制糖工業(yè)自動(dòng)化技術(shù).doc

制糖工業(yè)自動(dòng)化技術(shù) 編寫：賴庚音 石家莊市樂開糖醇技術(shù)開發(fā)有限公司一、 兩個(gè)觀點(diǎn)：1、制糖工業(yè)生產(chǎn)線朝自動(dòng)化方向發(fā)展的趨勢(shì)確立，不受人的主觀意志所左右。隨著自控裝置元器件價(jià)格逐步下降，用人成本逐年升高，通過提高自動(dòng)化水平來減少操作人員所獲得的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)越來越明顯。以目前國內(nèi)的技術(shù)水平，一條15萬噸/年的一水結(jié)晶葡萄糖生產(chǎn)線，采用自動(dòng)化生產(chǎn)線后，按四班三運(yùn)轉(zhuǎn)計(jì)算，操作人員可由手工操作生產(chǎn)線的150人左右降到80人以內(nèi)。而這樣的自動(dòng)化生產(chǎn)線比手工操作生產(chǎn)線的投資只增加約300萬元。自動(dòng)化生產(chǎn)線的工藝參數(shù)控制穩(wěn)定、產(chǎn)品品質(zhì)均勻和產(chǎn)品收率高，間接經(jīng)濟(jì)效益非常突出。2、生產(chǎn)線的自動(dòng)化裝置是否合理和自控運(yùn)行情況好壞主要取決于工藝專業(yè)，而不是取決于自動(dòng)化專業(yè)。大部分制糖企業(yè)的技術(shù)主管都是工藝專業(yè)出身，本身對(duì)推進(jìn)自己企業(yè)生產(chǎn)線自動(dòng)化水平的意愿很強(qiáng)，但在實(shí)踐中因?qū)ψ詣?dòng)化知識(shí)了解不夠總是遇到挫折，而認(rèn)為原因是自己的自動(dòng)化專業(yè)人員水平不足。這種現(xiàn)象在制糖工業(yè)企業(yè)特別是蔗糖工業(yè)企業(yè)普遍存在，筆者認(rèn)為這是阻礙制糖工業(yè)自動(dòng)化水平提高的主要原因之一。筆者希望通過本文的介紹，制糖企業(yè)的技術(shù)主管能對(duì)自動(dòng)化的基礎(chǔ)知識(shí)有一定的了解，能夠指導(dǎo)自動(dòng)化專業(yè)人員順利實(shí)現(xiàn)自控裝置的有效運(yùn)行。以多效真空蒸發(fā)系統(tǒng)的末效真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)為例，要想將末效真空度控制在0.12Bar絕對(duì)壓力，可以通過以下幾種方法（俗稱控制方案）：a、調(diào)節(jié)抽往冷凝器的二次蒸汽量；b、調(diào)節(jié)真空泵抽走的不凝氣體量；c、調(diào)節(jié)通過冷凝器的循環(huán)冷卻水量；d、調(diào)節(jié)真空泵抽氣管道上的破空漏氣量。那么究竟采用那種方法來實(shí)施，顯然自動(dòng)化專業(yè)人員是無法作主的，只有靠工藝專業(yè)人員來決定。一旦決定選用某種方法，工藝專業(yè)人員還要告知自動(dòng)化專業(yè)人員介質(zhì)種類（如二次蒸汽）、介質(zhì)流量、介質(zhì)溫度、介質(zhì)壓力、介質(zhì)比重和介質(zhì)通過調(diào)節(jié)閥時(shí)允許的壓力損失等參數(shù)，自動(dòng)化專業(yè)人員才能對(duì)該真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行具體配置和實(shí)施。采用以上四種控制方法所需投資和對(duì)工藝的運(yùn)行狀況的影響是不一樣的：a方法最省蒸汽、b方法最省電、c方法最省循環(huán)冷卻水、d方法投資最低。當(dāng)然，自動(dòng)化專業(yè)人員可以分別計(jì)算出四種情況下所需調(diào)節(jié)閥的口徑供工藝人員專業(yè)人員參考。工藝人員專業(yè)人員向自動(dòng)化專業(yè)人員提供自動(dòng)控制系統(tǒng)具體控制方案和介質(zhì)參數(shù)，叫做提自動(dòng)化條件，包括P&I圖（Process and Instruments Diagram，帶自控點(diǎn)的工藝流程形象示意圖）、自動(dòng)控制說明和介質(zhì)參數(shù)表。只有在工藝人員專業(yè)人員的統(tǒng)籌安排和自動(dòng)化專業(yè)人員的充分配合下，才能實(shí)現(xiàn)自控裝置的合理和有效運(yùn)行。二、制糖工業(yè)自動(dòng)化控制原理： 自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)際上是模擬操作人員的操作調(diào)節(jié)過程，任何自動(dòng)化控制系統(tǒng)都包含三個(gè)主要組成部分：變送器、控制器和執(zhí)行器，俗稱自動(dòng)化系統(tǒng)三大件。操作人員在崗位上要調(diào)控一個(gè)工藝參數(shù)，其過程主要可分解成三個(gè)部分：1、通過眼睛觀測(cè)實(shí)際情況或顯示儀表；2、通過大腦判斷實(shí)際情況或儀表顯示參數(shù)與工藝需要的參數(shù)是否相符合，偏大還是偏小；3、通過手來調(diào)節(jié)閥門大小或相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行參數(shù)來干預(yù)，使實(shí)際情況或參數(shù)與工藝需要的參數(shù)相一致。