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研究液體電(diàn)磁流(liú)量計在(zài)自動化生產(chǎn)過程中的運用

點擊次數:1765 發布時間:2021-01-01 12:01:56
摘要:在(zài)自動化生(shēng)產過程中,需要收集電量、壓力、流量、溫度等參數,並對這些參數分析。將相關設備、傳感器通過接口和 PLC連接,從而實現流量(liàng)和壓力控製。基於此,文章*先提出 PLC 的概念,進而探究基於 PLC 的流量與壓力控製係統的(de)應用。
引言(yán)
隨著我國工業技術水平不斷(duàn)提升(shēng),當今(jīn)工業生產隊液體流量控製精度也隨之提升(shēng)。傳統的流量控製由於誤差大、控製精度低、無法實時監(jiān)控(kòng),無法(fǎ)滿足自動化生產要求。而應用 PLC 自動(dòng)化控製(zhì)技術(shù),可以進一步加強工業生(shēng)產的流量控製,再加上當今 PLC 技術不斷成熟(shú),其(qí)應用範圍也在不斷擴大,有助於實現工業自(zì)動化、高精度生產。因此,加強(qiáng)PLC 在(zài)流量、壓力控製係統中應用研究有著重要意義(yì)。
1 PLC 控製係統與(yǔ) PID 係統相關闡述
1.1 PLC 係統
PLC 是(shì)一(yī)種可編程控製器(qì),其(qí)核心是微處理器,可以實現工業生產自動化的一項新技術。作為微機技(jì)術的衍生品,PLC 不僅(jǐn)邏輯(jí)功能強,同時還具(jù)有數據(jù)傳輸功能、數據處理功能(néng)。很(hěn)多工業生產都是采用水泵控製電機啟停操作,但是實際控製精(jīng)度較低。在傳統繼電器邏輯(jí)控製當中,多數都是采用手動完成,難(nán)以實(shí)現(xiàn)自(zì)動化(huà)生產,難以處理係統模擬量(liàng),再加上電氣結構(gòu)設置較(jiào)為複(fù)雜、可靠性不足、缺乏(fá)穩定性,不利於檢修和維護。
現代化 PLC 設備具有體積小、性價比高、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(lián)接器有助(zhù)於降低接線成本,可以(yǐ)騰出更多的接線空(kōng)間。再(zài)者,I/O 可以擴展到(dào) 256 個(gè)點,可以連接(jiē) 4 個以(yǐ)上特殊功能模塊。基於PLC 控製流量與壓力的控製係統主要(yào)包括控製器、變頻器(qì)、傳感器、執(zhí)行結構、接口等部分。
1.2 PID 係統
在工業(yè)生產領域中,應用(yòng)作為(wéi)廣泛的調節器就是(shì)以比例、積分、微分(fèn)的控製係統,也就是 PID 係統。利用 PID 運 算、調節功能,可以更好的(de)對參數輸出信號整(zhěng)定,輸送到(dào)變頻器當中,從(cóng)而控製電機轉速。如今 PID 控製器在工業生產中得到了廣泛應用,具有 PID 參數自整定功能,實現(xiàn)智能調節,從而(ér)對壓力、流量、溫度、液(yè)位監控。
新時期下,PID 控製器也得(dé)到了發展,結合控製理論、智能控(kòng)製(zhì)理論等優勢,也推出了多(duō)個新型的 PID 控製器,如自矯正 PID、專家自適應 PID、非線性 PID 等,讓 PID 控製超出了線性、非時性範圍。
2 基於 PLC 的流量與壓力(lì)控製係統運用
PLC 流量與壓力控製係統在實際應用中(zhōng),主要是應用了 PID、比(bǐ)值控製(zhì),從而實現流量(liàng)與壓力的自動(dòng)化(huà)控(kòng)製,保證控製精度。其主要表現在:
2.1 PID 流量與壓力(lì)控製
PID 是指比例積分微(wēi)分控製,具有可靠性高、計算簡單等(děng)優勢,在工業生產控製領域的應用十分廣(guǎng)泛,適合構建(jiàn)精(jīng)準的數學模型,提升控製係統的功能。工業生產中的(de)流(liú)量具有非線性(xìng)、時(shí)變(biàn)性(xìng)特點,因此難以構建精(jīng)準的數學模型。在實際生產當中,應用 PID 可以有(yǒu)效解決自動化係統(tǒng)內流量與壓力控製問(wèn)題(tí)。
