过程控制装置反应釜液位控制毕业设计-说明

1、过程控制装置反应器液位控制毕业设计（论文）的主要内容及要求：主要内容：1、介绍控制系统的硬件组成及采用的控制方案；2、采用西门子S7-300可编程序控制器，实现反应釜液位的PID控制；3、使用组态王配置系统；4、监控液位PLC控制系统的运行情况。要求：1 、设计以过程控制实验装置中反应器液位为控制对象的控制系统，实现反应器液位的恒值控制；2 、在组态测控界面，实时设置并显示液位给定值、测量值和控制器输出值；3 、实时显示液位给定值实时曲线和液位测量值实时曲线；4 、选择合适的整定方式确定PID参数，并可在组态测控界面实时更改PID参数。5 、设计的反应釜液位控制系统应能实现反应釜液位的自动控制

2、，控制效果好，运行平稳，操作方便。导师签名：过程控制装置中反应器的液位控制概括自1912年反应堆发明以来，取得了飞速发展，全世界仍在以每年3-5%的速度增长。世界上反应堆的总消耗量为3500万。HYPERLINK :/ casgood /pd193.html我国正处于 HYPERLINK %20%20%20%20:/%20%20%20%20casgood%20%20%20%20/pd194.html 反应堆生产和消费快速增长期，已广泛应用于石油、化工、轻工、食品、酿酒、制药、家电、水电、机械、建筑、市政及各种民用电器等领域。 .不锈钢反应釜具有升温迅速、耐高温、耐腐蚀、卫生、无环境污染、无需锅

3、炉自动加热、使用方便等特点。在不少领域，反应器的性能决定了产品的质量。目前反应堆的控制系统大多采用以微处理器为核心的计算机控制技术，既提高了设备的自动化程度，又提高了设备的控制精度。本设计的主要任务是利用西门子S7-300PLC和组态王软件设计一个恒定液位控制系统，使液位保持在设定值附近。本文首先介绍了过程控制实验装置和反应器单元的一些基本信息，包括系统组成和工作原理。二是系统控制方案设计，采用PID串级控制，以西门子S7-300PLC为控制器。然后使用PLC编程软件进行编程，实现反应釜液位的自动控制。并使用组态王配置系统，制作监控画面。使用上位机实时监控控制系统的运行情况。最后对控制系统的性

4、能进行了测试和分析，详细介绍了系统的实验步骤、调试过程和实验结果分析。关键词：监控系统，PLC，PID算法，组态王。目录TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc28785 一、简介 PAGEREF _Toc28785 1 HYPERLINK l _Toc27493 1.1 HDU4000-2过程控制综合实训系统 PAGEREF _Toc27493 1 HYPERLINK l _Toc260 1.1.1 系统组成 PAGEREF _Toc260 1 HYPERLINK l _Toc28068 1.1.2典型化工过程过程控制综合实训对象系统 PAGEREF _Toc28068

5、1 HYPERLINK l _Toc7292 1.2 反应器说明 PAGEREF _Toc7292 2 HYPERLINK l _Toc31293 1.3 反应器结构及原理 PAGEREF _Toc31293 3 HYPERLINK l _Toc2252 1.3.1反应堆结构 PAGEREF _Toc2252 3 HYPERLINK l _Toc29080 1.3.2反应器3的工作原理 PAGEREF _Toc29080 HYPERLINK l _Toc5626 1.4 液位控制系统控制要求 PAGEREF _Toc5626 4 HYPERLINK l _Toc30711 2.系统控制方案设计

6、 PAGEREF _Toc30711 5 HYPERLINK l _Toc25157 2.1 控制思想 PAGEREF _Toc25157 5 HYPERLINK l _Toc14716 2.1.1总体控制思路 PAGEREF _Toc14716 5 HYPERLINK l _Toc23716 2.1.2控制过程说明 PAGEREF _Toc23716 5 HYPERLINK l _Toc30516 2.2 控制方案 PAGEREF _Toc30516 5 HYPERLINK l _Toc24602 2.2.1液位流串级控制系统 PAGEREF _Toc24602 5 HYPERLINK l

7、_Toc28060 2.2.2主辅调节器控制规律的选择 PAGEREF _Toc28060 6 HYPERLINK l _Toc22182 2.3 控制算法 PAGEREF _Toc22182 7 HYPERLINK l _Toc26692 2.3.1 PID控制算法 PAGEREF _Toc26692 7 HYPERLINK l _Toc2281 2.3.2 PID算法的作用 PAGEREF _Toc2281 7 HYPERLINK l _Toc13167 三、系统硬件结构设计 PAGEREF _Toc13167 8 HYPERLINK l _Toc10158 3.1 检测装置 PAGERE

8、F _Toc10158 8 HYPERLINK l _Toc25580 3.1.1扩散硅压力液位变送器 PAGEREF _Toc25580 8 HYPERLINK l _Toc18166 3.1.2磁性翻转液位计 PAGEREF _Toc18166 9 HYPERLINK l _Toc28280 3.2 执行器 PAGEREF _Toc28280 12 HYPERLINK l _Toc32322 3.2.1电动调节阀 PAGEREF _Toc32322 12 HYPERLINK l _Toc4966 3.2.2 逆变器 PAGEREF _Toc4966 14 HYPERLINK l _Toc1

