畢業(yè)論文格式正文

1、第1章 前 言1.1 聚合物驅(qū)油簡(jiǎn)介目前全國(guó)各大油田經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的開(kāi)發(fā)，主力油田均已進(jìn)入高含水階段，大部分已處于二次采油末期或三次采油的階段。三次采油的概念是根據(jù)油田開(kāi)采方式的發(fā)展而演變來(lái)的。最初利用油藏的天然能量進(jìn)行開(kāi)采，直至天然能量枯竭，油井不能自噴為止，這一階段稱(chēng)為一次采油，其特點(diǎn)是投資較少，技術(shù)簡(jiǎn)單，利潤(rùn)高，但油田采收率低。二次采油是指一次采油之后采用注水的方式使油藏能量恢復(fù)，使油井維持較長(zhǎng)的自噴開(kāi)采期，此時(shí)油田采收率可提高到30-40%。當(dāng)二次采油末期油田含水上升到經(jīng)濟(jì)極限，再用注水以外的新技術(shù)繼續(xù)進(jìn)行開(kāi)采，就叫三次采油，其特點(diǎn)是高技術(shù)、高投入、高采收率。注聚合物驅(qū)油就是在這種背景下產(chǎn)生

2、的，它是三次采油中普遍使用的一種方法。注聚合物驅(qū)油，即通過(guò)注入聚合物來(lái)增加注入水的粘度和降低油層的水相滲透率，改變水油流度比，這個(gè)過(guò)程的實(shí)現(xiàn)是靠水溶性的高分子，以極小濃度的活性物質(zhì)在溶液中產(chǎn)生高黏度，從而調(diào)整注入剖面，提高了原油采收率。作為三次采油中普遍使用的一種方法，自從在油田推廣以來(lái)，收到了明顯的降水增油效果。僅以大慶油田為例，大慶油田從1996年開(kāi)始投入使用聚合物驅(qū)油以來(lái)，開(kāi)發(fā)面積超過(guò)100平方公里，油田采收率已經(jīng)突破50%，實(shí)現(xiàn)聚驅(qū)采收率比水驅(qū)提高10個(gè)百分點(diǎn)以上，聚驅(qū)年產(chǎn)油量超過(guò)1000萬(wàn)噸，創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)效益超過(guò)100億元人民幣，因此注聚合物驅(qū)油是我國(guó)老油田高含水后期保持穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要措

3、施之一。1.2 聚合物驅(qū)油地面設(shè)備聚合物混配裝置，是用于注聚合物驅(qū)油的主體地面設(shè)備，它包括兩個(gè)單元：分散溶解單元和罐群?jiǎn)卧?。該裝置是高技術(shù)含量的機(jī)電一體化產(chǎn)品，主要由干粉儲(chǔ)料罐、干粉輸送系統(tǒng)、清水輸送系統(tǒng)、混配罐、熟化罐、液位傳感器等組成，來(lái)完成干粉儲(chǔ)存、輸送、計(jì)量、風(fēng)送、溶解，混配液轉(zhuǎn)輸以及攪拌和定時(shí)熟化等工作。其主要作用在于實(shí)現(xiàn)聚合物干粉與水的充分混合，配制成一定濃度、一定粘度的聚合物溶液，經(jīng)熟化攪拌等后期處理，達(dá)到設(shè)計(jì)所要求的濃度和黏度值，然后按比例與清水或污水混配后注入地下，達(dá)到堵水驅(qū)油、提高油藏采收率的目的。聚合物混配裝置的自動(dòng)化程度很高，對(duì)其自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性、安全性要求極嚴(yán)

4、。因?yàn)樽钥叵到y(tǒng)一旦出現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)場(chǎng)值班員往往束手無(wú)策，對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題不能及時(shí)處理，嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)冒罐、停注等重大事故，對(duì)注聚站的正常生產(chǎn)運(yùn)行及注聚效果影響很大，故應(yīng)設(shè)計(jì)一套穩(wěn)定、可靠、安全的自控系統(tǒng)。目前，聚合物混配裝置的自動(dòng)控制系統(tǒng)大都是以PLC為控制核心。它采用集散控制系統(tǒng)，底層采用PLC可編程控制器，工作性能穩(wěn)定可靠，各控制單元分別以其相應(yīng)裝置作為被控對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制，同時(shí)將各被控對(duì)象的運(yùn)行和故障信號(hào)經(jīng)綜合處理后送至信號(hào)箱進(jìn)行指示或故障報(bào)警。上層采用工業(yè)計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控各裝置的運(yùn)行情況，將各裝置的運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)顯示于流程畫(huà)面中，使現(xiàn)場(chǎng)操作人員直觀的了解和觀察到運(yùn)行設(shè)備的狀況。第2章 聚合物混

5、配裝置的工藝流程聚合物混配裝置一般包括兩個(gè)單元：分散溶解單元和罐群?jiǎn)卧@兩個(gè)單元既相互獨(dú)立又緊密聯(lián)系，其中每一個(gè)單元又由機(jī)械部分和電氣自動(dòng)控制部分組成。整套裝置的主要功能是完成干粉儲(chǔ)存、輸送、計(jì)量、風(fēng)送、溶解、混配液轉(zhuǎn)輸以及攪拌和定時(shí)熟化等工作。下面先介紹該裝置的各個(gè)組成部分，然后說(shuō)明它的工藝流程，最后介紹它的自動(dòng)控制系統(tǒng)。2.1 聚合物混配裝置的組成 干粉輸送及計(jì)量部分由料斗、提升機(jī)、料倉(cāng)、螺旋計(jì)量器、閘板閥、射流器、鼓風(fēng)機(jī)、振動(dòng)器、料位計(jì)等部件組成，其功能是輸送、存儲(chǔ)干粉并按設(shè)定的工藝參數(shù)通過(guò)氣力輸送定量干粉至混配器。著重介紹以下幾個(gè)部件：（1）螺旋提升機(jī)該機(jī)螺旋體一般采用整體加工結(jié)構(gòu)，

6、其螺旋面精度高，螺旋導(dǎo)程尺寸精確，螺旋體與外管配合間隙小，輸送效率高，整機(jī)密封可靠，可以杜絕粉塵泄漏，出料口無(wú)落料阻力。（2）料倉(cāng)采用筒形圓錐結(jié)構(gòu)，集干粉儲(chǔ)存、計(jì)量、風(fēng)送為一體，結(jié)構(gòu)緊湊，在料倉(cāng)的高低位配有料位計(jì)，當(dāng)料位低或高時(shí)能發(fā)出報(bào)警信號(hào)或自動(dòng)停機(jī)。（3）螺旋計(jì)量下料器采用減速機(jī)與螺旋體直聯(lián)結(jié)構(gòu)，完成一級(jí)減速，變頻器進(jìn)行二級(jí)變頻無(wú)級(jí)調(diào)速，以保證標(biāo)定干粉的準(zhǔn)確可調(diào)。料箱采取多重密封形式，嚴(yán)防干粉進(jìn)入傳動(dòng)系統(tǒng)。閘板閥采用密封形式，可杜絕干粉外漏。 分散溶解部分分散溶解部分由溶解罐、靜壓液位計(jì)、混配器、攪拌器、螺桿泵及由電動(dòng)閥、調(diào)節(jié)閥、流量計(jì)構(gòu)成的供水系統(tǒng)等部件組成，其功能是把干粉與水混合后，經(jīng)

