研究濃（nóng）硝酸流量（liàng）計在自（zì）動（dòng）化生產過程中的運用

摘要：在（zài）自動化生產（chǎn）過程中，需（xū）要收集電量、壓力、流量（liàng）、溫度等參數，並對這些（xiē）參數分析。將（jiāng）相關設備、傳感器通過接口和 PLC連接，從而實現（xiàn）流量和壓力控製。基於此，文章*先提出 PLC 的（de）概念，進而（ér）探究基於 PLC 的流量（liàng）與壓力控製係統的應用。
引言
隨著我國工（gōng）業技術水平不（bú）斷提升（shēng），當今工業生產隊液體流量控（kòng）製（zhì）精度也隨之提升。傳統的流量控製由於誤差大、控製精度低、無法（fǎ）實時監控（kòng），無法（fǎ）滿足自動化生產要求。而應用 PLC 自動化控製技術，可以進一步加強工（gōng）業生產（chǎn）的流量控製（zhì），再加上（shàng）當今 PLC 技術不斷成熟（shú），其應用範圍也在不斷擴大，有助於實現（xiàn）工業自動化、高精度生（shēng）產。因此，加強PLC 在流量、壓力（lì）控製係統中應用研究有著（zhe）重要意義。
1 PLC 控製係統與 PID 係統相關闡述
1.1 PLC 係統
PLC 是一種可編程控製器，其核心是（shì）微處理器，可以實（shí）現工業生（shēng）產自動化的一（yī）項新技術。作為（wéi）微（wēi）機技術的衍生品，PLC 不僅邏輯功能強，同時還具（jù）有數據傳輸功能、數據處理功能。很多工業生產都是采用水泵（bèng）控製電機啟停操作，但是實際控製（zhì）精度（dù）較低。在傳（chuán）統繼電器邏輯控製當中，多數都是采用（yòng）手動完成，難以實現（xiàn）自動化生產，難以處理（lǐ）係統模擬量（liàng），再加上電氣結構設置（zhì）較為複雜、可靠性不足、缺乏穩定性，不利於檢修和（hé）維（wéi）護。
現代化 PLC 設備具有體積小、性（xìng）價（jià）比高、相關標準統一，可以安裝到很多標準尺寸空間內。應用 I/O 連接器有助於降（jiàng）低接線成本，可以騰出更多的接線空間。再（zài）者，I/O 可以擴（kuò）展到（dào） 256 個點，可以連接 4 個以上特殊功能模塊。基於PLC 控製流量（liàng）與壓力的控製係統主要包（bāo）括控製器、變頻器、傳感器、執行結構、接口等部分。
1.2 PID 係統
在工業生產領域中，應用作為廣泛的調節器就是以比例（lì）、積分、微分的（de）控製（zhì）係（xì）統，也就（jiù）是 PID 係（xì）統。利用 PID 運 算、調（diào）節功能，可以更好的對參數輸出信號整定，輸送到變頻器當中，從而控製電機轉速。如今 PID 控製器在工業生產中得到了（le）廣泛應用，具有 PID 參數自整（zhěng）定功能，實（shí）現智能（néng）調節，從而對壓力、流量、溫度、液位監控（kòng）。
新時期下，PID 控製器也得到了發展，結合控製理論、智能（néng）控製理論等（děng）優勢，也推出了多個新型的 PID 控製器，如（rú）自（zì）矯正 PID、專家自適應 PID、非線性（xìng） PID 等（děng），讓 PID 控製超出了線性、非時（shí）性範圍。
2 基（jī）於 PLC 的流量與壓力（lì）控製係統運（yùn）用（yòng）
PLC 流量與壓（yā）力控（kòng）製係統在（zài）實際應用中，主（zhǔ）要是應用了 PID、比值控製，從而實現流量與壓力的自動（dòng）化（huà）控（kòng）製，保證控製精（jīng）度。其主要表現在：
2.1 PID 流量與（yǔ）壓力控製
PID 是指比例積分微分控製，具有可靠性高、計（jì）算簡單等優勢，在（zài）工業生產控製領域的應用十分廣泛，適合構建精準的數學模型，提升控製係統的（de）功（gōng）能。工業生（shēng）產中的流量具有非線（xiàn）性、時變性特點，因此難以構建精準的（de）數學模型。在實際生產當中，應用 PID 可以有效解決自動化係統內流（liú）量與壓（yā）力控製問題（tí）。