9、6417 3.2.3泵 PAGEREF _Toc16417 15 HYPERLINK l _Toc2154 3.3 通讯模块 PAGEREF _Toc2154 16 HYPERLINK l _Toc19286 3.3.1模拟量采集模块 PAGEREF _Toc19286 16 HYPERLINK l _Toc22954 3.3.2 模拟量输出模块 PAGEREF _Toc22954 17 HYPERLINK l _Toc27157 3.3.3 通讯转换模块 PAGEREF _Toc27157 17 HYPERLINK l _Toc1167 3.4 开关电源 PAGEREF _Toc1167 1

10、7 HYPERLINK l _Toc6174 3.5 硬件连接 PAGEREF _Toc6174 17 HYPERLINK l _Toc8684 4. 用西门子S7-300PLC PAGEREF _Toc8684 18实现控制系统设计 HYPERLINK l _Toc11971 4.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤 PAGEREF _Toc11971 18 HYPERLINK l _Toc25194 20的选型及硬件配置 PAGEREF _Toc25194 HYPERLINK l _Toc28193 4.2.1 PLC型号的选择 PAGEREF _Toc28193 20 HYPERLIN

11、K l _Toc30566 4.2.2 S7-300 CPU PAGEREF _Toc30566 20的选择 HYPERLINK l _Toc13583 4.2.3模拟量输入/输出模块 PAGEREF _Toc13583 20 HYPERLINK l _Toc5020 4.2.4 计算机与 PAGEREF _Toc5020 PLC的通讯21 HYPERLINK l _Toc1423 4.3 PID控制器的选择与整定 PAGEREF _Toc1423 21 HYPERLINK l _Toc19031 4.3.1 PID控制器组成 PAGEREF _Toc19031 21 HYPERLINK l

12、_Toc8648 4.3.2主、辅回路控制律的选择 PAGEREF _Toc8648 22 HYPERLINK l _Toc2308 4.3.3调节器正反作用方式的确定 PAGEREF _Toc2308 22 HYPERLINK l _Toc11732 4.3.4采样周期分析 PAGEREF _Toc11732 23 HYPERLINK l _Toc1612 4.3.5 参数设置 PAGEREF _Toc1612 23 HYPERLINK l _Toc25822 4.4 PLC 编程 PAGEREF _Toc25822 23 HYPERLINK l _Toc6954 4.4.1 PLC编程方法

13、 PAGEREF _Toc6954 23 HYPERLINK l _Toc9325 4.4.2编程软件STEP7 PAGEREF _Toc9325 24 HYPERLINK l _Toc23966 4.5液位控制程序设计 PAGEREF _Toc23966 26 HYPERLINK l _Toc26319 4.5.1编程思路 PAGEREF _Toc26319 26 HYPERLINK l _Toc20958 4.5.2编程 PAGEREF _Toc20958 26 HYPERLINK l _Toc19962 4.6控制程序和分析 PAGEREF _Toc19962 33 HYPERLINK

14、l _Toc28220 5. 组态王 PAGEREF _Toc28220 36系统配置设计 HYPERLINK l _Toc10851 5.1 组态软件说明 PAGEREF _Toc10851 36 HYPERLINK l _Toc20252 5.2 系统流程图 PAGEREF _Toc20252 37 HYPERLINK l _Toc1429 5.3 配置设计 PAGEREF _Toc1429 38 HYPERLINK l _Toc9130 5.3.1项目创建 PAGEREF _Toc9130 38 HYPERLINK l _Toc13977 5.3.2定义外部设备和数据变量 PAGEREF

15、 _Toc13977 40 HYPERLINK l _Toc24883 5.3.3配置画面创建 PAGEREF _Toc24883 41 HYPERLINK l _Toc30307 5.4 工程实施 PAGEREF _Toc30307 42 HYPERLINK l _Toc31306 5.4.1组态王与PLC的通讯 PAGEREF _Toc31306 42 HYPERLINK l _Toc23777 5.4.2系统运行测试 PAGEREF _Toc23777 42 HYPERLINK l _Toc38 5.4.3系统抗干扰性能测试 PAGEREF _Toc38 43 HYPERLINK l _

16、Toc13160 结论 PAGEREF _Toc13160 45 HYPERLINK l _Toc2011 至 PAGEREF _Toc2011 46 HYPERLINK l _Toc12171 参考文献 PAGEREF _Toc12171 47 HYPERLINK l _Toc14931 附录 1 目录 PAGEREF _Toc14931 48一、简介1.1 HDU4000-2过程控制综合实训系统1.1.1系统组成典型化工过程过程控制综合培训体系包括：典型化工过程过程控制综合实训对象系统；典型化工过程控制综合实训系统检测传感器执行装置；智能仪表及电气控制面板；组成典型的化工过程过程控制综合训

17、练DCS控制系统。1.1.2典型化工过程过程控制综合实训对象系统典型化工过程控制综合实训对象系统采用化工釜反应系统过程控制过程，结构开放，学员可进入系统操作。对象系统组成：训练控制对象模仿工业设备结构，现场设备感强；它拥有更丰富的设备种类，包括：框架系统：3000X2000X2800mm； （100504mm方钢管、505角铁、606槽钢、扶手：1寸4分钢管）、防锈红红漆底漆、喷漆处理；反应器：蒸馏反应釜，不锈钢，高径比分别为1：2（冷却盘管，耐压0.6MPa，夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机和桨式搅拌桨）；液位容器：使用377X800、300X800不锈钢密闭容器作为两个高位储罐。加热容

