基于PLC的化工过程液位自动化控制系统设计.pdf

信息记录材料 年 月 第 卷第 期基于 的化工过程液位自动化控制系统设计范建宏吴 豪(中策橡胶集团股份有限公司 浙江 杭州)【摘摘要要】在轮胎生产中硫化罐的液位是质量控制的重要环节基于可编程逻辑控制器的化学工艺液位自动控制系统是实现高效安全生产的关键对于确保生产过程的稳定性和安全性至关重要 传统的手动控制方法存在人为误差和效率低下的问题 本文详细介绍了液位控制系统的硬件组成和工作原理并对液位传感器以及控制算法进行了分析和讨论 针对化工过程中液位控制的需求设计了新型 的自动液位控制系统 分析表明:所设计的系统具有较高的可靠性和稳定性在液位控制方面具有良好的控制效果【关关键键词词】可可编编程程逻逻辑辑控控制制器器 化化学学工工艺艺 液液位位控控制制 自自动动控控制制系系统统【中中图图分分类类号号】【文文献献标标识识码码】【文文章章编编号号】()作者简介:范建宏()男浙江杭州大专工程师研究方向:化工自动化应用 引言在轮胎制造中硫化工艺的液位控制是非常重要的硫化是轮胎制造过程中的关键步骤通过加热轮胎模具中的橡胶混合料使其发生化学反应形成具有所需硬度和弹性的轮胎胎面和侧面 在硫化过程中液位控制对于确保产品质量和工艺稳定性至关重要 传统的手动液位控制方法存在人为误差和效率低下的问题需要不断的人工干预和调整 为了解决这些问题自动控制技术应运而 生 其 中 可 编 程 逻 辑 控 制 器()作为一种灵活可靠的控制设备在化学工艺中得到广泛应用 尽管 在化学工艺控制中具有潜力但目前还缺乏针对液位控制的全面研究和实施方案在许多化学工艺中液位控制的稳定性和准确性对于生产过程的成功运行至关重要 因此开发一种基于 的液位自动控制系统能够实现精准、可靠和灵活的液位控制对于提高化学工艺的效率和安全性具有重要意义为了解决传统手动液位控制方法存在的问题设计和实现一种基于 的化学工艺液位自动控制系统 通过该系统可以实现液位的实时监测、精确控制和自动调整提高生产过程的稳定性和效率 同时本研究还将讨论该系统在化学工艺中的可行性和有效性为工业界提供一种先进的液位控制解决方案 液位控制的理论与方法 液位控制的重要性液位控制在轮胎硫化过程中的重要性在于确保产品质量的一致性、工艺的稳定性、能源的高效利用和生产的安全性 合理的液位控制策略可以提高生产效率、降低成本并确保轮胎硫化过程的质量和可持续发展传统手动液位控制方法通常依赖于操作员的经验和观察但是人工操作容易受到主观因素的影响导致液位控制的不准确性手动调整液位需要大量人力和时间限制了生产过程的效率和灵活性针对快速变化的工艺条件手动控制方法反应迟缓且难以应对复杂的反馈关系 自动控制的基本原理自动液位控制通过利用反馈控制原理基于系统的实时反馈信息进行调整以实现液位的精确控制 常用的自动控 制 理 论 包 括 比 例积 分微 分 控 制()、模糊控制和模型预测控制等其中 控制是最常用和经典的控制方法之一其数学模型如式()所示:()()()()()式()中()为控制器输出()为液位误差、分别为比例、积分和微分系数 控制通过调整这些系数实现对液位控制系统的稳定性和响应速度的调节 的概述 是一种专用的计算机控制设备广泛应用于自动化控制领域 具有高度可编程性、实时性和可靠性的特点适用于各种复杂的工业过程控制 在液位控制中 可以实时获取液位传感器的测量数据并通过控制算 法 计 算 出 相 应 的 控 制 信 号 驱 动 执 行 器 控 制液面 基于 的液位控制系统设计 系统总体结构如图 所示该系统包括监控层、控制层和现场层监控层由一些计算机组成控制层使用 现场层包括压力传感器、温度传感器、现场智能仪表、变送器、执行器等 监控层与控制层通过/通信控制层与现场层通过 通信监控层由计算机组成用于实时监测和显示液位控制系统的运行状态和参数 监控层通过/协议与 通信获取 中液位控制系统的实时数据包括设定液位、实际液位、控制信号等 监控层将采集到的数据显示在界面上以便操作员实时了解液位控制的情况 同时监控层还可以根据设定的报警条件对液位异常情况进行报警提示以保证系统的安全运行控制层采用 负责实现液位控制算法的计算和控信息记录材料 年 月 第 卷第 期制信号的生成 根据监控层提供的设定液位和实际液位数据控制层通过内部的控制算法计算出相应的控制信号如阀门开度或泵的转速 控制层将计算得到的控制信号输出到执行器通过调整执行器的状态实现对液位的精确控制图 系统总体设计图现场层包括压力传感器、温度传感器、现场智能仪表、变送器、执行器等设备用于实时感知和调节化学工艺中的物理参数 现场层的压力传感器和温度传感器等设备负责实时采集液位控制过程中的物理参数如液位高度、液体温度等 现场层通过 协议与 通信将采集到的传感器数据传输给 供控制层进行液位控制计算和决策 执行器根据 