間歇生產的過程控制主要存在著參數的調節控制和順序控制兩種控制任務。其中,參數控制主要涉及模擬信號的傳輸、變換和處理,其控制思想和目的與連續過程控制很相似。而順序控制主要涉及數字開關信號的通訊和處理,其控制目的主要是控制生產過程按配方規定的順序和狀態有序地完成間歇生產過程。順序控制在間歇生產過程中起著非常重要的作用。
(1)順序生產過程 間歇生產過程是順序執行操作步驟(例如前處理→加料→反應→排料→后處理)的生產過程。因此,清楚地描述間歇過程的操作順序和轉換條件是設計順序控制的前提條件,特別是對于復雜的間歇生產過程,轉換條件及各步驟內的具體操作的描述是非常必要的。關于操作過程的描述有多種方法,其中常用的便利方法是采用圖示描述方法。下面,利用圖1—11所示間歇反應過程簡圖,介紹幾種常用的圖形描述方法。
①流程圖 流程圖是一種常用的描述和定義順序的圖示方法。這種方法適用于在過程的順序特性已經確定的情況下,向編程人員布置和分配編程任務。圖1—12描述了反應釜組分A階段的控制步驟流程圖。但是,流程圖描述法存在著沒有嚴格的作圖標準、作圖和修改工作量大等缺點。特別是作為控制軟件的設計依據,存在著流程圖上不能表示全部過程參數,難于準確描述多分支過程的并行及相互關系等問題。
②過程時間圖 圖1—13是反應釜的過程時間操作圖。
過程時間圖的水平軸是時間控制、狀態軸。一般由具體的操作狀態的排序構成,如圖1—13所示,橫軸描述了反應器的加料、反應、冷卻、卸料幾個階段及相應各階段中的控制步驟。縱軸是動作、參數軸,列舉了動作內容和過程參數。圖形描述了過程與時間、過程與動作、動作與動作、過程與操作參數等相互關系。為設計人員提供了生產過程所需的全部控制元件、過程操作與動作順序及與過程相關的工藝參數,為開發間歇生產控制策略提供了確切依據。是一種比較理想的順序圖示方法。
注意過程時間圖一般不能被直接用于編制控制軟件,需將其轉換成其他有利于編程的形式后加以間接利用。另外,作圖和修改的不便也是過程時間圖方法的一個缺點。
③順序功能圖 順序功能圖是用圖形符號和文字敘述相結合的表示方法對順序控制系統的過程、功能和特性進行描述的方法。它針對順序控制系統的控制條件和過程,提出了一套簡單易學且精確嚴密的順序邏輯控制功能的表示方法。順序功能圖的基本結構如圖1—14所示。
除上述三種圖形表示法外,常用的圖形表示法還有:狀態轉移圖、決策表等方法。
(2)控制系統構成 間歇生產過程是依據事先制訂的明確任務,在一個或多個間歇設備上,一定時間內完成自開車到停車的全部生產周期的生產過程。間歇生產過程中存在著參數控制、順序控制和各種協調、管理等控制操作。間歇反應過程順序功能見圖1—15。由于技術的限制,早期的間歇生產過程無法實現自動控制,特別是生產的順序操作和協調管理工作主要是由人工完成的。在人工操作的過程中,由于作業人員的專業素質、操作經驗、心理狀態等都直接影響著作業的準確可靠性,因此,隨機不安全因素很多。隨著電子技術和信息技術的發展,新一代基于微處理器技術的控制系統的出現,促進了間歇過程自動化的發展。目前,利用DCS、PLC等構成的控制系統在間歇生產控制中發揮了巨大的作用。
可編程控制器(PLC)是一種以微處理器為基礎的新一代通用型工業控制裝置。按照國際電工委員會的定義,PLC是一種專門為在工業環境下應用而設計的數字運算操作的電子裝置。它采用可以編制程序的存儲器,用來在其內部存儲執行邏輯運算、順序運算、計時、計數和算術運算等操作的指令,并能通過數字式或模擬式的輸入和輸出,控制各種類型的機械或生產過程。圖1—16給出了可編程控制器(PLC)的基本結構。 由圖可以看出,PLC采用了典型的計算機結構,主要包括CPU、RAM、ROM和輸入輸出接口電路等,其內部采用總線結構進行數據和指令的傳輸。
為了適應工業控制的需要, 目前,PLC產品已經系列化、模塊化、標準化。各生產廠家的設計有各種系列化產品和多種模塊供用戶選擇,采用模塊化組合方式可以適應大小規模不同、功能復雜程序和現場環境各異的各種控制要求。且構成的控制系統維護方便,易于功能擴展。與其他控制裝置相比較,PLC具有可靠性高,通用性強,控制系統構成和操作方便、靈活、具有極強的邏輯運算和控制功能及較完善的通訊功能等特點。因此,PLC在工業控制,特別是/頃序控制中得到了廣泛的應用。
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