【文章內(nèi)容簡介】 13 參考文獻 15 安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計說明書 第 3 頁 共 16 頁 實現(xiàn)兩個或者兩個以上參數(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際上時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)稱之為主動量。而另一種物料按主物料進行配比，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，更有可能會造成人員傷亡。而且人工配料生產(chǎn)率低、達不到規(guī)?；a(chǎn)，效率低下，大大浪費了生產(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 )按一定的比值進入到生產(chǎn)設(shè)備，否則反應就不能正常進行，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，會產(chǎn)生爆炸，威脅人身安全。 本文設(shè)計的流量比值控制系統(tǒng)，采用 PLC 作為控制器，以變頻器和電動調(diào)節(jié)閥為執(zhí)行元件，加上 PID控制方法，使自動化流量比值系統(tǒng)達到了所要求的控制精度并能實 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確，效率高、運行可靠，維護方便，自動化程度高，易實現(xiàn)用于規(guī)?；a(chǎn)。 2． 比值控制系統(tǒng)的實現(xiàn) 實現(xiàn)流程 本文設(shè)計是基于 SIEMNES S7200 PLC 流量比值流量控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計，任要求是對實驗設(shè)備中的兩回路中的流量： 實現(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 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)計任務(wù)達到所制定的要求 。隨著檢測儀器的檢測技術(shù)進步，儀器在線檢測速度及精度的提高，采用 及時檢測流量瞬時值 信號 ，將兩路信號 進行即時 比較，根據(jù)雙閉環(huán)流量比值 PID 控制算法，即可實現(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。 安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計說明書 第 4 頁 共 16 頁 O B 3 5主 副 流 量信 號 檢 測量 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)場采集到的瞬時信號送入到 SM331 模塊后是 027648 之間的值，需要經(jīng)過量程變換后才能 轉(zhuǎn)換為能實際值。相反當控制信號輸出給 SM332 時，同樣需要將實際值轉(zhuǎn)換成執(zhí)行器的控制信號值。因此使用了 SETP7 中 FC105 和 FC106 兩個量程變換模塊，需要的注意的是兩個模塊的上下限設(shè)置需要根據(jù)檢測設(shè)備的量程來確定。如流量檢測裝置量程為02020L/h。所以我們設(shè)置上下限的量程也為 02020L/h。如圖 2所示。 圖 2 量程轉(zhuǎn)換 安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計說明書 第 5 頁 共 16 頁 變比值及主流量可控制 要實現(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)為一個變量，例如 MD50，如圖 3所示。在 Wincc 中，新建一個變量 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 位浮點數(shù)。在控制觀察界面設(shè)置 K 為即時輸入。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 項相連接。這樣關(guān)于比值可調(diào)和主流量可控就易實現(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)一的標準信號，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)計中由于流量信號是線性信號，由于測量信號與被測流量成線性關(guān)系，其比值系數(shù)都等于流量比乘以流量測量上限之比的倒數(shù)。線性流量信號，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等，它們與所測量流量之間成線性關(guān)系。 當流量從 0Qmax 變化時，變送器相應的輸出電流圍 420mA，對任一中間流量 Q1， Q2對應的輸出電流信號為： 安慶師范學院物理與電氣工程學院《過程控制系統(tǒng)》設(shè)計說明書 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—— 測量主副六倆功能所用變送器的最大量程， I1， I2—— 對應 Q1， Q2 的輸出電流信號。 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)計中 由于 設(shè)計 上所要求的 FIT101 與 FIT102 的比值是 兩路流量 之比 （線性流量信號） ，而計算機上體現(xiàn)參數(shù)與參數(shù)之間的關(guān)系是相應的電信號，因此，比值系數(shù)的計算就是把 設(shè)計 上要求的流量比折算成在計算機上設(shè)置對應的電信號之比。 FIT101（ Q1）、FIT102(Q2)瞬時流量與其 電磁流量轉(zhuǎn)換器 輸出的毫 安 電信號成線性關(guān)系。而流量由零變至最大值時，信號放大后所對應的電 流 值為 4～ 20mA，則流量的任一中間值 Q 所對應的 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