自動(dòng)化系統(tǒng)三大件中的變送器、控制器和執(zhí)行器分別承擔(dān)操作人員的眼睛、大腦和手的功能，通過合適的設(shè)置和組合來模擬操作人員對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)控過程。變送器將感知到的工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的電信號(hào)（測(cè)量值），送到控制器與工藝需要的參數(shù)（設(shè)定值）進(jìn)行比較后作出判斷，如果（測(cè)量值）與（設(shè)定值）不一致，控制器就會(huì)發(fā)出變化的電信號(hào)命令（輸出值）來控制執(zhí)行器開大一些還是開小一些。執(zhí)行器動(dòng)作后，工藝參數(shù)受到干預(yù)，直到測(cè)量值與設(shè)定值相一致，此時(shí)實(shí)際工藝參數(shù)穩(wěn)定在工藝需求的參數(shù)上。三、制糖工業(yè)常用變送器：要想實(shí)現(xiàn)對(duì)工藝參數(shù)的自動(dòng)控制，首先要能夠測(cè)量出該參數(shù)的儀表。能夠連續(xù)實(shí)時(shí)感測(cè)工藝參數(shù)并將其轉(zhuǎn)變成對(duì)應(yīng)電信號(hào)的儀器即為變送器。變送器包括敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦心軌蛑苯痈惺芑蝽憫?yīng)被測(cè)量工藝參數(shù)的部分；轉(zhuǎn)換元件是指?jìng)鞲衅髦袑⒚舾性惺芑蝽憫?yīng)的被測(cè)量工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換成適于傳輸或測(cè)量的電信號(hào)部分，稱為轉(zhuǎn)換器。沒有相應(yīng)的變送器，自動(dòng)控制是無法實(shí)現(xiàn)的。比如淀粉乳液化時(shí)，因沒有能夠測(cè)量DE值的變送器，所以淀粉乳液化DE值就無法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；生產(chǎn)結(jié)晶葡萄糖時(shí)因沒有能夠測(cè)量DX值的變送器，所以回套母液時(shí)也無法自動(dòng)控制混合液的DX值。變送器一般是將工藝參數(shù)轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的420mA直流電流信號(hào)，俗稱模擬信號(hào)以區(qū)別數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)的大小在量程范圍內(nèi)與工藝參數(shù)相對(duì)應(yīng)。比如一個(gè)測(cè)量范圍為08m3/h的流量變送器，當(dāng)流量為0時(shí)，輸出為4mA（4 mA16 mA0m3/h8m3/h）；當(dāng)流量為8m3/h時(shí)，輸出為20mA（4 mA16 mA8m3/h8m3/h）；當(dāng)流量為4m3/h時(shí)，輸出為12mA（4 mA16 mA4m3/h8m3/h）。在P&I圖中變送器常用其英文Transmitter的首字母大寫T來表示。目前大多數(shù)變送器均為二線制變送器，其供電電源、負(fù)載電阻和變送器是串聯(lián)的，即二根導(dǎo)線同時(shí)傳送變送器所需的電源（24V直流電源）和輸出電流信號(hào)（420mA直流電流）。制糖工業(yè)常用的變送器有：1、溫度變送器TT (Temperature Transmitter)：溫度變送器的敏感元件為鎧裝鉑熱電阻或熱電偶。鎧裝鉑熱電阻是由感溫元件（電阻體）、引線、絕緣材料和不銹鋼套管組合而成的堅(jiān)實(shí)體，適合測(cè)量200600溫度，在制糖工業(yè)中被大量采用；鎧裝熱電偶則最高可測(cè)2800的高溫，但在制糖工業(yè)中很少使用。鎧裝鉑熱電阻或熱電偶感受不同的溫度后，其輸出電阻或電位相應(yīng)變化，轉(zhuǎn)換元件采用集成電路，將熱電阻或熱電偶的信號(hào)放大，并轉(zhuǎn)換成4-20mA的輸出電流。鎧裝變送器可以直接測(cè)量氣體或液體的溫度特別適用于低溫范圍測(cè)量，克服了冷凝水對(duì)測(cè)溫所帶來的影響。2、壓力變送器PT (Pressure Transmitter)：PT一般有壓力變送器、差壓變送器和負(fù)壓變送器三種。差壓變送器被測(cè)介質(zhì)的兩種壓力通入高、低兩壓力室，壓力變送器的低壓室壓力采用大氣壓，負(fù)壓變送器的低壓室壓力采用絕對(duì)真空。兩種壓力作用在元件(即敏感元件)的兩側(cè)隔離膜片上，通過隔離片和元件內(nèi)的填充液（硅油）傳送到測(cè)量膜片兩側(cè)。壓力變送器是由測(cè)量膜片與兩側(cè)絕緣片上的電極各組成一個(gè)電容器。 當(dāng)兩側(cè)壓力不一致時(shí)，致使測(cè)量膜片產(chǎn)生位移，其位移量和壓力差成正比，故兩側(cè)電容量就不等，通過振蕩和解調(diào)環(huán)節(jié)，轉(zhuǎn)換成與壓力成正比的信號(hào)。