【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 13 參考文獻(xiàn) 15 安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說明書 第 3 頁 共 16 頁 實(shí)現(xiàn)兩個(gè)或者兩個(gè)以上參數(shù)符合一定的比例關(guān)系的 控制系統(tǒng)，稱為比值控制系統(tǒng)。由于過程工業(yè)中大部分物料是以氣態(tài)、液態(tài)或混合的物體狀態(tài)在密閉管道中進(jìn)行能量的傳遞與物質(zhì)交換，所以保持兩種或者幾種物料的比例實(shí)際上時(shí)保持兩種或幾種物料的流量比例關(guān)系，因此，比值控制系統(tǒng)一般是指流量比值控制系統(tǒng)。 在需要保持比值關(guān)系的兩種物料中，必有一種物料處于主導(dǎo)地位，這種物料稱之為主物料，表征這種物料的參數(shù)稱之為主動(dòng)量。而另一種物料按主物料進(jìn)行配比，在控制過程中隨主物料而變化，因此稱為從物料。 傳統(tǒng)的流量比值系統(tǒng)是靠人工實(shí)現(xiàn)，人為因素成為決定配料精度的關(guān)鍵。由于工作環(huán)境及工作人員 素質(zhì)的關(guān)系，經(jīng)常出現(xiàn)產(chǎn)品不合格，質(zhì)量不穩(wěn)定性差的情況，造成了大量人力、物力的浪費(fèi)，更有可能會(huì)造成人員傷亡。而且人工配料生產(chǎn)率低、達(dá)不到規(guī)?；a(chǎn)，效率低下，大大浪費(fèi)了生產(chǎn)成本。例如析磷酸二銨生產(chǎn)中，需要液氨、磷酸兩物料量 (破氨比 )按一定的比值進(jìn)入到生產(chǎn)設(shè)備，否則反應(yīng)就不能正常進(jìn)行，這不僅影響了生產(chǎn)，而且在兩種物料比例超過一定極限時(shí)，會(huì)產(chǎn)生爆炸，威脅人身安全。 本文設(shè)計(jì)的流量比值控制系統(tǒng)，采用 PLC 作為控制器，以變頻器和電動(dòng)調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行元件，加上 PID控制方法，使自動(dòng)化流量比值系統(tǒng)達(dá)到了所要求的控制精度并能實(shí) 現(xiàn)比值的可調(diào)。使用 PLC 作為控制元件，控制精度高，兩條輸出線路流量比值控制準(zhǔn)確，效率高、運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，自動(dòng)化程度高，易實(shí)現(xiàn)用于規(guī)?；a(chǎn)。 2． 比值控制系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 實(shí)現(xiàn)流程 本文設(shè)計(jì)是基于 SIEMNES S7200 PLC 流量比值流量控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，任要求是對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)備中的兩回路中的流量： 實(shí)現(xiàn) 主回路路流量 與 副回路路流量 的 比值控制 K 在 12之間可調(diào)，主流量設(shè)定在 300— 1000L/h 可調(diào)，穩(wěn)態(tài)誤差 ? ?2%的誤差范圍之內(nèi) ，這是此次設(shè)計(jì) 的關(guān)鍵。 所以在控制 過程中沒有 一定 精度的自控設(shè)施，將無法保證 設(shè)計(jì)任務(wù)達(dá)到所制定的要求 。隨著檢測(cè)儀器的檢測(cè)技術(shù)進(jìn)步，儀器在線檢測(cè)速度及精度的提高，采用 及時(shí)檢測(cè)流量瞬時(shí)值 信號(hào) ，將兩路信號(hào) 進(jìn)行即時(shí) 比較，根據(jù)雙閉環(huán)流量比值 PID 控制算法，即可實(shí)現(xiàn)兩路流量比值的可調(diào)以及主回路的流量可調(diào)。在 OB1 塊中，設(shè)置一個(gè)起保停程序?qū)崿F(xiàn)主程序 的開始和停止。在 OB35 中，為主控程序，其流程圖如圖 1所示。 安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說明書 第 4 頁 共 16 頁 O B 3 5主 副 流 量信 號(hào) 檢 測(cè)量 程 變 換主 回 路 設(shè)定 值 輸 入P ID 調(diào) 節(jié) 1調(diào) 節(jié) 閥 1比 值 器P ID 調(diào) 節(jié) 2調(diào) 節(jié) 閥 2返 回開 始 圖 1 OB35 流程圖 量程變換 從現(xiàn)場(chǎng)采集到的瞬時(shí)信號(hào)送入到 SM331 模塊后是 027648 之間的值，需要經(jīng)過量程變換后才能 轉(zhuǎn)換為能實(shí)際值。