流量比值过程控制设计
6.比值控制-过程控制(自动化)解析
F1 ( NaOH溶液 )
清水稀释成浓度为5%的溶液。流量F1、 F2的测量仪表均为线性变送器，仪表 量程分别为0~30T/hr和0~120T/hr，并 采用DDZ-Ⅲ型，K为比值计算单元。 （1）求K值与工艺比值的关系式； （2）根据所描述的工艺情况，确定
I1
I2
I3
K
FC
K值；
（3）若F1的变化范围为10~20T/hr， 试求取稳态条件下I2与I3的变化范围 （用mA表示）
要求：QA / QB = KAB（比值系数）而QB 为主动流 量， QA 为从动流量（可控量），要求设计一控制 系统通过调节QA 以实现上述比值控制目标。
开环比值控制方案
Q1
Q2 KQ1
FT K
缺点：Q2受干扰时，同 样开度Q2值不同，则
K Q2
Q2
Q1
只适合于对比值精度要求不高，从动物料流量比较稳定的场合。
K
AB
Q B max Q A max
存在问题：物料A的流量回路存在非线性，当物料B的流量减少时，回路 增益增大，有可能使系统不稳定，并可能出现“除零”运算。
相除方案中，仪表比值系数K与负荷变化有关，呈非线性关系，近年已不采 用相除方案实施比值控制。 但该方案可直接得到两个流量的实际比值；为 使调节有裕度，设定宜在中间，即K在50%左右为宜。
（3）前馈反馈串级 控制
凝液
工艺 介质
上一节中所采用的前馈控制器：
系统功能——变增益串级
×
RVsp
RV
FC
TC
蒸汽
T2sp
RF
K
1 RF
凝液
T2
工艺 介质
系统功能—前馈串级控制
＋ 前馈控制器
过程控制课程设计流量比值控制
一．设计任务分析设计任务的描述在了解、熟悉和掌握双闭环流量比值控制系统的工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础之上,根据生产过程对控制系统所提出的安全性、经济性和稳定性要求,应用控制理论对控制系统进行分析和综合,最后采用计算机控制技术予以实现;设计的目的通过对一个完整的生产过程控制系统的课程设计,使我们进一步加深对过程控制系统课程中所学内容的理解和掌握,提高我们将过程检测与控制仪表、自动控制原理、微机控制技术和过程工程基础等课程中所学到知识综合应用的能力;锻炼学生的综合知识应用能力,让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤,系统的集成和投运;从而培养学生分析问题和解决问题的能力;设计的要求1.从组成、工作原理上对工业型流量传感器、执行机构有一深刻的了解和认识;2.分析控制系统各个环节的动态特性,从实验中获得各环节的特性曲线,建立被控对象的数学模型;3.根据其数学模型,选择被控规律和整定调节器参数;4.在Matlab上进行仿真,调节控制器参数,获得最佳控制效果;5.了解和掌握自动控制系统设计与实现方法,并在THJ-2型高级过程控制系统平台上完成本控制系统线路连接和参数调试,得到最佳控制效果;6.分析仿真结果与实际系统调试结果的差异,巩固所学的知识;本次设计的具体要求1.控制电磁阀的开度实现流量的单闭环的PI调节;2.通过变频器控制电磁阀运行实现流量的单闭环的PI调节3.用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量,满足一定的工艺生产要求二．总体设计方案方案论证根据实际生产情况,比值控制系统可以选择不同的控制方案,比值控制系统的控制方案主要有开环比值控制系统,单闭环比值控制系统,双闭环比值控制系统几种;方案一：单闭环控制系统原理设计的系统框图如图所示;图单闭环流量比值控制系统原理图单闭环流量比值控制系统与串级控制系统相似,但功能不同;可见,系统中没有主对象和主调节器,这是单闭环比值控制系统在结构上与串级控制不同的地方,串级控制中的副变量是调节变量到被控变量之间总对象的一个中间变量,而在比值控制中,副流量不会影响主流量,这是两者本质上的区别;方案二：在单闭环控制系统基础上,增加一个主流量闭环控制系统,单闭环比值控制系统就成为双闭环比值控制系统,其方框图如图所示;双闭环较之于单闭环而言更加复杂,选用的设备也更多,但对于实际生产,生产效率和质量十分重要,因此对系统的稳定性和精确度要求较高;双闭环比值控制系统能实现主动量的抗扰动、定植控制,使主、从动量均比较稳定,从而使总物料也比较平稳,这样,系统总负荷也将是稳定;经过分析,当系统处于稳态时,比值关系是比较精确的；在动态过程中,比值关系相对而言不够精确;另外,如果主流