制糖工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)

編寫：賴庚音石家莊市樂(lè)開糖醇技術(shù)開發(fā)有限公司

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(guò)提高自

動(dòng)化水平來(lái)減少操作人員所獲得的經(jīng)濟(jì)效應(yīng)越來(lái)越明顯。以目前國(guó)內(nèi)

的技術(shù)水平，一條15萬(wàn)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15()

人左右降到8()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

投資只增長(zhǎng)約300萬(wàn)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)營(yíng)情況好壞重要取決

于工藝專業(yè)，而不是取決于自動(dòng)化專業(yè)。

大部分制糖公司的技術(shù)主管都是工藝專業(yè)出身，自身對(duì)推動(dòng)自

己公司生產(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)

了解不夠總是碰到挫折，而認(rèn)為因素是自己的自動(dòng)化專業(yè)人員水平

局限性。這種現(xiàn)象在制糖工業(yè)公司特別是蔗糖工業(yè)公司普遍存在，筆

者認(rèn)為這是阻礙制糖工業(yè)自動(dòng)化水平提高的重要因素之一。

筆者希望通過(guò)本文的介紹，制糖公司的技術(shù)主管能對(duì)自動(dòng)化的

基礎(chǔ)知識(shí)有一定的了解，可以指導(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)營(yíng)。

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(guò)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(guò)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(lái)實(shí)行，顯然自動(dòng)化專業(yè)人員是無(wú)法作

主的，只有靠工藝專業(yè)人員來(lái)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(guò)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)人員才干對(duì)該真空度自動(dòng)控制系統(tǒng)進(jìn)行具體配

置和實(shí)行。采用以上四種控制方法所需投資和對(duì)工藝的運(yùn)營(yíng)狀況的影

響是不同樣的: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，涉及P&I圖（Processand

InstrumentsDiagram,帶自控點(diǎn)的工藝流程形象示意圖）、自動(dòng)控制說(shuō)

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)人員的充足

配合下，才干實(shí)現(xiàn)自控裝置的合理和有效運(yùn)營(yíng)。

二、制糖工業(yè)自動(dòng)化控制原理：

自動(dòng)化控制系統(tǒng)事實(shí)上是模擬操作人員的操作調(diào)節(jié)過(guò)程,

任何自動(dòng)化控制系統(tǒng)都包含三個(gè)重要組成部分：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(guò)程重要可分解成

三個(gè)部分：

1?通過(guò)眼睛觀測(cè)實(shí)際情況或顯示儀表；

2.通過(guò)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(guò)手來(lái)調(diào)節(jié)閥門大小或相關(guān)設(shè)備的運(yùn)營(yíng)參數(shù)來(lái)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(guò)合適的設(shè)立和組合來(lái)模擬操作人員

對(duì)工藝參數(shù)的調(diào)控過(guò)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，假如（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(lái)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，一方面要可以測(cè)量出該參數(shù)

的儀表?？梢赃B續(xù)實(shí)時(shí)感測(cè)工藝參數(shù)并將其轉(zhuǎn)變成相應(yīng)電信號(hào)的儀器

即為變送器。

變送器涉及敏感元件和轉(zhuǎn)換元件。其中敏感元件是指?jìng)鞲衅髦锌?/p>

以直接感受或響應(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?/p>

敏感元件感受或響應(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(wú)法實(shí)現(xiàn)的。比如淀粉乳液化時(shí),

因沒有可以測(cè)量DE值的變送器，所以淀粉乳液化DE值就無(wú)法實(shí)現(xiàn)

自動(dòng)控制；生產(chǎn)結(jié)晶葡萄糖時(shí)因沒有可以測(cè)量DX值的變送器，所以

回套母液時(shí)也無(wú)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)化成相應(yīng)的4?20mA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)相相應(yīng)。比如一個(gè)測(cè)量范圍為()?8m3/h的流量變送器，當(dāng)流量

為0時(shí)，輸出為4mA(4mA+16mAX0m3/h+8m3/h)；當(dāng)流量為

8m3/h時(shí)，輸出為20mA(4mA+16mAX8m3/h+8m3/h)；當(dāng)流量為

4m3/h時(shí)，輸出為12mA(4mA+16mAX4m3/h+8m3/h)。

在P&I圖中變送器常用其英文Transmitter的首字母大寫T來(lái)表

達(dá)。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)(4?20mA直流電流)。

制糖工業(yè)常用的變送器有：

1.溫度變送器TT(TemperatureTransmitter):

溫度變送器的敏感元件為鎧裝伯熱電阻或熱電偶。鎧裝伯熱電阻

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-200℃?+600℃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。鎧裝鉗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

