實驗6 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)

1、過程控制工程實驗實驗六 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng) 比值控制的意義比值控制主要目的：保證兩路或多路流體計量關(guān)系的比值。在生產(chǎn)中，這種比例關(guān)系可能直接影響到產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量，生產(chǎn)的能耗與安全；在化學(xué)反應(yīng)過程的進(jìn)料比或加熱比、燃燒過程的燃-空比、蒸餾過程多組分的進(jìn)料或采出的進(jìn)料比與采出比等，常采用比值控制方案生產(chǎn)中物料的配比關(guān)系，是指其質(zhì)量比或摩爾比。但因質(zhì)量和濃度參數(shù)不易在線測量，所以當(dāng)物料的密度、溫度、壓力基本恒定或變化不大、配比要求不太嚴(yán)格時，多使用物料的體積比來表示其配比關(guān)系在實踐中，多針對流量的體積比實現(xiàn)比值控制。在下面的實驗中，只是需要做到保證兩路流量的體積比一定在多路流體中，總有一路為主要參

2、照量（主動量），其他的則要求與它保持一定的比例關(guān)系（從動量） 實驗?zāi)康?要求實驗?zāi)康模和ㄟ^對一個典型的單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的搭建與操作，更深入理解一般比值系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、特點(diǎn)和基本原理；了解流量計的工作原理和量程現(xiàn)場校對方法；掌握比值系數(shù)計算和設(shè)置的一般方法；掌握比值控制系統(tǒng)投運(yùn)過程和參數(shù)調(diào)整方法實驗要求：基于A3000實驗裝置的工藝設(shè)備和儀表，構(gòu)建一個能保持兩路流量成一定比例關(guān)系的比值控制系統(tǒng)；正確完成系統(tǒng)運(yùn)行工作，平穩(wěn)地將其投運(yùn)到自動，調(diào)整控制器參數(shù)，使之滿足系統(tǒng)的質(zhì)量要求，驗證流量比值關(guān)系的保持能力 比值控制實驗方案紅色線條標(biāo)識的管道為流量1（主動量），藍(lán)色線條標(biāo)識的管道為流量2（從動量） ，

3、干擾量為QV107的開度注意：V103僅是個維持水循環(huán)的過渡容器，本實驗與液位無關(guān) 實驗設(shè)備說明實驗設(shè)備：兩路獨(dú)立的流量系統(tǒng)是由各自的流體管線、閥門、水泵、流量計等構(gòu)成，流量F1是主動量，在這里是被檢測參數(shù)，而流量F2是從動量，既是被控參數(shù)也是控制參數(shù)流量檢測儀表：測量F1的是渦輪流量計FT101，測量F2的是電磁式流量計FT102。兩種流量計的最終輸出信號都是420mA。本實驗與液位參數(shù)無關(guān)，無需液位測量儀表F1是通過變頻器調(diào)整水泵轉(zhuǎn)速而改變，F(xiàn)2的大小則通過電動/氣動調(diào)節(jié)閥的開度來調(diào)節(jié)，兩管道中的水流分別由電磁泵P101和P102輸送并維持其循環(huán)水泵的出口壓力、供水量，調(diào)節(jié)閥的流通能力及管

4、道尺寸，流量計口徑以及其他阻力，共同決定了系統(tǒng)的最大流量 比值控制方案選擇比值控制有多種方案，單閉環(huán)、雙閉環(huán)、變比值及串級比值等；根據(jù)比值關(guān)系的實現(xiàn)又分為乘法方案、除法方案本實驗采用乘法方案實現(xiàn)單閉環(huán)比值控制變頻器調(diào)節(jié)的流量F1為主動量，工作中要一直保持開環(huán)控制閥控制的從動量F2，應(yīng)根據(jù)F1的變化自動調(diào)節(jié)并跟蹤其變化單閉環(huán)比值原理圖F1F2FCK 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)K是決定兩個變送器輸出信號能否形成正確比例關(guān)系的關(guān)鍵比值控制系統(tǒng)要求：若管路1的流量發(fā)生變化，管路2的流量就要盡快跟隨，并在一定范圍內(nèi)始終保持與管路1流量的比例關(guān)系單閉環(huán)比值系統(tǒng)方框圖)(sGV)(0sG)(2sGm)(2sGC)(

