單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)

單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)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。.掌握比值系數(shù)的計(jì)算方法。.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(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量的降低、原料的浪費(fèi)，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)發(fā)生事故。這種用來實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上參數(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(dòng)調(diào)節(jié)閥支路的流量Q」它是一個(gè)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。要求副流量與能跟隨主流量勺的變化而變化，而且兩者之間保持一個(gè)定值的比例關(guān)系，即Q2/Q「K。圖1單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖(b)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(gè)閉環(huán)控制回路，當(dāng)主流量不變，而副流量受到擾動(dòng)時(shí)，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(dòng)時(shí)，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)的總流量是不固定的。四、比值系數(shù)的計(jì)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(shí)，相應(yīng)變送器的輸出電流為4?20mA。由此可知，任一瞬時(shí)主流量Q1和副流量q2所對(duì)應(yīng)變送器的輸出電流分別為-Q-X16+4Q1maxI=-Q-X16+42 Q,~2max式中Q1max和Q2max分別為4和4最大流量值，即渦輪流量計(jì)測(cè)量上限，由于兩只渦輪流量計(jì)完全相同，所以有Q1Mx=Q2max。設(shè)工藝要求Q2/Q1=K,則式(1)、(2)可改寫為TOC\o"1-5"\h\zQ=(1-4)Q (3)16 1maxQ=(12-4)Q (4)16 2max于是求得Q2=/2-4XQ2max=/,-4 ⑸0-1 11-4Q1max/1—4折算成儀表的比值系數(shù)K'為K/=KX01mx=k (6)2max五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟本實(shí)驗(yàn)選擇電動(dòng)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(chǔ)水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全開，其余閥門均關(guān)閉。具體的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟按四種方案分別敘述，這四種方案的實(shí)驗(yàn)與用戶所購(gòu)的硬件設(shè)備有關(guān)，可根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選做或全做。（一）、智能儀表控制.將兩個(gè)SA-12掛件掛到屏上，并將掛件的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口2,并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置，將“FT2變頻器支路流量”鈕子開關(guān)撥到“OFF”的位置。ngo/01/H口日日要3把矍，彩附節(jié)線4-]IB.1置。ngo/01/H口日日要3把矍，彩附節(jié)線4-]IB.1史戈文翻出制ssag?-....R..i'r-1. -±j=?j?圖2智能儀表控制單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)接線圖.本實(shí)驗(yàn)采用兩只智能儀表，其中控制主流量的調(diào)節(jié)儀1運(yùn)行在“手動(dòng)”狀態(tài)，即主流量控制回路開環(huán)，而控制副流量的調(diào)節(jié)儀2則處于“自動(dòng)”狀態(tài)，即副流量控制回路閉環(huán)運(yùn)行。.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給渦輪流量計(jì)上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相I、單相加空氣開關(guān)，給智能儀表及電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能儀表控制系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十七、單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十七的監(jiān)控界面。.在上位機(jī)監(jiān)控界面中將智能儀表1設(shè)置為“手動(dòng)”輸出，并將輸出值設(shè)置為一個(gè)合適的值。此操作也可通過調(diào)節(jié)儀表實(shí)現(xiàn)。.合上單相^和三相電源空氣開關(guān)，變頻器及磁力驅(qū)動(dòng)泵上電打水，適當(dāng)增加/減少智能儀表的輸出量，使電動(dòng)閥支路流量平衡于設(shè)定值。用萬(wàn)用表測(cè)量比值器的輸入電壓uin和輸出電壓uout，并調(diào)節(jié)比值器上的電位器，使得K;U—1K;——in U-1out.選擇PI控制規(guī)律，并按照單回路調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法整定副流量回路的調(diào)節(jié)器參數(shù)，并按整定后的PI參數(shù)進(jìn)行副流量調(diào)節(jié)儀2的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)將智能儀表2投入自動(dòng)運(yùn)行。.待變頻器支路流量穩(wěn)定于給定值后，通過以下幾種方式加干擾：（1）突增（或突減）儀表1輸出值的大小，使其有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化；（2）將中水箱進(jìn)水閥F2-4開至適當(dāng)開度（副流量擾動(dòng)）。（3）將電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路閥F1-3或F1-4（同電磁閥）開至適當(dāng)開度；(4)將中水箱進(jìn)水閥F1-7開至適當(dāng)開度；以上幾種干擾均要求擾動(dòng)量為控制量的5%?15%,干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。流量的響應(yīng)過程曲線將如圖3-7所示。圖3變頻器支路流量階躍響應(yīng)曲線.分別適量改變調(diào)節(jié)儀2的P及I參數(shù)，重復(fù)步驟8,用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。.適量改變比值器的比例系數(shù)K',觀察副流量Q2的變化，并記錄相應(yīng)的動(dòng)態(tài)曲線。(二)、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制.將掛件SA-22遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸出模塊、SA-23遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模擬量輸入模塊掛到屏上，并將掛件上的通訊線插頭插入屏內(nèi)RS485通訊口上，將控制屏右側(cè)RS485通訊線通過RS485/232轉(zhuǎn)換器連接到計(jì)算機(jī)串口2,并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“FT2變頻器支路流量”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。