18、器：377X800加热炉（用不锈钢包裹硅酸铝保温棉）；压力容器：采用300X1000的工业储压罐作为压力容器，安全，储气量大，便于做压力控制实验；换热器：采用1597X1000行业标准管式换热器，换热效果明显；滞后线圈：用于温度滞后控制实验（滞后时间15秒）；管道和阀门：DN25和DN20工业不锈钢管；永德新铜球阀和闸阀。系统结构图见化工过程控制实训装置系统结构图。如图1.1所示：图1.1 HDU4000-2过程控制综合实训系统1.2反应器说明反应器主要用于石油、聚合、化工、橡胶、农药、染料、医药、食品以及用于完成硫化、硝化、氢化、烷基化、缩合等工艺的压力容器。根据不同的因素，反应器可分为多种

19、类型。不锈钢反应器用于实验室。不锈钢反应釜适用范围：适用于石油、化工、制药、冶金、科研、大专院校等部门的高温高压化学反应试验，对粘性、颗粒状物质能达到高搅拌效果。不锈钢反应釜的优点如下： 1、不锈钢材料具有优良的机械性能，能承受较高的工作压力，也能承受散装固体物料进料的冲击。 2、不锈钢反应釜耐热性好，工作温度范围广（-196600）。在较高温度下不会氧化和剥落，因此可用于直接火加热。 3、不锈钢反应釜耐腐蚀性好，不生锈。 4、传热效果优于搪瓷反应釜，升温降温速度更快。反应釜如图1.2所示：图 1.2 不锈钢反应釜1.3 反应器的结构和原理1.3.1反应器结构反应釜结构：由釜体、釜盖、夹套、搅

20、拌器、传动装置、轴封装置、支架等组成。电加热装有电热棒，有的釜有冷却（加热）盘管。不锈钢材质一般为0Cr18Ni9（304）、1Cr18Ni9Ti（321）、00Cr17Ni14Mo2（316L）。由于用户的生产工艺和操作条件不同，搅拌形式一般有锚式、桨式、涡轮式、推进式或框架式。不锈钢反应釜加热方式有电加热、热水加热、导热油循环加热、远红外加热、外（）盘管加热等。密封形式有填料密封和机械密封。支撑座具有支撑型或耳型支撑。用电热反应器的夹套放置导热油，由电热棒加热，同时保持排气孔通畅。转速超过160转时应使用齿轮减速器。孔数、规格或其他要求可根据用户要求设计生产。1.3.2反应器的工作原理加热

21、不锈钢反应釜夹套内放置导热油，由电热棒加热。夹套上设有进水、排油、溢流计量、放空、电热棒、测温等连接孔。用蒸汽加热的不锈钢反应釜在夹套内直接通入蒸汽加热。蒸汽加热反应釜需要稳定供应蒸汽热源，通常会增加锅炉。1.4 液位控制系统控制要求1、以过程控制实验装置中反应器液位为控制对象，主回路流量为调节对象，PLC为控制器，静压表为检测元件，电动调节阀为调节对象致动器构成双反应器的反应器。闭环控制系统实现了反应器液位的恒值控制。2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调10 %，稳态误差0.1；调整时间ts120s；3、在组态测控界面，实时设置并显示液位给定值、测量值和控制器输出值；实

22、时显示液位给定值实时曲线和液位测量值实时曲线；4、选择合适的整定方式确定PID参数，并可在组态测控界面实时更改PID参数；S7-300PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试；6、分析系统的基本控制特性并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告。2.系统控制方案设计2.1 控制思想2.1.1完全控制思想根据目前反应釜生产现场情况，反应釜进料完全由人工控制，由原料罐通过磁力泵送至反应釜。由于产品不同，混合原料的粘度和比重不同，所以磁力泵单位时间内的输送量。原料的重量不同，反应器的化学反应速率很大程度上取决于原料加入氧化剂和还原剂的速率。目前只能根据反应器的温度和出口温度手动判断反

23、应器的化学反应，并控制阀门的开度，很难真正控制化学反应的速度，从而达到稳定反应的目的。产品质量进一步提高反应。水壶的生产能力受到了限制。本方案经过仔细系统分析，参照现代控制论原理，借鉴最新控制技术，提出在原料罐磁力泵出口加装一套电动调节阀，并增加一套电动调节阀。氧化剂和还原剂气力输送泵管路上的调节阀。单独安装电动调节阀。 PLC系统根据反应器温度和出口温度自动调节进料阀开度，同时自动调节反应器夹套冷却水回水阀开度，形成智能多参数自适应控制系统达到进一步全面控制化学反应速率，最终优化整个反应过程的加热曲线的目的。2.1.2控制过程说明该控制系统仍以日本三菱公司的Q系列PLC可编程控制器为基础。上

