連續槽反應器的液位控制

叢高影

[摘 要]為了實現能源的充分利用和生產的需要，需要對電機進行轉速調節， 采用西門子公司變頻器，系統根據液位傳感器反饋的液位信號經過PLC內部的計算自動控制各泵的啟停，使液位達到平衡，并實現高限和低限報警以及液位的實時顯示，實現液位的自動控制，確保整個處理環節的高效運行。

[關鍵詞]變頻器 PLC

一、引言

基于S7 200 PLC的編程軟件，采用模塊化的程序設計方法，減少軟件的開發和維護。利用對PLC軟件的設計，實現變頻器的參數設置、故障診斷和電機的啟動和停止。通過對MCGS組態軟件技術特點的分析，提出將組態軟件用于PLC系統中，事實證明PLC控制系統與組態軟件設計、檢測，具有良好的應用價值。

二、總體方案的選擇

連續槽反應器的液位控制對于提高反應效率是至關重要的。液位過高，容易導致溢料；液位過低，會造成反應物反應時間不充分，影響反應質量。加強反應器液位自控不僅減輕操作強度，且也是維護設備、提高蒸發效率、降低汽耗的關鍵手段。

過去使用傳統的繼電器控制液位，該方法存在很多不足：

①液位上、下限傳感器都必須良好。如果有一個失靈，自控都將失靈。

②繼電器的動靜觸點運行一段時間后容易誤動作。

③控制系統接線繁瑣，維修不方便。

④每個繼電器動靜觸點數目有限，控制系統中使用較多繼電器，使系統龐大。

現在用于液位控制的是可編程控制器，投運以來，一直很好，不但克服了繼電器的諸多缺點，而且還具有更多優點。

采用連續操作的反應器被稱為連續式反應器，這一操作方式的特點是原料連續流入反應器，反應產物則連續從反應器流出。反應器內任何部位的物系組成均不隨時間變化，故屬于穩態操作。連續操作反應器一般具有產品質量穩定、生產效率高等優點，因而適合于大批量生產。

本課題主要采用變頻器對連續槽反應器進行液位控制，連續槽反應器的主要工藝過程是：原料連續流入反應器，流入反應器內原料即反應，反應產物則連續從反應器流出。對其液位進行控制，利用壓力傳感器、變送器將各液位參數傳送到PLC控制器中，PLC對變頻器進行控制，改變電機轉速，從而達到對液位進行控制的目的。

三、被控對象分析

連續槽式反應器具有滯后性，在工業生產過程中常見而有難于控制。當檢測變送環節存在時滯時，被控變量的變化不能及時傳到控制器；當被控對象存在時滯時，控制作用不能及時使被控變量變化；當執行器存在時滯時，控制器的信號不能及時引起操縱變量的變化。因此，開環傳遞函數存在時滯，使控制不及，超調增大，并引起系統不穩定。時滯問題在控制理論上已經得到很好的解決，

反應器液位具有時滯性大、時變性和非線性等特點。本系統具有一階慣性純滯后特性。所謂滯后是指被調量的變化落后于擾動的發生和變化。對于本系統可用具有一階純滯后非周期環節來近似描述，即：

G（s）=■（2—1）

四、控制系統的選擇

比值調節系統也可以和串級調節系統組合在一起組成更復雜的組合系統如圖2—2所示。本設計要求液位保持一定，則可由檢測液位變送器經過另一個液位調節器由其輸出來控制調節器的給定值。這樣就組成了串級和比值調節組合系統。

本次設計以反應器內的液位為主被控變量、流量為副被控制變量的串級控制系統。此外，由于兩種反應物以一定的比例在反應器內反應時放出熱量， 所以，將串級控制系統中的副控制器的輸出值作為比值控制系統中主動量控制回路的給定值，進行流量控制，同時，主回路對液位進行控制，使液位保持恒定。

五、PLC程序設計方法

在編寫PLC程序時，一般有兩種程序結構，即線性結構和模塊結構。

線性程序設計就是把工程中需要控制的任務按照工藝要求書寫在主程序中。線性程序的結構簡單，分析起來一目了然。這種結構適用于編寫一些規模較小、運行過程比較簡單的控制程序。

整個連續式反應器的生產比較復雜，適宜采用模塊程序設計。而控制閥門的控制系統相對簡單，編程也相對容易，可采用線性程序結構。

確定了PLC的程序結構之后，就要編制具體的程序。編制PLC程序的方法很多，常用的有以下幾種：邏輯代數設計法、替代設計法、時序流程圖法、順序控制法、經驗設計法等。

順序控制法（狀態轉移圖法）是在順控指令的配合下設計復雜的控制程序。一般比較復雜的程序，都可以分成若干個功能比較簡單的程序段，一個程序段可以看成整個控制過程中的一步。從這個角度看，一個復雜系統的控制過程是山這樣若干個步組成的。系統控制的任務實際上可以認為在小同時刻或者在不同進程中完成對各個步的控制。

本系統的PLC控制程序就是在經驗法的基礎上，利用順序控制法進行設計。

有兩種液體A、B需要在容器中混合成液體C待用，初始時容器是空的，所有輸出均失效。按下啟動信號，閥門A和B同時打開，注入液體A和B；到達I時，打開閥門C，釋放液體C，這是一個連續的過程，A、B不斷進料，C流出，使液位保持恒定。按下停止按鈕時，閥門A和B同時關閉，液位下降到L時，出料閥關閉。