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系的比值。在生產中，這種比例關系可能直接影響到產品的產量、質量，生產的能耗與安全；在化學反應過程的進料比或加熱比、燃燒過程的燃-空比、蒸餾過程多組分的進料或采出的進料比與采出比等，常采用比值控制方案生產中物料的配比關系，是指其質量比或摩爾比。但因質量和濃度參數(shù)不易在線測量，所以當物料的密度、溫度、壓力基本恒定或變化不大、配比要求不太嚴格時，多使用物料的體積比來表示其配比關系在實踐中，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系（從動量） 實驗目的&要求實驗目的：通過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)的結構、特點和基本原理；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)計算和設置的一般方法；掌握比值控制系統(tǒng)投運過程和參數(shù)調整方法實驗要求：基于A3000實驗裝置的工藝設備和儀表，構建一個能保持兩路流量成一定比例關系的比值控制系統(tǒng)；正確完成系統(tǒng)運行工作，平穩(wěn)地將其投運到自動，調整控制器參數(shù)，使之滿足系統(tǒng)的質量要求，驗證流量比值關系的保持能力 比值控制實驗方案紅色線條標識的管道為流量1（主動量），藍色線條標識的管道為流量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 實驗設備說明實驗設備：兩路獨立的流量系統(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，無需液位測量儀表F1是通過變頻器調整水泵轉速而改變，F(xiàn)2的大小則通過電動/氣動調節(jié)閥的開度來調節(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，應根據(jù)F1的變化自動調節(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系的關鍵比值控制系統(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，并在一定范圍內始終保持與管路1流量的比例關系單閉環(huán)比值系統(tǒng)方框圖)(sGV)(0sG)(2sGm)(2sGC)(

5、1sGm2FK1F 實驗內容進行系統(tǒng)信號連線，完成構建單閉環(huán)比值系統(tǒng)的工作；對流量計進行現(xiàn)場的量程標定；根據(jù)要求的流量比例關系，計算流量信號的比值系數(shù)K，并進行設置；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；調整控制器的P、I參數(shù)，達到幾乎無超調、無震蕩的過渡過程，確保系統(tǒng)穩(wěn)定迅速、靜態(tài)誤差?。辉谝欢ǚ秶鷥雀淖冎鲃恿縁1，測試從動量F2能否迅速跟上，并且能保持預先設定的比例關系。 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，并負責主流量操作，保持開環(huán)；2#控制器負責從動流量的跟蹤調節(jié)工作，閉環(huán)控制從動流量閉環(huán)系統(tǒng)的設定值：SP2=FT1

6、01*K主流量手動調節(jié)：MV1，即變頻器輸出U101副流量自動調節(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內利用組態(tài)監(jiān)控軟件，除了在屏幕上顯示，進行曲線繪制、存儲外，還在軟件中進行乘法運算，與比值系數(shù)K相乘，運算的結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，構建單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)；檢查管路閥門，打開進入下水槽的管線手閥QV105、QV106，關閉進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”； 實驗步驟分別進行F1、F2流量計量程標定工作 ：標定F2：，手動調整控制閥開度（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)過電磁流量計和調節(jié)閥進入水箱。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分別有流體能進入下水箱V103。 實驗步驟根據(jù)流量比的要求，計算并設定單閉環(huán)比值系數(shù) K=K*（F1max/F2max）。預置PID2的P=100，I=20，將PID2投自動，注意無擾動投運；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流量跟蹤的結果，判斷其是否能夠保持正確的流量比，并將對應數(shù)據(jù)填入相應的表格。MV12050805020F1 (PV1)F2 (PV2)K（實際值） 實驗報告要求根據(jù)實驗結果，進行認真的總結和分析，寫出實驗報告思考題：簡述渦輪流量計的特點與工作原理，適合什么情況下使用？電磁流量計的特點與工作原理，適合測量什么類型的介質？（測控同學要求論述更詳細）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