7、初步攪拌，由螺桿泵輸送至熟化罐。（1）靜壓液位計(jì)為保證液位的準(zhǔn)確測(cè)量和控制，避免環(huán)境影響造成誤測(cè)和失靈，溶解罐裝有高精度的靜壓液位計(jì)，靜壓液位計(jì)將檢測(cè)到的液位信號(hào)變換成與之成比例的電信號(hào)，傳到A/D單元，然后送入中央處理單元，與設(shè)定值比較，一旦進(jìn)入上下液位極限，馬上發(fā)出報(bào)警信號(hào)。（2）流量計(jì)和調(diào)節(jié)閥為保證混配濃度的準(zhǔn)確，供水管線上裝有電磁流量計(jì)和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，可保證供水精度。清水管線中的流量計(jì)主要用于檢測(cè)管線中的水流量，并把數(shù)據(jù)傳給自動(dòng)控制系統(tǒng)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接收自動(dòng)控制系統(tǒng)傳來(lái)的數(shù)據(jù)，從而調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，保證水流量穩(wěn)定在一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的數(shù)值上，從而也保證了混配液的濃度。（3）混配器混配器由數(shù)個(gè)噴嘴

8、將水呈扇面狀噴射，在混配罩內(nèi)形成負(fù)壓，提供下粉的輔助動(dòng)力，增大干粉與水的接觸面積，同時(shí)高速水流還能提供足夠的能量打破干粉分子間的勢(shì)壘，利于干粉與水的混合，避免凝結(jié)和“魚(yú)眼”產(chǎn)生。2.2 聚合物混配裝置的流程首先由人工將袋裝干粉向料斗加料，經(jīng)提升機(jī)將干粉輸送到料倉(cāng)，再由螺旋計(jì)量器將干粉推入料斗、射流器及風(fēng)輸管線送至混配器。料斗下方有料位計(jì)，檢測(cè)料斗有料情況，以避免提升機(jī)無(wú)料提升；料倉(cāng)設(shè)有上下料位報(bào)警，當(dāng)料倉(cāng)料位處于低位時(shí)，發(fā)出提醒加料信號(hào)，如在一定時(shí)間內(nèi)仍不能正常加料，系統(tǒng)將自動(dòng)停止運(yùn)行；當(dāng)料倉(cāng)料位到達(dá)高位時(shí)，如果提升機(jī)正在提料，系統(tǒng)將自動(dòng)停止它的工作，并發(fā)出料倉(cāng)滿信號(hào)。料倉(cāng)倉(cāng)壁外側(cè)裝有振動(dòng)器，

9、定期振動(dòng)，保證聚合物干粉的順利下行，有助于干粉沿料倉(cāng)壁面向下滑動(dòng)，避免“膨料”現(xiàn)象的發(fā)生，并有助于提高螺旋計(jì)量器輸送干粉的計(jì)量精度。實(shí)際下粉量由下料器電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制，電機(jī)的轉(zhuǎn)速通過(guò)變頻器調(diào)節(jié)，為保證下料的精度，應(yīng)使電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)恒定值上，為此對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行了閉環(huán)控制。通過(guò)檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速，與給定的轉(zhuǎn)速比較，由PLC實(shí)現(xiàn)PID算法，計(jì)算出的調(diào)節(jié)量經(jīng)D/A控制變頻器，進(jìn)而控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。干粉由鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)送至混配器，如前所述，混配罩內(nèi)是負(fù)壓，干粉與高速水流可以充分接觸。清水管線中的流量計(jì)主要用于檢測(cè)管線中的水流量，并把數(shù)據(jù)傳給自動(dòng)控制系統(tǒng)，從而調(diào)整調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，同時(shí)通過(guò)變頻器改變干粉的下料速度最終達(dá)到

10、確定的配比液濃度。通過(guò)混配器進(jìn)入溶解罐的混配液，還未完全溶解，只是處于潤(rùn)濕狀態(tài)，采用攪拌器攪拌，促進(jìn)其溶解。當(dāng)混配罐內(nèi)液位達(dá)到一定位置時(shí)，攪拌機(jī)開(kāi)始攪拌，并在低于設(shè)定的停止液位時(shí)自動(dòng)停止工作；螺桿泵用于把罐內(nèi)液體輸送到熟化系統(tǒng)中去。在自動(dòng)狀態(tài)下，溶解罐內(nèi)的液面高度達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，螺桿泵才啟動(dòng)。由于該泵為容積泵，在泵出口處按裝了安全閥。當(dāng)輸出管線壓力過(guò)高時(shí)，安全閥自動(dòng)開(kāi)啟泄壓，液體回流罐內(nèi)，這樣使螺桿泵在工作時(shí)不過(guò)載，達(dá)到保護(hù)泵及電機(jī)的目的?；炫湟旱耐廨斢膳乓罕脕?lái)完成，排液泵的轉(zhuǎn)速可以通過(guò)變頻器以手動(dòng)、自動(dòng)或程序設(shè)定的方式來(lái)調(diào)節(jié)。靜壓式液位計(jì)對(duì)罐內(nèi)的液位高度進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)檢測(cè)，從而確定各自控部件的

11、開(kāi)啟與調(diào)節(jié)。當(dāng)罐內(nèi)液位過(guò)高時(shí)，控制系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)水量。控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，混配液可由溢流口排入站內(nèi)排污系統(tǒng)。聚合物混配裝置流程示意圖如2-1所示。該套裝置是由2個(gè)溶解單元和1個(gè)罐群?jiǎn)卧M成的，這種裝置適用于額定配液能力比較大的注聚站，當(dāng)需要的配液量很大時(shí)，2個(gè)溶解單元可以同時(shí)工作，大部分情況下，一般投入一套裝置，另一套裝置作為備用。圖2-1 聚合物混配裝置工藝流程2.3 自動(dòng)控制系統(tǒng)分析2.3.1 控制系統(tǒng)概述注聚裝置采用分布式控制系統(tǒng)、C-NET網(wǎng)絡(luò)連接方式；底層控制器采用歐姆龍PLC可編程控制器，其程序容量大、功能強(qiáng)、指令豐富，同時(shí)具有體積小、控制精度高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)；上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