相反當(dāng)控制信號(hào)輸出給 SM332 時(shí)，同樣需要將實(shí)際值轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器的控制信號(hào)值。因此使用了 SETP7 中 FC105 和 FC106 兩個(gè)量程變換模塊，需要的注意的是兩個(gè)模塊的上下限設(shè)置需要根據(jù)檢測(cè)設(shè)備的量程來確定。如流量檢測(cè)裝置量程為02020L/h。所以我們?cè)O(shè)置上下限的量程也為 02020L/h。如圖 2所示。 圖 2 量程轉(zhuǎn)換 安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說明書 第 5 頁 共 16 頁 變比值及主流量可控制 要實(shí)現(xiàn)比值系統(tǒng)的可調(diào)及主流量的可控，關(guān)鍵的問題在于在程序中設(shè)置變量與控制界面設(shè)置的變量建立相關(guān)連接。在 OB35 程序中將比值 K 設(shè)為一個(gè)變量，例如 MD50，如圖 3所示。在 Wincc 中，新建一個(gè)變量 K,需注意的是，變量比值 K 必須和 MD50 連接，數(shù)據(jù)類型為 32 位浮點(diǎn)數(shù)。在控制觀察界面設(shè)置 K 為即時(shí)輸入。畫面如圖 4 所示。而主流量的可控可以控制界面直接建立 SP（設(shè)定值）與 FB41 中的 SP 項(xiàng)相連接。這樣關(guān)于比值可調(diào)和主流量可控就易實(shí)現(xiàn)了。 圖 3比值變量可調(diào) 圖 4 控制界面 3 關(guān)于流量比值控制系統(tǒng)分析及 PID參數(shù)整定 流量比值控制系統(tǒng)的分析 比值控制的實(shí)質(zhì)是解決物料量之間的比值關(guān)系問題，工藝上規(guī)定的比值，是指兩個(gè)流量的質(zhì)量或體積流量之比，而通常儀表 使用的是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，必須把工藝上要求的比值換算成儀表上的比值系數(shù) K。設(shè)計(jì)中由于流量信號(hào)是線性信號(hào)，由于測(cè)量信號(hào)與被測(cè)流量成線性關(guān)系，其比值系數(shù)都等于流量比乘以流量測(cè)量上限之比的倒數(shù)。線性流量信號(hào)，如轉(zhuǎn)子流量變送器，渦輪流量變送器，差壓變送器，經(jīng)開方器后的流量信號(hào)等，它們與所測(cè)量流量之間成線性關(guān)系。 當(dāng)流量從 0Qmax 變化時(shí)，變送器相應(yīng)的輸出電流圍 420mA，對(duì)任一中間流量 Q1， Q2對(duì)應(yīng)的輸出電流信號(hào)為： 安慶師范學(xué)院物理與電氣工程學(xué)院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計(jì)說明書 第 6 頁 共 16 頁 )(4161 11 mAI M A X ??? （ 1） )(4162 22 mAI M A X ??? （ 2） Q1， Q2—— 主副流量的體積流量， Q1max， Q2max—— 測(cè)量主副六倆功能所用變送器的最大量程， I1， I2—— 對(duì)應(yīng) Q1， Q2 的輸出電流信號(hào)。 若工藝要求 21 K? 則： m a x1m a x2m a x11m a x2212 )4( )4( kQI QIK ????? （ 3） 所以儀表的比值系數(shù)： m a x2m a x112 )4( )4( kIIK ???? （ 4） 在此設(shè)計(jì)中 由于 設(shè)計(jì) 上所要求的 FIT101 與 FIT102 的比值是 兩路流量 之比 （線性流量信號(hào)） ，而計(jì)算機(jī)上體現(xiàn)參數(shù)與參數(shù)之間的關(guān)系是相應(yīng)的電信號(hào)，因此，比值系數(shù)的計(jì)算就是把 設(shè)計(jì) 上要求的流量比折算成在計(jì)算機(jī)上設(shè)置對(duì)應(yīng)的電信號(hào)之比。 FIT101（ Q1）、FIT102(Q2)瞬時(shí)流量與其 電磁流量轉(zhuǎn)換器 輸出的毫 安 電信號(hào)成線性關(guān)系。而流量由零變至最大值時(shí)，信號(hào)放大后所對(duì)應(yīng)的電 流 值為 4～ 20mA，則流量的任一中間值 Q 所對(duì)應(yīng)的 電流I為 : 111 1 6 4 ( )M A XF ITI m AF IT? ? ? （ 5） 222 1 6 4 ( )M A XF ITI m AF IT? ? ? （ 6） （ 5） 式中 Qmax=2020L/h 為管道中流量最大值 根據(jù)設(shè)計(jì)要求流量比值在 K=12 之間可調(diào)，由（ 1）式可得 m a x1m a x2m a x11m a x2212 )4( )4( kQI QIK ????? （ 7） 這時(shí)可以看出： 10121 1 0 2( 4 )( 4 ) M A XM A XF ITIKKI F IT???? （ 8） 主流量 Q1 在 3