通過應(yīng)用液體電磁流量計來實時獲(huò)取供(gòng)液流量(liàng)信息,在整個信息采集過程中,可以同時對(duì)數據放大、濾波、A/D 轉(zhuǎn)換操作,之後 PLC 讀入處理後的數據,PLC 係統(tǒng)將實時流量數據(jù)信息和額定流量數據(預設數據)信息進行(háng)對(duì)比,通過 PID運算即可得出目(mù)標控製值,並將控製值進行 D/A 轉換之後應(yīng)用到電動調節閥上。電動調節閥可以結合給定控製值做出(chū)相應的(de)動作,自動化調節閥門開啟度。整個(gè)操作流程可以劃分為比例、積分、微(wēi)分三個環(huán)節(jiē),分別對應“P”、“I”、“D”。
(1)比例環節。整個係(xì)統運行誤差可以(yǐ)通過比例(lì)形式直接反應出來,如果係統運行中產生了偏差問題,則會根據采集的實時數據控(kòng)製器立刻發送命令作出動作,從而減少係統偏差。
(2)積分環節。針對係統的靜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。積分環節運行和積分時間常數有著直接關聯,積分常(cháng)數越大,則積分作用越弱;反之(zhī),積分(fèn)常數越小,積分作用越強。
(3)微分環(huán)節。誤差信號比變化(huà)度在微分環節中顯示,同時(shí)可以在誤差信號變大前,在係統中引出一個(gè)有效的早期修正信號,從而提高整個(gè)係統的運行效率,縮短整個調(diào)節(jiē)流程(chéng)的周期。
在實際應用中,要結合對象實際情況選定 PID 參數,也可以根據工業生產經驗總結確定。幅值振蕩係數通過比例係(xì)數控製,一旦比例係數增加也會提升振蕩係數,通過降低振蕩頻率計可(kě)以有(yǒu)效提高係統的(de)運行穩定時間。響應速(sù)度快慢主(zhǔ)要是決定於積分係數,如果(guǒ)積(jī)分係數增(zēng)加則會降(jiàng)低響應速度,反之則會增加相應(yīng)速度;微分係數可以(yǐ)消除靜態誤差,通常在(zài)實際應用中會將靜(jìng)態(tài)誤差設置小一些,這樣可以減少對係統幹擾。
 2.2 流量與壓力比值控製
在工業自動化生產當中,流量與壓力比值控製是指將兩種(zhǒng)或兩種以上物料量自動(dòng)按照相關比例控(kòng)製係統,也就是(shì)比值控製係統。比值控製法可以劃分為開環比值控製、閉環比值控製,其中閉環比值控製還可以劃(huá)分為單閉環、雙閉環(huán)。*簡單的方法就是開環控製,而單閉環控製可以有效對(duì)開環係統完善,但該方案也有不(bú)足之處,即隻有(yǒu)一個副流量、壓力閉環控製,缺(quē)少主流量閉(bì)環控製。
結合比值控製原理可知,在流量和壓力閉環控製中,*個閉環控製就(jiù)是主流量閉環控製係統,在完成了主流量設置之後,借助閉環係統的自動調節作用,*大程度上消除擾動誤差帶來的影響(xiǎng),這樣即可提高主流量的穩定性,維(wéi)持在標(biāo)準(zhǔn)範圍內,整體上主流量閉環控(kòng)製是一種恒值(zhí)(範圍)控製係統。*二個閉環控製係統是副流(liú)量閉環控製係統,副流量輸入量是根(gēn)據檢測、變(biàn)送後流量信號與比值係數的(de)乘(chéng)積。整個副流量閉環控製係統主要包括副控製器、變送器、泵變頻器、檢測點等。
3 基於 PLC 的流量與壓力報警係(xì)統設計
3.1 硬件係統(tǒng)
報警係統作為整個控(kòng)製係統的重要組成部分,主要包括 PLC、流量傳感器、壓力傳感器、語音電路、揚聲器等。
