实验6 单闭环比值控制系统演示幻灯片

1,过程控制工程实验,实验六单闭环比值控制系统,2,比值控制的意义,比值控制主要目的：保证两路或多路流体计量关系的比值。在生产中，这种比例关系可能直接影响到产品的产量、质量，生产的能耗与安全；在化学反应过程的进料比或加热比、燃烧过程的燃-空比、蒸馏过程多组分的进料或采出的进料比与采出比等，常采用比值控制方案生产中物料的配比关系，是指其质量比或摩尔比。但因质量和浓度参数不易在线测量，所以当物料的密度、温度、压力基本恒定或变化不大、配比要求不太严格时，多使用物料的体积比来表示其配比关系在实践中，多针对流量的体积比实现比值控制。在下面的实验中，只是需要做到保证两路流量的体积比一定在多路流体中，总有一路为主要参照量（主动量），其他的则要求与它保持一定的比例关系（从动量）,3,实验目的&要求,实验目的：通过对一个典型的单闭环比值控制系统的搭建与操作，更深入理解一般比值系统的结构、特点和基本原理；了解流量计的工作原理和量程现场校对方法；掌握比值系数计算和设置的一般方法；掌握比值控制系统投运过程和参数调整方法实验要求：基于A3000实验装置的工艺设备和仪表，构建一个能保持两路流量成一定比例关系的比值控制系统；正确完成系统运行工作，平稳地将其投运到自动，调整控制器参数，使之满足系统的质量要求，验证流量比值关系的保持能力,4,比值控制实验方案,红色线条标识的管道为流量1（主动量），蓝色线条标识的管道为流量2（从动量），干扰量为QV107的开度,注意：V103仅是个维持水循环的过渡容器，本实验与液位无关,5,实验设备说明,实验设备：两路独立的流量系统是由各自的流体管线、阀门、水泵、流量计等构成，流量F1是主动量，在这里是被检测参数，而流量F2是从动量，既是被控参数也是控制参数流量检测仪表：测量F1的是涡轮流量计FT101，测量F2的是电磁式流量计FT102。两种流量计的最终输出信号都是420mA。本实验与液位参数无关，无需液位测量仪表F1是通过变频器调整水泵转速而改变，F2的大小则通过电动/气动调节阀的开度来调节，两管道中的水流分别由电磁泵P101和P102输送并维持其循环水泵的出口压力、供水量，调节阀的流通能力及管道尺寸，流量计口径以及其他阻力，共同决定了系统的最大流量,6,比值控制方案选择,比值控制有多种方案，单闭环、双闭环、变比值及串级比值等；根据比值关系的实现又分为乘法方案、除法方案本实验采用乘法方案实现单闭环比值控制变频器调节的流量F1为主动量，工作中要一直保持开环控制阀控制的从动量F2，应根据F1的变化自动调节并跟踪其变化,7,单闭环比值控制系统,K是决定两个变送器输出信号能否形成正确比例关系的关键比值控制系统要求：若管路1的流量发生变化，管路2的流量就要尽快跟随，并在一定范围内始终保持与管路1流量的比例关系,8,实验内容,进行系统信号连线，完成构建单闭环比值系统的工作；对流量计进行现场的量程标定；根据要求的流量比例关系，计算流量信号的比值系数K，并进行设置；主动量保持手动操作，从动量控制系统无扰动地切换为自动；调整控制器的P、I参数，达到几乎无超调、无震荡的过渡过程，确保系统稳定迅速、静态误差小；在一定范围内改变主动量F1，测试从动量F2能否迅速跟上，并且能保持预先设定的比例关系。,9,单闭环比值控制系统的信号连线,10,单闭环比值控制系统的信号连线,1#控制器接受主流量的信号，并负责主流量操作，保持开环；2#控制器负责从动流量的跟踪调节工作，闭环控制从动流量闭环系统的设定值：SP2=FT101*K主流量手动调节：MV1，即变频器输出U101副流量自动调节：MV2，及控制阀FV101输出信号比：K=K*F1max/F2max,11,单闭环比值控制系统的信号连线,流量F1变送器FT101输出接在1#控制器的输入端（PV），其输入的信号在计算机内利用组态监控软件，除了在屏幕上显示，进行曲线绘制、存储外，还在软件中进行乘法运算，与比值系数K相乘，运算的结果通过智能模块的模拟量输出端AO0连接到从动量控制器（2#PID控制器）的外给定端（SP）1#控制器始终保持手动，其输出信号连接至变频器U101的输入端流量F2变送器FT102输出接在2#控制器的输入端（PV），其输出信号接到控制阀FV101的输入端,12,实验步骤,通过连线，取来自现场流量仪表的信号，并把控制作用信号送到现场的执行仪表，构建单闭环比值控制系统；检查管路阀门，打开进入下水槽的管线手阀QV105、QV106，关闭进入中水箱的管线手阀QV107、QV108。注意提高V103出口闸板QV116在3cm以上，确保V103的积水能迅速流出。然后给系统加电；启动实验软件，选择“比值控制”项目，两控制器都置于“手动”；,13,实验步骤,分别进行F1、F2流量计量程标定工作：标定F2：开启泵2，手动调整控制阀开度，令其分别为20、60、80、100，然后依次返回；观察记录电磁流量计的读数并记录仪表测量信号值及计算机上读到的PV2值（因仪表有阻尼，故一般要等30s后读数才较稳定）；估计电磁流量计的实际量程：F2max=F/X*100；关闭泵2，关闭阀QV102（泵P102的入口阀），关闭1#电磁阀，开启连通阀QV103，调节阀开到最大100%，泵P101的流量将经过电磁流量计和调节阀进入水箱；改变变频器的输入为20、60、100，读出电磁流量计的读数与对应的涡轮流量计输出值PV1，据此推算涡轮流量计的量程；务必立刻关闭连通阀QV103，开启P102吸入阀QV102，然后接通1#电磁阀，保证P101流体能进入下水箱V103。再次开启泵2，让流体经过电磁流量计和控制阀进入水箱V103；,14,实验步骤,根据流量比K=0.45:1的要求，设定单闭环比值系数K，手动调整控制阀开度，使得F2测量值等于设定值，实现控制系统的无扰动投运（预置：P=100，I=20）；投入自动后开始整定PI参数，按照临界衰减状态为参考进行整定（P=50100，I=1040），以保证F2能快速平稳地跟踪主动量F1的变化；改变主动量F1分别为20%F1max、40%F1max、60%F1max、80%F1max、F1max，然后按同样间隔返回；同时观察、记录F2流量跟踪的结果（从电磁流量计直接读出流量值），判断其是否能够保持正确的流量比，并将对应数据填入相应的表格；让主动量在40%F1max处，待从动量稳定，在从流量F2系统中施加一外部干扰（适度打开另一水阀，如QV107），观察其自身抗扰控制效果。,15,实验报告要求,根据实验结果，进行认真的总结和分析，写出实验报告思考题：简述涡轮流量计的特点与工作原理，适合什么情况下使用？电磁流量计的特点与工作原理，适合测量什么类型的介质？（测控同学要求论述更详细）流量比与信号比的区别是什么？如果用孔板测量流量，K应如何计算？给出算式。单闭环比值控制系统可以给从