PLC尿素合成塔控制系统设计+文献综述(8)
4.6传感器的选择
热电偶是一种感温元件，它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号。常用热电偶可分为标准热电偶和非标准热电偶两大类。所调用标准热电偶是指国家标准规定了其热电势与温度的关系、答应误差、并有统一的标准分度表的热电偶，它有与其配套的显示仪表可供选用。非标准化热电偶在使用范围或数量级上均不及标准化热电偶，一般也没有统一的分度表，主要用于某些特殊场合的测量。标准化热电偶我国从1988年1月1日起，热电偶和热电阻全部按IEC国际标准生产，并指定S、B、E、K、R、J、T七种标准化热电偶为我国统一设计型热电偶。本论文采用的是K型热电阻。
4.7 PLC的I/O分配表
表4.2 I/O分配表
输入
I0.0 启动按钮
I0.1 停止按钮
输出
Q0.1 启动指示灯
Q0.2 停止指示灯
Q0.3 正常运行指示灯
Q0.4 温度越上限报警指示灯
Q0.5 尿素合成塔升温指示灯
5.系统功能概述及系统设计
5.1 系统功能
尿素合成塔控制系统的设计主要是允分利用软件的优势，通过对尿素合成塔系统中的主要参数进行控制，即塔内温度。具体的控制原则为:利用PLC的PID模块进行对温度的控制，实现自动化的控制并且能够在力控软件中实现实时的监控，还要具有实时曲线，历史报表，报警等功能。
5.2 系统设计
尿素合成塔设备是一个复杂的控制对象。主要的变量是二氧化碳的进量、液氨的进量、循环来的甲铵液、塔顶出来的物料、塔内压力、塔内温度等等。因此锅炉是一个多输入、多输出并且相互关联的控制对象。由于条件限制及能力有限，因此本控制系统将主要控制一个变量：塔内温度。由于出料的多少能够对塔内温度有直接的影响，所以要用到的是单闭环温度控制，框图如图5.1所示。利用PLC的PID模块来实现控制功能，使得尿素合成塔的温度能够在控制范围内。同时，在本控制系统的力控界面上具备报警通知和实时曲线、历史报表等。各种报警、趋势等都是动画连接的对象，每个画面的内容可以以根据实际情况灵活设计。
图5.1 单闭环温度控制框图
5.3 PID控制程序设计
由于尿素合成塔控制系统是多输入、多输出的并且互为关联的复杂系统，为了实现更好的实时控制效果，采用适当的控制算法是必要的。PID控制作为一种应用广泛的工业过程控制策略之一，相对简单的算法设计和控制结构以及参数调整的便利性使得其成为了不二之选，为了避免积分饱和而导致执行机构达到极限位置，故采用抗积分饱和PID控制算法。思路是:在计算PID控制器输出u(k)时，首先判断上一采样时刻的控制量u(k一1)是否已经超出限制范围，如过超出了限制范围，则累积负误差；反之只累积正误差来避免控制长时间停留在饱和区。
模拟量闭环控制较好的方法之一是PID控制，PID在工业领域的应用已经有60多年，现在依然广泛地被应用。人们在应用的过程中积累了许多的经验，PID的研究已经到达一个比较高的程度。
比例控制(P)是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。其特点是具有快速反应，控制及时，但不能消除余差。
在积分控制(I)中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。积分控制可以消除余差，但具有滞后特点，不能快速对误差进行有效的控制。
在微分控制(D)中，控制器的输出与输入误差信号的微分（即误差的变化率）成正比关系。微分控制具有超前作用，它能猜测误差变化的趋势。避免较大的误差出现，微分控制不能消除余差。