通過應用濃硝酸流量計來實時獲取供液流量信息，在整個信（xìn）息采（cǎi）集過程中，可（kě）以同時對數據放大、濾波、A/D 轉換操作，之後 PLC 讀入處理（lǐ）後的數據，PLC 係統將實時流量數據信（xìn）息和額定流（liú）量數據（預設數據）信息進行對比，通（tōng）過 PID運算即可得出目標控製值（zhí），並將控製值（zhí）進行 D/A 轉換之後（hòu）應用到電動調節閥上。電動調節閥可（kě）以結合給定控製值做出相應的動作，自動化調節閥門開啟度。整（zhěng）個（gè）操作流程可以劃分為比例（lì）、積分、微分三個環節，分別對應“P”、“I”、“D”。
（1）比例環節。整個係統運行誤差可以通過比例（lì）形式直接（jiē）反應出來（lái），如果係統運行（háng）中產生了（le）偏（piān）差問題，則會根據采集的實時數據控製器立刻發（fā）送命令作出動作（zuò），從而減少係統偏差。
（2）積分環節。針對（duì）係統的靜（jìng）誤差主要是在積分環節消除或縮小，對係統誤差率進行改善。積分環節運行和積（jī）分時間（jiān）常數有著直接（jiē）關聯，積分常數越大，則積（jī）分作用越弱；反之，積分（fèn）常數越小，積分作用越強。
（3）微分環節（jiē）。誤差信號比變化度在微分環節中顯示，同時可以在誤差信號變大前，在係統（tǒng）中引（yǐn）出一個有效（xiào）的早期（qī）修正信號，從而提高整個係統的運行效率，縮短整個（gè）調節流程的周期。
在實際應用中，要結合對象實際情況（kuàng）選定 PID 參數，也可以根（gēn）據工業生產經（jīng）驗總結確定。幅值（zhí）振蕩係數通過比例係（xì）數控（kòng）製，一旦比例係數增（zēng）加也會提升振蕩係數，通過（guò）降低振蕩頻率計可（kě）以有效提高（gāo）係統的運行穩定時間。響應速度快慢主要是決定於積（jī）分係數，如果積分係數增加則會（huì）降低響應速（sù）度，反之則會（huì）增加相應速（sù）度；微分係數可（kě）以消除靜態（tài）誤差，通常（cháng）在實際應用中會將靜態誤差設置小一些，這樣可以減少對（duì）係統幹擾。
 2.2 流（liú）量與（yǔ）壓力比值控製
在工業自動化生產當中，流量與壓（yā）力比值控製是指將兩種或（huò）兩種以上物料量自動按照（zhào）相關比例（lì）控製係統，也就是比值控製係統。比值控製法可以（yǐ）劃分為開環（huán）比值控（kòng）製、閉（bì）環比值控製，其（qí）中閉環比值（zhí）控製還可以劃分為單（dān）閉環、雙閉環。*簡單（dān）的方法就是開環控製，而單閉環控（kòng）製可以有效對開環係統完善，但該方案也有不（bú）足之處（chù），即隻有一個副流量、壓力閉環控製，缺少主流量（liàng）閉環控製。
結（jié）合比值控製原理可知，在流量和（hé）壓（yā）力閉環控製中，*個閉環控製就是主（zhǔ）流量閉環控製係統（tǒng），在完成了主流量設置之後，借助閉環係統（tǒng）的自動調節作用，*大程（chéng）度上消除擾動誤差帶來的影響，這樣即可（kě）提高主流量的穩（wěn）定性，維持在標準範圍內，整體上主流量閉環控製是一（yī）種恒值（範圍）控製係統。*二個閉環控製係統是副流量閉環控製係統，副流量輸入量是根（gēn）據檢（jiǎn）測、變送後流量信（xìn）號與比值係數的乘（chéng）積。整個副流量閉環控製係統（tǒng）主要包括副（fù）控製器（qì）、變送（sòng）器、泵變頻器、檢測點等。
3 基（jī）於 PLC 的流量與壓力報警係統（tǒng）設計
3.1 硬件係統
報警係統作為整個控製係統的重要（yào）組成部（bù）分（fèn），主要包括 PLC、流量傳感器、壓力傳感（gǎn）器、語音電路、揚聲（shēng）器（qì）等（děng）。