12、采用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)為主機(jī)、大屏幕顯示器為監(jiān)控界面，監(jiān)控畫(huà)面由組態(tài)軟件編制而成，操作方便、動(dòng)態(tài)感強(qiáng)，與底層PLC采用網(wǎng)絡(luò)式通訊結(jié)構(gòu)，通訊性能高效可靠5，如圖2-2所示。中央控制單元信號(hào)箱罐群?jiǎn)卧芙鈫卧?溶解單元1圖2-2 注聚裝置自控系統(tǒng)各組成單元2.3.2 控制系統(tǒng)各單元間的聯(lián)系電氣控制系統(tǒng)由溶解單元、罐群?jiǎn)卧椭醒肟刂茊卧冉M成，各控制單元分別以其相應(yīng)裝置作為被控對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)控制，同時(shí)將各被控對(duì)象的運(yùn)行和故障信號(hào)經(jīng)綜合處理后送至信號(hào)箱進(jìn)行指示或故障報(bào)警；罐群?jiǎn)卧ㄟ^(guò)運(yùn)行允許信號(hào)來(lái)控制溶解裝置的運(yùn)行；中央控制單元?jiǎng)t實(shí)時(shí)監(jiān)控各裝置的運(yùn)行情況，將各裝置的運(yùn)行狀況動(dòng)態(tài)顯示于流程畫(huà)面中，使現(xiàn)場(chǎng)

13、操作人員直觀的了解和觀察到運(yùn)行設(shè)備的狀況。圖2-3表示了各控制單元之間及控制單元與被控對(duì)象之間的關(guān)系。工控機(jī)溶解單元罐群?jiǎn)卧盘?hào)箱干粉低位報(bào)警運(yùn)行/故障信號(hào)運(yùn)行允許信號(hào)運(yùn)行故障信號(hào)圖2-3 注聚裝置控制單元間的關(guān)系2.3.3 溶解單元自動(dòng)控制系統(tǒng)溶解單元是注聚合物站的第一部分，完成水和干粉的定量混配，是聚合物配制站最重要的環(huán)節(jié)，如圖2-4所示。圖2-4 溶解單元工藝流程圖溶解單元具有手動(dòng)和自動(dòng)兩種運(yùn)行方式，手動(dòng)方式用于系統(tǒng)的調(diào)試和維修，自動(dòng)方式用于系統(tǒng)正常運(yùn)行。（1）手動(dòng)運(yùn)行方式手動(dòng)方式用于系統(tǒng)的調(diào)試和維修，用于各設(shè)備的測(cè)試運(yùn)行，操作人員可通過(guò)控制面板上的開(kāi)關(guān)來(lái)控制每一臺(tái)設(shè)備。（2）自動(dòng)運(yùn)行方

14、式自動(dòng)方式為系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式，自動(dòng)方式下系統(tǒng)將按照流程要求，自動(dòng)執(zhí)行設(shè)定的程序。自動(dòng)方式下可以進(jìn)行各種故障的判斷，各部件運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)，并保存這些信息。自動(dòng)方式下系統(tǒng)可進(jìn)行下列故障的判斷：流量計(jì)故障、電源故障、超高液位故障、鼓風(fēng)機(jī)故障、變頻器故障、攪拌機(jī)故障、下粉器故障、排液泵故障、振動(dòng)器故障、干粉低位故障等，如果發(fā)生上述故障，系統(tǒng)將做出相應(yīng)反應(yīng)，并發(fā)出報(bào)警，同時(shí)對(duì)該故障自鎖，直到故障排除，按一下復(fù)位/燈測(cè)試按鈕，故障才能完全解除。第3章 可編程控制器的選型本章先對(duì)課題設(shè)計(jì)中所用到的核心的控制部件可編程控制器及所選用的歐姆龍系列PLC做一簡(jiǎn)單的介紹，然后說(shuō)明選用的可編程控制器的型號(hào)，最后介紹

15、用于歐姆龍系列PLC的編程軟件CX-Programmer。3.1 可編程控制器概述聚合物分散溶解裝置采用可編程控制器作為整套設(shè)備的控制核心?？删幊炭刂破魇且环N迅速崛起的現(xiàn)代控制設(shè)備。它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、編程簡(jiǎn)單、操作方便，還可以將計(jì)算機(jī)的許多功能與繼電器控制系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，通用性強(qiáng)。由于可編程控制器擁有很多的優(yōu)點(diǎn)，使得它在鋼鐵、采礦、水泥、石油、化工、電力、機(jī)械制造、汽車(chē)卸載、造紙、紡織、環(huán)保以及娛樂(lè)等各行各業(yè)得到廣泛的應(yīng)用，與機(jī)器人和CAD/CAM并行構(gòu)成現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)控制的三大支柱。可編程控制器的優(yōu)點(diǎn)主要有：（1）抗干擾性能強(qiáng)，穩(wěn)定性及可靠性很高。主要體現(xiàn)在： 輸入、輸出均采用光電隔離，提高了抗干擾能

16、力。 主機(jī)的輸入電源和輸出電源均相互獨(dú)立，減少了電源間的干擾。 采用循環(huán)掃描的工作方式，提高了抗干擾能力。 內(nèi)部采用“監(jiān)視器”電路，以保證CPU正?？煽康墓ぷ?。 采用密封、抗震、防塵的外殼封裝，能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境。（2）采用模塊化組合式結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)構(gòu)成十分靈活，可根據(jù)用戶需要任意組合，易于維修，易于實(shí)現(xiàn)分散式控制。（3）編程語(yǔ)言簡(jiǎn)單易學(xué)，便于普及。PLC采用面向控制對(duì)象的編程語(yǔ)言，簡(jiǎn)單、直觀、易學(xué)易記，適于在工礦企業(yè)中推廣。（4）可進(jìn)行在線修改，柔性好。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)使得PLC在工業(yè)自動(dòng)化中受到廣泛的歡迎，近年來(lái)，在工業(yè)中應(yīng)用日益普遍10。3.2 歐姆龍CJ系列PLC概述日本OMRON（立石公

17、司）電機(jī)株式會(huì)社是世界上生產(chǎn)PLC的著名廠商之一。歐姆龍系列的PLC種類(lèi)齊全，指令系統(tǒng)功能強(qiáng)大，能夠處理復(fù)雜的控制過(guò)程，該公司以良好的性價(jià)比占據(jù)了我國(guó)PLC市場(chǎng)的較大份額。聚合物分散溶解裝置的控制系統(tǒng)使用的是歐姆龍的CJ系列可編程控制器，現(xiàn)在介紹該系列相關(guān)產(chǎn)品的特點(diǎn)和相關(guān)的軟硬件知識(shí)12。歐姆龍新推出的CS/CJ系列PLC，無(wú)論是在性能、功能及擴(kuò)展性方面均有卓越的表現(xiàn)。納秒級(jí)的指令執(zhí)行速度，多達(dá)四層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)支持三層網(wǎng)絡(luò)間的無(wú)縫信息通信，以及可以實(shí)現(xiàn)各種基于PLC的系統(tǒng)擴(kuò)展，如：基于PLC的過(guò)程自動(dòng)化系統(tǒng)、高精度定位及運(yùn)動(dòng)控制和遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等。目前新面世的V3.0版本的CPU單元又增加了功能塊