3、液位變送器LT (Level Transmitter)：液位變送器是對(duì)壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，根據(jù)不同比重的液體在不同高度所產(chǎn)生壓力成線性關(guān)系的原理，實(shí)現(xiàn)對(duì)液體的體積、液高、重量的準(zhǔn)確測(cè)量和傳送。我們都知道差壓Pg H，當(dāng)比重不變送時(shí)，P與液位高度H成正比，所以通過測(cè)量差壓也就可以測(cè)出液位。當(dāng)比重不固定時(shí)，這種方法測(cè)出的液位就有偏差，不過如果這種偏差允許，也就可以用了。測(cè)常壓容器內(nèi)的液位，由于大氣壓是固定的，可采用單法蘭壓力變送器來測(cè)液位；若要測(cè)真空或壓力容器內(nèi)的液位，則需采用雙法蘭法蘭差壓變送器來測(cè)，因容器頂部上法蘭的測(cè)壓點(diǎn)壓力是波動(dòng)的。4、濃度變送器DT (Density Transmitter)：濃度變送器也是壓力變送器技術(shù)的延伸和發(fā)展，對(duì)我們制糖行業(yè)來說，糖液的濃度（總糖質(zhì)量）與比重成正比例關(guān)系，測(cè)量出糖液的比重就測(cè)出了糖液的濃度。同樣道理，因?yàn)镻g H，當(dāng)糖液全部淹沒差壓雙法蘭變送器上下兩個(gè)法蘭的測(cè)壓點(diǎn)時(shí)，糖液測(cè)壓高度H是固定不變的，此時(shí)P與糖液的比重成正比，也即P與糖液的濃度成正比。5、流量變送器FT (Flow Transmitter)：制糖工業(yè)常用的流量變送器有電磁流量計(jì)、渦街流量計(jì)和金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)（又稱管式流量計(jì)）三種，電磁流量計(jì)用來測(cè)量糖液或其它液體的流量，渦街流量計(jì)用于蒸汽流量的測(cè)量，金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)則可用于測(cè)量電導(dǎo)率極低的高純度糖液流量。（1） 電磁流量計(jì)的測(cè)量原理：根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)一導(dǎo)體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)切割磁力線時(shí)，在導(dǎo)體的兩端即產(chǎn)生感生電勢(shì)e，其方向由右手定則確定，其大小與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B，導(dǎo)體在磁場(chǎng)內(nèi)的長(zhǎng)度L及導(dǎo)體的運(yùn)動(dòng)速度u成正比，如果B， L，u三者互相垂直，則eB l u 與此相仿在磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的均勻磁場(chǎng)中，垂直于磁場(chǎng)方向放一個(gè)內(nèi)徑為D的不導(dǎo)磁管道，當(dāng)導(dǎo)電液體在管道中以流速u流動(dòng)時(shí)，導(dǎo)電流體就切割磁力線如果在管道截面上垂直于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極(圖317)則可以證明，只要管道內(nèi)流速分布為軸對(duì)稱分布，兩電極之間也特產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)：eBD 式中， 為管道截面上的平均流速由此可得管道的體積流量為：Q v D U 由上式可見，體積流量Q v與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)e和測(cè)量管內(nèi)徑D成線性關(guān)系，與磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B成反比，與其它物理參數(shù)無關(guān)這就是電磁流量計(jì)的測(cè)量原理需要說明的是，要使式Q v D U嚴(yán)格成立，必須使測(cè)量條件滿足下列假定：磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng)；被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布；被測(cè)液體是非磁性的；被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。要產(chǎn)生一個(gè)均勻恒定的磁場(chǎng)，就需要選擇一種合適的勵(lì)磁方式（勵(lì)磁方式即產(chǎn)生磁場(chǎng)的方式）。目前，一般有三種勵(lì)磁方式，即直流勵(lì)磁、交流勵(lì)磁和低頻方波勵(lì)磁。工業(yè)上使用的電磁流量計(jì)，大都采用工頻(50Hz)電源交流勵(lì)磁方式，即它的磁場(chǎng)是由正弦交變電流產(chǎn)生的，所以產(chǎn)生的磁場(chǎng)也是一個(gè)交變磁場(chǎng)。