基于可編程控制的單容控制系統(tǒng)設(shè)計(編輯修改稿)
2025-07-19 17:50 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，但是當系統(tǒng)中的負荷或干擾變化比較劇烈或比較頻繁，或調(diào)節(jié)質(zhì)量要求更高時，僅采用單回路反饋的PID調(diào)節(jié)方案就不太合適了。 根據(jù)要求，為了保證控制精度，將水箱液位作為被控對象。水箱液位是通過壓力液位傳感器測得，將檢測到的液位信號與給定液位值進行比較后送入調(diào)節(jié)器，在PLC中經(jīng)過PID運算后，其輸出信號作為調(diào)節(jié)器——電動調(diào)節(jié)閥閥門的開度信號，控制進水量的大小，從而控制液面高度[9]。前饋—反饋控制就是在單回路反饋控制的基礎(chǔ)上，在擾動量支路中加入檢測元件，并通過前饋補償器在擾動產(chǎn)生影響前減小或消除擾動。在前饋—反饋控制系統(tǒng)中，擾動進水支路為擾動量，在擾動支路中通過渦輪流量計檢測支路進水量，在擾動進入水箱改變液位之前，通過前饋補償器的計算減小電動調(diào)節(jié)閥的開度，使液位不會出現(xiàn)過大的改變，使擾動在產(chǎn)生偏差之前消除偏差。可達到更好的控制精度。（一）壓力液位傳感器 KYB18G01M1P1C2擴散硅壓力變送器采用無中介液的壓力測量技術(shù)，發(fā)揮了傳感器的技術(shù)優(yōu)勢，使變送器具有優(yōu)異的性能。具有抗過載和抗沖擊能力強，溫度漂移小，穩(wěn)定性高，測量精度高的優(yōu)點。KYB18G01M1P1C2 擴散硅壓力變送器由傳感器和信號處理電路組成。其中傳感器壓面設(shè)有惠斯頓電橋，當增加壓力時，電橋各橋臂電阻值發(fā)生變化，通過信號處理電路，轉(zhuǎn)換成電壓變化，最終將其轉(zhuǎn)換成標準（4~20）mA信號輸出，所以設(shè)計采用KYB18G01M1P1C2 型擴散硅壓力變送器壓力液位變送器采KYB18G01M1P1C2型，量程：0～10Kpa ，輸出信號：4~20mA DC, 輸出：4～20maDC許負載電阻為0~750歐姆，基本誤差：%。（二）流量變送器 流量傳感器用來對電動調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進行檢測。主要優(yōu)點：1）采用整體焊接結(jié)構(gòu)，密封性好；2）結(jié)構(gòu)簡單可靠，內(nèi)部無活動部件，幾乎無壓力損失；3）采用低頻矩形波勵磁，抗干擾性能好，零點穩(wěn)定；4）儀表反映靈敏，輸出信號與流量呈線性關(guān)系,量程比寬；所以采用GYB03131型電磁流量傳感器， 量程：0～10Kpa,系數(shù)K： 供電：24v DC，環(huán)境溫度：20℃～+60℃，輸出：4～20ma。（三）電動調(diào)節(jié)閥（1）合理選用閥型和閥體、閥內(nèi)件的材質(zhì)。主要從被控流體的種類、腐蝕性和粘度、流體的溫度、壓力、最大和最小流量及正常流量時的壓差等因素來確定。（2）正確確定控制閥的口徑。閥的口徑確定是根據(jù)工藝提供的有關(guān)參數(shù)，計算出流量系數(shù)來確定。（3）選擇合適的流量特性?？刂崎y的流量特性，考慮對系統(tǒng)的補償及管路阻力情況來確定。（4）控制閥的開閉形式確定。開閉形式的確定主要是從生產(chǎn)安全角度出發(fā)來考慮。當閥上控制信號或氣源中斷時，應(yīng)避免損壞設(shè)備和傷害人員。如事故情況下控制閥處于關(guān)閉位置時危害較小，則選用氣開式，反之，應(yīng)選用氣閉式。 綜上所述，采用電動調(diào)節(jié)閥對控制回路的水的流量進行調(diào)節(jié)。