18、（FB）支持功能，功能塊邏輯可寫(xiě)入結(jié)構(gòu)化文本（ST），并符合IEC61131-2標(biāo)準(zhǔn)，使得梯形圖程序中難以實(shí)現(xiàn)的處理變得容易解決。CJ1系統(tǒng)可以工作于24V DC電源或者100240V AC電源。對(duì)于以數(shù)字量為主的小型系統(tǒng)也可以使用一個(gè)低成本的小容量電源單元。根據(jù)CPU的類(lèi)型，最多有三個(gè)擴(kuò)展機(jī)架可以連接到CPU機(jī)架上，最大可以擴(kuò)展到40個(gè)I/O單元，每個(gè)系統(tǒng)的擴(kuò)展電纜長(zhǎng)度最長(zhǎng)可到12。3.3 PLC型號(hào)的選擇CJ1系列可編程控制器包括以下幾個(gè)模塊包括CPU模塊、開(kāi)關(guān)量I/O模塊、模擬量輸入輸出A/D和D/A模塊、電源模塊、底板或機(jī)架，這些模塊可以按照一定規(guī)則組合配置。3.3.1 CPU及開(kāi)關(guān)量

19、I/O模塊的選擇（1）CPU模塊選用的是：CJ1M CPU-11，這種類(lèi)型的CPU支持的最大I/O點(diǎn)數(shù)為160點(diǎn)，其程序容量是5K步，數(shù)據(jù)容量是52K字，邏輯處理速度為100ns，支持的最大I/O單元數(shù)為10。（2）開(kāi)關(guān)量輸入單元選用的是CJ1W-ID211，它支持的點(diǎn)數(shù)為16，其工作電壓為24V DC。（3）開(kāi)關(guān)量輸出單元選用的是CJ1W-OD211，它支持的點(diǎn)數(shù)為16，其工作電壓為1224V DC。3.3.2 A/D和D/A的選取PLC用于工程控制時(shí)，只能處理數(shù)字量信息，因此，輸入若為模擬量，則需要用到可編程控制的專(zhuān)用高級(jí)單元A/D單元，將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，經(jīng)CPU處理后輸出。輸出量再經(jīng)

20、過(guò)D/A模塊，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，用來(lái)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。（1）A/D的選取模擬量輸入單元選用的是CJ1W-AD041-V1。該A/D單元有4個(gè)輸入通道CH0CH3。A/D單元的各項(xiàng)主要技術(shù)參數(shù)為：輸入信號(hào)范圍：電壓：05V，15V，010V，-1010V，電流：420mA；數(shù)字輸出范圍：-4000+4000或08000；分辨率：1/4000，但可以在特殊I/O單元DM區(qū)域?qū)⒎直媛试O(shè)置成8000；隔離方式：光電耦合；轉(zhuǎn)換時(shí)間：250s/點(diǎn)；精度：室溫下為±0.5F.S.（滿程）；A/D單元的電壓和電流輸入通過(guò)在接線板后面的電壓/電流開(kāi)關(guān)來(lái)選擇，使用前板上的單元號(hào)開(kāi)關(guān)來(lái)設(shè)置單元號(hào)。

21、數(shù)據(jù)通過(guò)特殊I/O單元區(qū)域（用來(lái)操作單元的數(shù)據(jù)）和特殊I/O單元DM區(qū)域(用來(lái)進(jìn)行初始設(shè)置的數(shù)據(jù))在CPU單元和CJ1W-AD041-V1模擬量輸入單元之間交換，所以要對(duì)這些特殊I/O單元DM區(qū)域?qū)懭肟刂谱?3。（2）D/A的選取模擬量輸出單元選用的是CJ1W-DA041V。該D/A單元有四路輸出通道CH0CH3。D/A單元的各項(xiàng)主要技術(shù)參數(shù)為：數(shù)字輸入范圍：10V：K=±2000，15V，05V，010V，420 mA：K=04000；模擬輸出范圍：電壓：05V，15V，010V，-1010V，電流：420mA；分辨率：1/4000；隔離方式：光電耦合；轉(zhuǎn)換時(shí)間：1ms/點(diǎn)；精度：

22、室溫下為±0.5F.S.（滿程）；D/A的每個(gè)模擬量輸出單元將占據(jù)特殊I/O單元區(qū)域和特殊I/O單元DM區(qū)域字地址，這需要通過(guò)單元前板上的單元號(hào)開(kāi)關(guān)進(jìn)行設(shè)置,并對(duì)這些特殊I/O單元DM區(qū)域?qū)懭肟刂谱?，以便完成CPU單元和CJ1W-DA041V模擬量輸出單元之間的數(shù)據(jù)交換 13。3.3.3 CJ1通信單元的選取CJ1既提供標(biāo)準(zhǔn)的開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)接口，也提供高效率的、高速的專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。PLC與上位信息系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)聯(lián)接可以使用串行或者以太網(wǎng)連接，也可以使用簡(jiǎn)潔明了的Controller Link網(wǎng)絡(luò)。在本課題中選用的是Controller Link通信方式，它選用的通信協(xié)議是歐姆龍所專(zhuān)有的。用雙

23、芯雙絞線連接，其傳輸速率可達(dá)2M/s。3.4 編程軟件CX-Programmer介紹CX-Programmer是一個(gè)用來(lái)對(duì)歐姆龍系列PLC進(jìn)行編程和設(shè)備配置進(jìn)行維護(hù)的工具，它在微軟Windows環(huán)境下運(yùn)行，操作方便。作為歐姆龍PLC的編程軟件，它具有以下顯著的特點(diǎn)：（1）在單個(gè)工程中支持多個(gè)PLC。（2）在單個(gè)工程中支持多個(gè)應(yīng)用程序。（3）在單個(gè)工程中支持多個(gè)任務(wù)，因此可以實(shí)現(xiàn)模塊化編程。這對(duì)于一直以循環(huán)掃描為工作方式的PLC來(lái)說(shuō)，提供了很大的方便。本課題的程序編制就分成了幾個(gè)任務(wù)分別編制，增強(qiáng)了程序的可讀性。（4）以工程層次的形式分層顯示一個(gè)工程的內(nèi)容（比如，符號(hào)、IO表、PLC設(shè)置、記憶卡

24、、錯(cuò)誤日志、PLC內(nèi)存），這些內(nèi)容能夠被直接訪問(wèn)。（5）可以通過(guò)歐姆龍CX-Server應(yīng)用支持全面通信。第4章 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)4.1 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件裝置概述聚合物分散溶解裝置，其硬件裝置主要由2部分組成：溶解控制柜和現(xiàn)場(chǎng)裝置部分，這兩部分通過(guò)端子排連接起來(lái)?，F(xiàn)場(chǎng)信號(hào)通過(guò)地下電纜進(jìn)入控制室里的溶解控制柜，接到控制柜下面的端子排上。下面介紹各組成部分：（1）溶解控制柜是控制系統(tǒng)的核心，里面主要設(shè)備有PLC的CPU模塊、I/O模塊、A/D和D/A模塊、穩(wěn)壓電源、變頻器、繼電器、接觸器、熱繼電器等。調(diào)試好的程序下載到PLC里面后，現(xiàn)場(chǎng)裝置將按照PLC程序執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作。（2）現(xiàn)場(chǎng)裝置來(lái)完成