24、位机采用高性能组态软件，开发可靠、易学、实用、稳定的监控程序。全中文界面，实时数据显示，流量和温度控制曲线，报警和运行记录，以及完整的生产报表等管理功能，嵌入反应器的智能自动控制模块中。2.2 控制方案2.2.1液流串级控制系统(1) 需要调整的参数：反应器液位；(2)调节参数：主回路流量；(3)主辅参数的选择 主要参数的选择：串级控制系统的主回路为定值控制系统，子回路应包含主扰动。我们选择液位作为主要控制变量。二次电路的设计基于以下原则：次级电路应包括尽可能多的干扰。二次回路中所包含的二次扰动具有较强的抑制能力和一定的对非线性参数和负载变化的适应能力。因此，二次回路应包括生产过程中剧烈而频繁

25、的变化。和大幅度的主要扰动。在本系统中，主要控制参数液位的高低与进出水的流量有关，即流量是影响液位的最大扰动信号。在一定出口流量的情况下，我们选择入口流量作为受控子参数。2.2.2主辅调节器控制规律的选择在串级调节系统中，主副调节器的工作条件不同。主调节器起恒值调节作用，辅助调节器主要起后续调节作用。主参数不要求余量，但辅参数允许在一定范围内变化，可以保证主参数的调整。主要参数是工艺运行的主要指标，允许的波动范围比较小，一般不需要余量。因此，主调节器选用PID控制规律。辅助参数的设置是为了保证主参数的控制质量，可以在一定范围内改变，允许有余量，所以辅助调节器选择P控制律，一般不引入积分控制律和

26、微分控制律。液位-流量串级控制系统如图所示：图 2.1 液位-流量串级控制系统结构图液位变送器的主要参数测量信号输入到主控制器，主控制器的输出作为子控制器的外部给定信号。固定信号之间偏差的大小和方向由PID运算输出，送至调节阀，控制其开度，调节水流量，达到控制液位的目的。2.3 控制算法2.3.1 PID控制算法PID是一种闭环控制算法。因此，要实现PID算法，就必须在硬件上进行闭环控制，即有反馈。例如，要控制电机的速度，必须有一个传感器来测量速度，并将结果反馈给控制路线。下面也以速度控制为例。PID是比例（P） 、积分（I） 、微分（D）控制算法。但这三种算法不一定要同时具备，也可以是PD、

27、PI，甚至只有P算法控制。我曾经拥有的最简单的闭环控制想法之一是 P 控制，它反馈当前结果并将其从目标中减去。如果是正数，它会减速，如果是负数，它会加速。现在知道这只是最简单的闭环控制算法。2.3.2 PID算法的作用比例 (P)、积分 (I) 和微分 (D) 控制算法各有功能：比例，反应系统的基本（电流）偏差e(t)，系数大，可以加快调整速度，减少误差，但是过大的比例会降低系统的稳定性，甚至导致系统变得不稳定；积分，反应系统的累积偏差，使系统能消除稳态误差，提高无差异性，因为有误差，会进行积分调整，直到没有误差；微分，反映系统偏差信号的变化率e(t)-e(t-1)，具有可预测性，可以预测偏差

28、变化的趋势，具有先进的控制效果。在偏差形成之前，已经通过差速器进行了调整。消除，从而提高系统的动态性能。但差分对噪声干扰有放大作用，加强差分不利于系统的抗干扰。积分和微分不能单独工作，必须与比例控制相结合。 HYPERLINK l _Toc218949990 三、系统硬件结构设计3.1检测装置3.1.1扩散硅压力液位变送器液位传感器用于检测反应釜液位。采用工业DBYG扩散硅压力变送器。变送器按照标准的两线制传输。可靠性大大提高。可方便地与其他DDZ - IIIX仪器互换，可直接互换同类仪器。验证方法是在预热15分钟后检测零压和全压下的输出电流值。在零压力下调整调零电位器。使输出电流为4mA，全

29、压下调节量程电位器使输出电流为20mA。该传感器的精度为 0.5。由于是两线制，运行时需要串联一个24V直流电源。液位传感器用于检测反应釜液位。采用工业DBYG扩散硅压力变送器，精度0.5，两线制4-20mA标准信号输出。液位 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/16431.htm 传感器（静压液位计/ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1583379.htm 液位变送器/液位传感器/ HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baid

30、u%20%20%20%20/view/2125428.htm 水位传感器）是一种 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/54664.htm 测量液位的压力传感器。静压输入液位变送器（液位计）是基于被测液体的静压与液体高度成正比的原理HYPERLINK :/baike.baidu /view/2132516.htm。将电压转换为电信号，再经过温度补偿和线性校正后，转换为标准电信号（通常为420mA/15VDC）。一般意义上的压力变送器主要由称重传感器（也称压力传感器）、测量电路和过程连接组成。可将称重传感器感应到的气体、液体等物

31、理压力参数转换成标准电信号（如420mADC等），提供给指示报警器、记录仪、调节器等二次仪表进行测量和指示。和过程监管。压力变送器将压力 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/54338.htm 信号传送到电子设备，电子设备又将 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3314.htm 压力显示在电脑上。原理大致是：将水压的机械信号 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/10897.htm 转换

32、成 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/34946.htm 电流（4-20mA）等电子信号。压力与 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/10954.htm 电压或电流呈线性关系，一般成正比。因此，变送器输出的电压或电流 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/266970.htm 随着压力的增加而增加。这导致压力和电压或电流之间的关系。压力变送器被测介质的两种压力分别进入高 HYPERLIN

