流量比值控制系统课程设计报告 - 图文

目 录

1 引言……...…...………………...………………………………………………………...... 2 系统分析……......………………………………………………………………………....

2.1工艺流程分析……...………………………………………………………………….. 2.2对象特性分析……...………………………………………………………………….. 2.3控制需求分析……...…………………………………………………………………..

3 控制系统设计与实现……...…………...………………………………………………. 3.1变量选择..........................................................................................................................

3.2 控制方式设计................................................................................................................... 3.3 回路模型建立...................................................................................................................

4 系统仿真研究与实时监控平台设计……...…………………………………………

4.1通信连接........................................................................................................................... 4.2监控画面........................................................................................................................... 4.3数据字典........................................................................................................................... 4.4实时仿真...........................................................................................................................

5 控制系统投运、参数整定与性能分析……...………………………………………

5.1 参数整定......................................................................................................................... 5.2系统投运......................................................................................................................... 5.2 性能分析.........................................................................................................................

6 控制系统设备选型与电气控制图绘制……...……………………………………...

6.1 设备选型.......................................................................................................................... 6.2 电气控制图......................................................................................................................

7 实验总结.............................................................................................................. 8 参考文献..............................................................................................................

引 言

随着科学技术的快速发展，人们对过程控制提出了更高的要求，在许多生产过程中，要求两种或两种以上的物料流量成一定的比例关系混合进行反应，对物料比例的要求甚为严格，如果不能满足要求，或是比例失调，将导致产品的质量达不到要求，以致造成损失，严重时会导致事故的发生。研究比值控制系统很有必要，提高比值控制系统的进度及水平具有深远意义。

根据系统工艺的要求及实际需要，提出了流量比值控制的设计方案，因为组态王开发监控系统软件具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点，本设计着重说明了组态王在设计开发流量比值控制系统中的运用。

该设计以电动调节阀和变频器为中心对主副回路的液体流量进行比例控制，在实验室A3000装置上进行实验，回路采用涡轮流量计和电磁流量计对流量信号进行实时采集，通过与设定值进行比较对调节器进行控制，并采用ADAM4000的三个通讯模块和福光百特仪表作为控制器接收并处理信号，把信号传输给调节阀或变频器，从而达到控制流量的效果。

通过组态王、matlab等仿真软件进行仿真，设计出具有友好人机交互界面的组态，实现实时监控，有及时的数据显示，图形显示，PID参数手动及自动控制等控制功能，并建立动画连接，生成信息报告。

2 系统分析

2.1 工艺流程分析

在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：开环比值控制系统、单闭环比值控制系统、双闭环比值控制系统、变比值控制系统。

双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图1 和图 2所示。 通过主动量控制回路能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制；通过从动量控制回路抑制作用于从动量回路的干扰，从而使主、从动量均比较稳定，能保持在一定的比值，使总物料量保持稳定。双闭环比值控制系统常用于负荷变化或总的物料变化比较平稳的工业生产过程。

2.1 双闭环比值控制系统流程图

2.2 对象特性分析

电动调节阀的特性分析：

流通能力Cv值是电动调节阀的主要参数之一，定义为当电动调节阀全开时阀两端压差为0.1MPa、流体密度为1g/cm3时每小时流经电动调节阀的流量数，也称流量系数，单位为t/h。电动调节阀的流量特性是在阀两端压差保持恒定的条件下，介质流经电动调节阀的相对流量与它的开度之间关系。电动调节阀的流量特性有线性特性、等百分比特性及抛物线特性三种。等百分比特性（对数）等百分比特性的相对行程和相对流量不成直线关系在行程的每一点上单位行程变化所引起的流量的变化与此点的流量成正比，流量变化的百分比是相等的。所以它的优点是流量小时流量变化小，流量大时则流量变化大，也就是在

不同开度上具有相同的调节精度；线性特性的相对行程和相对流量成直线关系，单位行程的变化所引起的流量变化是不变的，流量大时，流量相对值变化小，流量小时，则流量相对值变化大；抛物线特性流量按行程的二方成比例变化，大体具有线性和等百分比特性的中间特性。从上述三种特性的分析可以看出就其调节性能上讲，以等百分比特性为最优其调节稳定、调节性能好。而抛物线特性又比线性特性的调节性能好，可根据使用场合的要求不同挑选其中任何一种流量特性。 变频器分析：

变频器是应用变频技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器主要由整流（交流变直流）、滤波、逆变（直流变交流）、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成。变频器靠内部IGBT的开断来调整输出电源的电压和频率，根据电机的实际需要来提供其所需要的电源电压，进而达到节能、调速的目的，另外，变频器还有很多的保护功能，如过流、过压、过载保护等等。变频器常见的频率给定方式主要有：操作器键盘给定、接点信号给定、模拟信号给定、脉冲信号给定和通讯方式给定等。这些频率给定方式各有优缺点，须按照实际所需进行选择设置，同时也可以根据功能需要选择不同频率给定方式之间的叠加和切换。变频器的主电路大体上可分为两类：电压型是将电压源的直流变换为交流的变频器，直流回路的滤波是电容；电流型是将电流源的直流变换为交流的变频器，其直流回路滤波是电感。

2.3 控制需求分析

在工业生产过程中往往要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。因此我们会利用比值控制系统来控制两个或多个变量自动维持一定比值关系。

起主导作用的物料流量为主动量，主回路中产生的扰动，但是通过主回路的回路控制作用反馈能克服主动量干扰，实现对主动量的定值控制。而主动量通过比值系统环节把信号传输给从动量，副回路是跟随主动量变化的从动量随动控制回路，从而保证流量成一定比例关系。

其中主回路是通过调节器作用改变电动调节阀的开度来进行流量Q1控制，副回路是通过调节器作用于变频器，变频器通过改变频率来控制磁力泵来进行流量Q2的控制。

3 控制系统设计与实现

3.1 变量选择

被控变量：主回路流量（支路2）Q1、副回路流量（支路1）Q2。 操纵变量：电动调节阀开度（%）、变频器频率（转换为电流mA）。 干扰变量：管道压力变化、泵出口流量的变化。

3.2 控制方式设计

设计分析：双闭环流量比值控制系统中，起主导作用的流量称为主动量，跟随主动量而变化的流量称为从动量，设本系统中Q1为主动量，Q2为从动量。将从动量用一个闭环包括进去，主动量也用闭环实现。将流量Q1的测量值通过比值控制器k作为副回路的输入量，所以从动量Q2的给定是Q1，故Q2要随着Q1的变化而变化，即从动量Q2是一个随动控制系统。由于Q1为闭环给定值控制，所以为定值控制系统。

实际控制设计：将A3000设备中支路2作为主回路，流量Q1为主动量，通过回路中的电动调节阀改变流量Q1；将A3000设备中支路1作为副回路，流量Q2为从动量，通过调节变频器的工作频率改变泵1的转速，从而改变流量Q2。

扰动 + 调节器 1 电动阀 —

+ +

3.1控制系统方框图

流量变送器2 调节器2 变频器 磁力泵 K 扰动 管道 流量变送器1 管道 3.3 回路模型建立

（1）在A3000-FS实验设备上，打开阀门,调节下水箱闸板开度15mm，其余阀门关闭，构成单回路液位控制。检查所有的测量原件和接线及其他原件均无误后，再进行下面的操作。

（2）接线：调节阀输入接到福州百特表面板4-20mA输出，变频器输入接到4-20mA

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