25、整個(gè)混配過(guò)程，主要設(shè)備有料倉(cāng)、下料器、螺旋計(jì)量器、鼓風(fēng)機(jī)、水泵、供水閥、混配器、溶解罐、攪拌機(jī)、排液泵、靜壓液位計(jì)、料位計(jì)，它接受來(lái)自PLC的控制信號(hào)，按照程序完成整個(gè)混配流程。（3）為了能實(shí)時(shí)掌握現(xiàn)場(chǎng)的運(yùn)行狀況，上位機(jī)可以通過(guò)PLC通信口監(jiān)控現(xiàn)場(chǎng)。在值班室配備微機(jī)監(jiān)控，可對(duì)電器設(shè)備的工作狀態(tài)、工藝流程的運(yùn)行情況實(shí)施現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控、實(shí)時(shí)報(bào)警，提高了自動(dòng)化程度。各部分之間的關(guān)系可用圖4-1表示。監(jiān)控室控制柜接線端子現(xiàn)場(chǎng)裝置圖4-1 溶解裝置各部分間的關(guān)系4.1.2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)（1）系統(tǒng)硬件電路框圖系統(tǒng)硬件電路框圖設(shè)計(jì)如圖4-2所示。接觸器 可 編 程 控 制 器PLC現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)繼電器觸點(diǎn)變頻器電動(dòng)

26、機(jī)測(cè)速電機(jī)靜壓液位計(jì)FBSA/D面板開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)運(yùn)行標(biāo)志開(kāi)關(guān)量輸入指示燈顯示D/A繼電器線圈圖4-2 溶解裝置硬件電路框圖硬件電路包括2部分：主電路和控制電路。主電路即框圖的上半部分，主要功能是完成電動(dòng)機(jī)的啟停和運(yùn)行；控制電路即框圖的下半部分，以PLC為核心，使主電路按程序要求動(dòng)作，完成整個(gè)工藝流程。（2）系統(tǒng)硬件電路分析現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)有2個(gè)：下料器電機(jī)的轉(zhuǎn)速和溶解罐的液位。下料器電機(jī)的轉(zhuǎn)速直接決定了下粉量的多少，為了提高控制精度，對(duì)轉(zhuǎn)速進(jìn)行閉環(huán)控制。采用與下料器電機(jī)同軸相連的測(cè)速發(fā)電機(jī)作為速度測(cè)量機(jī)構(gòu)，將轉(zhuǎn)速變換成與之對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，速度變換器（FBS）用于將測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，

27、變換成A/D可以接受的電壓信號(hào)。液位的測(cè)量采用高測(cè)量精度靜壓液位計(jì)，將液位的高度變換成與之對(duì)應(yīng)的電流信號(hào)，送入A/D中。開(kāi)關(guān)量輸入包括面板開(kāi)關(guān)、現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)、設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)志信號(hào)等。面板開(kāi)關(guān)主要包括手動(dòng)自動(dòng)切換開(kāi)關(guān)、手動(dòng)操作時(shí)的開(kāi)關(guān)、故障時(shí)復(fù)位按鈕；現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)主要是提升機(jī)的運(yùn)行停止按鈕，為了現(xiàn)場(chǎng)操作的方便，提升機(jī)的開(kāi)關(guān)安裝在現(xiàn)場(chǎng)；設(shè)備運(yùn)行標(biāo)志的輸入主要是繼電器的觸點(diǎn)，繼電器吸合后，對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，通過(guò)這個(gè)輸入位可以了解到設(shè)備的運(yùn)行狀況并可以進(jìn)行相應(yīng)的故障檢測(cè)。各種輸入信號(hào)進(jìn)入PLC，然后按照預(yù)先設(shè)定的程序，當(dāng)滿足條件時(shí)，控制相應(yīng)的繼電器動(dòng)作。繼電器動(dòng)作使得常開(kāi)點(diǎn)閉合，接觸器線圈通電，其主觸點(diǎn)閉合電

28、動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)面板上對(duì)應(yīng)的指示燈顯示。經(jīng)過(guò)D/A的模擬量輸出控制變頻器，變頻器根據(jù)PLC計(jì)算出的調(diào)節(jié)量自動(dòng)進(jìn)行頻率調(diào)整，使下料器電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)恒定的值。（3）電路的工作原理說(shuō)明下面以鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行為例，詳細(xì)說(shuō)明電路的工作原理。KHKAKMSBKHKMKAKMQAMEX0COMX1COMPLCY1Y0E3圖4-3 鼓風(fēng)機(jī)控制電路接線圖鼓風(fēng)機(jī)控制電路接線圖如上圖所示。三相電源經(jīng)空氣自動(dòng)開(kāi)關(guān)、接觸器、熱繼電器后接鼓風(fēng)機(jī)，構(gòu)成主電路。手動(dòng)操作時(shí)，按下面板開(kāi)關(guān)，X0檢測(cè)到信號(hào)輸入，則繼電器KA吸合，對(duì)應(yīng)的常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，接觸器線圈KM得電，主電路中常開(kāi)觸點(diǎn)閉合，電機(jī)運(yùn)行，同時(shí)向PLC輸入一個(gè)運(yùn)行標(biāo)志位

29、，即X1。這個(gè)標(biāo)志位有2個(gè)作用，一是鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行的指示信號(hào)，二是可以作為故障檢測(cè)，當(dāng)繼電器吸合，而沒(méi)有檢測(cè)到這個(gè)標(biāo)志位，這種情況持續(xù)3秒以上即視為故障。同時(shí)PLC還會(huì)有一個(gè)指示燈的輸出，在面板上很清楚的看到設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。自動(dòng)操作時(shí)，X0不接受面板上鼓風(fēng)機(jī)開(kāi)關(guān)的輸入，而是在滿足自動(dòng)運(yùn)行的條件時(shí)，把X0置位，不滿足運(yùn)行條件時(shí)把X0復(fù)位。其它的動(dòng)作過(guò)程和手動(dòng)操作時(shí)完全一樣。以上以鼓風(fēng)機(jī)為例，詳細(xì)介紹了電路的接線與動(dòng)作原理，其它設(shè)備如提升機(jī)、攪拌機(jī)、振動(dòng)器的接線及控制思想與鼓風(fēng)機(jī)的類(lèi)似，下料器、排液泵在主電路上與鼓風(fēng)機(jī)略有不同，區(qū)別在于它們用變頻器取代了接觸器，變頻器同樣接受來(lái)自繼電器的動(dòng)作信號(hào)，所以

30、從根本上來(lái)說(shuō)控制思想是一致的。4.1.3 系統(tǒng)供電設(shè)計(jì)由于系統(tǒng)設(shè)備較多，有動(dòng)力設(shè)備、中間繼電器、指示燈、測(cè)量設(shè)備，且在控制柜里有交直流電同時(shí)存在，為了便于接線和故障查線時(shí)比較容易地分清各個(gè)回路，故需要把系統(tǒng)的電源供給情況簡(jiǎn)單說(shuō)明一下。系統(tǒng)中各設(shè)備交直流供電分配情況如圖4-4所示。從電網(wǎng)來(lái)的三相電供給電動(dòng)機(jī)和變頻器運(yùn)行，其中的一相給PLC電源模塊和接觸器線圈。經(jīng)過(guò)整流后的交流電被穩(wěn)壓在直流24V，直流電作為傳感器的工作電壓，A/D和D/A模塊的工作電壓，開(kāi)關(guān)量輸入的高電平基準(zhǔn)電壓，繼電器吸合和指示燈顯示的工作電壓。電網(wǎng)交 流 220 伏PLC電源電動(dòng)機(jī)變頻器接觸器面板開(kāi)關(guān)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)繼電器指示燈傳感