量处于不变的状态,副流量控制系统又相当于一个定值控制系统;方案二的双闭环流量比值控制系统,是在主流量也需要控制的情况下,增加一个主流量闭环控制系统构成的,由于增加了主流量闭环控制系统,主流量得以稳定,从而使得总流量能保持稳定;双闭环比值控制系统主要应用于总流量需要经常调整的场合;如果没有这个要求,两个单独的闭环控制系统也能使两个流量保持比例关系,仅仅在动态过程中,比例关系不能保证;方案选择通过方案的论证可知,单闭环流量比值控制系统适用于负荷变化不大,主流量不可控制,两种物料间的比值要求较精确的生产过程;而双闭环流量比值控制系统适用于主副流量扰动频繁,负荷变化较大,同时保证主、副物料总量恒定的生产过程;该设计针对控制对象,主流量选择为氯化钾液体,而副流量则选择是硫酸液体,实际生产中,由于这两种化学成分并不十分稳定,因而可能造成扰动频繁,并且属于负荷变化较大;经过分析,选择方案二的双闭环流量比值控制系统来设计该生产控制系统更为合适;双闭环比值控制系统的结构在现代工业生产过程中,经常遇到生产工艺要求两种或多种物料流量成一定比例关系的问题,一旦比例失调,就会影响生产的正常进行,影响产品质量,浪费原料,消耗动力,造成环境污染,甚至产生生产事故;如硝酸生产中的氨氧化炉,其进料是氨气和空气,两者的流量必须具有一个合适的比例,因为氨在空气中的含量,低温时在15～28％之间,高温时在14～30％之间都有可能产生爆炸的危险,严格控制其比例,使其不进入爆炸范围,对于安全生产来说十分重要;这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统,均称为比值控制系统;本设计被控对象为电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量,每个支路上分别装有流量传感器对支路的流量进行测量,电动阀支路的流量是系统的主动量Q1,变频器—磁力泵支路的流量是系统的从动量Q2;要求从动量Q2能跟随主动量Q1的变化而变化,而且两者间保持一个定值的比例关系,即Q2／Q1＝K,同时要求保证主动量与从动量保持总量恒定;双闭环比值控制系统的结构图,如图,若除去比值器,则为两个独立的单回路系统;事实上,若采用两个独立的单回路系统同样能实现它们之间的比值关系,但只能保证静态比值关系;当需要实现动态壁纸关系时,比值器就不能省;双闭环比值控制所用设备较多、投资较高,而且运行投入比较麻烦,只有在工业特定要求如严格控制两种物料比例的情况下使用;三．实验装置说明及使用系统简介“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象,它集自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术为一体的多功能实验装置;该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识,单回路控制,串级控制,前馈—反馈控制,比值控制,解耦控制等多种控制形式;系统组成本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成;系统动力支路分两路：一路由三380V交流磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵220V变频、涡轮流量计及手动调节阀组成;压力传感器、变送器：采用工业用的扩散硅压力变送器,含不锈钢隔离膜片,同时采用信号隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿;压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测,其精度为级,因为为二线制,故工作时需串接24V直流电源;温度传感器：本装置采用六个Pt100传感器,分别用来检测上水箱出口、锅炉内胆、锅炉夹套以及盘管的水温;经过调节器的温度变送器,可将温度信号转换成4～ 20mADC电流信号;Pt100传感器精度高,热补偿性较好;流量传感器、转换器：流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路及盘管出口支路的流量进行测量;涡轮流量计型号：LWGY-10,流量范围：0～1.2m3/h,精度：%;输出：4～20mA标准信号;本装置用了三套涡轮流量传感器、变送器;电动调节阀：采用智能型电动调节阀,用来进行控制回路流量的调节;电动调节阀型号为：QSVP-16K;具有精度高、控制单元与电动执行机构一体化、操作方便等优点,控制信号为4～20mA