基于PLC的流量控制技術(shù)研究

朱思益（湖北工程職業(yè)學(xué)院,湖北 黃石 435000）

基于PLC的流量控制技術(shù)研究

朱思益
（湖北工程職業(yè)學(xué)院,湖北 黃石 435000）

摘 要：本文主要是基于PLC基礎(chǔ)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(jù)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(tǒng)主要包括觸摸屏、電磁流量計、溫度傳感器、電動調(diào)節(jié)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(tǒng)，這個系統(tǒng)在實際應(yīng)用的非常廣泛，具有控制精度高，穩(wěn)定性好的特點。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng)；比值控制；流量控制

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)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(tǒng)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(xiàn)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(shù)在技術(shù)領(lǐng)域的不斷成熟與完善，其應(yīng)用范圍也不斷擴(kuò)大，在工業(yè)控制領(lǐng)域發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，并且體現(xiàn)出了目前工業(yè)自動化向網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展的先進(jìn)水平。所以本文基于PLC的基礎(chǔ)之上展開了對流量控制的技術(shù)研究。

1　PLC控制系統(tǒng)的簡要概述

1.1 PLC控制系統(tǒng)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(yè)控制的一種計算機。PLC主要采用了微機技術(shù)，所以它不僅具有較強的邏輯控制功能，而且還具備數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)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(tǒng)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(tǒng)的自動化程序很低!繼電器邏輯控制只能處理一些開關(guān)量問題，無法處理系統(tǒng)的模擬量問題，并且其電氣線路比較復(fù)雜、可靠性低、穩(wěn)定性差、不利于檢修維護(hù)。

1.2 PLC控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)

本文所介紹的控制系統(tǒng)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(biāo)準(zhǔn)尺寸小很多的空間內(nèi)。I/O型連接器能夠大大降低接線成本，并且可以節(jié)約接線時間。同時I/O點數(shù)最多可以擴(kuò)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(tǒng)主要由控制器﹑變頻器﹑傳感器﹑執(zhí)行機構(gòu)﹑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(yōu)點是計算簡單、可靠性高，并且工業(yè)過程控制中被廣泛的應(yīng)用，特別適用于可以建立精確數(shù)學(xué)模型的確定控制系統(tǒng)當(dāng)中。由于實際的工業(yè)生產(chǎn)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(shù)學(xué)模型來分析解決問題。因此在實際的生產(chǎn)現(xiàn)場中我們可以采用PID控制系統(tǒng)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(shù)據(jù)，首先將采集到的實時流量數(shù)據(jù)進(jìn)行放大、濾波和A/D轉(zhuǎn)換，然后由PLC讀入，接著PLC將實時流量值和設(shè)定流量值做比較，通過PID運算后得到輸出目標(biāo)控制值，最后將控制值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后施加在電動調(diào)節(jié)閥上，那么電動調(diào)節(jié)閥就可根據(jù)給定的控制值做出相應(yīng)的動作，并且可以調(diào)節(jié)閥門的開啟度。

比例環(huán)節(jié)(P)：按比例的形式來反映出系統(tǒng)誤差e(t)，當(dāng)偏差產(chǎn)生的時候，控制器就會立刻發(fā)揮控制作用，從而達(dá)到減小偏差的效果。

積分環(huán)節(jié)(I)：主要用來消除靜誤差，從而改善系統(tǒng)誤差率。積分作用主要是與積分時間常數(shù)密切相關(guān)，當(dāng)積分常數(shù)越大那么積分的作用就越弱，否則積分作用就越強。

微分環(huán)節(jié)(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(tǒng)中引入一個有效的早期修正信號，這樣就可以加快系統(tǒng)的動作速度，達(dá)到減少調(diào)節(jié)時間的效果。

PID參數(shù)的設(shè)置主要是根據(jù)控制對象的具體情況而選定的；另外一個方面也可以根據(jù)經(jīng)驗來確定。比例系數(shù) 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(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定的時間變長；積分系數(shù) 主要反映動作響應(yīng)速度的快慢，如果當(dāng) 增大了則響應(yīng)速度就會變慢，反之則快；微分系數(shù) 主要是用來消除靜態(tài)誤差的，一般我們都會把 設(shè)置的小一些，那么它對系統(tǒng)干擾就會小一些。

2.2 流量比值控制

在工業(yè)生產(chǎn)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(guān)系的控制系統(tǒng),我們就把它稱為比值控制系統(tǒng)。

比值控制法種類比較多，其中包括開環(huán)和閉環(huán)的比值控制，閉環(huán)又可以分為單閉環(huán)和雙閉環(huán)開兩種控制方法。最為簡單的一種控制方案就是開環(huán)控制，而單閉環(huán)控制則是對開環(huán)進(jìn)行完善后而設(shè)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(huán)控制，而缺少一個主流量閉環(huán)控制。

我們通過給出的原理圖可以看出：第一個閉環(huán)控制系統(tǒng)是主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，它是以氯化鉀作為主流量的，當(dāng)我們完成設(shè)置之后，經(jīng)過閉環(huán)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)作用，就可以消除擾動誤差產(chǎn)生的影響，從而讓氯化鉀的流量能夠穩(wěn)定在我們所設(shè)定范圍值上，實際上主流量閉環(huán)控制就是屬于恒值控制系統(tǒng)。第二個閉環(huán)控制系統(tǒng)是副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)，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(shù)K的乘積。副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)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。

3　結(jié)語

通過基于PLC基礎(chǔ)上的兩種流量控制方法的分析與研究，我們最終得到的結(jié)果表明:基于PLC編程的兩種流量控制方法都是可以采用的，因為兩種方法不僅可以提高流量控制的精度、滿足工廠的實際應(yīng)用需求，而且也實現(xiàn)了工廠自動化控制、節(jié)約控制時間和生產(chǎn)成本，同時也大大的提高了生產(chǎn)效率。

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作者簡介：朱思益（1986-），男，湖北黃岡人，碩士，助理實驗師，主要研究方向：自動控制。