基于PLC的儲(chǔ)罐液位控制系統(tǒng)
工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，液位是見(jiàn)、泛的過(guò)程參數(shù)之一。在石油工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工等諸多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)各類(lèi)流體的液位高度進(jìn)行檢測(cè)和控制。由于其具有工況復(fù)雜、參數(shù)多變、運(yùn)行慣性大、控制滯后等特點(diǎn)，自動(dòng)控制難度較高。
為了解決人工控制的控制準(zhǔn)確度低、控制速度慢、靈敏度低等一系列問(wèn)題。從而我們引入了工業(yè)生產(chǎn)的自動(dòng)化控制。一個(gè)系統(tǒng)的液位是否穩(wěn)定，直接影響到了工業(yè)生產(chǎn)的安全與否、生產(chǎn)效率的高低、能源是否能夠得到合理的利用等一系列重要的問(wèn)題。隨著現(xiàn)代工業(yè)控制的要求越來(lái)越高，一般的自動(dòng)化控制已經(jīng)不能夠滿足工業(yè)生產(chǎn)控制的需求，所以我們就又引入了可編程邏輯控制（又稱(chēng)PLC）。引入PLC控制方式使控制更加的集中、及時(shí)和有效。
本文應(yīng)用一臺(tái)PLC通過(guò)PID模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)儲(chǔ)罐液位的恒定控制，較傳統(tǒng)的控制方法硬件接線簡(jiǎn)單，易于改變參數(shù)，而且更加快速、準(zhǔn)確。對(duì)其它類(lèi)似控制有一定的借鑒意義。
儲(chǔ)罐液位控制的發(fā)展及現(xiàn)狀
儲(chǔ)罐液位測(cè)量來(lái)源于石油和化工業(yè)，是工業(yè)測(cè)量中極為廣闊的領(lǐng)域。準(zhǔn)確的液位測(cè)量是生產(chǎn)過(guò)程控制的重要手段。液位控制的發(fā)展主要依賴(lài)于兩個(gè)方面，即檢測(cè)儀表的發(fā)展和控制算法的發(fā)展。早期，由于工業(yè)領(lǐng)域生產(chǎn)規(guī)模不大，儲(chǔ)罐液位測(cè)量主要采用法蘭式液位變送器和吹氣式等機(jī)械式測(cè)量方法。但隨著生產(chǎn)規(guī)模的進(jìn)一步擴(kuò)大，所需的儲(chǔ)罐數(shù)量變多，體積變大，原先的測(cè)量方法的弊端愈發(fā)變得突出，如法蘭式液位變送器需要保溫，施工及維護(hù)工作量較大；吹氣式液位檢測(cè)用的吹氣管要特殊訂貨，且還要定期更換，吹氣式要消耗儀表氣，
有能耗，還需要敷設(shè)氣源管。這一系列問(wèn)題的解決有待于新的測(cè)量方法的出現(xiàn)，
從上世紀(jì)八十年代開(kāi)始，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就借助微電子、計(jì)算機(jī)、光纖、超聲波等高科技的研究成果。將各種新技術(shù)、新方法應(yīng)用到儲(chǔ)罐測(cè)量領(lǐng)域。電子式測(cè)量方法便是其中的重要成果之一。在電子式液位檢測(cè)方法中，許多新的測(cè)量原理，包括壓電式、應(yīng)變式、浮球式、電容式、雷達(dá)式、超聲波式、磁致伸縮式、伺服式、混合式等檢測(cè)技術(shù)被應(yīng)用到新型液位檢測(cè)儀表的開(kāi)發(fā)中。由于這些方法測(cè)量精度高、可靠性強(qiáng)、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、安裝維護(hù)簡(jiǎn)單，因而正在逐步取代舊的機(jī)械式液位測(cè)量技術(shù)。就控制算法而言，在傳統(tǒng)的PID算法基礎(chǔ)上，人們開(kāi)始將模糊算法等一些高級(jí)算法加入到控制器中，使控制器的性能得到大大的增強(qiáng)。相信隨著新的檢測(cè)儀表和控制算法的不斷涌現(xiàn)，液位檢測(cè)控制系統(tǒng)將更加精確和方便易用，并且將會(huì)在更多領(lǐng)域，發(fā)揮其效能。
儲(chǔ)罐恒液位控制任務(wù)
如圖1.1所示為某倉(cāng)儲(chǔ)企業(yè)的儲(chǔ)罐，該罐為鋼襯聚四氟乙烯儲(chǔ)罐，罐體高6米，容量為50立方米，重1500千克。鋼襯四氟乙烯儲(chǔ)罐的介質(zhì)工作溫度為-100°C～250°C，耐腐蝕性強(qiáng)，對(duì)鹵素、鹵代烴、強(qiáng)氧化劑、沸酸、堿、多種有機(jī)溶劑都有良好的耐蝕性。其工藝流程為，從儲(chǔ)罐頂部流入，罐體下部裝有一電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，AC220V供電，由PLC的AO模塊控制，根據(jù)生產(chǎn)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)度大小。由于工藝要求，必須將儲(chǔ)罐內(nèi)液體保持在4.5米，即要求罐體內(nèi)液位恒定不變。
同時(shí)要求設(shè)置高低限報(bào)警，當(dāng)液面高于5.4米時(shí)，高限報(bào)警，紅燈亮；當(dāng)液面 低于3.0米時(shí)，低限報(bào)警，黃燈亮；正常運(yùn)行時(shí)綠燈亮。要求用一臺(tái)PLC實(shí)現(xiàn)這些控制要求，試設(shè)計(jì)合適的控制系統(tǒng)，并且選用相應(yīng)的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的控制要求。
系統(tǒng)功能分析
由任務(wù)分析可知，系統(tǒng)具有以下功能：
1、PID手/自動(dòng)切換
手動(dòng)控制主要用于安裝、調(diào)試和正常運(yùn)行下的故障處理。
當(dāng)設(shè)備處于正常狀態(tài)時(shí)PID自動(dòng)運(yùn)行
2、高低限報(bào)警
根據(jù)控制要求，該液位控制系統(tǒng)要求設(shè)置高低限報(bào)警，當(dāng)液位高于5.4米時(shí)，高限報(bào)警，紅燈亮，當(dāng)液面低于3.0米時(shí)，底限報(bào)警，黃燈亮。正常運(yùn)行時(shí)綠燈亮。
3、系統(tǒng)性能指標(biāo)
將儲(chǔ)罐內(nèi)的液位控制在4.5米。
系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)
由工藝要求可知，該系統(tǒng)只有一個(gè)被控變量即：液位；其控制精度要求也不很高，根據(jù)在滿足控制要求的情況下，盡量選擇簡(jiǎn)單易行的控制方案這一原則，這里選用單回路反饋控制系統(tǒng)。單回路控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，所需自動(dòng)控制裝置少，投資較低，操作維護(hù)也比較方便，該控制方案可以滿足本系統(tǒng)的控制要求。單回路反饋控制系統(tǒng)由四個(gè)基本環(huán)節(jié)組成，即被控對(duì)象（簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)象）或被控過(guò)程（簡(jiǎn)稱(chēng)對(duì)象）、測(cè)量變送裝置、控制器和控制閥。其方框圖如2.1
所示:
圖2.1單回路控制系統(tǒng)圖