DC或1～5V DC,输出4～20mA DC 的阀位信号,使用和校正非常方便;变频器：本装置采用日本三菱变频器,控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC,～220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵;水泵：本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为32升/分,扬程为8米,功率为180W;本装置采用两只磁力驱动泵;一只为三相380V恒压驱动,另一只为三相变频220V输出驱动;可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置,输入控制信号为4～20mA标准电流信号;输出电压用来控制加热器加热,从而控制锅炉的温度;电磁阀：在本装置中作为电动调节阀的旁路,起到阶跃干扰的作用;电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2,最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃;图装置总貌图操作前准备实验前,要对被控对象及其控制系统所涉及的仪器仪表有清楚的认识;先将储水箱中贮足水量,电动调节阀可以通过阀F1-1、磁力泵、F1-2、F1-8流至下水箱;变频器—磁力泵支路可以通过阀F2-1、变频器控制的磁力泵、阀F2-5流至下水箱;两个支路的流量传感器分别为FT1与FT2;具体管道开关及器件位置如图所示：图管道开关及器件位置图AI智能调节仪1设置参考：;Sn=33;CF=0;ADDR=1;SV=15；diH=100;dil=0; 调节仪2：Sn=32;CF=8;ADDR=2; diH=100;dil=0;电动调节阀使用：电动阀上电后切不可用手来旋转黑色手轮,断开控制信号后,阀位有保持功能,也不可旋转手轮,只有在断开AC220V后,才可使用手动,在一般情况下无须手动;控制面板接线说明控制面板如图所示图控制面板图①强电部分：三相电源输出u、v、w 接到380v磁力泵的输入u、v、w端；变频器输出端A、B、C接到220v磁力泵输入A、B、C端；单相Ⅰ的L、N 并联接到调节仪1和调节仪2的L、N端；单相Ⅱ的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端；单相Ⅲ的L、N端接到比值器电源的L、N端；②弱电部分：电动阀支路流量FT1信号并联接到调节仪1的1、2输入端和比值模块电压输入1的+、-端,比值模块的电压输出+、-端对应接到调节仪2的1、2端,FT2信号+、-端对应接到调节仪2的3、2输入端；调节仪1的输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号+、-端,调节仪2的输出7、5端对应接到变频器4～20mA控制信号输入+、-端,变频器STF端、SD端和RH 端短接；24v电源输出+、-端接到流量计电源输入+、-端;变频器使用：开启变频器后,其指示灯会自动工作在“EXT”外部控制状态下,当我们设置好参数P30=1,P53=1,P62=4选择正转将STF和SD短接再将DC4~20mA控制信号给到变频器信号输入端子去,就可以自动控制了,其中0~5V电压输入不可用;手动控制频率时,可在控制信号线和正反转短接线都拔下的情况下,按下“PU/EXT”按钮,就可将变频器的工作状态从EXT切到PU状态下,将频率调到某一值,按下“SET”键,这时会有F和设定值交替闪烁3秒的状态,表示设定成功,按下“RUN”键,变频器会自动运行到设定频率,在运行状态下,可通过旋转频率设定器来调整当前运行频率;注意切不可在变频器带电机运行时,拔下任一根强电输入输出线,造成变频器在运行状态下突然断电或电机缺相,先将变频器停止按下“STOP”键,再在断开变频器输入电源的情况下接线; 磁力驱动泵1为380V磁力驱动泵,磁力驱动泵2为220V磁力驱动泵;本实验采用变频器控制泵打水,所以用到的泵为220V磁力驱动泵,开启实验设备前谨记保证F2-1阀门处于打开的状态;AI智能调节仪部分设置参数解释：Sn输入规格Sn=32：—1V100mV-500mVSn=33：1-5V电压输入dip小数点位dil输入下限显示值dih输入上限显示值oPL调节器输出下限值oPH调节器输出上限值CF系统功能选择CF=0为反作用调节方式CF=8为有分段功能限制功能的反作用调节方式Addr通讯地址run运行状态及上电信号处理run=0手动调节状态run=1自动调节状态四．