交變磁場(chǎng)變送器的主要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面的極化于擾。另外，由于磁場(chǎng)是交變的，所以輸出信號(hào)也是交變信號(hào)，放大和轉(zhuǎn)換低電平的交流信號(hào)要比直流信號(hào)容易得多。（2） 渦街流量計(jì)的測(cè)量原理：把一個(gè)非流線型阻流體（BluffBody）垂直插入管道中，隨著流體繞過阻流體流動(dòng)，產(chǎn)生附面層分離現(xiàn)象，形成有規(guī)則的旋渦列，左右兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種旋渦稱為卡門渦街。根據(jù)卡門的研究，這些渦列多數(shù)是不穩(wěn)定的，只有形成相互交替的內(nèi)旋的兩排渦列，且渦列寬度h與同列相鄰的兩旋渦的間距l(xiāng)之比=0.281（對(duì)圓柱形旋渦發(fā)生體）時(shí)，這樣的渦列才是穩(wěn)定的。生產(chǎn)旋渦分離的阻流體稱為旋渦發(fā)生體。渦街流量計(jì)是根據(jù)旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關(guān)系來測(cè)量流量的儀表。（3） 金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì)的測(cè)量原理：金屬轉(zhuǎn)子流量計(jì),是變面積式流量計(jì)的一種 , 在一根由下向上擴(kuò)大的垂直錐管中 , 圓形橫截面的浮子的重力是由液體動(dòng)力承受的 , 浮子可以在錐管內(nèi)自由地上升和下降。在流速和浮力作用下上下運(yùn)動(dòng)，與浮子重量平衡后，通過磁耦合傳到智能化微處理器轉(zhuǎn)換成420mA電流信號(hào)。6、PH計(jì)QT (PH Transmitter)：PH計(jì)的敏感元件是PH電極，PH電極是用來測(cè)電極電位的裝置。電位分析所用的電極被稱為原電池。原電池是一個(gè)系統(tǒng)，它的作用是使化學(xué)反應(yīng)能量轉(zhuǎn)成為電能。此電池的電壓被稱為電動(dòng)勢(shì)（EMF）。此電動(dòng)勢(shì)（EMF）由二個(gè)半電池構(gòu)成。其中一個(gè)半電池稱作測(cè)量電極，它的電位與特定的離子活度有關(guān)；另一個(gè)半電池為參比半電池，通常稱作參比電極，它一般是與測(cè)量溶液相通，并且與測(cè)量?jī)x表相連。最熟悉也是最常用的PH指示電極是玻璃電極。它是一支端部吹制上對(duì)于PH敏感的玻璃膜的玻璃管。管內(nèi)充填有含飽和AgCl的3 mol/l KCl緩沖溶液，其PH值為7。存在于玻璃膜內(nèi)外兩面的反映 PH 值的電位差用Ag/AgCl傳導(dǎo)系統(tǒng)導(dǎo)出。PH電極最著名的品牌是梅特勒。除上述六類變送器外，制糖工業(yè)有時(shí)也用到微波錘度計(jì)、電導(dǎo)率變送器、電流變送器、電壓變送器和功率變送器等，本文不予詳述。選用變送器時(shí)還應(yīng)該考慮耐腐蝕、耐溫度和耐壓的要求，只有選擇合理的材質(zhì)，變送器才能適合于各種使用場(chǎng)合。四、制糖工業(yè)常用控制器：制糖工業(yè)常用控制器有單板控制器、可編程控制器（PLC）和DCS系統(tǒng)。單板控制器適合于生產(chǎn)線中局部單個(gè)工藝參數(shù)的控制，特別是現(xiàn)成手工生產(chǎn)的局部自動(dòng)化改造。在PLC和DCS系統(tǒng)還沒有大量使用時(shí)，很多企業(yè)曾經(jīng)采用大量的單板控制器組裝在控制柜（俗稱模擬盤）上，用于整條生產(chǎn)線的自動(dòng)控制；PLC適合于生產(chǎn)線某個(gè)工序的自動(dòng)化操作，特別適合將繁瑣重復(fù)的間歇操作過程變成PLC程序控制下的自動(dòng)程序操作。PLC還能提供一定量的控制回路，用于在程控操作中階段性控制某個(gè)工藝參數(shù)；DCS系統(tǒng)則適合整條生產(chǎn)線或整個(gè)工廠的集中自動(dòng)化控制和監(jiān)管。雖然隨著大型新型號(hào)PLC的出現(xiàn)，PLC的控制功能更加強(qiáng)大，但在控制整條生產(chǎn)線上，PLC在編程簡(jiǎn)易、反應(yīng)速度和操控性能上仍然無法與DCS系統(tǒng)媲美。以下對(duì)三種制糖工業(yè)常用控制器做簡(jiǎn)單介紹：1、單板控制器為包含微電子集成電路和簡(jiǎn)易顯示屏的簡(jiǎn)單控制器，一般一個(gè)單板控制器可以提供一個(gè)調(diào)節(jié)回路或兩個(gè)互為串接的調(diào)節(jié)回路。除此以外，單板控制器還可以提供低負(fù)荷24V電源和高低限兩個(gè)報(bào)警輸出。單板控制器一般采用220V兩相電源供電，操作時(shí)應(yīng)特別注意避免觸電。220V電源的電壓波動(dòng)過大很容易造成單板控制器的燒毀，所以最好配備穩(wěn)壓電源。單板控制器的主要品牌有霍尼維爾、Foxboro和百特工控等。