【文章內(nèi)容簡介】 3。 14 設計心得 16 參 考 文 獻 17 4 1 引言 主要內(nèi)容 本課程設計是學完《工業(yè)過 程控制》課程后的一個應用性實踐環(huán)節(jié)。 通過本課程設計的訓練，對過程控制工程設計的概念有完整地了解，同時培養(yǎng)綜合應用基礎課、專業(yè)課所學知識與工程實際知識的能力。 通過對過程控制系統(tǒng)的分析與設計，獲得面向工業(yè)生產(chǎn)過程系統(tǒng)分析與設計的實踐知識，初步掌握過程控制系統(tǒng)開發(fā)和應用的技能。 基于組態(tài)軟件的流量比值過程控制系統(tǒng)通過某種組態(tài)軟件，結合實驗室已有設備，按照定值系統(tǒng)的控制要求，根據(jù)較快較穩(wěn)的性能要求，采用單閉環(huán)控制結構和PID 控制規(guī)律， 通過流量傳感器將檢測到的流量與設定值送入計算機，計算機運用PID 算法得到相應的控制 信號，并將其輸出給執(zhí)行器，然后執(zhí)行器調節(jié)調節(jié)閥，以達到調節(jié)流量的控制目的。 設計一個具有較美觀組態(tài)畫面和較完善組態(tài)控制程序的流量比值單回路過程控制系統(tǒng)。 流量比值控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中應用十分廣泛，它能使系統(tǒng)穩(wěn)定，精確地輸出，更能實現(xiàn)自動化控制，是過程控制系統(tǒng)的一個典型。本設計針對生產(chǎn)中兩種液體的流量的控制，對其設計了單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)，將液體 A 作為主流量，液體 B為副流量進行設計，設計中用到了多個硬件設備，并基于計算機實現(xiàn)過程的自動控制。 任務要求 根據(jù)要求自己設計系統(tǒng)結構，分析系統(tǒng)的特點和系統(tǒng)特性 ，在實驗室連接系統(tǒng)部件、構造硬件系統(tǒng)。可以自己跳線、連線，并連好對象、控制器、計算機，但是打開電源之前必須經(jīng)過指導教師檢查。在過程監(jiān)控計算機上編制相應監(jiān)控組態(tài)程序。通過對控制器、監(jiān)控計算機和實驗對象的聯(lián)機調試、執(zhí)行、觀察結果，達到預期應用功能和控制目的，比較不同方案的應用效果。 （ 1） 根據(jù)流量比值單回路過程控制系統(tǒng)的具體對象和控制要求，獨立設計控制方案，正確選用過程儀表。 （ 2） 根據(jù)流量比值單回路過程控制系統(tǒng) A/D、 D/A 和開關 I/O 的需要，正確選 5 用過程模塊。 （ 3） 根據(jù)與計算機串行通訊的需要，正確選 用 RS485/RS232 轉換與通訊模塊。 （ 4） 運用組態(tài)軟件，正確設計流量比值單回路過程控制系統(tǒng)的組態(tài)圖、組態(tài)畫面和組態(tài)控制程序。 （ 5） 提交包括上述內(nèi)容的課程設計報告。 2 設計方案 控制方案 根據(jù)設計要求，系統(tǒng)采用單閉環(huán)比值控制。在控制兩種物料的比值系統(tǒng)中，起主導作用的物料流量稱為主動量，跟隨主動量而變化的物料流量稱為從動量。設本系統(tǒng)中液體 A 為主動量，液體 B 為從動量。將從動量用一個閉環(huán)包括進去，而主動量開環(huán)。將液體 A 的流量 y1通過比值控制器 k 作為閉環(huán)回路的輸入量。所以從動量B的給定是 ky1，因 為 y1開環(huán)，故 y2要隨著 y1的變化而變化，即從動量 B是一個隨動控制系統(tǒng)。 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點： 單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的優(yōu)點是它不但能實現(xiàn)副流量跟隨主流量的變化而變化，而且可以克服副流量本身干擾對比值的影響，因此主副流量的比值較為精確。它結構形式較簡單，實施起來亦較方便，所以得到廣泛的應用，尤其適用于主物料在工藝上不允許進行控制的場合。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)雖然兩物料比值一定，但由于主流量是不受控制的，所以總物料是不固定的，這對于負荷變化幅度大，物料又直接去化學反應器的場合是不適合的。此外，這種方案對于嚴格要 求動態(tài)比值的場合也是不適應的。 系統(tǒng)結構 圖 圖 系統(tǒng)結構圖 6 上圖為系統(tǒng)結構圖。當打開液體 A 的閥門，流量檢測傳感器測出其流量值，經(jīng)變送單元送至比值器，比值器的輸出與液體 B 流量測量變送送出的流量值相減，其偏差作為液體 B 流量控制器的輸入值，控制器的輸出用來控制調節(jié)閥，從而使液體B 的流量得到了控制。這就使液體 B 的流量隨液體 A 的流量變化而變化。其中液體A 的電動調節(jié)閥是為了方便設置 A 的流量。 系統(tǒng)結構原理圖 和流程圖 如下 圖 ，圖 所示： 圖 系統(tǒng)流程圖 圖 系統(tǒng)結構原理圖 3 硬件部分設計 電動調節(jié)閥的選擇 采用電動調節(jié)閥對控制回路的液體的流量進行調節(jié)。采 用德國 PS 公司進口的 PSL202 型智能電動調節(jié)閥， 如圖 所示， 無需配伺服放大器，驅動電路采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機運行平穩(wěn)，體積小，力矩大，抗堵轉，控制精度高?？刂茊卧c執(zhí)行機構一體化，可靠性高、操作方便，并可與計算機配套使用，組成最佳調節(jié)回路。由輸入控制信號 4~20mA 及單相電源即可控制運轉實現(xiàn)對壓力流量溫度液位等參數(shù)的調節(jié)，具有體積小，重量輕，連線簡單，泄漏量少的優(yōu)點。采用 PS 電子式直行程執(zhí)行機構， 4~20mA 7 閥位反饋信號輸出雙導向單座柱塞式閥芯，流量具有等百分 圖 電動調節(jié)閥 比特性，直線特性和快開 特性，閥門采用柔性彈簧連接， 可預置閥門關斷力，保證閥門的可靠關斷防止泄漏。性能穩(wěn)定可靠，控制精度高，使用壽命長等優(yōu)點。 電磁流量傳感器的選擇 流量傳感器用來對電動調節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進行檢測。根據(jù)本實驗裝置的特點，采用工業(yè)用的 LDS10S 型電磁流量傳感器， 如右圖 ， 公稱直 徑 10mm，流量 0~，壓力， 420mA 標準信號輸出?？膳c顯示，紀錄儀表，積算器或調節(jié)器配套。避免了渦輪流量計非線性與死區(qū)大的致命缺點，確保實驗效果能達到教學要求。主要優(yōu)點：