31、器AD/和D/A整流 直 流 24 伏圖4-4 系統(tǒng)供電分配4.1.4 系統(tǒng)抗干擾措施由于本課題來(lái)源于工程實(shí)踐，因此必須要考慮現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，為了提高系統(tǒng)的可靠性，采取了以下的抗干擾措施：（1）輸入設(shè)備抗干擾在布線時(shí)，PLC的交流線與直流線應(yīng)分開(kāi)走線。開(kāi)關(guān)量與模擬量的輸入/輸出線也要分開(kāi)敷設(shè)，后者最好使用屏蔽線。輸入/輸出線與系統(tǒng)動(dòng)力線更要分開(kāi)布線，并保持一定距離。（2）PLC的輸出電路PLC的輸出端子帶負(fù)載能力是有限的，如果超過(guò)了規(guī)定的最大限值，必須外接繼電器或接觸器，才能正常工作?？紤]到有的輸出控制電動(dòng)機(jī)，而電動(dòng)機(jī)的功率比較大，超過(guò)PLC的允許帶負(fù)載能力，故首先外接了繼電器，然后用繼電器控

32、制接觸器的線圈，最后接觸器的主觸點(diǎn)來(lái)控制電機(jī)的啟停。（3）PLC的接地良好的接地是保證PLC安全可靠運(yùn)行的重要條件，PLC系統(tǒng)接地的基本原則是單點(diǎn)接地，即將整個(gè)裝配表面接到低阻抗地的參考點(diǎn)，這個(gè)連接應(yīng)具有極低的直流電阻（<100）和高頻阻抗。為了抑制附加在電源及輸入線、輸出線的干擾，應(yīng)給PLC接專(zhuān)用地線，并且接地點(diǎn)要與其它設(shè)備分開(kāi)。（4）變頻器的接地由于在控制柜中引入了變頻器，而變頻器對(duì)模擬量信號(hào)的干擾十分嚴(yán)重，所以應(yīng)對(duì)變頻器單獨(dú)接地，合理布線，避免或減小干擾的影響，提高系統(tǒng)控制的可靠性8。4.2 PLC控制程序設(shè)計(jì)4.2.1 溶解裝置控制系統(tǒng)要求溶解裝置控制系統(tǒng)要能實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）

33、清水的自動(dòng)輸送；（2）料倉(cāng)高低位的自動(dòng)檢測(cè)；（3）干粉的提升；（4）干粉的精確下料控制；（5）干粉的風(fēng)送；（6）混合液的初步攪拌；（7）溶解罐高低液位報(bào)警；（8）混合液的轉(zhuǎn)運(yùn)輸送；（9）能進(jìn)行各種故障檢測(cè)；（10）能累計(jì)各設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間。4.2.2 程序設(shè)計(jì)整體框圖（1）模塊化編程根據(jù)歐姆龍PLC的編程特點(diǎn)，它在一個(gè)工程中支持多個(gè)任務(wù)，因此把整個(gè)控制程序分成幾個(gè)小任務(wù)分別編制，使其讀起來(lái)更加方便，這幾個(gè)任務(wù)包括：手動(dòng)運(yùn)行，自動(dòng)運(yùn)行，繼電器控制，故障檢測(cè)，指示燈顯示，數(shù)據(jù)采集和參數(shù)設(shè)定，干粉的閉環(huán)調(diào)節(jié)，運(yùn)行時(shí)間累計(jì)。（2）各模塊之間的聯(lián)系幾個(gè)主要的模塊之間的聯(lián)系如圖4-5所示。YN置手動(dòng)標(biāo)志位置

34、自動(dòng)標(biāo)志位繼電器控制有故障否？置故障標(biāo)志位指示燈顯示手動(dòng)運(yùn)行自動(dòng)運(yùn)行圖4-5 各子模塊間的關(guān)系手動(dòng)運(yùn)行和自動(dòng)運(yùn)行只是當(dāng)動(dòng)作條件滿足時(shí)，將相應(yīng)的輸入置標(biāo)志位。手動(dòng)和自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，分別置輸入狀態(tài)的標(biāo)志位，它們共同控制繼電器的動(dòng)作，繼電器動(dòng)作使得常開(kāi)點(diǎn)閉合，接觸器線圈通電，其主觸點(diǎn)閉合電動(dòng)機(jī)運(yùn)行，同時(shí)，利用設(shè)備運(yùn)行標(biāo)志位和繼電器的動(dòng)作狀態(tài)是否一致來(lái)進(jìn)行故障判斷。當(dāng)設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)，指示燈以平光顯示，故障時(shí)以1s的頻率閃爍報(bào)警。由于系統(tǒng)的參數(shù)比較多，所以單獨(dú)把系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)定單列為一個(gè)單元，這樣便于以后參數(shù)的修改。干粉的閉環(huán)調(diào)節(jié)也單獨(dú)作為一個(gè)任務(wù)，增強(qiáng)了程序的可讀性。為了能了解設(shè)備的使用狀況，便于檢修設(shè)備，

35、需要統(tǒng)計(jì)主要設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，因此加入了運(yùn)行時(shí)間累計(jì)這樣一個(gè)任務(wù)。采用多個(gè)任務(wù)塊編程，使程序結(jié)構(gòu)清楚，可讀性強(qiáng)，調(diào)試方便，出現(xiàn)故障時(shí)便于查找錯(cuò)誤，并且程序移植性好，這是歐姆龍系列PLC在梯形圖編程方面的一大特色。4.2.3 系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)（1）手動(dòng)與自動(dòng)控制根據(jù)工藝要求，考慮系統(tǒng)的可靠性和生產(chǎn)的連續(xù)性，控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)為手動(dòng)控制和自動(dòng)控制兩種工作方式。在手動(dòng)控制方式下，通過(guò)控制柜面板開(kāi)關(guān)、按鈕分別操縱各執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，主要用于系統(tǒng)調(diào)試、維修或事故操作，以確保注聚井注液的連續(xù)性。自動(dòng)方式為系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式，也是注聚裝置自動(dòng)控制系統(tǒng)最核心的控制程序。在自動(dòng)運(yùn)行的工作方式下，所有動(dòng)作按程序流程由PLC控制