33、K %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/3839612.htm 低压室，低压室的压力采用大气压或 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/85005.htm 真空，作用于三角元件两侧的隔离膜片 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/1141392.htm （即敏感元件），并通过隔离膜片和真空。元件的填充液被输送到测量膜片的两侧。压力变送器是由测量膜片和绝缘片两侧的电极组成一个 HYPERLINK %20%20%2

34、0%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/59995.htm 电容器。当两侧压力不一致时，测量膜片会发生 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/45025.htm 位移，其位移与压差成正比HYPERLINK :/baike.baidu /view/1114031.htm，所以两侧的电容不相等。通过振荡和解调环节，将其转换为与压力成正比的信号。图 3.1 显示了液位传感器：图 3.1 液位传感器压力传感器如图 3.2 所示：图 3.2 压力传感器3.1.2磁性翻转液位计磁力倒置液位计可用于各种塔、罐、

35、罐、球形容器和 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/71206.htm 锅炉的介质液位检测。该系列液位计可实现高密封、防渗漏，适用于高温、高压、耐腐蚀场合。弥补了玻璃板（管）液位计指示清晰度差、易破损的缺陷，全过程测量无盲区，显示清晰，测量范围大。磁翻板液位计元件采用1Cr18Ni9Ti、316L、0Cr18Ni9Ti、1Cr18Ni9Ti内衬PTFE（聚四氟乙烯）、PVC、PP等材料和进口元件，具有优良的可靠性和耐腐蚀性。技术参数：测量周长：30012500mm 精度：示值10mm测量原理：浮力原理、磁耦合传感技术测量介质

36、：各种液体及腐蚀性、易燃易爆液体介质输出形式：现场显示、报警、 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/266970.htm 变送器输出工作压力：6.3Mpa 介质温度：450介质密度：0.45g/cm3 介质粘度：0.15pas防爆等级：ExdBT6.ExiacT6 防护等级：IP66材质：各种牌号不锈钢、PVC等连接方式： HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/153494.htm 法兰DN20、DN25（松套）利用：磁翻板液位计可用于直接观察各种容器介质的

37、液位。适用于石油、化工等工业领域的液位指示。液位计结构简单，观察直观清晰，不堵塞，不泄漏，安装方便，维护简单。玻璃板液位计的上下安装法兰与容器连接构成 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20%20/view/84966.htm 通讯装置，通过玻璃板可直接观察容器液位的实际高度。上下阀门均装有安全钢球。当玻璃意外损坏时，钢球在容器压力的作用下自动密封，防止容器液体溢出，确保操作人员的安全。特征：高灵敏度（避免面板拖影现象），宽视窗（便于查看） ；连续测量高温、高压、腐蚀性及易燃易爆介质的各种液体的液位；现场指示，远传信号（420mA或HART），

38、一机多用；显示器以红色指示液位，直观醒目；测量区域大，全程测量无盲区；显示器与被测介质完全隔离，安全可靠。可选报警器和发射器：液位报警（干簧管） ；液位报警（微动开关式） ；液位报警器（隔爆型）；液位变送器（本质安全型） ； 液位变送器（静压型） ；UHZ系列顶装浮子（磁浮子、磁翻板液位计）。安装与维护：液位计必须垂直安装，以确保浮子组件可以在主管上自由上下移动。液位计主体附近不允许有磁铁，否则将直接影响液位计的正确工作。液位计安装好后，需要用磁钢校准一次，引导翻转柱，使其在零位以下显示红色，在零位以上显示白色。液位计投入运行时，应先打开下排水管的阀门，让液体介质顺利进入主管，防止液体介质随浮

39、子组件快速上升，可能导致色谱柱失效并翻转。如果出现这种现象，可以在液位稳定后重新校准磁钢。为了在运输过程中不损坏浮子组件，请在出厂前将浮子组件从液位计主体中取出。安装液位计后，打开底部排水法兰，然后将浮子组件重新安装到主体中。管道，注意浮子组件较重的一端朝上，不能倒置安装。如果在出厂前已经将浮球总成安装在主体管上，为了保证浮球总成在运输过程中不被损坏，我们使用软卡将浮球总成固定在主体管上，安装时只需拔出软卡即可。根据介质情况，可定期开启排污法兰，清理主管路内的泥沙。图 3.3 显示了磁性翻转液位计：图 3.3 磁性翻转液位计3.1.3电磁流量计电磁流量计是根据法拉第电磁感应定律测量管道内导电介

40、质体积流量的感应仪表。在国内属首创，技术达到国内领先水平。电磁流量计如图3.4所示：图 3.4 电磁流量计工作原则：电磁流量计的工作原理是基于法拉第电磁感应定律。在电磁流量计中，测量管的导电介质相当于法拉第测试中的导电金属棒，上下两端的两个电磁线圈产生恒定的磁场。当导电介质流动时，会产生感应电压。管段中的两个电极测量产生的感应电压。测量管通过非导电衬里（橡胶、特氟隆等）与流体和测量电极进行电磁隔离。测量原理：根据法拉第电磁感应定律，当导体在磁场中运动以切割磁力线时，导体两端会产生感应电势 e，其方向由右手定则确定，其大小与磁场的磁感应强度 B 相同。长度 L 与导体的速度 u 成正比。如果 B