单回路参数整定由于电动阀跟变频器控制下的磁力泵的过程传递函数是未知的,因此我们必须对这测出这两个被控对象特性;被控对象特性的测试方法通过分析建模可知,其数学模型为：1()W s()H sQ s（）＝=1KTS+若令Q1s作为阶跃扰动,即Q1s=X0S,则HS=/1K TST+×0XS=K0XS-0X1KST+对上式取拉氏反变换得ht=KX01-tT e-式中T=RC位时间常数,K为放大系数;当t→∞时,h∞=KX0,因而有K=h∞/X0.当t=T时,则有：hT=KX01-e-1==∞由上可知一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数,如图7所示;当由实验求得图所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%;所对应的时间,就是时间常数T;图阶跃响应曲线电动阀传递函数测试图为电动阀输入与输出特性的方框图：图电动阀输入与输出特性方框图在t 0时给电动阀的输入量,得出相应的曲线;如图所示图 电动阀的输入量特性曲线图当t —>∞时,h ∞=K 0x ,因而有K=h ∞/0x =输出稳态值/阶跃输入;故K==为了方便计算y *t1=, y *t2=,则可得可求得0T = 而HS= 1sKe Ts τ-+故HS= 6.4449.411 1.572se s -+4．3 变频器——磁力泵传递函数测试图为变频器——磁力泵输入与输出特性的方框图：图磁力泵输入与输出特性图与电动阀传递函数相同,得出其相应曲线如图所示：图 磁力泵输入与输出特性曲线图同理,当t —>∞时,h ∞=K 0x ,因而有K=h ∞/0x =输出稳态值/阶跃输入;故K==为了方便计算y *t1=, y *t2=,则可得可求得1T =而HS= 1sKe Ts τ-+故HS= 7.42815.8071 2.88se s -+4．4用MATLAB 进行仿真如图所示为电动阀、变频器——磁力泵两个回路在MATLAB 的仿真：图 MATLAB 仿真原理图其中两个回路的比例度&分别为40%和50%,I 值都为,仿真的响应曲线如图和图所示：图主变量流量曲线图 图副变量流量曲线图说明：左图为电动阀回路相应曲线,右图为变频器——磁力泵响应曲线,图中对Y 轴上进行了放大,以更好地显示波形在1附近的变化情况,由观察可得,这种PI 设置基本能够使响应曲线稳定在1左右;五． 比值控制系统参数调节比值系数的计算设流量变送器的输出电流与输入流量间成线性关系,当流量Q 由0→Q max 变化时,相应变送器的输出电流为4→20mA;由此可知,任一瞬间主动流量Q 1和从动流量Q 2所对应变送器的输出电流分别为I 1=416max11+⨯Q Q I 2=416max 22+⨯Q Q 式中Q 1max 和Q 2max 分别为Q 1和Q 2最大流量值;设工艺要求Q 2/Q 1=K,则式1可改写为Q 1=16)4(1-I Q 1max同理式2也可改写为Q 2=16)4(2-I Q 2max 于是求得12Q Q =4412--I I max 1max 2Q Q 折算成仪表的比值系数K ′为：K ′ = K max2max 1Q Q 比值控制系统参数的整定按单回路的镇定方法分别镇定调节器1、2的PID 参数,但在具体操作中先整定调节器1的参数,待主回路系统稳定后,在整定从动回路中的调节器2CF=8,即外给定的参数;在主回路运用上面提到的PI 值,输出流量调剂时间稍长,系统在长时间运行以后有一点偏差,因此稍为减小P 的作用,适当加大I 的值;根据工艺要求,从余差、衰减率、最大偏差、过渡时间考虑设置,主从回路的PI 现场整定如下表所示：六． 结果分析给定阶跃响应曲线图给定阶跃响应曲线图图为主回路曲线,红线表示给定值的变化,从给定流量20上升到30作为输入,绿线表示输出值的变化,由图可以看出输出值在输入值变化一段时间后能自动跟踪输入值,而且偏差不大,基本符合要求;图从动回路曲线图图为从动回路曲线,红线是自动跟踪主回路输出值作为从动回路的输出值,实现自动控制;在比例控制系统中,采用了K=1的比值控制,因此主回路的输出值与从动回路的输出值比值为1：1;紫色线是从动回路的输出量,由图能清楚地看到输出流量基本与输入值重合,从动回路的快速性很好;改变K的大小,能改变系统两种流量的比值;加入扰动时的响应曲线图加入扰动时的响应曲线图加入扰动以后,系统电动阀在流量信号反馈前保持原来的开度,因此图形出现一定的波动,在输入量不变的情况下,系统能很快地进行自动调节,最后达到平衡状态;图在主回路输出Q1出现波动的情况下,影响了从动回路的输入量,导致输出量跟随输入量Q1变化,当Q1稳定是,Q2也很快地趋于稳定;双闭环比值控制系统实际操作调试结果图3-4-3 双闭环比值控制系统实际操作调试结果双闭环比值控制系统实际操作输出曲线图3-4-3 双闭环比值控制系统实际操作输出曲线七．