2、可編程控制器(Programmable Controller)是計(jì)算機(jī)家族中的一員，是為工業(yè)控制應(yīng)用而設(shè)計(jì)制造的。早期的可編程控制器稱作可編程邏輯控制器(Programmable Logic Controller)，簡(jiǎn)稱PLC，它主要用來代替繼電器實(shí)現(xiàn)邏輯控制。隨著技術(shù)的發(fā)展，這種裝置的功能已經(jīng)大大超過了邏輯控制的范圍，因此，今天這種裝置稱作可編程控制器，簡(jiǎn)稱PC。但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(Personal Computer)的簡(jiǎn)稱混淆，所以仍然將可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLC。PLC的主要品牌有西門子、三菱、歐姆龍、松下、臺(tái)達(dá)、富士、施耐德和ABB 等。當(dāng)PLC投入運(yùn)行后，其工作過程一般分為三個(gè)階段，即輸入采樣、用戶程序執(zhí)行和輸出刷新三個(gè)階段。完成上述三個(gè)階段稱作一個(gè)掃描周期。在整個(gè)運(yùn)行期間，PLC的CPU以一定的掃描速度重復(fù)執(zhí)行上述三個(gè)階段。 (1) 輸入采樣階段 在輸入采樣階段，PLC以掃描方式依次地讀入所有輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)，并將它們存入I/O映象區(qū)中的相應(yīng)得單元內(nèi)。輸入采樣結(jié)束后，轉(zhuǎn)入用戶程序執(zhí)行和輸出刷新階段。在這兩個(gè)階段中，即使輸入狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)生變化，I/O映象區(qū)中的相應(yīng)單元的狀態(tài)和數(shù)據(jù)也不會(huì)改變。因此，如果輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才能保證在任何情況下，該輸入均能被讀入。 (2) 用戶程序執(zhí)行階段 在用戶程序執(zhí)行階段，PLC總是按由上而下的順序依次地掃描用戶程序(梯形圖)。在掃描每一條梯形圖時(shí)，又總是先掃描梯形圖左邊的由各觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路，并按先左后右、先上后下的順序?qū)τ捎|點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后根據(jù)邏輯運(yùn)算的結(jié)果，刷新該邏輯線圈在系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線圈在I/O映象區(qū)中對(duì)應(yīng)位的狀態(tài)；或者確定是否要執(zhí)行該梯形圖所規(guī)定的特殊功能指令。 即，在用戶程序執(zhí)行過程中，只有輸入點(diǎn)在I/O映象區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)不會(huì)發(fā)生變化，而其他輸出點(diǎn)和軟設(shè)備在I/O映象區(qū)或系統(tǒng)RAM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有可能發(fā)生變化，而且排在上面的梯形圖，其程序執(zhí)行結(jié)果會(huì)對(duì)排在下面的凡是用到這些線圈或數(shù)據(jù)的梯形圖起作用；相反，排在下面的梯形圖，其被刷新的邏輯線圈的狀態(tài)或數(shù)據(jù)只能到下一個(gè)掃描周期才能對(duì)排在其上面的程序起作用。 在程序執(zhí)行的過程中如果使用立即I/O指令則可以直接存取I/O點(diǎn)。即使用I/O指令的話，輸入過程影像寄存器的值不會(huì)被更新，程序直接從I/O模塊取值，輸出過程影像寄存器會(huì)被立即更新，這跟立即輸入有些區(qū)別。 (3) 輸出刷新階段 當(dāng)掃描用戶程序結(jié)束后，PLC就進(jìn)入輸出刷新階段。在此期間，CPU按照I/O映象區(qū)內(nèi)對(duì)應(yīng)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)刷新所有的輸出鎖存電路，再經(jīng)輸出電路驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的外設(shè)。這時(shí)，才是PLC的真正輸出。3、DCS系統(tǒng)是分散控制系統(tǒng)(Distributed Control System)的簡(jiǎn)稱，國內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過程控制級(jí)和過程監(jiān)控級(jí)組成的以通信網(wǎng)絡(luò)為紐帶的多級(jí)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，綜合了計(jì)算機(jī)(Computer)、通訊(Communication)、顯示(CRT)和控制(Control)等4C技術(shù)，其基本思想是分散控制、集中操作、分級(jí)管理、配置靈活、組態(tài)方便。