溫度特別合用于低溫范圍測(cè)量，克服了冷凝水對(duì)測(cè)溫所帶來(lái)的影響。

2.壓力變送器PT(PressureTransmitter):

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(guò)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(guò)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(LevelTransmitter):

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4P=PgH,當(dāng)比重P不變送時(shí)，4P與液位高

度H成正比，所以通過(guò)測(cè)量差壓也就可以測(cè)出液位。當(dāng)比重P不固定

期，這種方法測(cè)出的液位就有偏差，但是假如這種偏差允許，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(lái)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(lái)測(cè)，因容器頂部上法蘭的測(cè)壓點(diǎn)壓力是波動(dòng)的c

4.濃度變送器DT(DensityTransmitter):

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(lái)說(shuō)，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，由于△P=PgH,當(dāng)糖液所有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)4P

與糖液的比重P成正比，也即與糖液的濃度成正比。

(1)5.流量變送器FT(FlowTransmitter):

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(lái)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。

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

手定則擬定，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，假如B,L,u三者互相垂直，則

e=BIu

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.假如在管道截面上垂直

于磁場(chǎng)的直徑兩端安裝一對(duì)電極（圖3—17）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)：

e=BD

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：

Qv=7iDU-

由上式可見，體積流量Qv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(wú)關(guān).這就是電

磁流量計(jì)的測(cè)量原理.需要說(shuō)明的是，要使式Qv=nDU」嚴(yán)格成

立，必須使測(cè)量條件滿足下列假定：

①磁場(chǎng)是均勻分布的恒定磁場(chǎng)；

②被測(cè)流體的流速軸對(duì)稱分布；

③被測(cè)液體是非磁性的；

④被測(cè)液體的電導(dǎo)率均勻且各向同性。

（2）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)變送器的重要優(yōu)點(diǎn)是消除了電極表面

的極化于擾。此外，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。

渦街流量計(jì)的測(cè)量原理：

（3）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(guò)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

成互相交替的內(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1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

休。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(lái)測(cè)量流量的儀表。

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(guò)磁耦合傳到智能化微解決器轉(zhuǎn)換成4?20m

A電流信號(hào)。

6.PH計(jì)QT（PHTransmitter）:

PH計(jì)的敏感元件是PH電極,PH電極是用來(lái)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)反映能量轉(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AgCI的3mol/1KC1

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)當(dāng)考慮耐腐蝕、耐溫度卻耐壓的規(guī)定，只有選擇合

理的材質(zhì)，變送器才干適合于各種使用場(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)?，很多公司曾經(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，特別適合將繁瑣反復(fù)的間歇操作過(guò)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、反映速度和操控性能上仍然無(wú)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)樸介紹：

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)樸控制

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(guò)大很容易導(dǎo)致單板控

制器的燒毀，所以最佳配備穩(wěn)壓電源。

單板控制器的重要品牌有霍尼維爾、Foxboro和百特工控等。

2.可編程控制器(ProgrammableController)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。初期的可編程控制器稱作可編程邏

輯控制J器(ProgrammableLogicController),簡(jiǎn)稱PLC,它重要用來(lái)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(guò)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PCo但是為了避免與個(gè)人計(jì)算機(jī)(PersonalComputer)的簡(jiǎn)稱混淆,

所以仍然將可編程控制器簡(jiǎn)稱為PLCo

PLC的重要品牌有西門子、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)營(yíng)后，其工作過(guò)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。完畢上述三個(gè)階段稱作一個(gè)

掃描周期。在整個(gè)運(yùn)營(yíng)期間，PLC的CPU以一定的掃描速度反復(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，假如輸入是脈沖信號(hào)，則該脈沖信號(hào)

的寬度必須大于一個(gè)掃描周期，才干保證在任何情況下，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?/p>

觸點(diǎn)構(gòu)成的控制線路進(jìn)行邏輯運(yùn)算，然后杈據(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)中相應(yīng)位的狀態(tài)；或者刷新該輸出線

圈在I/O映象區(qū)中相應(yīng)位的狀態(tài)；或者擬定是否要執(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(guò)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)R

AM存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)的狀態(tài)和數(shù)據(jù)都有也許發(fā)生變化，并且排在上面的梯形

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)掃描周期才干對(duì)排在其上面的程序起作用。

在程序執(zhí)行的過(guò)程中假如使用立即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(guò)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(guò)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)相應(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)(DistributedControlSystem)的簡(jiǎn)稱,

國(guó)內(nèi)一般習(xí)慣稱為集散控制系統(tǒng)。它是一個(gè)由過(guò)程控制級(jí)和過(guò)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

和批解決控制于一體，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。處在底層的過(guò)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(guò)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(lái)自過(guò)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、記錄報(bào)表、故障診斷、顯

示報(bào)警等。

DCS系統(tǒng)的重要品牌有霍尼維爾、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(guò)執(zhí)行元

件直接改變生產(chǎn)過(guò)程的參數(shù)，使生產(chǎn)過(guò)程滿足預(yù)定的規(guī)定。執(zhí)行機(jī)構(gòu)

則接受來(lái)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，但規(guī)定與調(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)備接受控制器的4?