5、1sGm2FK1F 實驗內(nèi)容進(jìn)行系統(tǒng)信號連線，完成構(gòu)建單閉環(huán)比值系統(tǒng)的工作；對流量計進(jìn)行現(xiàn)場的量程標(biāo)定；根據(jù)要求的流量比例關(guān)系，計算流量信號的比值系數(shù)K，并進(jìn)行設(shè)置；主動量保持手動操作，從動量控制系統(tǒng)無擾動地切換為自動；調(diào)整控制器的P、I參數(shù)，達(dá)到幾乎無超調(diào)、無震蕩的過渡過程，確保系統(tǒng)穩(wěn)定迅速、靜態(tài)誤差??；在一定范圍內(nèi)改變主動量F1，測試從動量F2能否迅速跟上，并且能保持預(yù)先設(shè)定的比例關(guān)系。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的信號連線 k 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的信號連線1#控制器接受主流量的信號，并負(fù)責(zé)主流量操作，保持開環(huán)；2#控制器負(fù)責(zé)從動流量的跟蹤調(diào)節(jié)工作，閉環(huán)控制從動流量閉環(huán)系統(tǒng)的設(shè)定值：SP2=FT1

6、01*K主流量手動調(diào)節(jié)：MV1，即變頻器輸出U101副流量自動調(diào)節(jié)：MV2，及控制閥FV101輸出信號比：K =K*F1max/F2max 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的信號連線流量F1變送器FT101輸出接在1#控制器的輸入端（PV），其輸入的信號在計算機(jī)內(nèi)利用組態(tài)監(jiān)控軟件，除了在屏幕上顯示，進(jìn)行曲線繪制、存儲外，還在軟件中進(jìn)行乘法運(yùn)算，與比值系數(shù)K相乘，運(yùn)算的結(jié)果通過智能模塊的模擬量輸出端AO0連接到從動量控制器（2#PID控制器）的外給定端（SP）1#控制器，其輸出信號連接至變頻器U101的輸入端流量F2變送器FT102輸出接在2#控制器的輸入端（PV），其輸出信號接到控制閥FV101的輸入端 實

7、驗步驟通過連線，取來自現(xiàn)場流量儀表的信號，并把控制作用信號送到現(xiàn)場的執(zhí)行儀表，構(gòu)建單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)；檢查管路閥門，打開進(jìn)入下水槽的管線手閥QV105、QV106，關(guān)閉進(jìn)入中水箱的管線手閥QV107、QV108。注意提高V103出口閘板QV116在3cm以上，確保V103的積水能迅速流出。然后給系統(tǒng)加電，此時不要啟動任何一個泵；啟動實驗軟件，選擇“比值控制”項目，兩控制器都置于“手動”； 實驗步驟分別進(jìn)行F1、F2流量計量程標(biāo)定工作 ：標(biāo)定F2：，手動調(diào)整控制閥開度（MV2），令其分別為100、60、20，記錄電磁流量計的讀數(shù)（因儀表有阻尼，故一般要等30s后讀數(shù)才較穩(wěn)定）；估計電磁流量計的實

8、際量程：F2max = F/X*100，F(xiàn)為電磁流量計讀數(shù)，X為閥門開度；，（泵P102的入口閥），調(diào)節(jié)閥（MV2）開到最大100%；，泵P101的流量將經(jīng)過電磁流量計和調(diào)節(jié)閥進(jìn)入水箱。改變變頻器的輸入（MV1）為100、60、20，讀出電磁流量計的讀數(shù)，據(jù)此推算渦輪流量計的量程；，；，保證P101和水泵2分別有流體能進(jìn)入下水箱V103。 實驗步驟根據(jù)流量比的要求，計算并設(shè)定單閉環(huán)比值系數(shù) K=K*（F1max/F2max）。預(yù)置PID2的P=100，I=20，將PID2投自動，注意無擾動投運(yùn)；幾秒五分鐘不等投入自動后開始整定PI參數(shù)，按照為參考進(jìn)行整定（P=50100，I=1040），以保證

9、F2能快速平穩(wěn)地跟蹤主動量F1的變化；每次改變PI參數(shù)時，改變PID1的MV1施加干擾；改變MV1分別為20、50、80，即改變主動量F1分別為20%F1max、50%F1max、80%F1max，然后按同樣間隔返回；同時觀察、記錄F2流量跟蹤的結(jié)果，判斷其是否能夠保持正確的流量比，并將對應(yīng)數(shù)據(jù)填入相應(yīng)的表格。MV12050805020F1 (PV1)F2 (PV2)K（實際值） 實驗報告要求根據(jù)實驗結(jié)果，進(jìn)行認(rèn)真的總結(jié)和分析，寫出實驗報告思考題：簡述渦輪流量計的特點(diǎn)與工作原理，適合什么情況下使用？電磁流量計的特點(diǎn)與工作原理，適合測量什么類型的介質(zhì)？（測控同學(xué)要求論述更詳細(xì)）流量比與信號比的區(qū)別是什么？如果用孔板測量流量，K應(yīng)如何計算？給出算式。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)可以給從動量加干擾嗎？如