DCS系統(tǒng)控制功能齊全 控制算法豐富，集連續(xù)控制、順序控制和批處理控制于一體，可實(shí)現(xiàn)串級(jí)、前饋、解耦、自適應(yīng)和預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制，并可方便地加入所需的特殊控制算法。 DCS的構(gòu)成方式十分靈活，可由專用的管理計(jì)算機(jī)站、操作員站、工程師站、記錄站、現(xiàn)場(chǎng)控制站和數(shù)據(jù)采集站等組成，也可由通用的服務(wù)器、工業(yè)控制計(jì)算機(jī)和可編程控制器構(gòu)成。 處于底層的過程控制級(jí)一般由分散的現(xiàn)場(chǎng)控制站、數(shù)據(jù)采集站等就地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和控制，并通過數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)傳送到生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)計(jì)算機(jī)。生產(chǎn)監(jiān)控級(jí)對(duì)來自過程控制級(jí)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集中操作管理，如各種優(yōu)化計(jì)算、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、故障診斷、顯示報(bào)警等。DCS系統(tǒng)的主要品牌有霍尼維爾、Foxboro、西門子、和利時(shí)和浙大中控等。五、制糖工業(yè)常用執(zhí)行器：執(zhí)行器由執(zhí)行機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)兩部分組成。調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)通過執(zhí)行元件直接改變生產(chǎn)過程的參數(shù)，使生產(chǎn)過程滿足預(yù)定的要求。執(zhí)行機(jī)構(gòu)則接受來自控制器的控制信息把它轉(zhuǎn)換為驅(qū)動(dòng)調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的輸出（如角位移或直線位移輸出）。它也采用適當(dāng)?shù)膱?zhí)行元件，但要求與調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)不同。執(zhí)行器直接安裝在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，有時(shí)工作條件嚴(yán)苛。能否保持正常工作直接影響自動(dòng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全性和可靠性。制糖工業(yè)常用的執(zhí)行器有調(diào)節(jié)閥、變頻設(shè)備、氣動(dòng)開關(guān)閥、電動(dòng)設(shè)備、電磁閥和氣缸等。其中調(diào)節(jié)閥和變頻設(shè)備接收控制器的420mA直流電流信號(hào)，根據(jù)接收的電流信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門對(duì)應(yīng)開度或?qū)?yīng)運(yùn)行速度。比如12mA對(duì)應(yīng)開度或運(yùn)行速度50，16mA對(duì)應(yīng)開度或運(yùn)行速度75，20mA對(duì)應(yīng)開度或運(yùn)行速度100。氣動(dòng)開關(guān)閥、電動(dòng)設(shè)備和電磁閥等則接收控制器的直流24V電壓信號(hào)，根據(jù)是否接收到控制器的直流24V電壓信號(hào)來自動(dòng)開關(guān)或啟停。最常用的執(zhí)行器是調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥有氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)精度和對(duì)信號(hào)的靈敏度都比電動(dòng)調(diào)節(jié)閥好，當(dāng)一條生產(chǎn)線大量使用調(diào)節(jié)閥或有現(xiàn)成的壓縮空氣源時(shí)，最好選用氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥。只有在調(diào)節(jié)閥用量很少，又不想投資儀表用壓縮空氣系統(tǒng)時(shí)才會(huì)考慮電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥、氣動(dòng)開關(guān)閥和氣缸等氣動(dòng)設(shè)備用壓縮空氣，必須先經(jīng)過過濾和除濕，否則容易造成其中氣動(dòng)元件的故障或損壞。氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥和氣動(dòng)開關(guān)閥都有一個(gè)氣開閥和氣關(guān)閥問題，通俗地講，如果壓縮空氣源缺失，氣開閥處于關(guān)閉狀態(tài)；反之，氣關(guān)閥處于開啟狀態(tài)。這一點(diǎn)對(duì)保障自動(dòng)化裝置故障狀態(tài)下的工藝安全很重要。選用執(zhí)行器與選用變送器一樣，也應(yīng)該考慮耐腐蝕、耐溫度和耐壓的要求，需要選擇合理的材質(zhì)和耐壓耐溫等級(jí)。六、制糖工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)例：制糖工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用實(shí)例有生產(chǎn)線運(yùn)行狀況顯示、工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)、程序控制、連鎖保護(hù)、遠(yuǎn)傳控制、報(bào)警等。只有充分了解并組合自動(dòng)化系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能，才能獲得一條高自動(dòng)化程度并且管理方便的生產(chǎn)線。1、生產(chǎn)線運(yùn)行狀況顯示：生產(chǎn)線P&I圖上所標(biāo)示的所有內(nèi)容，都可以在DCS系統(tǒng)的工作站電腦流程畫面上顯現(xiàn)出來：包括設(shè)備、主物料管線、輔助物料管線、閥門管件、控制回路和儀表。所有測(cè)量值（溫度、液位、密度、流量、壓力、PH和電導(dǎo)率等）的數(shù)值和單位都可以顯示在流程畫面上相應(yīng)的變送器位置處。所有液位測(cè)量值還能以藍(lán)色陰影的型式，形象地顯示在相應(yīng)的設(shè)備圖塊上。所有運(yùn)行設(shè)備可制作成中心帶報(bào)警指示小圓圈的可激活圖塊，當(dāng)設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，報(bào)警指示小圓圈顯示流程畫面底色；當(dāng)設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警指示小圓圈顯示閃爍黃色，即交替顯示黃色1秒鐘和流程畫面底色0.5秒鐘。設(shè)備處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示綠色；設(shè)備處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示紅色。對(duì)于調(diào)節(jié)回路，可成可激活圖塊，當(dāng)點(diǎn)擊調(diào)節(jié)系統(tǒng)的可激活圖塊時(shí)，相應(yīng)的調(diào)節(jié)系統(tǒng)畫面浮現(xiàn)在流程畫面上，很方便進(jìn)行操控。氣動(dòng)開關(guān)閥和電磁閥也可以作成可激活圖塊，當(dāng)點(diǎn)擊氣動(dòng)開關(guān)閥的可激活圖塊時(shí)，相應(yīng)的氣動(dòng)開關(guān)閥或電磁閥啟動(dòng)畫面浮現(xiàn)在流程畫面上。氣動(dòng)開關(guān)閥處于運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示綠色；氣動(dòng)開關(guān)閥處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示紅色。2、工藝參數(shù)自動(dòng)調(diào)節(jié)：任何控制器都可以提供一個(gè)或多個(gè)控制回路用于工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)。每個(gè)控制回路都有輸入端，可以接收從測(cè)量工藝參數(shù)變送器來的420mA模擬信號(hào)（測(cè)量值），經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后與設(shè)定值進(jìn)行比較和計(jì)算，得到的輸出數(shù)字信號(hào)再經(jīng)控制器轉(zhuǎn)換成420mA模擬信號(hào)?？刂苹芈份敵龆说妮敵?20mA模擬信號(hào)，就可以控制執(zhí)行器的開度或運(yùn)行速度了。利用一個(gè)控制回路來實(shí)現(xiàn)一個(gè)工藝參數(shù)的自動(dòng)調(diào)節(jié)，控制回路有正、反兩個(gè)作用方向可供選擇。執(zhí)行器開度增大，有利于測(cè)量值變小的為正作用控制回路；反之，執(zhí)行器開度增大，有利于測(cè)量值變大的為反作用控制回路?？刂苹芈纷饔梅较虻脑O(shè)定要根據(jù)工藝控制方案來確定。打個(gè)比方說，要控制一個(gè)貯罐的液位，可以調(diào)節(jié)這個(gè)貯罐的入料量，也可以調(diào)節(jié)這個(gè)貯罐的出料量。