SBL?L?2領(lǐng)哨同利節(jié)風(fēng)幟節(jié)”7m瑞1ff T-SBL?L?2領(lǐng)哨同利節(jié)風(fēng)幟節(jié)”7m瑞1ff T-：:通租轂/采集原報(bào)費(fèi)輸入模4/1LqL?L?L?!，----Jr工 i,'、七由數(shù)據(jù)聚黛模報(bào)里?輸出橫快：i、、\ ?圖4遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集控制單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)接線圖17D1儲(chǔ)3工OL0，-舉出E超.二?特出地道一A/D4A/A3"3 ”3；r?r?r?r?;A/D4A/A3"3 ”3.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給智能采集模塊及渦輪流量計(jì)上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相^空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.打開上位機(jī)MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)”工程，然后進(jìn)入MCGS運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十七、單閉環(huán)流量比值控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十七的監(jiān)控界面。.以下步驟請(qǐng)參考前面（一）智能儀表控制”的步驟5?10。（三）、DCS分布式控制.按照前面的實(shí)驗(yàn)組成DCS控制系統(tǒng)，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)

驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“FT2變頻器支路流量”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。尸:理思量昨之。J輸出調(diào)M—+,、■十^jDN)p0.，M 4*1i/Q2廿G3,9⑥ 9+I尸:理思量昨之。J輸出調(diào)M—+,、■十^jDN)p0.，M 4*1i/Q2廿G3,9⑥ 9+I- + +Si-SI"『a+磨）^-0^0^-01/14 "1%LU$ A,'L?4?必?4r?r?r?2VD4i!D5A；06 .打/dol@SR_[_--一I沔品現(xiàn)場(chǎng)思筑區(qū)程口雌耳，圖5DCS分布式控制單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)接線圖.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給現(xiàn)場(chǎng)總線I/O模塊及渦輪流量計(jì)上電，打開主控單元電源。啟動(dòng)服務(wù)器，在工程師站的組態(tài)中選擇“復(fù)雜控制系統(tǒng)”工程進(jìn)行編譯下裝，再重啟服務(wù)器。.啟動(dòng)操作員站，打開主菜單，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十七、單閉環(huán)流量比值控制”，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)十七的監(jiān)控界面。在流程圖的流量測(cè)量值上點(diǎn)擊左鍵，彈出兩個(gè)PID窗口，可進(jìn)行相關(guān)參數(shù)的設(shè)置，并設(shè)置好比值系數(shù)K。

.按下啟動(dòng)按鈕，合上單相^空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.以下步驟請(qǐng)參考前面（一）智能儀表控制”的步驟5?10。（四）、S7-300PLC控制.將掛件SA-41S7-300PLC控制掛件掛到屏上，并用MPI通訊電纜線將S7-300PLC連接到計(jì)算機(jī)CP5611專用網(wǎng)卡，并按照下面的控制屏接線圖連接實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1驗(yàn)系統(tǒng)。將“FT1電動(dòng)閥支路流量”、“FT2變頻器支路流量”鈕子開關(guān)撥到“ON”的位置。義泡夏煙上初'AI_:_J3小事力*或■厄;同貴“ON”的位置。義泡夏煙上初'AI_:_J3小事力*或■厄;同貴廠的逮屏簞i:W單相電就輸出；7F0"3青野11k煌???L -220^AL 以量L上於熱H曲第''一而定 -'XJ*-"? 卜|；uiih-r>產(chǎn)爐.灣段XjWk6竄/$曲務(wù)各人■,兀M4兀5FPbJfilKSA-41SA-JIsiu^nc圖6S7-300PLC控制單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)接線圖.接通總電源空氣開關(guān)和鑰匙開關(guān)，打開24V開關(guān)電源，給S7-300PLC及壓力變送器上電，按下啟動(dòng)按鈕，合上單相^空氣開關(guān)，給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥上電。.打開Step7軟件，打開“S7-300”程序進(jìn)行下載，然后運(yùn)行WinCC組態(tài)軟件，打開“S7-300PLC控制系統(tǒng)”工程，然后激活WinCC運(yùn)行環(huán)境，在主菜單中點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)十五、單閉環(huán)流量比值控制”