)變更功能、輸入中斷功能、定時(shí)中斷功能、計(jì)數(shù)中斷功能。1.4模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊的差不多特點(diǎn)：=1\*GB3①模擬專門模塊有四個(gè)輸入通道，輸入通道同意模擬信號(hào)并將其裝換成數(shù)字量，這稱為A/D轉(zhuǎn)換。最大辨論率是12位。=2\*GB3②基于電壓或者電流的輸入/輸出的選擇通過用戶配線來完成，可選用的模擬范疇是-10V到10VDC(辨論率：5mV)、或者4到20mA，-20到20mA(辨論率：20uA)。=3\*GB3③和主單元之間通過緩沖儲(chǔ)備器交換數(shù)據(jù)，共有32個(gè)緩沖儲(chǔ)備器（每個(gè)16位）。=4\*GB3④占用擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)能夠分配成輸入或輸出，消耗主單元或有源擴(kuò)展單元5V電源槽30mA的電流。1.5模擬量輸出模塊模擬量輸出模塊的差不多特點(diǎn)：=1\*GB3①模擬專門模塊有四個(gè)輸出通道，輸出通道同意數(shù)字信號(hào)并將其裝換成模擬量，這稱為D/A轉(zhuǎn)換。最大辨論率是12位。=2\*GB3②基于電壓或者電流的輸入/輸出的選擇通過用戶配線來完成，可選用的模擬范疇是-10V到10VDC(辨論率：5mV)、或者0到20mA(辨論率：20uA)，可被每個(gè)通道分別選擇。=3\*GB3③和主單元之間通過緩沖儲(chǔ)備器交換數(shù)據(jù)，共有32個(gè)緩沖儲(chǔ)備器（每個(gè)16位）。=4\*GB3④占用擴(kuò)展總線的8個(gè)點(diǎn)，這8個(gè)點(diǎn)能夠分配成輸入或輸出，消耗主單元或有源擴(kuò)展單元5V電源槽30mA的電流。2液位計(jì)本設(shè)計(jì)中的液體為高粘度的混合液體，因此，常規(guī)的液位計(jì)專門難滿足要求，CTS-DD型電導(dǎo)式液位操縱器是一種新型的電導(dǎo)式液位操縱器。其靈敏度可調(diào)，對(duì)低電導(dǎo)率的液體具有極強(qiáng)的抗結(jié)垢能力。該操縱器能夠通過測(cè)量電極與導(dǎo)電液體的接觸，連通操縱電路的電流，再由操縱電路把那個(gè)電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為繼電器的觸點(diǎn)開關(guān)輸出，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)液位的傳感和操縱。CTS-DD型電導(dǎo)式液位操縱器的差不多特點(diǎn)：①安裝調(diào)試簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，價(jià)格低廉。②可通過靈敏度調(diào)整適應(yīng)不同電導(dǎo)率的液體。③關(guān)于較低電導(dǎo)率的液體具有極強(qiáng)的抗結(jié)垢能力。④有一體型和分體型結(jié)構(gòu)，使用方便靈活。CTS-DD型電導(dǎo)式液位操縱器要緊技術(shù)指標(biāo)：①工作電源：AC220V±10%50HZ②功率：≤3W③環(huán)境溫度：-30～50℃④介質(zhì)溫度：-40～250℃⑤介質(zhì)壓力：1MPa⑥液體電導(dǎo)率：≤200K⑦繼電器輸出觸點(diǎn)容量：AC250V0.5A；DC28V，0.5A⑧電極材料：不銹鋼3溫度變送器SBWR/Z數(shù)顯一體化溫度變送器SBWR/Z一體化數(shù)顯溫度變送器產(chǎn)品特點(diǎn):3.1概述

SBWR、SBWZ系列熱電偶、熱電阻溫度變送器是DDZ系列外表中的現(xiàn)場(chǎng)安裝式溫度變送器單元，與工業(yè)熱電偶、熱電阻配套使用，它采納二線制傳輸方式（兩根導(dǎo)線作為電源輸入和信號(hào)輸出的公用傳輸線）。將工業(yè)熱電偶、熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換成與輸入信號(hào)或與溫度信號(hào)成線性的4-20mA、0-10mA的輸出信號(hào).一體化數(shù)顯溫度變送器可直截了當(dāng)安裝在熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)與之形成一體化結(jié)構(gòu)。它作為新一代測(cè)溫外表可廣泛應(yīng)用與冶金、石油、化工、電力、輕工、紡織、食品、國防以及科研等工業(yè)部門。3.2要緊特點(diǎn)