心得体会本次课程设计,经过老师的悉心指导和同学们的相互配合跟相互帮助,顺利完成了此次设计,这次课程设计,收获了很多,在查阅相关资料的时候,学到了许多书本以外的应用性的知识;在整个课程设计的过程中,接触到了以前从来都没有接触过的设备;学习了新设备的运用;经过2个星期的学习与调试,基本完成双闭环流量比值控制;这两星期中出现过很多很多问题,如特性曲线显示不平稳,锅炉加热管烧坏,两条回路比例无法调节等问题,经过逐一的检查,排除障碍,最后得到实验结果;经过这次课程设计,使我对THJ-2型高级过程控制系统实验装置有了基本的了解,对过程控制技术的原理及应用有了个进一步的理解,对单回路控制,比值控制,双闭环回路控制有了进一步的深入研究;加强了我对过程控制技术的认识,明白了过程控制系统技术在实际应用的重要性;八．参考文献1 王再英,刘淮霞,陈毅静.过程控制系统与仪表M.北京：机械工业出版社,20062 卲裕深,戴先中 .过程控制工程. 北京：机械工业出版社,3 孙炳达.自动控制原理.北京：机械工业出版社,。
基于mcgs的单闭环流量比值控制系统的设计
标题：探究基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计在当今工业自动化控制系统中，流量控制系统是至关重要的一环。
而基于MCGS（多变量控制系统）的单闭环流量比值控制系统的设计，更是一项挑战而又高效的技术。
本文将从深度和广度探讨该主题，帮助读者更好地理解这一概念。
一、流量控制系统概述1.1 什么是流量控制系统在工业生产中，流体的流动是一个普遍存在的过程，而流量控制系统则是用来准确控制流体的流动速度、流量和压力的系统。
它可以应用在化工、石油、制药等领域，对生产过程起着至关重要的作用。
1.2 流量控制系统的主要组成部分基于MCGS的单闭环流量比值控制系统由哪些主要组成部分组成？（这里可以详细介绍各个部分的功能和作用）二、基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计2.1 MC基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计，首当其冲的就是MC （多变量控制系统）。
MC是一种先进的控制系统，它采用多个输入、多个输出（MIMO）的控制方法，相比传统的单变量控制系统（SISO），MC能够更准确地控制流量的比值。
2.2 单闭环流量比值控制系统（这里可以详细描述单闭环流量比值控制系统的特点和设计原理，以及与MC的结合）三、个人观点和理解在我看来，基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计不仅是技术创新的体现，更是工业自动化控制系统发展的必然趋势。
它将有效提高生产过程的稳定性和效率，为工业生产带来巨大的益处。
总结和回顾通过本文的探讨，我们对基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计有了更深入的了解。
从流量控制系统的概述，到MC和单闭环流量比值控制系统的设计，再到个人观点和理解，我们获得了全面、深刻和灵活的知识体系。
基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计是一项充满挑战和机遇的工作，它必将推动工业自动化控制系统向更高水平迈进。
希望本文能够帮助读者更好地理解和应用这一技术，为工业生产带来更大的效益。
在文章中，我尽力多次提及了指定的主题文字“基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计”，并按照知识的文章格式进行撰写，保证了文章内容的丰富和深度。
基于MCGS的单闭环流量比值控制系统的设计
２所示 。
通 讯 作 者 ： 恒 娟 ， ｍ ｉ ５８ ２ ５ ＠ ｑ ．Ｏ ． 刘 Ｅ ａｌ ７ ７ ７ ８ ｑ Ｃｒ ： ｎ