41、、L 和 u 相互垂直，则：e=蓝光(3-35)与此类似。在磁感应强度为B的均匀磁场中，垂直于磁场方向放置一根直径为D的非磁性管。当导电液体以 u 的流速流入管道时，导电液体会切断磁力线。如果管道截面垂直于磁场直径的两端安装一对电极，可以证明只要管道流速分布为轴对称分布，在其间也会产生感应电动势。两个电极：e=BD(3-36)式中，为管段上的平均流速。由此可以得到管道的体积流量为：qv=(3-37)由上式可知，体积流量qv与感应电动势e和测量管径D成线性关系，与磁场的磁感应强度B成反比，与其他物理参数。这就是电磁流量计的测量原理。 .需要说明的是，为了使（3-37）式严格成立，电磁流量计的测量

42、条件必须满足以下假设： 磁场为恒定磁场，分布均匀； 被测流体的流速呈轴对称分布； 被测液体的分布是非磁性的； 被测液体的电导率均匀、各向同性。3.2 执行器3.2.1电动调节阀电动调节阀是工业自动化过程控制中重要的执行单元仪表。随着工业领域自动化程度的不断提高，越来越多的应用于各种工业生产领域。与传统的气动调节阀相比，具有明显优势：电动调节阀节能（工作时只消耗电） 、环保（无碳排放） 、安装快捷方便（无需复杂的气动管路和空气）泵工作站）。工作原则：工作电源为DC24V 、 AC220V 、 AC380V等 HYPERLINK %20%20%20%20:/baike.baidu%20%20%20

43、%20/view/10954.htm 电压等级。通过接收工业自动化控制系统的信号（如：420mA）驱动阀门改变阀芯与阀座之间的截面积来控制流量、温度、压力等工艺参数的管道介质。实现自动调节功能。电气原理：电机电源为220VAC或380VAC，控制信号为420mA，阀内有控制器，控制器将电流信号转换成步进电机的角行程信号，电机转动，齿轮、杠杆，或齿轮加杠杆带动阀杆动作，实现直行程或角行程。反馈：电机通过齿轮运转，三关节滑动变阻器输出阀门定位信号，有三线限位信号（全开、全关、共线） 。流量特性介绍：电动调节阀的流量特性是在阀门两端压差保持不变的情况下，流过电动调节阀的介质的相对流量与其开度的关系。

44、电动调节阀的流量特性有：线性特性、等百分比特性和抛物线特性。安装注意事项：对于新设计安装的控制系统，为保证调节阀在开机时能正常工作，使系统安全运行，在安装新阀门前，应检查阀门上的铭牌是否符合设计要求。同时还应调试以下项目：基本误差限、全行程偏差、滞后、死区、泄漏（在要求严格的情况下）。如果对原系统中的调节阀进行检修，除检查上述项目外，还应检查旧阀的填料函和接头的密封情况。在调节阀的现场使用中，很多往往不是调节阀本身的质量问题，而是调节阀安装使用不当造成的，如安装环境、安装位置和方向不当，或者管道不干净等。因此，在安装和使用电动调节阀时应注意以下几个方面：调节阀为现场仪表，要求环境温度在-256

45、0范围内，相对湿度95%。如果安装在露天或高温场所，应采取防水、降温措施。有振动源的地方，应远离振动源或增加防振措施。调节阀一般应垂直安装，特殊情况下可倾斜安装。例如，当倾角较大或阀门本身重量过大时，应使用支架保护阀门。（3）一般安装调节阀的管道距离地面或地板不宜太高。管道高度大于2m时，应设置平台，方便手轮操作，便于维修。（4）安装调节阀前，应将管道清洗干净，清除污垢和焊渣。安装后，为保证阀体内不残留杂质，应再次清洗阀门，即在引入介质时打开所有阀门，防止杂质卡死。使用手轮机构后，应回到原来的中立位置。（5）为使生产过程在调节阀发生故障或维修时能继续进行，调节阀应设有旁通管路。同时要特别注意调

46、节阀的安装位置是否符合工艺要求。电动调节阀电气部分的安装应按相关电气设备的施工要求进行。（6）对于防爆产品，应按照爆炸危险场所电气设备安装规程的要求进行安装。如现场电线采用SBH型或其他六芯或八芯橡套安装电缆，外径约为11.3mm。在使用和维修过程中，严禁在易爆场所开盖维修和撬动隔爆面。同时，拆装时不要敲击或划伤隔爆面，维修后恢复到原来的隔爆状态。(7)执行器减速器拆修后，应注意注油润滑。一般不宜对低速电机进行拆卸、清洗和加油。装配后还应检查阀位是否与阀位开度指示一致。如图3.5所示，电动调节阀：图 3.5 电动调节阀3.2.2逆变器变频器是利用功率半导体器件的通断功能，将工频电源转换为另一种

