基于PLC的流量控制技術研究

2015-07-02 02:25:48朱思益湖北工程職業學院湖北黃石435000

山東工業技術 2015年13期

朱思益（湖北工程職業學院,湖北黃石 435000）

基于PLC的流量控制技術研究

朱思益
（湖北工程職業學院,湖北黃石 435000）

摘要：本文主要是基于PLC基礎之上提出了兩種對于流量控制的方法：PID控制和比值控制。首先我們根據流量的非線性和時變性特點,提出了PID實時精確控制流量的一套控制方案。該方案是以PLC為平臺,采用PID控制算法,該控制系統主要包括觸摸屏、電磁流量計、溫度傳感器、電動調節閥等部分組成。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，這個系統在實際應用的非常廣泛，具有控制精度高，穩定性好的特點。

關鍵詞：控制系統；比值控制；流量控制

0 引言

隨著現代工業技術的不斷發展，在工業生產過程中對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由于誤差比較大、控制精度不夠高且不具備實時控的一些缺點，所以滿足不了現代對液體流量高精度、高速度的控制需求。基于對PLC控制技術在技術領域的不斷成熟與完善，其應用范圍也不斷擴大，在工業控制領域發揮著至關重要的作用，并且體現出了目前工業自動化向網絡化、智能化發展的先進水平。所以本文基于PLC的基礎之上展開了對流量控制的技術研究。

1　PLC控制系統的簡要概述

1.1 PLC控制系統的分析

PLC的全稱是可編程序控制器，它是以微處理器為核心，主要用于工業控制的一種計算機。PLC主要采用了微機技術，所以它不僅具有較強的邏輯控制功能，而且還具備數據處理和數據傳送等功能。目前大部分大型工廠工作過程主要采用用水泵控制電機的啟動和停止，但是實時控制精度比較低。由于大部分流量系統的控制依舊采用繼電器邏輯控制，而且大部分采用手動來完成，因此系統的自動化程序很低!繼電器邏輯控制只能處理一些開關量問題，無法處理系統的模擬量問題，并且其電氣線路比較復雜、可靠性低、穩定性差、不利于檢修維護。

1.2 PLC控制系統的硬件結構

本文所介紹的控制系統采用的是三菱公司FX2N系列的處理器。FX2N系列的PLC體積比較小、性價比高且通信功能好，可以安裝到比標準尺寸小很多的空間內。I/O型連接器能夠大大降低接線成本，并且可以節約接線時間。同時I/O點數最多可以擴展到256點,最多可以連接4個特殊功能模塊。

一個流量控制系統主要由控制器﹑變頻器﹑傳感器﹑執行機構﹑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算法的主要優點是計算簡單、可靠性高，并且工業過程控制中被廣泛的應用，特別適用于可以建立精確數學模型的確定控制系統當中。由于實際的工業生產過程中的流量具有非線性和時變性,所以很難建立精確的數學模型來分析解決問題。因此在實際的生產現場中我們可以采用PID控制系統來解決流量的控制問題。

電磁流量計通過實時采集供液流量的數據，首先將采集到的實時流量數據進行放大、濾波和A/D轉換，然后由PLC讀入，接著PLC將實時流量值和設定流量值做比較，通過PID運算后得到輸出目標控制值，最后將控制值經D/A轉換后施加在電動調節閥上，那么電動調節閥就可根據給定的控制值做出相應的動作，并且可以調節閥門的開啟度。

比例環節(P)：按比例的形式來反映出系統誤差e(t)，當偏差產生的時候，控制器就會立刻發揮控制作用，從而達到減小偏差的效果。

積分環節(I)：主要用來消除靜誤差，從而改善系統誤差率。積分作用主要是與積分時間常數密切相關，當積分常數越大那么積分的作用就越弱，否則積分作用就越強。

微分環節(D)：主要是用來反映誤差信號的變化程度，并且它能夠在誤差信號變大之前，可以在系統中引入一個有效的早期修正信號，這樣就可以加快系統的動作速度，達到減少調節時間的效果。

PID參數的設置主要是根據控制對象的具體情況而選定的；另外一個方面也可以根據經驗來確定。比例系數可以控制幅值的振蕩，如果增大就會使得幅值大幅度的振蕩，但是振蕩頻率很小，因此就使得系統達到穩定的時間變長；積分系數主要反映動作響應速度的快慢，如果當增大了則響應速度就會變慢，反之則快；微分系數主要是用來消除靜態誤差的，一般我們都會把設置的小一些，那么它對系統干擾就會小一些。

2.2 流量比值控制

在工業生產過程中,一般只要是將兩種或兩種以上的物料量自動地按照一定比例關系的控制系統,我們就把它稱為比值控制系統。

比值控制法種類比較多，其中包括開環和閉環的比值控制，閉環又可以分為單閉環和雙閉環開兩種控制方法。最為簡單的一種控制方案就是開環控制，而單閉環控制則是對開環進行完善后而設計的一種方案，但是這種方案也有不足之處就是只有一個副流量閉環控制，而缺少一個主流量閉環控制。

我們通過給出的原理圖可以看出：第一個閉環控制系統是主流量閉環控制系統，它是以氯化鉀作為主流量的，當我們完成設置之后，經過閉環系統的調節作用，就可以消除擾動誤差產生的影響，從而讓氯化鉀的流量能夠穩定在我們所設定范圍值上，實際上主流量閉環控制就是屬于恒值控制系統。第二個閉環控制系統是副流量閉環控制系統，它是以硫酸作為副流量，它的輸入量是由檢測和變送后的氯化鉀流量信號Q，與比值系數K的乘積。副流量閉環控制系統主要包括變送器、副控制器、硫酸泵變頻器、硫酸泵以及檢測點等等部分。