第 ４期
刘恒娟 ： 于 ＭＣ Ｓ的单 闭环流量 比值控制系统的设计 基 Ｇ
・ ５・ ７
图 ２ 系统 方 框 图
本设 计在传 统 的过 程 控制 需 要 人 工监 测 和人 工调 节 的基础上 ， 加入 了 ＭＣ Ｓ组态 软件 进行 辅 助 Ｇ
Ｑ ／ １ 系统 原理 图如 图 １所示 。 ２Ｑ ＝ 在稳 定状 态 时 ， 副 流 量 满足 工 艺 要求 的 比 主、
２ ＭＣ Ｓ组态 设 计 Ｇ
ＭＣ Ｓ Ｍｏｉ ｒａ ｄ Ｃ ｎ ｏ Ｇ ｎ ｒｔ ｙｔ Ｇ （ ｎｔ ｎ ｏ ｔ ｌ ｅ ｅａ ｄ Ｓｓ ｍ） ｏ ｒ ｅ ｅ
量和质 量 ， 浪费原材 料 ， 环境 污染 ， 造成 甚至 发生生 产 事故 。所 以说 流量 比值控 制 在 现 代工 业 中发挥 着非 常关键 的作用 。
为 了克服 开环 比值系统 存在 的不 足 ， 本设 计在
图 １ 系统 原 理 图
先 设置 好 的 比值使 输 出成 比值 成 比例地变 化 ， 即成
第２ ７卷 第 ４期 ２１ ０ ０年 ８ 月
贵州大学学报（自然科学版 ）
Ｊｕｎｌ ｆ ｕｚｏ ｎｖｒｉ Ｎ ｔｒｌ ｃ ｎｅ） ｏｒａ ｏ ｉ ｕＵ ｉｅ ｔ Ｇ ｈ ｓｙ（ ａ ａ Ｓｉ ｃｓ ｕ ｅ
(工业过程控制)7.比值控制
为防止异常情况对系统造成损害，需 设计安全保护措施，如联锁、紧急停 车等。
控制参数的整定
确定控制参数
根据控制目标和工艺要求，确定合适的控制参数，如比例系 数、积分时间等。
整定控制参数
通过实验或仿真，调整控制参数，以达到最佳的控制效果。
05
比值控制系统的调试与优化
系统调试
硬件设备检查
确保所有硬件设备如传感器、执行器、控制 器等都已正确安装并正常工作。
03
程的稳定和排放达标。
比值控制的重要性和优势
提高产品质量和产量
通过精确控制物料比例，可以 稳定生产过程，提高产品质量
和产量。
节能降耗
合理地控制物料比例可以降低 能耗和物耗，提高生产效率和 经济性。
减少环境污染
通过精确控制反应过程，可以 减少副反应和废弃物的产生， 降低对环境的污染。
提高生产安全
比值控制可以减少人工操作和 人为误差，降低生产事故的风
参数整定
根据实际工艺需求，对控制器参数进行整定， 以获得最佳的控制效果。
软件配置
根据比值控制需求，对控制软件进行配置， 包括输入输出信号、控制算法等。
模拟测试
在调试过程中，通过模拟测试来验证比值控 制系统的功能和性能。
系统优化
01
控制策略优化
对比值控制算法进行优化，以提高 系统的响应速度和稳定性。
求进行。
调节阀的安装位置和方式应合理 选择，以保证调节的准确性和可
靠性。
03
比值控制策略
固定比值控制
总结词
固定比值控制是一种简单的比值控制策略，通过设定固定的比例来控制两个或多 个输入流之间的输出比例。
详细描述
固定比值控制通常用于工业过程中需要保持恒定比例的场合，例如气体混合、液 体配料等。通过设定固定的比例系数，可以确保输入流之间的输出比例保持不变 。这种控制方法简单易行，但缺乏灵活性，无法应对输入流变化的情况。
第五章-比值控制系统
Q1
相当于改变空气量Ｑ２的给定值。所以，空气量就要跟随改变，从 而保持了比例关系。如果调节器 Gc 2 (s) 选用比例积分作用，则平衡 时
Gm 2 ( s) Q1 ( s) Q2 ( s) Gc1 ( s)Gm1 ( s)
式中；
Gm1 ( s)
－－为两个流量变送器的传递函数； Gm 2 ( s)
例如：合成炉的比值控制系统，如（图5－30）：
要求A、B两种物料的流 量保持一定比例，其中B 不可控，当它改变时， 由调节器控制调节阀，A、 B管路上都安装了节流元 件。DT为变送器，它将 两个压差变成两个电流， R为比值器，将压差控制 电流作为设定值送到调 节器，系统框图如下
QAC 是比例积分作用，通过调节A物料流量以保持 I I * A B
要求Ｑ１、Ｑ２流量比较恒定，因此，设计了双闭环比值控制系统。 其框图为：
X (s )
Gc1 ( s)
Gv1 (s)
G p1 (s)
Q1 ( s )
Gm1 ( s)
K
Y (s)
Gc 2 ( s)
Gv 2 ( s)
Gm 2 ( s)
（ 图5－25）
G p 2 ( s)
Q2 (s)
在生产恒定的情况下，主动量Ｑ１通过本身的闭合回路保持在给定 值ｘ（ｔ）上，同时，通过比值器Ｋ给出从流量回路的给定值ｙ （ｔ）。从流量根据给定值ｙ（ｔ）进行调节，以保持主流量、从 流量之间为一定比例。
由于采用了开方器,比值系数的计算需要稍加改动.
