基于PLC的流量控制技术研究

朱思益（湖北工程职业学院,湖北 黄石 435000）

基于PLC的流量控制技术研究

朱思益
（湖北工程职业学院,湖北 黄石 435000）

摘 要：本文主要是基于PLC基础之上提出了两种对于流量控制的方法：PID控制和比值控制。首先我们根据流量的非线性和时变性特点,提出了PID实时精确控制流量的一套控制方案。该方案是以PLC为平台,采用PID控制算法,该控制系统主要包括触摸屏、电磁流量计、温度传感器、电动调节阀等部分组成。另外一种方法就是流量比值控制方案，该方案主要采用比值控制系统，这个系统在实际应用的非常广泛，具有控制精度高，稳定性好的特点。

关键词：控制系统；比值控制；流量控制

0 引言

随着现代工业技术的不断发展，在工业生产过程中对液体流量的控制精度要求也不断提高，单纯的流量控制系统由于误差比较大、控制精度不够高且不具备实时控的一些缺点，所以满足不了现代对液体流量高精度、高速度的控制需求。基于对PLC控制技术在技术领域的不断成熟与完善，其应用范围也不断扩大，在工业控制领域发挥着至关重要的作用，并且体现出了目前工业自动化向网络化、智能化发展的先进水平。所以本文基于PLC的基础之上展开了对流量控制的技术研究。

1　PLC控制系统的简要概述

1.1 PLC控制系统的分析

PLC的全称是可编程序控制器，它是以微处理器为核心，主要用于工业控制的一种计算机。PLC主要采用了微机技术，所以它不仅具有较强的逻辑控制功能，而且还具备数据处理和数据传送等功能。目前大部分大型工厂工作过程主要采用用水泵控制电机的启动和停止，但是实时控制精度比较低。由于大部分流量系统的控制依旧采用继电器逻辑控制，而且大部分采用手动来完成，因此系统的自动化程序很低!继电器逻辑控制只能处理一些开关量问题，无法处理系统的模拟量问题，并且其电气线路比较复杂、可靠性低、稳定性差、不利于检修维护。

1.2 PLC控制系统的硬件结构

本文所介绍的控制系统采用的是三菱公司FX2N系列的处理器。FX2N系列的PLC体积比较小、性价比高且通信功能好，可以安装到比标准尺寸小很多的空间内。I/O型连接器能够大大降低接线成本，并且可以节约接线时间。同时I/O点数最多可以扩展到256点,最多可以连接4个特殊功能模块。

一个流量控制系统主要由控制器﹑变频器﹑传感器﹑执行机构﹑输入输出接口等部分组成。

2　流量控制的方法

2.1 PID流量控制

PID的全称是比例积分微分控制，PID算法的主要优点是计算简单、可靠性高，并且工业过程控制中被广泛的应用，特别适用于可以建立精确数学模型的确定控制系统当中。由于实际的工业生产过程中的流量具有非线性和时变性,所以很难建立精确的数学模型来分析解决问题。因此在实际的生产现场中我们可以采用PID控制系统来解决流量的控制问题。

电磁流量计通过实时采集供液流量的数据，首先将采集到的实时流量数据进行放大、滤波和A/D转换，然后由PLC读入，接着PLC将实时流量值和设定流量值做比较，通过PID运算后得到输出目标控制值，最后将控制值经D/A转换后施加在电动调节阀上，那么电动调节阀就可根据给定的控制值做出相应的动作，并且可以调节阀门的开启度。

比例环节(P)：按比例的形式来反映出系统误差e(t)，当偏差产生的时候，控制器就会立刻发挥控制作用，从而达到减小偏差的效果。

积分环节(I)：主要用来消除静误差，从而改善系统误差率。积分作用主要是与积分时间常数密切相关，当积分常数越大那么积分的作用就越弱，否则积分作用就越强。

微分环节(D)：主要是用来反映误差信号的变化程度，并且它能够在误差信号变大之前，可以在系统中引入一个有效的早期修正信号，这样就可以加快系统的动作速度，达到减少调节时间的效果。

PID参数的设置主要是根据控制对象的具体情况而选定的；另外一个方面也可以根据经验来确定。比例系数 可以控制幅值的振荡，如果 增大就会使得幅值大幅度的振荡，但是振荡频率很小，因此就使得系统达到稳定的时间变长；积分系数 主要反映动作响应速度的快慢，如果当 增大了则响应速度就会变慢，反之则快；微分系数 主要是用来消除静态误差的，一般我们都会把 设置的小一些，那么它对系统干扰就会小一些。

2.2 流量比值控制

在工业生产过程中,一般只要是将两种或两种以上的物料量自动地按照一定比例关系的控制系统,我们就把它称为比值控制系统。

比值控制法种类比较多，其中包括开环和闭环的比值控制，闭环又可以分为单闭环和双闭环开两种控制方法。最为简单的一种控制方案就是开环控制，而单闭环控制则是对开环进行完善后而设计的一种方案，但是这种方案也有不足之处就是只有一个副流量闭环控制，而缺少一个主流量闭环控制。

我们通过给出的原理图可以看出：第一个闭环控制系统是主流量闭环控制系统，它是以氯化钾作为主流量的，当我们完成设置之后，经过闭环系统的调节作用，就可以消除扰动误差产生的影响，从而让氯化钾的流量能够稳定在我们所设定范围值上，实际上主流量闭环控制就是属于恒值控制系统。第二个闭环控制系统是副流量闭环控制系统，它是以硫酸作为副流量，它的输入量是由检测和变送后的氯化钾流量信号Q，与比值系数K的乘积。副流量闭环控制系统主要包括变送器、副控制器、硫酸泵变频器、硫酸泵以及检测点等等部分。

3　结语

通过基于PLC基础上的两种流量控制方法的分析与研究，我们最终得到的结果表明:基于PLC编程的两种流量控制方法都是可以采用的，因为两种方法不仅可以提高流量控制的精度、满足工厂的实际应用需求，而且也实现了工厂自动化控制、节约控制时间和生产成本，同时也大大的提高了生产效率。

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作者简介：朱思益（1986-），男，湖北黄冈人，硕士，助理实验师，主要研究方向：自动控制。