選擇*新的 PLC，確保可以滿足項目要（yào）求，同時可以（yǐ）根據實際使用要求實現多個量擴展。流量傳感器采用（yòng）插入式渦街流量（liàng）計，該流量計具有壓力損失小、量程範（fàn）圍大，實際應用（yòng）中受溫度、密度、介質（zhì）粘度、壓力等參數（shù）影響小，甚至可以忽略（luè）不（bú）計，可靠性非（fēi）常強，維護工作量（liàng）小。模擬量傳輸距離為 1000m、脈衝輸出量為 500m，可以直接和（hé） PLC 接口連接，無需人工（gōng）編寫程序，可以帶動 256 個負載。該（gāi）儀器可以保證長期穩定運行，並且適應（yīng）性非（fēi）常強。選（xuǎn）擇高精度壓力傳感器，同時（shí）滿足穩定、精度、體積、可靠等要求，並且選擇端麵密封形式。高精度壓力傳感器采用了恒流源、恒壓源供電，內部采用（yòng）了標（biāo）準的螺紋引壓測量方法。在高精度壓力傳感器應用（yòng）中，應采用密封的齊平膜片，避免安裝應（yīng）力對產品造成負麵影響，並配置安全柵。采用智能（AI）語音芯片，具有操作靈活、音質好、分段多等優勢。PWM 級別 D 揚聲器放大器，可以直接驅動（dòng）揚聲（shēng）器，具有 MIDI 電子（zǐ）音樂處理能力，放映操作更加靈活，輸（shū）出（chū）指示量多，可以采用多個封裝（zhuāng）方法，擴展性能較好，工作電壓控製在（zài） 2.7-3.6V 之間，音頻輸出電流在 20-120mA 之間，適用範（fàn）圍更廣。
3.2 軟件（jiàn）係統
結合生產實際標準與硬件特性，編寫自動控製（zhì）報警的係統編寫。在物理量編寫過程中（zhōng），很多（duō）量程序段存在相同（tóng）部分。為了降低工作量、確保（bǎo）程序更加直觀，針對相同（tóng）部（bù）分程序采取模塊化設（shè）計方法。根據（jù）物理量相似特性，可以采（cǎi）用子程序對數據量轉化、運算程序段進行編程。子程序編寫中，要定義符（fú）合條件的輸入量、輸出量、中間變量數據（jù）模型，將相關的量轉化為統一運算的模型，對子程序中的量進行加、 減（jiǎn）、乘、除數學運算。並在主程序中調用子程序，並賦予子程序運行的額定數（shù）值，可以實現連續兩次（cì）調用。
在程序運（yùn）行前要先進行初始化設定，包括流量傳感器管腳定義（yì）、壓力傳感器管腳（jiǎo）定義、語音係統初始化。在完成初始（shǐ）化操作後，可以設置流量、壓力參數（shù），主要包括流量報警和壓力報警的（de）上限、下限以及報警次數、音量等。在上述內容調整完畢之後，即可正常運行（háng）控（kòng）製報警係統，*先對流量（liàng）傳感器、壓力傳感器通（tōng）電，並采集（jí）流量和壓力數據（jù），將采集的數據信息轉化為電壓值、電流值，並傳輸給模擬量輸入模塊，*終轉化（huà）為 PLC 可（kě）以識（shí）別的數（shù）字量，根據 PLC 數（shù）值與（yǔ）接口傳（chuán）輸類型，對（duì）數據進行預算、對比等操（cāo）作，從而在（zài）PLC 可以達到報（bào）警限值數字量傳輸給模擬量（liàng）輸出模塊，輸出模塊將數據轉化為電流、電壓信號傳（chuán）遞給語音模塊，即可實現語音段尋址功能，生成控製信號，*後將語音係統中設定的語音（yīn）報警在揚聲器（qì）中播放出來。
4 結束語
綜上所述，為（wéi）了能夠實現工業生產自動化，基於 PLC 編程（chéng）的 PID、比值控製（zhì）方法在工業自動化生產應用中有著重要意義，不僅（jǐn）能夠有效提升流量控製精度、滿足自動化生產要求、保證工業生產質量、降低（dī）資源成本、提高生產效率。此外，借助 PLC 的（de）流量、壓力控製警報係統，如果流（liú）量、壓力運行參數超標無法控製，則係（xì）統會自動發出語音警（jǐng）報，從而快速解決係統問題。這樣才能夠充分發揮 PLC 的應用效果。

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