選擇*新的 PLC,確保可(kě)以滿足(zú)項目要求(qiú),同時可以根據實際使用要求實現多個(gè)量(liàng)擴展。流量傳感器采用插入式渦(wō)街流量計,該流量計具有壓力損失(shī)小、量程範圍大,實際應(yīng)用中受溫(wēn)度(dù)、密度、介質(zhì)粘度、壓力等參數(shù)影響小,甚至(zhì)可以忽略不計,可靠性非常強,維護(hù)工作量小。模擬量(liàng)傳(chuán)輸距離(lí)為 1000m、脈衝輸出量為 500m,可以直接和 PLC 接口連(lián)接,無需人工編(biān)寫程序,可以(yǐ)帶動 256 個負載。該儀器可以保證長(zhǎng)期穩定運行,並且適應性非常強。選擇(zé)高精度壓力傳感器,同(tóng)時滿足穩定、精(jīng)度、體(tǐ)積、可(kě)靠等要求,並且(qiě)選擇端麵密封形式。高精(jīng)度壓(yā)力傳感器采用了恒流源、恒壓源供(gòng)電,內部采用了標準的螺紋引壓測量方法。在高精度壓力傳感器應用中(zhōng),應采用密(mì)封的齊平膜片,避免安裝應力對產品造成負麵影響,並配置(zhì)安全(quán)柵(shān)。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(fàng)大器,可以直接驅動揚(yáng)聲器(qì),具有 MIDI 電子音樂處理能力(lì),放映操作更加靈活,輸出指示(shì)量多,可以(yǐ)采用多(duō)個封裝方法(fǎ),擴展性能(néng)較好,工作電(diàn)壓(yā)控製(zhì)在 2.7-3.6V 之間(jiān),音頻輸出電流在 20-120mA 之間,適用範圍更廣。
3.2 軟件(jiàn)係統
結合生產實際(jì)標準與硬件特性,編寫自動控製報警的係統(tǒng)編寫。在物理量編寫過程中,很多量(liàng)程序段存(cún)在相同部(bù)分(fèn)。為了降低工(gōng)作量、確保程序更加直觀(guān),針對相同部分程序(xù)采(cǎi)取模塊化設計方法。根據物理量相似特性,可以(yǐ)采用子程序對數據量轉化、運(yùn)算程序段進行編程。子程序編寫中,要定義符合條件的輸入(rù)量、輸出量、中間變量數據模型,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(jiā)、 減、乘、除數學運算。並(bìng)在主程序中調用(yòng)子程序,並賦予子程序運行的額定數值,可以實現連續兩次調用。
在程序運行前要先進行初(chū)始化設定,包括流量傳感器管腳定義(yì)、壓力傳感器管腳定義、語音係統初始化。在完成初始化操作後,可以設置流量、壓力參數,主要包括流量報警和壓力報警的上限、下限以及報警次數、音量等。在上述內容調整完畢之後,即(jí)可正常運行控製(zhì)報警係統,*先對流量傳感器、壓(yā)力傳感器通電,並采集流(liú)量和壓力數據(jù),將采集的數(shù)據信(xìn)息(xī)轉化為電壓值、電流值,並傳輸給模擬量輸入模塊,*終轉化為 PLC 可(kě)以識別的數字量(liàng),根據 PLC 數值與接(jiē)口傳輸類型,對數據(jù)進行(háng)預算、對比(bǐ)等操作,從而在PLC 可以達到報警限值數字量傳輸給模擬量(liàng)輸出模塊,輸出模(mó)塊將數據轉化為電流、電壓信號傳遞給語音模塊,即可實(shí)現(xiàn)語音段尋址功能(néng),生成控(kòng)製(zhì)信號,*後將(jiāng)語音係統中設定的語(yǔ)音報警在揚聲器中播放出來。
4 結束語
綜上所述,為了能夠實現工業生產自動化,基(jī)於 PLC 編程的 PID、比(bǐ)值(zhí)控製(zhì)方法(fǎ)在工業自動化生產應用中有著重要意義,不僅能夠有效提升流量(liàng)控製精度、滿足自動化生產(chǎn)要求、保證工業(yè)生產質量、降低資源成本、提高生產效率。此外,借助 PLC 的流量、壓力控製警報係統,如果流量、壓力運(yùn)行參數超標無法控製,則係統(tǒng)會自動發(fā)出語音(yīn)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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