36、自動(dòng)完成。系統(tǒng)在自動(dòng)運(yùn)行過(guò)程中，系統(tǒng)除了按照下面流程圖的順序動(dòng)作外，還將自動(dòng)進(jìn)行各部件運(yùn)行時(shí)間的累計(jì)、存儲(chǔ)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)各故障輸人點(diǎn)，一旦發(fā)現(xiàn)故障，如鼓風(fēng)機(jī)故障、變頻器故障、下料器故障、攪拌機(jī)故障、排液泵故障、干粉低位等故障中的任一故障，系統(tǒng)將根據(jù)工藝規(guī)定的故障級(jí)別，自動(dòng)進(jìn)行急停、延時(shí)順?；蛱崾镜炔僮鳎l(fā)出相應(yīng)的聲光報(bào)警信號(hào)，同時(shí)該故障自鎖，直到故障排除后按控制面板上的復(fù)位/燈測(cè)試按鈕，系統(tǒng)再繼續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)行關(guān)的時(shí)候，為了使管線中沒(méi)有殘留干粉，要讓鼓風(fēng)機(jī)多運(yùn)行一段時(shí)間，在收到關(guān)信號(hào)時(shí)，延時(shí)50s后再停鼓風(fēng)機(jī)。系統(tǒng)主程序設(shè)計(jì)流程圖如圖4-6所示。自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)的流程說(shuō)明：在切換到自動(dòng)運(yùn)行方

37、式的時(shí)候，首先檢測(cè)罐群允許信號(hào)，若罐群允許，則進(jìn)入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，否則，繼續(xù)等待。自動(dòng)運(yùn)行時(shí)，先開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)，調(diào)節(jié)閥，提升機(jī)。先開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)是為了給裝置干燥通風(fēng)，便于干粉的輸送；調(diào)節(jié)閥從開(kāi)到其開(kāi)到位，大概需要40s；提升機(jī)的運(yùn)行受料倉(cāng)信號(hào)的控制，若處于高料位狀態(tài)，則提升機(jī)不動(dòng)作。開(kāi)調(diào)節(jié)閥后延時(shí)20s啟水泵，約經(jīng)過(guò)60s水流量可以穩(wěn)定，這時(shí)開(kāi)下料器，同時(shí)調(diào)用粉量閉環(huán)子程序，達(dá)到下粉量的精確控制。隨著時(shí)間的累計(jì)，溶解罐液位上升，達(dá)到攪拌機(jī)啟動(dòng)液位時(shí)開(kāi)攪拌機(jī)，達(dá)到排液泵啟動(dòng)液位時(shí)啟排液泵。當(dāng)液位低于攪拌機(jī)的停止液位時(shí)，停攪拌機(jī)，同樣當(dāng)液位低于排液泵的停止液位時(shí)，停排液泵。NNYNNNNYYYYN手動(dòng)自動(dòng)復(fù)位/

38、燈測(cè)試開(kāi)始工作方式選擇罐群允許開(kāi)鼓風(fēng)機(jī)、供水閥開(kāi)提升機(jī)料高否延時(shí)20s開(kāi)水泵延時(shí)50s開(kāi)下料器到攪拌液位？開(kāi)攪拌機(jī)到排液液位？開(kāi)排液泵下粉量閉環(huán)控制手動(dòng)子程序停機(jī)否結(jié)束延時(shí)50s關(guān)鼓風(fēng)機(jī)到排液低位？停排液泵Y到攪拌低位？停攪拌機(jī)Y圖4-6 系統(tǒng)主程序流程圖需要指出的是，攪拌機(jī)和排液泵要達(dá)到啟動(dòng)液位，才會(huì)執(zhí)行動(dòng)作，這是保護(hù)攪拌機(jī)避免因空轉(zhuǎn)而損壞，為避免排液泵在無(wú)液情況下旋轉(zhuǎn)而燒壞所采取的程序保護(hù)措施。（2）故障檢測(cè)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行時(shí)會(huì)向PLC輸入一個(gè)運(yùn)行標(biāo)志，若檢測(cè)到該運(yùn)行標(biāo)志與繼電器的狀態(tài)不一致，并且這種狀態(tài)持續(xù)3s以上即視為故障。把幾種嚴(yán)重的故障作為急停標(biāo)志，一旦出現(xiàn)這種故障系統(tǒng)立即停機(jī)。（3）指

39、示燈顯示燈測(cè)試時(shí)，按下復(fù)位/燈測(cè)試按鈕后3秒鐘，指示燈全亮；各設(shè)備工作正常時(shí)，指示燈發(fā)平光；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，指示燈為1s間隔閃爍報(bào)警；溶解罐液位低于極限低位或者高于極限高位時(shí)，發(fā)出聲光報(bào)警；料倉(cāng)低位有報(bào)警信號(hào)，若沒(méi)有及時(shí)加料以致料倉(cāng)空時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)停機(jī)。（4）時(shí)間累計(jì)考慮到注聚裝置的實(shí)際工作情況，需要每隔一段時(shí)間對(duì)設(shè)備檢修維護(hù)，統(tǒng)計(jì)各設(shè)備的累積運(yùn)行時(shí)間就非常有必要。在程序中，以分鐘為單位進(jìn)行累積，把各設(shè)備運(yùn)行時(shí)間存放在PLC的數(shù)據(jù)區(qū)里面，可以很方便的查詢。4.3 下粉量的閉環(huán)控制4.3.1 PID控制算法介紹下面先分析兩種常用的PID控制算法。y(k)u(k)e(k)r(k)PID控制器被控對(duì)

40、象圖4-7 閉環(huán)控制系統(tǒng)框圖一般的閉環(huán)控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖4-7所示。在計(jì)算機(jī)和可編程控制器中，需要使用數(shù)字式PID。但數(shù)字式PID源于模擬式PID，模擬式PID的計(jì)算公式為：=+ （4-1）寫(xiě)成傳遞函數(shù)形式為：=1+ （4-2）控制器輸出系統(tǒng)給定值與反饋值之間的偏差控制器比例放大系數(shù)控制器積分時(shí)間常數(shù)控制器微分時(shí)間常數(shù)數(shù)字PID控制器又常分為位置式PID控制算法和增量式PID控制算法，以及在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的積分分離PID控制算法、遇限削弱積分PID控制算法、不完全微分PID控制算法、微分先行PID控制算法和帶死區(qū)的PID控制算法等。位置式PID控制算法數(shù)字算式為：=+ （4-3）=+ （4-4

41、）用式（4-3）減去式（4-4）得到PID增量式控制算法的算式：=+=(1+)(1+)+ （4-5）可以看出，由于一般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)采用恒定的采樣周期T，一旦確定了、，只要使用前后三次測(cè)量值的偏差，即可由式（4-5）求出控制增量。采用增量式算法時(shí)，計(jì)算機(jī)輸出的是控制輸出的增量,即=+。就整個(gè)系統(tǒng)而言，位置式與增量式控制算法并無(wú)本質(zhì)區(qū)別，增量式控制只是在算法上作了一些改進(jìn)，卻帶來(lái)了不少優(yōu)點(diǎn)：計(jì)算機(jī)輸出增量值，所以誤差動(dòng)作影響小，必要時(shí)可根據(jù)邏輯判斷加以刪除；手動(dòng)/自動(dòng)切換沖擊小，便于實(shí)現(xiàn)無(wú)擾動(dòng)切換；算式中無(wú)累加，計(jì)算方便。但是增量式PID控制算法也有其不足：積分截?cái)嘈?yīng)大，有靜態(tài)誤差；溢出影響大