·采納硅橡膠或環(huán)氧樹脂密封結(jié)構(gòu)，因此耐震、耐濕、適合在惡劣的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境安裝使用?！がF(xiàn)場(chǎng)安裝在熱電偶、熱電阻的接線盒內(nèi)使用，直截了當(dāng)輸出4-20mA、0-10mA的輸出信號(hào)。如此既節(jié)約了昂貴的補(bǔ)償導(dǎo)線費(fèi)用，又提高了信號(hào)遠(yuǎn)距離傳輸過程中的抗干擾能力；

·熱電偶變送器具有冷端溫度自動(dòng)補(bǔ)償功能；·精度高、功耗低，使用環(huán)境溫度范疇寬，工作穩(wěn)固可靠；·適用范疇廣、既能夠與熱電偶、熱電阻形成一體化現(xiàn)場(chǎng)安裝結(jié)構(gòu)，也能夠作為功能模塊安裝在檢測(cè)設(shè)備中和外表盤上使用；·智能型溫度變送器可通過HART調(diào)制解調(diào)器與上位機(jī)通訊或與手持器和PC機(jī)對(duì)變送器的型號(hào)、分度號(hào)、量程進(jìn)行遠(yuǎn)程信息治理、組態(tài)、變量監(jiān)測(cè)、校準(zhǔn)和愛護(hù)功能；

·智能型溫度變送器可按用戶實(shí)際需要調(diào)整變送器的顯示方向，并顯示變送器所測(cè)的介質(zhì)溫度、傳感器值的變化、輸出電流和百分比例；3.3工作原理熱電偶或熱電阻傳感器將被測(cè)溫度轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再將該信號(hào)送入變送器的輸入網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)包含調(diào)零和熱電偶補(bǔ)償?shù)认嚓P(guān)電路。經(jīng)調(diào)零后的信號(hào)輸入

到運(yùn)算放大器進(jìn)行信號(hào)放大，放大的信號(hào)一路經(jīng)V/I轉(zhuǎn)換器運(yùn)算處理后以4－20mA直流電流輸出；另一路經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器處理后到表頭顯示。變送器的線性化電路有兩種，均采納反饋方式。對(duì)熱電阻傳感器，用正反饋方式校正，對(duì)熱電偶傳感器，用多段折線靠近法進(jìn)行校正。一體化數(shù)字顯示溫度變送器有兩種顯示方式。LCD顯示的溫度變送器用兩線制方式輸出，LED顯示的溫度變送器用三線制方式輸出。技術(shù)參數(shù)1、輸入信號(hào)：熱電偶：K、E、J、B、S、T、N。熱電阻：Pt100、Cu50、Cu100(三線制、四線制)。智能型溫度變送器的輸入信號(hào)可通過手持器和PC機(jī)任意設(shè)置；2輸出信號(hào)：在量程范疇內(nèi)輸出4－20mA直流信號(hào)，與熱電偶或熱電阻的輸入信號(hào)成線性或與溫度成線性。智能型溫度變送器輸出4－20mA直流信號(hào)同時(shí)疊加符合HART標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議通信；隔離式溫度變送器：輸入與輸出相隔離，隔離電壓500V，增加了抗共模干擾能力，更適合與運(yùn)算機(jī)連網(wǎng)使用；3、差不多誤差：0.5%FS、0.2%FS、智能型0.2%FS；

4、接線方式：二線制、三線制、四線制；5、顯示方式：四位LCD顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度，智能型四位LCD可通過PC機(jī)或手持器設(shè)定使之顯示現(xiàn)場(chǎng)溫度、傳感器值、輸出電流和百分比例中的任一種參數(shù)；6、工作電壓：一般型號(hào)12V-35V，智能型12V-45V，額定工作電壓為24V7、承諾負(fù)載電阻：500Ω（24VDC供電）；極限負(fù)載電阻R（max）=50(Vmin-12),例如在額定工作電壓24V時(shí)，負(fù)載電阻可在0-600Ω范疇內(nèi)選擇使用。8、工作環(huán)境：a:環(huán)境溫度-25-+80℃-25-+70℃-25-+75℃b:相對(duì)濕度：5%-95%c:機(jī)械振動(dòng)f≤50Hz,

