水泵流量控制系统课程设计_课程设计(编辑修改稿)

水泵流量控制系统课程设计_课程设计(编辑修改稿)内容摘要：

武 汉理工大学《 仪表与过程控制系统 》课程设计说明书 10 计 算 机控 制 器电 动调 节 阀管 道流 量 检 测传 感 器_P VS PP V 1 图 31 流量单回路控制系统框图 4 被控变量与控制变量选择 被控变量选择原则 根据被控参数的选择与生产工艺密切相关，被控参数的选择通常有两种方法。 一种是选择能直接反映生产过程中产量和质量，又易于测量的参数作为被控参数，称为直接参数法。 如果生产过程是按质量指标进行控制，按理应以直接反映产品质量的变量作为被控参数，但有时由于缺乏检测直接反映产品质量参数的有效手段，无法对产品质量参数进行直接检测；虽能检测，但检测信号很微弱或滞后很大，直接参数检测不能及时、正确地反映生产过程的实际情况。 这时可以选择与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量作为被控参数，简介反映产品质量、生产过程的实际情况。 在选择被控参数时，还要求所选参数有足够的灵敏度。 选取被控参数的基本原则是首先考虑选择对产品产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用、可直接测量 的工艺参数为被控参数；当直接参数不易测量，或其测量之后很大时，应选择一个易于测量，与直接参数有单值关系的简接参数作为被控参数；同时兼顾工艺上的合理性和所用仪表的性能及经济性。 控制变量选择原则 设计单回路控制系统时，选择控制变量的原则可归纳为以下几条： 1)控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。 武 汉理工大学《 仪表与过程控制系统 》课程设计说明书 11 2)控制变量一般应比其他干扰对被控参数的影响灵敏。 为此，应通过合理选择控制变量，使控制通道的放大系数 0K 大、时间常数 0T 小、纯滞后时间 0 越小越好。 3)为使干扰对被控参数的影响小，应使干扰通道的放大系数 fK 尽可能小、时间常数 fT尽可能大。 扰动引入系统 (控制通道 )的位置要远离被控参数，尽可能靠近调节阀 (控制器 )。 4)被 控过程存在多个时间常数，在选择设备及控制参数时，应尽量使时间常数错开，使其中一个时间常数比其他时间常数大很多，同时注意减小其他时间常数。 这一原则同样适用于控制器、调节阀和测量变送器时间常数的选择。 控制器、调节阀和测量变送器 (三者均为系统控制通道中的环节 )的时间常数应远小于被控过程中最大的时间常数 (这个时间常数一般难以改变 )。 5)在选择控制变量时，除了从提高控制品质的角度考虑外，还要考虑工艺的合理性与生产效率及生产过程的经济性。 一般不宜选择生产负荷作为控制变量，因为生产负荷直接关系到产品的产量或者用户的需求 ，不允许控制。 另外，从经济性考虑，应尽可能地降低物料与能量的消耗。 本系统被控变量与控制变量的选择 由设计任务和以上分析可知，本系统要求维持出口水流量恒定，并且出口流量也是易于检测的，所以选择出口水流量作为该系统的被控变量。 在选择控制变量时，要从所有允许控制的变量中尽可能地选择一个对被控参数影响显著、控制性能好的输入变量作为控制变量。 水的流量是较易于控制的，通过调节阀就可以控制住，所以选择水的流量作为本系统的控制变量。 5 检测环节设计 检测环节设计原则 过程控制系统中的检测元件指的是用于参数 检测的传感器、变送器。 传感器、变送器完成对被控参数以及其他一些参数、变量的检测，并将测量信号传送至控制器。 测量信号是调节器进行控制的基本依据，被控参数迅速、准确地测量是实现高性能控制的重要条件。 下面介绍传感器、变送器选择的一些原则及使用中应注意的一些事项。 武 汉理工大学《 仪表与过程控制系统 》课程设计说明书 12 (1)传感器、变送器测量范围与精度等级的选择 在控制系统设计时，对要检测的参数和变量都有明确的测量精度要求，参数与变量可能的变化范围一般都是已知的。 因此，在传感器与变送器的选择时，应按照生产过程的工艺要求，首先确定传感器与变送器合适的测量范围与精度等级。 (2)尽可能选择时间常数小的传感器、变送器 传感器、变送器都有一定的响应时间，特别是测温元件。 这些时间和纯滞后必然造成测量滞后；对于气动仪表，由于现场传感器与控制室仪表间的信号通过管道传递，还存在一定的传送滞后。 因此，控制系统中测量环节的常数不能太大，最好选用惰性小的快速测量元件。 必要时，可以在测量元件之后引入微分环节，利用它的超前作用来补偿测量元件引起的动态误差。 对于传送滞后较大的气动信号，一般气压信号管路不能超过 300m，直径不能小于6mm，或者用阀门定位器、气动放大器增大输出功率，以减小传送滞后。 在可能的情况下，现场与控制室之间的信号尽量采用电信号传递，必要时可用气 电转换器将气信号转换为电信号，以减小传送滞后。 (3)合理选择检测点，减小测量纯滞后 0 要合理地选择测量信号的检测点，避免由于传感器安装位置不合适引起的纯滞后。 纯滞后使测量信号不能及时反映被控变量的变化，从而使控制品质降 低，所以在选定测量传感器的安装位置时，一定要注意尽量减小纯滞后。 另外，检测位置的选择还要使检测参数能够真实反映生产过程的状态，因此，尽量将传感器安装在能够直接代表生产过程状态的位置。 (4)测量信号的处理 1)测量信号校正与补偿。 测量某些参数时，测量值要受到其他参数的影响，为了保证测量精度，需要进行校正与补偿处理。 2)测量噪声的抑制。 在测量某些过程参数时，由于其本身特点和环境干扰的存在，测量信号中含有干扰噪声，如不采用措施，将会影响系统控制等质量。 3)测量信号的线性化处理。 一些检测传感器的非线性，使传感 器的检测信号与被测参数间呈非线性关系。 在系统设计时，应根据具体情况确定是否进行线性化处理。 本系统检测环节设计 武 汉理工大学《 仪表与过程控制系统 》课程设计说明书 13 流量传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路的干扰流量进行检测。 根据本试验装置的特点，采用工业用的 LDS10S 型电磁流量传感器，公称直径 10mm，流量 0~.03m3/h,压力 ,420mA 标准信号输出。 可与显示，记录仪表，积算器或调节器配套。 避免了涡轮流量计非线性与死区大的致命缺点，确保实验效果能达到教学要求。 主要优点： (1)采用整体焊接结构，密封性好； (2)结构简单 可靠，内部无活动部件，几乎无压力损失； (3)采用低频矩形波励磁，抗干扰性能好，零点稳定； (4)仪表反映灵敏，输出信号与流量呈线性关系 ,量程比宽； (5)流量转换器采用 LDZ4 型电磁流量传感器配套使用，输入信号： 0~ 输出信号： 4~20mA DC, 许负载电阻为 0~750 欧姆，基本误差：输出信号量程的 %。 6 执行器设计 执行器设计原则 过程控制使用最多的是由执行机构和调节阀组成的执行器。 从提高系统控制品质、增强生产系统及设备安全性的角度，对控制系统设计中有关执行器选型需要关注的问 题进行简单的说明。 (1)调节阀工作区间的选择。 在过程控制过程中，确定控制阀的口径尺寸是选择控制阀的重要内容之一，在正常工况下要求调节阀的开度在 15%~85%之间。 如果调节阀口径选得过小，当系统受到较大的扰动时，调节阀工作在全开或全关的饱和状态，使系统暂时处于失控工况，这对扰动偏差的消除不利；同样，调节阀口径选得过大，阀门长时间处于小开度工作状态，阀门的不平衡力较大，阀门调节灵敏度低，工作特性差，甚至会产生振荡或调节失灵的情况。 因此，调节阀口径选择一定要合适。 (2)调节阀的流量特性选择。 调节阀的流量特性选 择一般分两步进行。 首先要根据生产过程的工艺参数和对控制系统的工艺要求，确定工作流量特性，然后根据工作流量特性相对于理想流量特性的畸变关系，求出对应的理想流量特性，确定阀门的选型。 (3)调节阀的气开、气关作用方式选择。 调节阀开、关作用方式的选择主要以不同生产工艺条件下，人员安全、生产安全、系统及设备安全的需要为首要依据。 武 汉理工大学《 仪表与过程控制系统 》课程设计说明书 14 本系统执行器设计 电动调节阀对控制回路流量进行调节。 采用德国 PSL202 型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机。