闭环流量比值控制系统设计.doc

二○一一 ～二○一二学年第 一 学期 信息科学与工程学院 课程设计报告书 课程名称： 过程控制与集散系统课程设计 班 级： 自动化0804 学 号： 200804134105 姓 名： 饶奇奇 指导教师： 熊凌 二○一一 年 十一 月 一、设计题目 1.题目：涡轮流量计闭环流量比值控制系统设计 2．系统功能需求分析：涡轮流量计双闭环流量比值控制系统在实际生产中应用十分广泛，它能使系统稳定，精确地输出，更能实现自动化控制，是过程控制系统的一个典型，在石化、制药等生产过程中，经常要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系。因此设计涡轮流量计双闭环流量比值控制系统市场需求较大。 二、概要设计 1.系统总体设计框架： 该系统可在A3000-FS实验台上设计完成。 图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。 表１　连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号 1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀 FV101 以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。 三、详细设计 1.控制方案： 根据设计要求，系统采用单闭环比值控制。在控制两种物料的比值系统中，起主导作用的物料流量称为主动量，跟随主动量而变化的物料流量称为从动量。设本系统中液体A为主动量，液体B为从动量。将从动量用一个闭环包括进去，而主动量开环。将液体A的流量y1通过比值控制器k作为闭环回路的输入量。所以从动量B的给定是ky1，因为y1开环，故y2要随着y1的变化而变化，即从动量B是一个随动控制系统。 2.系统结构流程图： 上图为系统结构图。当打开液体A的阀门，流量检测传感器测出其流量值，经变送单元送至比值器，比值器的输出与液体B流量测量变送送出的流量值相减，其偏差作为液体B流量控制器的输入值，控制器的输出用来控制调节阀，从而使液体B的流量得到了控制。这就使液体B的流量随液体A的流量变化而变化。其中液体A的电动调节阀是为了方便设置A的流量。 3.系统组态设计： 主动量液体A的测出的流量值PV经过比值器，与PV2进行偏差运算，再进行PID运算。系统一般在手动的情况下是不输出值的，因为在此时在进行参数设置，若此时输出值，得到的结果不是预期要的，所以系统在手动的情况下PID控制无输出值输出。只有在自动的情况下，PID才有输出值输出。 组态画面： 1、 主界面 2、 历史曲线 本设计共有两个画面：主界面、历史曲线。 主界面如图2，在主界面中有三个反应器，它们在本设计中只是作为容器，装A、B、AB混合液体，所以在本设计中没有设置动画连接，因为本设计主要考虑的是流量比值控制。 在主界面中还有两个电动调节阀和两个电磁流量计，两个电动调节阀分别是控制A、B液体的流量，两个电磁流量计分别是测量A、B液体的流量值。当我们启动系统后进入主界面我们首先在手动状态下（手动指示为蓝色）设置A液体的电动调节阀的开度，使A液体得流量稳定，然后设置Kp，Ti，Td，Kc，设置这五个参数后，按下按钮后进入自动环节，系统按设定好的PID算法得到输出，使A液体的流量与B液体的流量成设定的比例并稳定于此。 期间画面也能显示出电动调节阀的开度、流量值，并且管道也能模拟液体的流动。并且在主界面中也能直接观察实时曲线，查看系统的稳定情况。当我们要观察历史的曲线时，我们可以单击历史曲线按钮，进入历史曲线界面。单击退出按钮直接退出系统。 历史曲线界面如图2，在画面中有历史曲线框和两个按钮：返回（返回到主界面）和退出。 数据字典： 根据控制系统的需要建立数据词典，以便确定内存变量与I/O数据，运算数据的关系。只有在数据词典中定义的变量才能在系统的控制程序中使用。本系统中所涉及到的变量的类型主要有与AD，DA设备进行数据交换的I/O实型变量，控制电磁阀开关的I/O离散变量，用于定以开关动画连接的内存离散变量，参于PID运算的内存实型变量和实现各种动画效果所用到的内存实型或内存整型变量等。具体的数据词典如下表4.5所示。 变量名 变量描述 变量类型 ID 连接设备 寄存器 U﹙k﹚ 控制B电动调节阀输出 I/O实型 21 DA AO0 PV A液体流量测量值 I/O实型 22 AD AI1 PV2 B液体流量测量值 I/O实型 23 AD AI2 自动开关 手动/自动 内存离散 24 Sp 设定值 I/O实型 25 DA AO1 Kp 比例系数 内存实型 26