賀三軍　曹舟　周劍良　趙修良

摘 要 目前在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，料位測量儀器不僅要能應(yīng)用于一般的工業(yè)現(xiàn)場且要求能適應(yīng)復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境。這些復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境大都伴隨著高溫、高壓、強(qiáng)腐蝕、強(qiáng)磁場、強(qiáng)煙霧等惡劣工況，因此對料位測量儀器的要求也越來越高。PLC是專門應(yīng)用于工業(yè)控制的計(jì)算機(jī)。文章將PLC技術(shù)引入核子液位測控系統(tǒng)中，相對傳統(tǒng)的二次儀表系統(tǒng)而言增加了其抗干擾性和穩(wěn)定性且開發(fā)周期短，能實(shí)現(xiàn)對液位的連續(xù)測量，提供了在線顯示、參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)存儲以及報(bào)警功能。

關(guān)鍵詞 液位測控；非線性回歸；PLC；單道

中圖分類號：TP273 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-7597（2014）14-0038-02

當(dāng)前，我國大多數(shù)企業(yè)的工業(yè)自動化程度較低，特別是某些惡劣的工業(yè)現(xiàn)場，一般的測量儀表無法應(yīng)用，導(dǎo)致大都采用人工測量，不但無法實(shí)現(xiàn)自動化控制，而且人工測量潛在極大安全隱患，嚴(yán)重制約了工業(yè)生產(chǎn)線的安全、連續(xù)和穩(wěn)定運(yùn)行[1-2]。目前，核輻射液位計(jì)二次儀表系統(tǒng)大都單純采用單片機(jī)作為二次儀表的核心，然而，單片機(jī)屬于開發(fā)式底層開發(fā)，編程麻煩，開發(fā)周期長且不利于維護(hù)；抗干擾能力弱等不利于應(yīng)用于工業(yè)現(xiàn)場的致命弱點(diǎn)[3-4]。

本文提出的基于PLC核子液位測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，應(yīng)用S7-200取代了傳統(tǒng)的計(jì)數(shù)電路和數(shù)字處理電路，減少了電路開發(fā)時間，同時作為工控機(jī)的S7-200具有在惡劣環(huán)境下依然能穩(wěn)定運(yùn)行的特性。該測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以長時間連續(xù)穩(wěn)定運(yùn)行并且縮短了二次儀表的開發(fā)周期?？蔀榘踩a(chǎn)提供重要保障，同時也能為我國工業(yè)的發(fā)展提供基礎(chǔ)服務(wù)。

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀分析

在國內(nèi)，基于γ射線透射原理的核輻射液位計(jì)已應(yīng)用于諸多領(lǐng)域。李力源等人完成了對多通道γ射線液位計(jì)的設(shè)計(jì)[6]，利用單片機(jī)組成實(shí)時采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)一臺儀器同時監(jiān)控多個γ射線液位測量點(diǎn)；王景敏等人對GD-1型數(shù)字γ液位計(jì)進(jìn)行了研究與應(yīng)用[7]，其二次儀表以單片機(jī)和串口擴(kuò)展技術(shù)為基礎(chǔ)，具有電路結(jié)構(gòu)簡單、信息流程清晰等特點(diǎn)，在化肥廠得到了成功的應(yīng)用。E+H公司生產(chǎn)了FMG573Z+DG57Z液位測量系統(tǒng)，它基于γ射線透射原理，二次儀表采用單片機(jī)技術(shù)，已在蒸發(fā)器液位檢測中獲得了成功的應(yīng)用[8]。

目前，國內(nèi)外基于γ射線透射原理的核輻射液位計(jì)二次儀表一般都是單純采用單片機(jī)技術(shù)。近年隨著PLC技術(shù)的日臻成熟以及廣泛的應(yīng)用，是被證實(shí)了的具有高穩(wěn)定性、強(qiáng)干擾性、開發(fā)周期短、擴(kuò)展功能強(qiáng)、通信功能強(qiáng)大等特點(diǎn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)[9]。