振幅≤0.15mm

d:無腐蝕氣體或類似的環(huán)境；

9、

環(huán)境阻礙系數(shù)：δ≤0.05%/℃。4壓力變送器MPM4730型智能壓力變送器是一款高精度、高穩(wěn)固性的智能化壓力測(cè)量產(chǎn)品。該產(chǎn)品采納數(shù)字技術(shù)在傳感器制造領(lǐng)域的最新應(yīng)用成果，結(jié)合國際最先進(jìn)的壓阻式壓力變送器設(shè)計(jì)制造技術(shù)，周密數(shù)字化溫度補(bǔ)償和非線性修正技術(shù)，一體化的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)化的信號(hào)輸出，體積小、精度高、重量輕、量程覆蓋范疇寬，適用于各行業(yè)需要對(duì)流體壓力進(jìn)行周密測(cè)量的場(chǎng)所。該產(chǎn)品以兩線制方式工作，能夠直截了當(dāng)替代模擬兩線制4～20mADC輸出變送器。綜合精度①±0.075%FS（最?。?.15%FS（典型）±0.25%FS（最大）長期穩(wěn)固性±0.2%FS/年補(bǔ)償溫度②-10℃～80℃工作/貯存溫度-40℃～80℃供電(8～28)VDC（RS485接口型）/(12～30)VDC（HARTa型）(4～20)mADC輸出RS485接口/HARTa協(xié)議（可選）(4～20)mADC輸出，（U-8V/12V）/0.02A（Ω）負(fù)載能力RS485總線可掛接99個(gè)變送器DIN436504芯插頭（內(nèi)置RS485插座）電氣連接7芯插頭座（適用于現(xiàn)場(chǎng)RS485接口輸出）Φ7.2mm屏蔽電纜絕緣100MΩ/50V5電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)DKZ、ZKZ系列直行程電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)是工業(yè)過程測(cè)量和操縱系統(tǒng)的終端操縱裝置，它能夠?qū)⑾到y(tǒng)的操縱信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出桿的直線位移以操縱閥門內(nèi)截流件的位置或其它調(diào)劑機(jī)構(gòu)，使被控介質(zhì)按系統(tǒng)規(guī)定的狀態(tài)工作。新一代DKZ、ZKZ系列性能完全一致。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)按操縱方式分為比例式和積分式。比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)由電動(dòng)伺服放大器和積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成，它能夠?qū)⑾到y(tǒng)的操縱信號(hào)與關(guān)于輸出桿位置的反饋信號(hào)加以比較(閉環(huán)操縱)以改變輸出桿的行程，使之與輸入信號(hào)成比例關(guān)系。積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)由伺服電動(dòng)機(jī)、減速器及位置發(fā)送器組成，它能夠與電動(dòng)操作器配合對(duì)閥門或其它調(diào)劑機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)方操作。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的自動(dòng)操縱系統(tǒng)配用DFD系列電動(dòng)操作器能夠?qū)崿F(xiàn)操縱系統(tǒng)“自動(dòng)”—“手動(dòng)”工作狀態(tài)的無擾動(dòng)切換。電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)安全可靠，安裝、調(diào)試、操作、修理方便，廣泛應(yīng)用在能源、冶金、化工、建材等行業(yè)，在工業(yè)過程測(cè)量和操縱系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。一、概述二、使用條件1動(dòng)力條件單相交流電。電壓：220V%頻率：50Hz±1%2環(huán)境條件2.1溫度、相對(duì)濕度a.電動(dòng)伺服放大器、電動(dòng)操作器為操縱室內(nèi)外表。溫度：0～50℃；相對(duì)濕度：10%～70%；b.電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)為室內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)安裝外表。溫度：－10～+55℃；相對(duì)濕度：不大于95%。2.2大氣壓力：86～106kPa。2.3周圍空氣中無起腐蝕作用的介質(zhì)。要緊技術(shù)性能1輸出桿的額定負(fù)載、額定行程及額定行程時(shí)刻見表1。2電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作信號(hào)范疇見表1.電動(dòng)伺服放大器的輸入阻抗見表2。3參比工作性能差不多誤差限：不超過額定行程的±2.5%回差：不大于額定行程的1.5%額定行程時(shí)刻誤差：不超過額定行程時(shí)刻的±20%比例式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：死區(qū)：不大于輸入量程的3%阻尼特性：不大于3次半周期擺動(dòng)。積分式執(zhí)行機(jī)構(gòu)：惰走量：不大于額定行程的1%(額定行行程時(shí)刻為＞10～＜25s時(shí))；不大于額定行程的0.5%(額定行程時(shí)刻為25～63s時(shí))。4絕緣電阻：在溫度為15～35℃，相對(duì)濕度為45%～75%時(shí)，電源端子—機(jī)殼不小于50MΩ電源端子—輸入端子不小于50MΩ輸入端子—機(jī)殼不小于20MΩ第四章操縱系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)1操縱系統(tǒng)整體分析1.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)差不多原則任何一種操縱系統(tǒng)差不多上為了實(shí)現(xiàn)被控對(duì)象的工藝要求，以提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在設(shè)計(jì)PLC操縱系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)遵循以下差不多原則：1.

