單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)報告

1、控制工程實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)報告實(shí)驗(yàn)題目：單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)課程名稱：控制工程實(shí)驗(yàn)姓名：學(xué)號：專業(yè)：年級：院、所：日期：2019.04.25實(shí)驗(yàn)一 一階單容上水箱對象特性的測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?了解單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理與結(jié)構(gòu)組成。 2掌握比值系數(shù)的計算方法。3掌握比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定與投運(yùn)方法二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備實(shí)驗(yàn)裝置對象及控制柜1 套裝有 Step7、WinCC 等軟件的計算機(jī)1 臺CP5621 專用網(wǎng)卡及 MPI 通訊線各 1 個三、實(shí)驗(yàn)原理在工業(yè)生產(chǎn)過程中,往往需要幾種物料以一定的比例混合參加化學(xué)反應(yīng)。如 果比例失調(diào)，則會導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的降低、原料的浪費(fèi)，嚴(yán)重時還會發(fā)生事故。這 種用來實(shí)現(xiàn)兩個或兩個以

2、上參數(shù)之間保持一定比值關(guān)系的過程控制系統(tǒng)，均稱為 比值控制系統(tǒng)。本實(shí)驗(yàn)是單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)。其實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖 1 所示。該系統(tǒng)中有兩條支路，一路是來自于電動調(diào)節(jié)閥支路的流量Q1,它是一 個主流量；另一路是來自于變頻器一磁力泵支路的流量Q2,它是系統(tǒng)的副流量。 要求副流量 Q2 能跟隨主流量 Q1 的變化而變化，而且兩者之間保持一個定值的比圖 1 單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖(b)方框圖由圖中可以看出副流量是一個閉環(huán)控制回路，當(dāng)主流量不變，而副流量受到擾動時，則可通過副流量的閉合回路進(jìn)行定值控制；當(dāng)主流量受到擾動時，副流 量按一定比例跟隨主流量變化，顯然，單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的總流量

3、是不固定的。四、比值系數(shù)的計算設(shè)流量變送器的輸出電流與輸入流量間成線性關(guān)系，即當(dāng)流量 Q由0 Qmax變化時，相應(yīng)變送器的輸出電流為420mA。由此可知，任一瞬時主流量Q1 和副流量 Q2 所對應(yīng)變送器的輸出電流分別為 TOC o 1-5 h z (2)式中Qlmax和Q2max分別為Q1和Q2最大流量值，即渦輪流量計測量上限, 由于兩只渦輪流量計完全相同，所以有Qlmax = Q2max。設(shè)工藝要求Q2/Q1 = K，則式(1)、(2)可改寫為：(4)于是求得：一一 一 折算成儀表的比值系數(shù)K為： 五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇電動閥支路和變頻器支路組成流量比值控制系統(tǒng)。實(shí)驗(yàn)之前先將儲水箱中貯

4、足水量，然后將閥門F1-1、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全開，其余閥 門均關(guān)閉。S7-300PLC 控制：1用 MPI 通訊電纜線將 S7-300PLC 連接到計算機(jī) CP5621 專用網(wǎng)卡，并 按照控制柜接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2接通總電源空氣開關(guān)，合上單相，打開鑰匙開關(guān)，給系統(tǒng)上電，將相應(yīng) 旋鈕開關(guān)打至開，給 S7-300PLC 及電動調(diào)節(jié)閥上電。3 .打開Step 7軟件，并打開“S7 -300PLC”程序進(jìn)行下載，然后將 S7-300PLC置于運(yùn)行狀態(tài)，然后運(yùn)行WinCC組態(tài)環(huán)境，打開“S7-300PLC控制 系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入 WinCC 運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十四

5、、上水箱 液位與進(jìn)水口流量串級控制實(shí)驗(yàn)”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十四的監(jiān)控界面。4在上位機(jī)監(jiān)控界面中輸出值設(shè)置為一個合適的值。5合上三相電源空氣開關(guān)，磁力驅(qū)動泵上電打水，適當(dāng)增加/減少 PLC 的 輸出量，使下水箱的液位處于某一平衡位置，記錄此時的儀表輸出值和液位值。6待上水箱液位平衡后，突增（或突減）PLC輸出量的大小，使其輸出有 一個正（或負(fù)）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過大，以免水箱中水 溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，水箱液位進(jìn)入新 的平衡狀態(tài)，記錄下此時的儀表輸出值和液位值。7根據(jù)前面記錄的液位值和輸出值，按公式（7）計算 K 值，再根據(jù)公式 （ 8 ）求得 T

6、、 值，寫出對象的傳遞函數(shù)。六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟1-7 得出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下圖2 所示：圖 2 單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖可以看出，實(shí)測比值器的比值系數(shù)與設(shè)定值基本一致。在階 躍擾動下，當(dāng)比例系數(shù)較大時，系統(tǒng)的靜態(tài)誤差也較大，這是因?yàn)楸壤禂?shù)會加 大幅值；在加入微分環(huán)節(jié)后，系統(tǒng)的動態(tài)誤差明顯減小，但調(diào)節(jié)時間卻延長，這 是因?yàn)槲⒎志哂谐暗淖饔?，可以增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度。六、思考題1.如果Q1 (t)是一斜坡信號，試問在這種情況下Q1與Q2還能保持原比值關(guān)系？答：能，單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)在開環(huán)比值控制的基礎(chǔ)上，增加對副流量的閉環(huán)控制，當(dāng) 其對Q2進(jìn)行閉環(huán)控制時，比值控制的精度較高，對Q1只測量、不控制。Q1變化，Q2跟著 變化2試根據(jù)工程比值系數(shù)確定儀表比值系數(shù)？答：比值控制是解決不同物料流量之間的比例關(guān)系問題。工藝要求的比值系數(shù)K,是不 同物料之間的體積流量或重量流量之比，而比值器參數(shù)K，則是儀表的讀數(shù)，它與實(shí)際物 料流量的比值K，一般情況下并不相等。因此，在