47、频率的功率控制器件。变频器实际上是一个逆变器。它首先将交流电转换为直流电，然后通过电子元件将直流电转换为交流电。一般功率较大的变频器采用晶闸管，并设置了频率可调装置，使频率在一定范围内可调，用于控制电机的转数，使转数可在一定范围内调整。变频器广泛用于交流电动机的调速。变频调速技术是现代电驱动技术的一个重要发展方向。随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论走向实践逐渐成熟。变频器不仅调速平稳、外壳大、效率高、启动电流小、运行平稳，而且节能效果明显，因此得到越来越广泛的应用。变频器常用的频率给定方式主要有：操作键盘给定、触点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定、通讯方式给定等。这些频率给定方式各

48、有优缺点，必须选择和设置根据实际需要。同时，也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。三菱FR-S520变频器，4-20控制输入信号，可控制流量或压力，变频器体积小，功率低，功能强大，运行稳定安全，操作简单，寿命长，可以通过外部电流控制。 ，也可以通过自带的旋钮控制频率。可单相或三相供电，频率最高可达200HZ。逆变器如图 3.6 所示：图 3.6 逆变器3.2.3水泵水泵是一种利用大气压将水从低处抽到高处的机器，主要由电动机驱动。泵送用电动泵通常是指提升液体、输送液体或增加液体压力的机械，即将原动机的机械能转化为液体能以达到泵送目的的机械。液体统称为泵。这里使用丹麦格兰富循环水

49、泵。不会影响老师的教学，减少麻烦。功耗低，220V供电就够了，水泵出水口安装压力变送器，与变频器一起组成恒压供水系统。离心泵的工作原理：水泵启动前，水泵和进水管内充满水。泵运转后，在叶轮高速旋转产生的离心力的作用下，叶轮流道内的水被抛向四周并压入蜗壳，在进口处形成真空叶轮的。池中的水在外界大气压下沿吸水管吸入，以补充这个空间。然后吸入的水被叶轮通过蜗壳甩出，进入出水管。可以看出，如果离心泵的叶轮连续旋转，就可以不断地吸水和压水，不断地把水从低处升到高处或远处。综上所述，离心泵之所以叫离心泵，是因为叶轮高速旋转产生的离心力，将水提升到更高的地方 HYPERLINK :/baike.baidu /

50、view/229882.htm t _blank 。离心泵的一般特点：(1)离心泵内流动的水沿叶轮轴向吸入，并垂直于轴向流出，即水的进出方向互成90。(2)由于离心泵是靠叶轮进口形成真空吸水，所以启动前必须给泵和吸水管注满水，或者必须用真空泵抽空形成真空，泵壳和吸入管路必须严格密封。漏气，否则不会形成真空，吸水也不能。(3)由于叶轮进口处不可能形成绝对真空，所以离心泵的吸入高度不能超过10米。除了吸水管道流过水造成的沿途损失外，实际允许安装高度（泵轴距吸水水面的高度）远小于10m。如果安装太高，它不会吸水。另外，由于山区大气压力低于平原，同一水泵在山区特别是高山区的安装高度应降低，否则将无法使

51、用。吸水。水泵如图 3.7 所示：图 3.7 泵3.3 通讯模块3.3.1模拟量采集模块模拟量输入模块可以测量多路交流电压和电流输入信号。 RemoDAQ-8017特点如下：模拟输入通道：8个差分或6个差分，2个单端（跳线选择）；输入类型：mV、V、mA（外接125电阻）；量程： 10V、5V、1V、500mV、150mV、20mA ；采样率：10次/秒；带宽：15.7Hz；准确度：0.1%；零漂：20uV/；满量程漂移：25ppm/；CMR：86分贝；输入阻抗：20M Ohms；过压保护：35V；隔离：3000VDC；输入电压：+10V+30VDC 功耗：1.3W；温度：-2070；湿度：5

52、%90%，无冷凝。3.3.2模拟输出模块D/A Newton 7024 模块有 4 个模拟输出，电流 (4-20mA) 和电压 (1-5V) 信号。3.3.3通讯转换模块485/232转换牛顿7520模块，转换速度非常高（300-115KHz），232端口可以远距离传输。3.4 开关电源DC24开关电源最大电流2A，可以满足实验要求。3.5 硬件连接在本系统中，D/A模块中的IO0接口是控制器调节阀门开度的控制通道，IO1是晶闸管的电压控制通道，IO2是逆变器的控制通道。 A/D模块中，IN0为反应器液位检测，IN1为主流检测，IN3为二次流检测，IN4为温度信号检测，IN5为检测阀位反馈信号

53、，IN6为泵出口压力信号检测。在D/A模块中，由于模块本身不能供电，控制时应串联24V直流电源，输出电流信号控制执行器。 AGND 是 D/A 模块的公共地。由于发射器输出所有电流信号，而A/D模块输出电压信号，所以在A/D通道的正负端并联一个250欧的电阻，将电流信号转换为电压信号。系统中使用的液位变送器和压力变送器均为两线制，检测液位时必须串联DC24V电源。接线要求：（I/O对应表）(1)反应釜液位检测输出在A/D模块中，IN0通道输入；(2)主通道流量检测输出输入A/D模块，IN1通道输入；(3)二次流检测输出在A/D模块中，IN2通道输入；(4)温度信号检测输出在A/D模块中，IN3