发送的控制信号控制阀门或泵等装置的状态以调整液位高度监控层与控制层之间通过/协议进行通信实现实时数据的采集和显示以及对液位异常情况的报警处理控制层与现场层之间通过 协议进行通信实现控制信号的传输 液位传感器选择该系 统 采 用 差 压 式 液 位 传 感 器 来 进 行 液 位 测量 该类传感器是一种常用于液位测量的传感器它通过测量液体所产生的压力差来确定液位高度如图 所示图 液位压差传感器原理其工作原理基于斯托克斯定律和浮力原理 差压式液位传感器包括 个连接在不同高度的测量装置一般分别安装在液体容器的底部和顶部 液体的压力随着液位的变化而改变传感器通过测量 个测量装置之间的压力差来确定液位高度 差压传感器可以通过公式()计算液位高度:()式()中 表示液位高度 表示 个测量装置之间的压力差 表示液体的密度 表示重力加速度差压式液位传感器可以适用于不同液位高度的测量具有较宽的测量范围、较高的测量精度能够快速响应液位的变化并且对温度、介质密度等因素的变化具有较强的抗干扰能力能够稳定地测量液位 控制算法设计假设液位传感器输出的液位测量值为 目标液位设定值为 控制算法通过调节执行器的工作状态来实现液位的控制首先计算液位偏差 表示实际液位测量值与目标液位设定值之间的差异如式()所示:()比例控制时根据偏差 计算比例控制输出信号 该信号与偏差成正比用于控制执行器的工作状态如式()所示:()式()中 是比例控制增益参数用于调节控制系统的响应速度积分控制时根据偏差的积分值计算积分控制输出信号 该信号与偏差的累积值成正比用于消除偏差的积分效应和提高控制系统的稳定性如式()所示:()式()中 是积分控制增益参数用于调节控制系统对持续偏差的补偿能力将比例控制输出信号和积分控制输出信号相加得到最终的控制信号 如式()所示:()根据控制信号 调节执行器的工作状态以使液位逐渐接近目标液位设定值 通过不断地对比实际液位测量值与目标液位设定值控制算法实时调整控制信号使得液位在设定范围内稳定控制算法流程如图 所示控制步骤如下:()开始()读取目标液位设定值()读取液位传感器输出的实际液位测量值()计算液位偏差 ()计算比例控制输出信号 其中 是比例控制增益参数()计算偏差的积分值信息记录材料 年 月 第 卷第 期()计算积分控制输出信号 其中 是积分控制增益参数()计算控制信号合成 ()调节执行器的工作状态以使液位逐渐接近目标液位设定值()延时一段时间等待液位调节反应()返回步骤()循环执行液位测量和控制操作()结束图 程序控制流程图 分析与讨论 自动控制液位系统具有较高的可靠性和稳定性在液位控制方面具有明显的优势 但在实际应用过程中需要注意系统的维护和调整以保证系统的性能和稳定性该系统基于 实现使其具有高可靠性和稳定性液位传感器采用差压式传感器可以满足一般场景下的精度要求通过控制阀门开度实现液位控制具有较好的控制效果 相比传统的手动控制方式该系统具有更高的自动化水平和稳定性 控制算法也具有较好的可调性和可重复性可广泛应用于化工、制药、食品等领域的液位控制但是该系统也存在诸多缺点:()系统实现需要一定的技术水平和成本投入()该系统对环境和工艺参数的变化比较敏感需要进行定期维护和调整()控制算法需要针对具体系统进行优化否则 控制效果会受到影响 结语综上所述本文讨论了基于 的化工自动液位控制系统的设计方案探索了在硫化过程中液位控制的应用 通过差压式液位传感器实时监测液位 控制算法调节执行器工作状态系统能够实现精确控制和稳定调节 该系统具有高可靠性、实时性和响应性能并具备良好的扩展性和兼容性 分析表明了该系统在液位控制方面的优越性为化工领域的液位控制提供了一种可行且有效的解决方案 因此系统的维护和调整仍需特别关注以保证系统的性能和稳定性 未来的工作可进一步优化控制算法和系统架构提高系统的自动化水平和控制精度以满足不同化工过程中的液位控制需求【参考文献】张晓琳 杨华 郭良刚 等.轮胎定型硫化机蒸汽管路概述.橡塑技术与装备 ():.游志生.硫化罐控制系统及硫化工装的改进.轮胎工业 ():.王伟 张晶涛 柴天佑.参数先进整定方法综述.自动化学报 ():.吴宏鑫 沈少萍.控制的应用与理论依据.控制工程 ():.张桂香 张志军.的选型与系统配置.微计算机信息 ():.王起.论、单片机、工控机在工业现场中的应用及选用方法.广西轻工业 ():.王志刚 虎恩典 王宁.基于 的双容水箱液位串级 控制的实现.电子设计工程 ():.刘庆花 蔡庄红.基于 的精细化工装置控制系统的设计.自动化技术与应用 ():.宋海声 彭鹏 李先勤 等.万兆以太网/传输系统设计.现代电子技术 ():.郭树青 岳玲玲 田金鑫 等.西门子 与 的 通信.设备管理与维修():.王祖迅.基于差压的矿用密闭液位传感器设计.煤矿机械 ():.王向飞 张辽远 杨光 等.差压式浓硫酸液位和密度检测系统的研究.沈阳理工大学学报 ():.熊峰.基于 的精细化工生产过程压力转料自动化控制技术研究.化工设计通讯 ():.