20mA直流電流信號(hào)，根據(jù)接受的電流信號(hào)大小自動(dòng)調(diào)節(jié)閥門相應(yīng)開

度或相應(yīng)運(yùn)營(yíng)速度。比如12mA相應(yīng)開度或運(yùn)營(yíng)速度50%,16mA相

應(yīng)開度或運(yùn)營(yíng)速度75%,20mA相應(yīng)開度或運(yùn)營(yíng)速度100%。氣動(dòng)開

關(guān)閥、電動(dòng)設(shè)備和電磁閥等則接受控制器的直流24V電壓信號(hào)，根據(jù)

是否接受到控制器的直流24V電壓信號(hào)來(lái)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)，最佳選用氣動(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

通過(guò)過(guò)濾和除濕，否則容易導(dǎo)致其中氣動(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(wèn)題，通俗

地講，假如壓縮空氣源缺失，氣開閥處在關(guān)閉狀態(tài)；反之，氣關(guān)閥處

在啟動(dòng)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)行器與選用變送器同樣，也應(yīng)當(dāng)考慮耐腐蝕、耐溫度和耐

壓的規(guī)定，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)營(yíng)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。只有充足了解并組

合自動(dòng)化系統(tǒng)的各種應(yīng)用功能，才干獲得一條高自動(dòng)化限度并且管

理方便的生產(chǎn)線。

1.生產(chǎn)線運(yùn)營(yíng)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(lái)：涉及設(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)營(yíng)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)備處在運(yùn)營(yíng)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)備處在停止?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)備處在運(yùn)

營(yíng)狀態(tài)時(shí)，其相應(yīng)的可激活圖塊顯示綠色；設(shè)備處在停止?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)閥處在運(yùn)營(yíng)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)閥處在停止?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，可以接受從測(cè)量工藝參數(shù)變送器來(lái)的

4?20mA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4?20mA

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)營(yíng)速度了。

運(yùn)用一個(gè)控制回路來(lái)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，有助于測(cè)量值變

小的為正作用控制回路；反之，執(zhí)行器開度增大，有助于測(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(lái)擬定。打個(gè)比方說(shuō)，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，出料量增長(zhǎng)，有助于液位變小，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，入料量增長(zhǎng)，有助于液位變大，控制回路需設(shè)定為反作用。

一個(gè)控制回路在投入運(yùn)營(yíng)時(shí)，還要對(duì)其PID參數(shù)進(jìn)行整定。打個(gè)

比方說(shuō)，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(guò)調(diào)節(jié)加熱蒸

汽的通入量來(lái)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)樸的控制方式。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)的積提成正比關(guān)系。對(duì)一個(gè)自動(dòng)控制系

統(tǒng)，假如在進(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)二積分項(xiàng)對(duì)誤差取決于時(shí)間的積分，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，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)間的增長(zhǎng)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（PD控制器，可以使系統(tǒng)在進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后無(wú)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(guò)程中也許會(huì)出現(xiàn)振蕩甚至失穩(wěn)。其因素是由于存在有較大慣性

組件（環(huán)節(jié)）或有滯后（delay）組件，具芍克制誤差的作用，其變化

總是落后于誤差的變化。解決的辦法是使克制誤差的作用的變化“超

前”，即在誤差接近零時(shí)，克制誤差的作用就應(yīng)當(dāng)是零。這就是說(shuō)，

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，而目前需要增長(zhǎng)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，就可以提前使克制誤差的

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(guò)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)樸的控制回

路來(lái)調(diào)節(jié)，PID參數(shù)整定得很好也難以讓濃度控制的很好。重要

是由于從調(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(guò)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減少。

所以蒸發(fā)濃度很難調(diào)平穩(wěn)。此時(shí)假如我們采用串接調(diào)節(jié)回路來(lái)控

制，這個(gè)問(wèn)題就解決了。串接調(diào)節(jié)回路相稱于增長(zhǎng)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(lái)調(diào)蒸

汽壓力，至于調(diào)低壓力是應(yīng)當(dāng)開大還是關(guān)小閥門，則由從回路來(lái)

鑒定