最大限度地滿足被控對(duì)象的操縱要求充分發(fā)揮PLC的功能，最大限度地滿足被控對(duì)象的操縱要求，是設(shè)計(jì)PLC操縱系統(tǒng)的首要前提，這也是設(shè)計(jì)中最重要的一條原則。這就要求設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)前就要深入現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)查研究，收集操縱現(xiàn)場(chǎng)的資料，收集相關(guān)先進(jìn)的國內(nèi)、國外資料。同時(shí)要注意和現(xiàn)場(chǎng)的工程治理人員、工程技術(shù)人員、現(xiàn)場(chǎng)操作人員緊密配合，擬定操縱方案，共同解決設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)問題和疑難問題。2.

保證PLC操縱系統(tǒng)安全可靠保證PLC操縱系統(tǒng)能夠長期安全、可靠、穩(wěn)固運(yùn)行，是設(shè)計(jì)操縱系統(tǒng)的重要原則。這就要求設(shè)計(jì)者在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件選擇、軟件編程上要全面考慮，以確保操縱系統(tǒng)安全可靠。例如：應(yīng)該保證PLC程序不僅在正常條件下運(yùn)行，而且在非正常情形下（如突然掉電再上電、按鈕按錯(cuò)等），也能正常工作。3.

力求簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、使用及修理方便一個(gè)新的操縱工程因此能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，帶來龐大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，但新工程的投入、技術(shù)的培訓(xùn)、設(shè)備的愛護(hù)也將導(dǎo)致運(yùn)行資金的增加。因此，在滿足操縱要求的前提下，一方面要注意不斷地?cái)U(kuò)大工程的效益，另一方面也要注意不斷地降低工程的成本。這就要求設(shè)計(jì)者不僅應(yīng)該使操縱系統(tǒng)簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)，而且要使操縱系統(tǒng)的使用和愛護(hù)方便、成本低，不宜盲目追求自動(dòng)化和高指標(biāo)。4.