54、通道输入；(5)阀位反馈信号检测输出在A/D模块中，IN4通道输入；(6)泵出口压力信号检测输出在A/D模块中，IN5通道输入；(7)主调节阀开度的控制输入D/A模块中IO0通道的输出；(8)晶闸管的电压控制输入D/A模块中的IO1通道输出；(9) 逆变器的输入D/A模块中IO2通道的输出；(10)辅助控制阀开度的输入D/A模块中IO3通道的输出；(11) 模块通过RS485总线连接；(12) 模块与计算机通讯：RS232通讯总线。4、用西门子S7-300PLC实现控制系统设计4.1 PLC控制系统设计的基本原则和步骤4.1.1 PLC电气控制系统旨在实现生产设备或生产过程的控制要求和工艺需要

55、，从而提高产品质量和生产效率。因此，在设计PLC应用系统时，应遵循以下基本原则： (1)充分发挥PLC功能，最大程度满足被控对象的控制要求。(2)在满足控制要求的前提下，力求控制系统简单、经济、易于使用和维护。(3)保证控制系统的安全可靠。(4)应考虑生产的发展和工艺的改进。在选择PLC型号、I/O点数和内存容量时，应预留适当的余量，以方便系统的调整和扩展。4.1.2 PLC 在设计PLC应用系统时，首先要进行PLC应用系统的功能设计，即根据被控对象的功能和过程要求，明确系统必须做的工作和必要的条件。 .然后是PLC应用系统的功能分析，即通过对系统功能的分析，提出PLC控制系统的结构形式、控制

56、信号的种类和数量、系统的规模和布局。 .最后根据系统分析结果，具体确定PLC的型号和系统的具体配置。PLC控制系统设计可按以下步骤进行：（1）熟悉被控对象，制定控制计划分析被控对象的工艺流程和工作特点，了解被控对象的机、电、液压的配合情况，确定被控对象对PLC控制系统的控制要求。(2)确定I/O设备根据系统的控制要求，确定用户所需的输入（如按钮、行程开关、选择开关等）和输出设备（如接触器、电磁阀、信号指示灯等），以确定PLC I/O 点数。 (3) 选择PLC选型主要包括PLC型号、容量、I/O模块和电源的选型。(4) 分配 PLC 的 I/O 地址。根据生产设备的需要，确定控制按钮，选择开关

57、、接触器、电磁阀、信号指示灯等各种输入输出设备的型号、规格和数量；根据选用的PLC型号列出I/O设备与PLC输入输出端子的对照表，从而绘制PLC外部I/O接线图和程序。（ 5 ）设计软硬件进行PLC程序设计、控制柜（台）等硬件设计及现场施工。由于程序和硬件设计可以同时进行，可以大大缩短PLC控制系统的设计周期，而且对于继电器系统，必须先设计好所有电气控制电路，然后才能进行施工设计。( 6 )在线调试在线调试是指对通过仿真调试的程序进行在线调试。开始时，不带输出设备（如接触器线圈、信号指示灯等负载）进行调试。利用编程器的监控功能，采用分段调试的方法。各部分调试正常后，以实际负载运行。如果不符合要

58、求，请对硬件和程序进行调整。通常只需要修改部分程序，全部调试完成后交付试运行。运行一段时间后，如果工作正常，不需要修改程序，应将程序固化到EPROM中，防止程序丢失。 ( 7 )整理技术文件包括设计说明书、电气安装图、电气元件清单和操作说明书。PLC控制系统的设计步骤可参考下图4.1：图4.1 PLC控制系统设计步骤4.2 PLC选型及硬件配置4.2.1 PLC型号的选择温度控制系统采用德国西门子S7-300 PLC。 S7-300是一个模块化的小型PLC系统，大为的各种功能模块可以很好的满足和适应自动控制任务，也可以将各种单独的模块广泛组合进行扩展。由于S7-300简单实用的分散式结构和多接

59、口组网能力，应用非常灵活。4.2.2S7-300 CPU的选择S7-300系列PLC拥有20多种不同型号的CPU，适用于不同规模、不同控制要求的项目。本设计选用S7-300 CPU315-2DP。 S7-300 CPU315-2DP是一款全数字高性能CPU，具有大中型程序存储器和PROFIBUS DP主/从接口。除了集中式 I/O 结构外，它还可以用于分布式自动化结构中。它通常用作 SIMATIC S7-300 中的标准 PROFIBUS DP 主站。该 CPU 也用作分布式智能设备（DP 从站）。它已根据使用 SIMATIC 工程工具的定量框架进行了优化，例如：用 SCL 编程；使用 S7-

60、GRAPH 进行顺序控制编程；此外，CPU 为使用软件实现一些简单的技术任务提供了一个理想的平台，例如：简单的运动控制；使用 STEP 7 块或运行时软件“标准/模块化 PID 控制”的闭环控制任务解决方案。使用 SIMATIC S7-PDIAG 可以进行扩展过程诊断。 CPU 315-2 DP 安装有：微处理器，每条二进制指令的处理器处理时间约为50 ns，每条浮点预算的时间为0.45 s ；256 KB的工作内存（相当于约85 K指令） ，与执行块相关的大容量工作内存可以为用户程序提供足够的空间。作为程序装载存储器的微型存储卡（最大 8 MB）还允许在 CPU 中保存可能的项目（包括符号和