42、。因此，一般認(rèn)為在晶閘管做執(zhí)行器或控制精度高的系統(tǒng)中，用位置式PID控制算法，而在以步進(jìn)電動(dòng)機(jī)或電動(dòng)閥門(mén)作為執(zhí)行器的系統(tǒng)中可采用增量式PID控制算法15。PID控制器各個(gè)校正環(huán)節(jié)的參數(shù)設(shè)置對(duì)系統(tǒng)的影響是不一樣的，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，PID控制器各個(gè)校正環(huán)節(jié)和控制參數(shù)的作用如下：（1）比例環(huán)節(jié)：及時(shí)成比例的反映控制系統(tǒng)的偏差信號(hào)，偏差一旦產(chǎn)生，控制器立刻產(chǎn)生控制作用，以減少偏差。增大比例系數(shù)可使系統(tǒng)的動(dòng)作靈敏，速度加快，但太大時(shí)，系統(tǒng)會(huì)趨于不穩(wěn)定。若太小，又會(huì)使系統(tǒng)的動(dòng)作緩慢。同時(shí)，增大可以減少穩(wěn)定誤差。（2）積分環(huán)節(jié)：積分控制能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。越大，積分作用越弱，控制器越趨向

43、于純比例控制；越小，消除余差的能力越強(qiáng)，系統(tǒng)越趨向于不穩(wěn)定。（3）微分環(huán)節(jié)：能反映偏差信號(hào)的變化趨勢(shì)（變化速率），并能在偏差信號(hào)變得太大之前，在系統(tǒng)中引入一個(gè)有效的早期修正信號(hào)，從而加快系統(tǒng)的動(dòng)作速度，減小調(diào)節(jié)時(shí)間。微分控制可以改善系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能，減小超調(diào)量，縮短調(diào)節(jié)時(shí)間，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。4.3.2 下粉量閉環(huán)控制設(shè)計(jì)（1）下粉量閉環(huán)結(jié)構(gòu)原理圖下料器電機(jī)測(cè)速發(fā)電機(jī)FBSA/DPLCPID算法D/A變頻器下粉量閉環(huán)的目的在于使電機(jī)的轉(zhuǎn)速維持在一個(gè)恒定的數(shù)值上，采用與下料器電機(jī)同軸相連的測(cè)速發(fā)電機(jī)作為速度測(cè)量機(jī)構(gòu)，將轉(zhuǎn)速變換成與之對(duì)應(yīng)的電壓信號(hào)，速度變換器（FBS）

44、用于將測(cè)速發(fā)電機(jī)的輸出電壓信號(hào)進(jìn)行衰減，變換成A/D可以接受的電壓信號(hào)，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖4-8所示：圖4-8 下粉量閉環(huán)結(jié)構(gòu)原理圖（2）PID算法的選擇綜合比較兩種算法，最終選擇是增量式PID算法，如式（4-5）所示：=(1+)(1+)+ （4-5）A=(1+)令 B=(1+)C=則：=AB+C （4-6）式（4-6）即為PLC編程選用的PID算法公式。（3）下粉量閉環(huán)控制程序流程圖根據(jù)所選用的PID算法公式，再將其按如下的流程轉(zhuǎn)化為PLC的編程語(yǔ)言，即可實(shí)現(xiàn)下粉量的閉環(huán)控制，下粉量閉環(huán)控制的程序流程圖如圖4-9所示。Y計(jì)算參數(shù)A、B、C開(kāi)始設(shè)初值 e(k-1)=e(k-2)=0，u(k-1)

45、=0本次采樣輸入r(k)>y(k)NYe(k)=r(k)-y(k)u(k)=Ae(k)-Be(k-1)+Ce(k-2)u(k)=u(k-1)+u(k)e(k)=y(k)-r(k)u(k)=Ae(k)+Be(k-1)-Ce(k-2)u(k)=u(k-1)-u(k),e(k)取反輸出u(k) 為下一時(shí)刻作準(zhǔn)備：e(k-1)e(k-2)，e(k)e(k-1)，u(k)u(k-1)采樣時(shí)刻到N圖4-9 下粉量閉環(huán)調(diào)節(jié)的程序流程 閉環(huán)調(diào)試步驟及結(jié)果（1）調(diào)試步驟由于本課題是勝利油田總機(jī)械廠的的工程項(xiàng)目，因此很多處理方法不同于實(shí)驗(yàn)室的建模、仿真等一般的處理步驟，很多都是按照工程的思想進(jìn)行處理的。在閉

46、環(huán)調(diào)節(jié)這一部分中，確定、參數(shù)的值并不是采用的理論計(jì)算整定法，而是工程整定方法。工程整定主要由三種方法：臨界比例法、反應(yīng)曲線法和衰減法，三種方法各有其特點(diǎn)，其共同點(diǎn)都是直接在控制系統(tǒng)中進(jìn)行試驗(yàn)，然后按照工程經(jīng)驗(yàn)公式對(duì)控制器參數(shù)進(jìn)行整定，方法簡(jiǎn)單、易于掌握，在工程實(shí)際中被廣泛采用。下面以臨界比例法為例來(lái)說(shuō)明整定這些參數(shù)的一般步驟。 確定比例增益確定比例增益時(shí)，首先去掉PID的積分項(xiàng)和微分項(xiàng)，一般是令=0、=0，使PID為純比例調(diào)節(jié)。輸入設(shè)定為系統(tǒng)允許的最大值的60%70%，由0逐漸加大比例增益，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩；再反過(guò)來(lái)，從此時(shí)的比例增益P逐漸減小，直至系統(tǒng)振蕩消失，記錄此時(shí)的比例增益，設(shè)定PID

47、的比例增益為當(dāng)前值的60%70%，比例增益調(diào)試完成。 確定積分時(shí)間常數(shù)比例增益確定后，設(shè)定一個(gè)較大的積分時(shí)間常數(shù)的初值，然后逐漸減小，直至系統(tǒng)出現(xiàn)振蕩，之后在反過(guò)來(lái)，逐漸加大，直至系統(tǒng)振蕩消失。記錄此時(shí)的，設(shè)定PID的積分時(shí)間常數(shù)為當(dāng)前值的150%180%。積分時(shí)間常數(shù)調(diào)試完成。 確定微分時(shí)間常數(shù)微分時(shí)間常數(shù)一般不用設(shè)定，為0即可。若要設(shè)定，與確定和的方法相同，取不振蕩時(shí)的30%。 系統(tǒng)空載、帶載聯(lián)調(diào)，再對(duì)PID參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，直至控制指標(biāo)滿足要求。（2）調(diào)試結(jié)果根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，PID參數(shù)的確定首先要考慮控制對(duì)象的慣量。結(jié)合一下實(shí)際的被控對(duì)象，在下粉量閉環(huán)控制中，最根本的控制對(duì)象還是下料器電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而下料器電機(jī)的功率也只有0.12KW。因此，我們可以把閉環(huán)控制系統(tǒng)看成一個(gè)小電機(jī)帶一螺旋計(jì)量器進(jìn)行的轉(zhuǎn)速閉環(huán)控制，可將其視為一個(gè)小慣量控制系統(tǒng)。對(duì)