采用調(diào)節(jié)貯罐出料量的控制方案時(shí)，執(zhí)行器開度增大，出料量增加，有利于液位變小，控制回路需設(shè)定為正作用；當(dāng)采用調(diào)節(jié)貯罐入料量的控制方案時(shí)，執(zhí)行器開度增大，入料量增加，有利于液位變大，控制回路需設(shè)定為反作用。一個(gè)控制回路在投入運(yùn)行時(shí)，還要對(duì)其PID參數(shù)進(jìn)行整定。打個(gè)比方說，要控制管道內(nèi)流動(dòng)糖液的溫度，可以直接通入蒸汽加熱，也可以往換熱器通蒸汽間壁換熱，這兩種方案都可以通過調(diào)節(jié)加熱蒸汽的通入量來控制糖液的溫度。但這兩種方案是有區(qū)別的，直接通入蒸汽加熱時(shí)，溫度隨加熱蒸汽的通人量快速變化；而往換熱器通蒸汽間壁換熱時(shí)，溫度隨加熱蒸汽的通人量變化要慢的多。所以控制回路需要對(duì)執(zhí)行器的調(diào)節(jié)速度根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行變通，變通的辦法就是對(duì)控制回路的PID參數(shù)進(jìn)行整定。P指比例控制，比例控制是一種最簡(jiǎn)單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)成比例關(guān)系。當(dāng)僅有比例控制時(shí)系統(tǒng)輸出存在穩(wěn)態(tài)誤差；I指積分控制，積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的積分成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系統(tǒng)，如果在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后存在穩(wěn)態(tài)誤差，則稱這個(gè)控制系統(tǒng)是有穩(wěn)態(tài)誤差的或簡(jiǎn)稱有差系統(tǒng)。為了消除穩(wěn)態(tài)誤差，在控制器中必須引入“積分項(xiàng)”。積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增加，積分項(xiàng)會(huì)增大。這樣，即便誤差很小，積分項(xiàng)也會(huì)隨著時(shí)間的增加而加大，它推動(dòng)控制器的輸出增大使穩(wěn)態(tài)誤差進(jìn)一步減小，直到等于零。因此，比例+積分（PI）控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無穩(wěn)態(tài)誤差；D指微分控制 ，在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號(hào)的微分（即誤差的變化率）成正比關(guān)系。自動(dòng)控制系統(tǒng)在克服誤差的調(diào)節(jié)過程中可能會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其原因是由于存在有較大慣性組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化“超前”，即在誤差接近零時(shí)，抑制誤差的作用就應(yīng)該是零。這就是說，在控制器中僅引入 “比例”項(xiàng)往往是不夠的，比例項(xiàng)的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是“微分項(xiàng)”，它能預(yù)測(cè)誤差變化的趨勢(shì)，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等于零，甚至為負(fù)值，從而避免了被控量的嚴(yán)重超調(diào)。所以對(duì)有較大慣性或滯后的被控對(duì)象，比例+微分（PD）控制器能改善系統(tǒng)在調(diào)節(jié)過程中的動(dòng)態(tài)特性。制糖工業(yè)中，比如多效真空蒸發(fā)的濃度控制，采用簡(jiǎn)單的控制回路來調(diào)節(jié)，PID參數(shù)整定得很好也難以讓濃度控制的很好。主要是因?yàn)閺恼{(diào)節(jié)加熱蒸汽通入量到濃度發(fā)生變化需要的時(shí)間較長(zhǎng)，也即調(diào)控滯后較大。而在這滯后過程中，蒸汽壓力也在波動(dòng)，閥門開大蒸汽壓力不一定升高，閥門關(guān)小蒸汽壓力也不一定降低。所以蒸發(fā)濃度很難調(diào)平穩(wěn)。此時(shí)如果我們采用串接調(diào)節(jié)回路來控制，這個(gè)問題就解決了。串接調(diào)節(jié)回路相當(dāng)于增加了一個(gè)回路，第一個(gè)回路（主回路）調(diào)濃度，濃度偏高時(shí)，發(fā)出調(diào)低頭效加熱室蒸汽壓力的指令，而不是發(fā)出關(guān)小蒸汽閥門的指令；第二個(gè)回路（從回路）調(diào)頭效加熱室蒸汽壓力，根據(jù)主回路的指令來調(diào)蒸汽壓力，至于調(diào)低壓力是應(yīng)該開大還是關(guān)小閥門，則由從回路來判定。臥式降溫結(jié)晶機(jī)的降溫曲線，也