过程控制课程设计-流量比值控制

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1、1 一设计任务分析一设计任务分析 1.11.1 设计任务的描述设计任务的描述 在了解、 熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的 静态和动态特性的基础之上， 根据生产过程对控制系统所提出的安全性、 经 济性和稳定性要求， 应用控制理论对控制系统进行分析和综合， 最后采用计 算机控制技术予以实现。 1.21.2 设计的目的设计的目的 通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计， 使我们进一步加深对 过程控制系统课程中所学内容的理解和掌握，提高我们将过程检测与 控制仪表 、 自动控制原理 、 微机控制技术和过程工程基础等课程 中所学到知识综合应用的能力。 锻炼学生的综合知识应用能力，

2、 让学生了解 一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。从而培养学生分析问 题和解决问题的能力。 1.31.3 设计的要求设计的要求 1.从组成、 工作原理上对工业型流量传感器、 执行机构有一深刻的了解 和认识。 2.分析控制系统各个环节的动态特性，从实验中获得各环节的特性曲 线，建立被控对象的数学模型。 3.根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。 4.在 Matlab 上进行仿真，调节控制器参数，获得最佳控制效果。 5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法， 并在 THJ-2 型高级过程控 制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试，得到最佳控制效果。 6.分析仿真结果与实际

3、系统调试结果的差异，巩固所学的知识。 1.41.4 本本次设计的具体要求次设计的具体要求 1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的 PI 调节。 2 2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的 PI 调节 3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量， 满足一定的工艺 生产要求 二二 总体设计方案总体设计方案 2.12.1 方案方案论证论证 根据实际生产情况，比值控制系统可以选择不同的控制方案，比值控 制系统的控制方案主要有开环比值控制系统， 单闭环比值控制系统， 双闭环 比值控制系统几种。 方案一： 单闭环控制系统原理设计的系统框图如图 2.1 所示。 图 2.1 单闭环流量比值控制系

4、统原理图 单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似，但功能不同。可见，系统中 没有主对象和主调节器， 这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同 的地方， 串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间 变量，而在比值控制中，副流量不会影响主流量，这是两者本质上的区别。 方案二： 在单闭环控制系统基础上， 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，其方框图如图 2.2 所示。 检测/变送器 1 控制器 变频器 泵 检测/变送器 2 比值器 - KCL HSO 3 图 2.2 双闭环流量比值控制系统原理图 双闭环较之于单闭环而言更加复杂， 选用的设

5、备也更多， 但对于实际生 产，生产效率和质量十分重要，因此对系统的稳定性和精确度要求较高。双 闭环比值控制系统能实现主动量的抗扰动、定植控制，使主、从动量均比较 稳定，从而使总物料也比较平稳，这样，系统总负荷也将是稳定。 经过分析， 当系统处于稳态时， 比值关系是比较精确的； 在动态过程中， 比值关系相对而言不够精确。另外，如果主流量处于不变的状态，副流量控 制系统又相当于一个定值控制系统。 方案二的双闭环流量比值控制系统，是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构成的， 由于增加了主流量闭环控制系统， 主 流量得以稳定，从而使得总流量能保持稳定。 双闭环比值控制系统主要应用

6、于总流量需要经常调整的场合。 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。 KCL HSO - + - + 主控制器 螺旋输送机变频器 螺旋输送机 检测/变送器 1 比值器 副控制器 硫酸泵变频器 硫酸泵 检测/变送器 2 4 2.22.2 方案选择方案选择 通过方案的论证可知，单闭环流量比值控制系统适用于负荷变化不大， 主流量不可控制， 两种物料间的比值要求较精确的生产过程。 而双闭环流量 比值控制系统适用于主副流量扰动频繁，负荷变化较大，同时保证主、副物 料总量恒定的生产过程。 该设计针对控制对象， 主流量选择为氯化钾液体， 而副流量则选择是硫 酸液体，实际生产中，由于这两种化学成分并不十分稳定，因而可能造成扰 动频繁，并且属于负荷变化较大。 经过分析， 选择方案二的双闭环流量比值控制系统来设计该生产控制系 统更为合适。 2.2.3 3 双闭环比值控制系统的结构双闭环比值控制系统的结构 在现代工业生产过程中， 经常遇到生产工艺要求两种或多种物料流量成 一定比