基于流量比值智能仪表控制系统设计课题论文(编辑修改稿)

基于流量比值智能仪表控制系统设计课题论文(编辑修改稿)内容摘要：

环比值控制系统 在主流量也需要控制的情况下，增加一个主流量闭环控制系统，单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统，见图 22 K 副 调 节 器 副 流 量 对 象副 执 行 器主 测 量 变 送副 测 量 变 送副 流 量主 流 量MFMKF SF副 流 量 给 定值主 流 量 对 象主 执 行 器主 调 节 器主 流 量 给 定值 MF 图 22双闭环比值控 制系统方框图 双闭环比值控制系统主要应用于总流量需要经常调整（即工艺负荷提降）的场合。 如果没有这个要求，两个单独的闭环控制系统也能使两个流量保持比例关系，仅仅在动态过程中，比例关系不能保证。 比值系数计算 流量比值与设置于仪表的比值系数是两个不同的概念，它们都为无量纲系数，但两者的数值是不等的。 流量比值 k是流量的比值，它们可以同为质量流量、体积流量或折算为标准情况下的流量。 比值系数 K是设置于比值函数模块或比值控制器中的参数。 比值控制系统设计 比值调节系统中间过程变 量计算及其控制是由计算机功能模块搭建来实现的，确定好控制方案后，在计算机里进行组态控制，选择一些控制需要的功能模块，如 PID算法块、 Ratio比 10 值计算块、 AO输出块，这些模块的功能将代替常规仪表中的调节器、比值控制器等。 最后建立组态好操作员控制界面工流程图（建立工艺流程及数据链接，显示便于生产操作）、报警组态及显示、历史趋势线等工作。 过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器被控对象、测控变量。 针对过程控制实验装置中的热工模拟对象，设计一个锅炉进水流量跟随出水流量的比值控制系统。 要求： （ 1）使进水流量跟随出水流量的变化。 （ 2）分别对进水流量和出水流量分别进行定值控制。 （ 3）采用双闭环比值控制结构，比例系数为 1，控制稳态误差不大于177。 1%。 （ 4）系统具有流程图监视画面、参数设置和报警功能。 （ 5）系统具有实时趋势曲线和历史趋势曲线显示功能。 主从流量的选择 根据系统控制要求，选择出水流量为主动量，进水流量为从动量，构成双闭环系统控制，系统控制方框图如下图 23所示。 K 调 节 器 对 象调 节 阀主 测 量 变 送副 测 量 变 送副 流 量主 流 量MF MKF SF 图 23比值控制系统方框图 系统采用比值控制系统，而双闭环环控制系统则是比单闭环控制增 加了主流量控制回路。 当双闭环比值控制系统处于运行中，要是主动到干扰发生波动则主动量回路对其进行定值控制，使主动量一直稳定在给定值附近，同时从动量控制回路也会随主动量的波动进行调整；当从动量受到扰动发生波动时，从动量控制回路对其进行定值控制，使从动量始终稳定在定值附近，而主动控制回路不受从动量波动的影响。 3 控制系统总体方案与硬件实现 本系统使用实验室已有的“过程控制实验装置”完成设计，它是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多 功能实验装置。 该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈 — 反馈控制，比值控制，解耦控制等多种控制形式。 11 过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。 本次设计为流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图 31所示。 比 值 器调 节 器 2 管 道变 频 器流 量 变 送 器 1流 量 变 送 2副 流 量Q 1SF从 动 量 给 定值管 道调 节 阀 1调 节 器 1主 动 量 给 定值磁 力 泵扰 动 1扰 动 2 图 31 双闭环流量比值控制系统结构框图 系统采用双闭环控制系统，双闭环环控制系统是在单闭环控制的基础上，增加了主流量控制回路。 