在國內(nèi)，PLC技術(shù)早在上世紀(jì)八九十年代就已成為檢測控制環(huán)節(jié)中一種技術(shù)選擇[10-13]。凌六一等人引進(jìn)PLC技術(shù)，設(shè)計(jì)了基于γ射線的煤礦主井提升箕斗卸載檢測系統(tǒng)[14]，在該系統(tǒng)中，PLC用來檢測和聲光報(bào)警，有效避免箕斗重載下放情況的發(fā)生，保障了煤礦的安全生產(chǎn)；劉沖等人完成了核電站反應(yīng)堆棒控棒位控制系統(tǒng)及其可靠性分析[15]，采用了可以實(shí)現(xiàn)冗余控制的美國Rockwell公司的ControlLogix數(shù)字化控制器1756-L63為核心控制器PLC平臺及其配套的功能模塊，實(shí)現(xiàn)了對反應(yīng)堆功率數(shù)字化冗余控制系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)；胡明等人設(shè)計(jì)了海關(guān)集裝箱X射線檢查系統(tǒng)中屏蔽門PLC控制變頻器拖動系統(tǒng)[16]，應(yīng)用PLC技術(shù)對高能X射線實(shí)施了安全防護(hù)控制；李志宏等人利用PLC技術(shù)，完成了高爐焦炭中子測水技術(shù)應(yīng)用[17]，達(dá)到了降低高爐焦比，減少能耗，穩(wěn)定爐溫、爐況的目的；吳斌基于PLC技術(shù)，設(shè)計(jì)了小型PLC在核電站核島通風(fēng)控制中的應(yīng)用[18]，實(shí)現(xiàn)了對CPR1000核電機(jī)組核島通風(fēng)系統(tǒng)的可靠控制；李必成等人提出并實(shí)現(xiàn)了PLC在核電站蒸汽發(fā)生器沖洗系統(tǒng)中的應(yīng)用[19]，著重描述PLC與交流伺服驅(qū)動模塊及光電編碼器模塊如何組成一個高精度運(yùn)動的完整控制方案，并且該水力沖洗系統(tǒng)多次用于國內(nèi)核電站大修期間的現(xiàn)場服務(wù)，系統(tǒng)操作簡單，運(yùn)行可靠，泥渣沖洗效果顯著；李麗霞利用PLC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了分段液位控制[20]；盧劍等人開發(fā)的基于PLC與PC機(jī)監(jiān)控管理軟件的液位測控[21]，實(shí)現(xiàn)了對PLC進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測和控制；陳俊等人把PLC技術(shù)應(yīng)用在了數(shù)字式高精度液位計(jì)量儀的設(shè)計(jì)和應(yīng)

用[22]中，實(shí)現(xiàn)了對透明器皿內(nèi)液體的高精度顯示。

在國外，PLC技術(shù)已從應(yīng)用于傳統(tǒng)工業(yè)自動化系統(tǒng)發(fā)展到某些智能領(lǐng)域處理系統(tǒng)中。D.W.Russell在設(shè)計(jì)的工廠信息系統(tǒng)中，將PLC應(yīng)用于采集、預(yù)處理并實(shí)時的傳送數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)，不僅節(jié)約了成本，并且保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性，收到了良好的效果[23]；在生物研究領(lǐng)域，F(xiàn)rederico等人為了研究微生物在不同濃度氧氣環(huán)境中的生長和生產(chǎn)情況，在使用的帶氧化功能的生物反應(yīng)器中，PLC技術(shù)被用于自動控制氧氣的濃度系統(tǒng)中，取得了成功應(yīng)用的范例[24]；Atef A.Ata等人在機(jī)器人應(yīng)用于顏色識別的研究中也成功引入了PLC技術(shù)[25]。

2 目前存在的問題

當(dāng)前傳統(tǒng)的核輻射液位計(jì)二次儀表系統(tǒng)大都還是采用單片機(jī)作為二次儀表的核心。雖然單片機(jī)靈活性好且成本相對較低，但分立元件產(chǎn)品種類繁多、電路復(fù)雜、功能單一、維修性差。另外，單片機(jī)屬于開發(fā)式底層開發(fā)，編程麻煩，開發(fā)周期長且不利于維護(hù)；抗干擾能力弱不利于工業(yè)現(xiàn)場長期應(yīng)用等弱點(diǎn)。

3 擬進(jìn)行改進(jìn)的方面

1）用PLC取代傳統(tǒng)核子液位測量系統(tǒng)中單道之后的信號處理電路。

2）設(shè)計(jì)電路將探測器輸出信號轉(zhuǎn)換為符合PLC輸入的脈沖信號（改進(jìn)的單道脈沖幅度發(fā)生器）。

3）通過PLC計(jì)數(shù)，在excel實(shí)現(xiàn)擬合，通過TD400在PLC中能實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)率向液位的非線性回歸。

4）PC機(jī)上實(shí)現(xiàn)組態(tài)軟件和PLC的連接，直觀的顯示液位變化情況。

5）根據(jù)PLC顯示的液位信息，對液位進(jìn)行控制。

4 結(jié)束語

本方案使用西門子公司的PLC（可編程邏輯控制器）S7-200代替?zhèn)鹘y(tǒng)的計(jì)數(shù)電路，對改進(jìn)過的單道輸出脈沖的計(jì)數(shù)，并通過編寫擬合程序，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)率和液位的非線性回歸。同時可以使用PLC計(jì)算得到的液位信息對液位進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)測量和控制的統(tǒng)一。同時該系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng)、抗干擾能力強(qiáng)，適應(yīng)于環(huán)境惡劣的工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用。但因?yàn)槠湟蟛稽c(diǎn)源能過大，故不適合應(yīng)用在槽體尺寸較大的情況下。endprint

基金項(xiàng)目

國家軍品配套項(xiàng)目（JPPT-115-5-882）

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作者簡介

賀三軍（1985-），男，漢族，湖南衡南人，南華大學(xué)，助教，碩士，現(xiàn)主要從事核輻射探測技術(shù)研究。endprint