连续槽反应器的液位控制

丛高影

[摘 要]为了实现能源的充分利用和生产的需要，需要对电机进行转速调节， 采用西门子公司变频器，系统根据液位传感器反馈的液位信号经过PLC内部的计算自动控制各泵的启停，使液位达到平衡，并实现高限和低限报警以及液位的实时显示，实现液位的自动控制，确保整个处理环节的高效运行。

[关键词]变频器 PLC

一、引言

基于S7 200 PLC的编程软件，采用模块化的程序设计方法，减少软件的开发和维护。利用对PLC软件的设计，实现变频器的参数设置、故障诊断和电机的启动和停止。通过对MCGS组态软件技术特点的分析，提出将组态软件用于PLC系统中，事实证明PLC控制系统与组态软件设计、检测，具有良好的应用价值。

二、总体方案的选择

连续槽反应器的液位控制对于提高反应效率是至关重要的。液位过高，容易导致溢料；液位过低，会造成反应物反应时间不充分，影响反应质量。加强反应器液位自控不仅减轻操作强度，且也是维护设备、提高蒸发效率、降低汽耗的关键手段。

过去使用传统的继电器控制液位，该方法存在很多不足：

①液位上、下限传感器都必须良好。如果有一个失灵，自控都将失灵。

②继电器的动静触点运行一段时间后容易误动作。

③控制系统接线繁琐，维修不方便。

④每个继电器动静触点数目有限，控制系统中使用较多继电器，使系统庞大。

现在用于液位控制的是可编程控制器，投运以来，一直很好，不但克服了继电器的诸多缺点，而且还具有更多优点。

采用连续操作的反应器被称为连续式反应器，这一操作方式的特点是原料连续流入反应器，反应产物则连续从反应器流出。反应器内任何部位的物系组成均不随时间变化，故属于稳态操作。连续操作反应器一般具有产品质量稳定、生产效率高等优点，因而适合于大批量生产。

本课题主要采用变频器对连续槽反应器进行液位控制，连续槽反应器的主要工艺过程是：原料连续流入反应器，流入反应器内原料即反应，反应产物则连续从反应器流出。对其液位进行控制，利用压力传感器、变送器将各液位参数传送到PLC控制器中，PLC对变频器进行控制，改变电机转速，从而达到对液位进行控制的目的。

三、被控对象分析

连续槽式反应器具有滞后性，在工业生产过程中常见而有难于控制。当检测变送环节存在时滞时，被控变量的变化不能及时传到控制器；当被控对象存在时滞时，控制作用不能及时使被控变量变化；当执行器存在时滞时，控制器的信号不能及时引起操纵变量的变化。因此，开环传递函数存在时滞，使控制不及，超调增大，并引起系统不稳定。时滞问题在控制理论上已经得到很好的解决，

反应器液位具有时滞性大、时变性和非线性等特点。本系统具有一阶惯性纯滞后特性。所谓滞后是指被调量的变化落后于扰动的发生和变化。对于本系统可用具有一阶纯滞后非周期环节来近似描述，即：

G（s）=■（2—1）

四、控制系统的选择

比值调节系统也可以和串级调节系统组合在一起组成更复杂的组合系统如图2—2所示。本设计要求液位保持一定，则可由检测液位变送器经过另一个液位调节器由其输出来控制调节器的给定值。这样就组成了串级和比值调节组合系统。

本次设计以反应器内的液位为主被控变量、流量为副被控制变量的串级控制系统。此外，由于两种反应物以一定的比例在反应器内反应时放出热量， 所以，将串级控制系统中的副控制器的输出值作为比值控制系统中主动量控制回路的给定值，进行流量控制，同时，主回路对液位进行控制，使液位保持恒定。

五、PLC程序设计方法

在编写PLC程序时，一般有两种程序结构，即线性结构和模块结构。

线性程序设计就是把工程中需要控制的任务按照工艺要求书写在主程序中。线性程序的结构简单，分析起来一目了然。这种结构适用于编写一些规模较小、运行过程比较简单的控制程序。

整个连续式反应器的生产比较复杂，适宜采用模块程序设计。而控制阀门的控制系统相对简单，编程也相对容易，可采用线性程序结构。

确定了PLC的程序结构之后，就要编制具体的程序。编制PLC程序的方法很多，常用的有以下几种：逻辑代数设计法、替代设计法、时序流程图法、顺序控制法、经验设计法等。

顺序控制法（状态转移图法）是在顺控指令的配合下设计复杂的控制程序。一般比较复杂的程序，都可以分成若干个功能比较简单的程序段，一个程序段可以看成整个控制过程中的一步。从这个角度看，一个复杂系统的控制过程是山这样若干个步组成的。系统控制的任务实际上可以认为在小同时刻或者在不同进程中完成对各个步的控制。

本系统的PLC控制程序就是在经验法的基础上，利用顺序控制法进行设计。

有两种液体A、B需要在容器中混合成液体C待用，初始时容器是空的，所有输出均失效。按下启动信号，阀门A和B同时打开，注入液体A和B；到达I时，打开阀门C，释放液体C，这是一个连续的过程，A、B不断进料，C流出，使液位保持恒定。按下停止按钮时，阀门A和B同时关闭，液位下降到L时，出料阀关闭。