在双闭环比值控制系统工作时，若主动到干扰发生波动则主动量回路对其 进行定值控制，使主动量始终稳定在给定值附近，同时从动量控制回路也会随主动量的波动进行调整；当从动量受到扰动发生波动时，从动量控制回路对其进行定值控制，使从动量始终稳定在定值附近，而主动控制回路不受从动量波动的影响。 通过从动控制回路的调节控制使从动量的实际值与该输入值吻合，即从动控制量的实际值与主动量变动后的数值相对应，保持主动量和从动量的比值不变。 和单闭环比值控制系统相比，双闭环比值控制系统的突出优点如下： （ 1) 控制系统更为稳定：对主动量的定值控制克服了干扰对主动量的影响，因此主动量变化平稳，从动量也将 平稳，进而系统的总物料流量稳定，更好地满生产工艺要求。 （ 2) 系统更易于调节：当需要改变主动量的设定值时，主动量控制回路通过调节控制使主动量的输出值改变为新设定值，同时从动量也将随主动量按给 定比化。 本系统中主动量为出水流量，从动量为进水流量，通过系统的调节，实现进水流量跟随出水流量变化。 单闭环比值控制能使两种物料间的比值较精确，方案实现起来方便，仅用一个比值器即可。 此方案适合于要求两流量之比一定，负荷变化不大，而对总流量变化无要求的情况。 本系统采用单闭环比值控制，其中支路的流量为主流量，支路 的流量为副流量。 整个系统使用两个水泵一个电磁流量计一个涡轮流量计以及电磁调节阀，而电磁调节具有滞后性，因此本系统是一个具有滞后性能的控制系统受控对象 : 管道。 受控变量 : 支路流量。 操作变量 : 支路流 量。 扰动变量 : 阀门开度的变化。 控制原理图和方块图如图 32 所示。 12 比 值 器副 调 节 器 副 对 象调 节 阀主 测 量 变 送副 测 量 变 送F 1SF 对 象调 节 阀主 调 节 器定 值F 1 CF 2 CK 1F 2F 图 32比值控制系统原理图和方块图 PC 机与智能调节器的连接 当一台 PC机与一台智能调节器进行通信连接，查看所用计算机主机箱后的 RS232C串口数量、位置和几何特征；查看计算机与智能调节器的串口连接线及其端口。 在计算机与智能调节器通电前，将传感器与智能调节器相连。 一般的 PC机会具有 RS232通信接口，若调节器也具有 RS232 通信接口，当两者通信距离比较近并且是一对一的通信 时，二者可通过电缆直接连接。 注意，在用串口线将智能调节器与计算机连接时，调节器与计算机严禁通电，否则容易烧毁串口。 由于一个 RS232 接口只能连接一台 RS232 仪表，当 PC 机与多台具有 RS232 接口的调节器通信时，可使用 RS232/RS485 接口转化器，将计算机上的 RS232 接口转换为 RS485接口，在信号进入调节器前再使用 RS485/RS232转换器将 RS485接口转换为 RS232接口，再与调节器相连。 当 PC 机与多台具有 RS485 接口的调 节器通信时，由于两端设备接口电气特性不一，不能直接相连，因此，也采用 RS232接口到 RS485接口转换器将 RS232接口转换为 RS485信号电平，再与调节器相连。 如果 PC机直接提供 RS485接口，与多台具有 RS485接口的调节器通信时不用转换器可直接相连。 RS485 接口只有两根线要连接，有 +、 端（或成 A、 B 端）区分，用双绞线将所有调节器的接口并在一起即可。 PC 机与智能调节器系统连接并设置参数后，可进行串口通信调试。 运行“串口调试助手”程序，首先 设置串口号、波特率、校验位、数据位、停止位等参数（与仪表参数设置一致），选择十六进制显示和十六进制发送方式，打开串口。 在发送指令文本框先输入读指令： 81 81 52 0C，单击“手动发送”按钮， 1 号表返回数据串；再输入读指令 82 82 52 0C， 13 单击“手动发送”按钮， 2号表返回数据串；再输入读指令： 83 83 52 0C，单击“手动发送”按钮， 3 号表返回数据串。 本系统使用实验室已有的“过程控制实验装置”完成设计，它是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通 讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置。 该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，。