適應(yīng)進(jìn)展的需要由于技術(shù)的不斷進(jìn)展，操縱系統(tǒng)的要求也將會(huì)不斷地提高，設(shè)計(jì)時(shí)要適當(dāng)考慮到今后操縱系統(tǒng)進(jìn)展和完善的需要。這就要求在選擇PLC、輸入/輸出模塊、I/O點(diǎn)數(shù)和內(nèi)存容量時(shí)，要適當(dāng)留有裕量，以滿足今后生產(chǎn)的進(jìn)展和工藝的改進(jìn)。1.2邏輯操縱要求本設(shè)計(jì)中，要求PLC實(shí)現(xiàn)邏輯操縱，描述如下：1）、按下總啟動(dòng)按鈕,P1、P2啟動(dòng)運(yùn)行，將濃縮造紙黑液和配料濃液分別打入1#、2#罐；2）、1#、2#罐操縱：1#、2#罐液位達(dá)到上限時(shí)P1、P2↓，P3、P4↑；1#、2#罐液位達(dá)到上限時(shí)P3、P4↓，P1、P2↑。3）、3#罐操縱：3#罐液位達(dá)到上限時(shí)：（1）P3、P4↓；（2）電加熱器↑，加熱到40OC時(shí)，電加熱器↓，攪拌電機(jī)↑；（3）攪拌時(shí)刻到2min時(shí)攪拌電機(jī)↓，P5↑。3#罐液位達(dá)到下限時(shí)，P5↓。4）、4#原料罐操縱：P5↓4#罐液位達(dá)到上限時(shí)送風(fēng)機(jī)↑→電磁閥V↑→P6↑P5↑4#罐液位達(dá)到下限時(shí)P6↓→電磁閥V↓→送風(fēng)機(jī)↓1.3系統(tǒng)主電路圖本系統(tǒng)中包含六個(gè)水泵電動(dòng)機(jī)，一個(gè)攪拌電機(jī)，一個(gè)送風(fēng)機(jī)，一個(gè)電加熱器及一個(gè)電動(dòng)閥，其中泵P6功率較大選用用Y-△降壓?jiǎn)?dòng)方式，其余直截了當(dāng)啟動(dòng)。系統(tǒng)主電路原理圖如圖4-8。1.4輸入/輸出點(diǎn)數(shù)統(tǒng)計(jì)輸入點(diǎn)包括系統(tǒng)的開始、終止信號(hào)，1#-4#罐的液位信號(hào)，3#罐的溫度繼電器輸入，P1-P5電機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)及攪拌電機(jī)過載愛護(hù)信號(hào)，共計(jì)19點(diǎn)。具體的輸入I/O地址分布如表所示：編號(hào)地址說明功能0002I0.2SB按鈕接入開始系統(tǒng)0003I0.3YH1液位繼電器開關(guān)檢測(cè)1#罐高液位0004I0.4YL1液位繼電器開關(guān)檢測(cè)1#罐低液位0005I0.5YH2液位繼電器開關(guān)檢測(cè)2#罐高液位0006I0.6YL2液位繼電器開關(guān)檢測(cè)2#罐低液位0007I0.7YH3液位繼電器開關(guān)檢測(cè)3#罐高液位0010I1.0YL3液位繼電器開關(guān)檢測(cè)3#罐低液位0011I1.1YH4液位繼電器開關(guān)檢測(cè)4#罐高液位0012I1.2YL4液位繼電器開關(guān)檢測(cè)4#罐低液位0013I1.3溫度繼電器開關(guān)檢測(cè)加熱溫度0014I1.4干燥器溫度檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)干燥器溫度0015I1.5加熱器溫度檢測(cè)開關(guān)檢測(cè)蒸汽溫度0016I1.6P6壓力開關(guān)檢測(cè)P6運(yùn)行0015I1.7FR1熱繼電器P1電機(jī)過載愛護(hù)0016I1.5FR2熱繼電器P2電機(jī)過載愛護(hù)0017I1.6FR3熱繼電器P3電機(jī)過載愛護(hù)0020I1.7FR4熱繼電器P4電機(jī)過載愛護(hù)0021I2.0FR5熱繼電器攪拌電機(jī)過載愛護(hù)0021I2.1FR6熱繼電器P5電機(jī)過載愛護(hù)0022I2.2FR7熱繼電器風(fēng)機(jī)過載愛護(hù)表x-x輸入地址分布表輸出點(diǎn)包括P1-P6電機(jī)、攪拌電機(jī)、風(fēng)機(jī)供電繼電器,以及P1-P6電機(jī)、攪拌電機(jī)、風(fēng)機(jī)過載故障報(bào)警，共計(jì)19點(diǎn)。具體的輸出I/O地址分布如表所示：0000Q0.0接KM1繼電器P1電機(jī)供電0001Q0.1接KM2繼電器P2電機(jī)供電0002Q0.2接KM3繼電器P3電機(jī)供電0003Q0.3接KM4繼電器P4電機(jī)供電0004Q0.4接KM5繼電器電加熱器供電0005Q0.5接KM6繼電器攪拌電機(jī)供電0006Q0.6接KM7繼電器P5電機(jī)供電0007Q0.7接KM8繼電器P6電機(jī)供電10