采用德國PS公司進口的PSL202型智能電動調(diào)節(jié)閥，無需配伺服放大器，驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制造的同步電動機，運行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉(zhuǎn)，控制精度高。控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化，可靠性高、操作方便，并可與計算機配套使用，組成最佳調(diào)節(jié)回路。有輸入控制信號420mA及單相電源即可控制運轉(zhuǎn)實現(xiàn)對壓力、流量、溫度、液位等參數(shù)的調(diào)節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄露量少的優(yōu)點[10]。（四）PLC采用西門子公司的PLC，型號為s7300?？刂婆_右邊為信號I/O接口部分，從上到下依次有開關(guān)量I/O信號通道借口、模擬量輸入通道接口、模擬量輸出通道接口。控制臺左邊為PLC控制器。從左到又分別為24VDC電源模塊、CPU315主機模塊、8塊模擬量SM331模塊、2路模擬量輸入SM331模塊（2塊）、4路模擬量輸入SM332模塊。（一）前饋控制器設(shè)計 單回路控制器，即PID控制器的傳遞函數(shù)為。被控對象一階單容水箱的傳遞函數(shù)為。前饋控制器的設(shè)計依據(jù)是不變性原理。作為一個前饋控制系統(tǒng)，在擾動發(fā)生后，必將經(jīng)過過程的擾動通道引起被控量變化，與此同時，前饋控制器根據(jù)擾動的性質(zhì)及大小對過程的控制通道施加控制，使被控量發(fā)生與前者相反的變化，以抵消擾動對被控量的影響。為前饋控制器，為過程擾動通道傳遞函數(shù)，為過程控制通道傳遞函數(shù)，為系統(tǒng)可測不可控擾動，為被控參數(shù)。典型的前饋—反饋控制系統(tǒng)框圖，如圖21，它是由一個反饋回路和一個開環(huán)補償回路疊加而成的復(fù)合系統(tǒng)。圖 22 前饋—反饋控制系統(tǒng)原理圖由圖22知，在擾動作用下，系統(tǒng)輸出為： （2．1）上式中，等式右方第一項是擾動量對被控量的影響；第二項是前饋校正作用，第三項是反饋校正作用。 圖22所示單回路前饋—反饋恒值系統(tǒng)閉環(huán)傳遞函數(shù)為： = （2．2）根據(jù)絕對不變性原理，應(yīng)有=0，從而可知，前饋模型為： Wm(s)= — （2．3）是前饋控制器z傳遞函數(shù)，是對象干擾通道的z傳遞函數(shù)，是對象控制通道的z傳遞函數(shù)。 設(shè)對象干擾通道和控制通道的傳遞函數(shù)分別為 = = 經(jīng)推導(dǎo)可 =—= （2．4）式中，= 為靜態(tài)放大系數(shù)； 微分方程為 （2．5） 若選擇采樣頻率足夠高，也即采樣周期足夠短，則可對微分方程離散化，得到差分方程為 （2．6）式中，取整整理得 （2．7）式中，；；靜態(tài)前饋控制只能保證被調(diào)參數(shù)的靜態(tài)偏差接近或等于零，而不能保證被調(diào)參數(shù)的動態(tài)偏差接近或等于零。當要求嚴格控制動態(tài)偏差時，就要采用動態(tài)前饋控制。動態(tài)前饋控制必須根據(jù)過程干擾通道和控制通道的動態(tài)特性，采用專用前調(diào)節(jié)器[13]。 型前饋調(diào)節(jié)器，這是一種“超前—滯后”動態(tài)前饋模型。當T1T2時，前饋補償具有超前特性，適用于控制通道滯后（指時間常數(shù)）大于干擾通道滯后的對象。當T1T2時，前饋補償具有滯后特性，適用于控制通道滯后小于干擾通道滯后的對象。這種模型可較好的實現(xiàn)對干擾的補償，目前得到廣泛的應(yīng)用。所以，整理得 （2．8）式中，；；根據(jù)式（）便可編制前饋控制程序，
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