从压差变送器输出的信号仍为IA和IB, 经过开方器后得到
（5－28）
同样,IB’ 经过比值器后得到：
I
' B
' ( I B 4) 4
比值 控制
K2
1 K AB
QAmax QB max
1 K1
比值控制方案 #3
QB
FT 12 QB, m
QA, m
FT 11
× K1
QA, sp FC 11
QA
对于以%为单位的数字仪表， 乘法器输出为
QA,sp K1 QB,m
稳态条件： QA, sp = QA, m
K1
QA QBmax QB QAmax
RF, m
FT 23
FC23.SP
FC 23
HS
FC24.SP
FC 24
FC24.PV
KFA ×
RA, m FT 24
带有O2调节的 双交叉控制
燃料
VF
VA
空气
小结
比值控制的概念 几种常用的比值控制方案 比值控制系统中比值系数的确定 详见讨论了锅炉空燃比双交叉比值控制
的应用背景与工作原理
下一讲
空气/燃料比值稳态 时基本不变，动态时 空气富裕
锅炉空燃比控制方案 #1
RF, m
FT 23
蒸汽
RF, SP
PT 22
Pm
PC
PSP
22
×
烟气
至炉膛火嘴 KAF
RA, SP
FC
FC
RA, m
23
24
FT 24
方案特点：
并行控制（即设 定值比值），手 动调节空燃比值
适用条件？
存在哪些问题？
燃料
VF
VA
K AB
QB max QAmax
讨论：与方案#1的异同
比值控制方案 #4
QB
QA, m
FT 11
FT 12
流量比值控制系统的设计
流量比值控制系统的设计1引言在生产过程中，凡是将两种或两种以上的物料量自动地保持一定比例关系的控制系统，就称为比值控制系统。
在化工行业中，流量控制是非常重要的。
本文主要介绍了一种流量比值控制系统，经实验和实践运行，证明该系统具有结构简单、稳态误差小、控制精度高等优点。
2工作原理比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制和双闭环比值控制三种类型。
开环比值控制是最简单的控制方案。
单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的缺点而设计的，这种方案的不足之处是主流量没有构成闭环控制。
本系统采样双闭环比值控制方案。
图1kcl-h2so4双闭环流量比值控制系统原理图由图1所示，第一个闭环控制系统是主流量氯化钾本身构成的流量闭环控制系统，当设置确定后，通过闭环调节作用，消除扰动的影响，使氯化钾的流量稳定在设定值上，主流量闭环控制系统属于恒值控制系统。
第二个闭环控制系统是副流量硫酸闭环控制系统，其输入量是经过检测与变送后的氯化钾流量信号q1与比值系数k1的乘积。
硫酸副流量闭环控制系统由副控制器1、硫酸泵变频器、硫酸泵以及检测点2/变送器2等组成。
副流量闭环控制系统属于跟随系统。
3流量比值控制系统设计3.1 流量比值控制系统构成氯化钾与硫酸流量比值控制系统是由三菱fx2nc系列plc、耐腐蚀泵、西门子mm440变频器、计量螺旋、电磁流量计等组成。
流量比值控制系统方框图如图2所示。
图2流量比值控制系统方框图（1）三菱fx2nc系列plc。
fx2nc系列plc具有很高的性能体积比和通信功能，可以安装到比标准的plc小很多的空间内。
i/o型连接器可以降低接线成本，节约接线时间。
i/o 点数可以扩展到256点，最多可以连接4个特殊功能模块。
（2）耐腐蚀泵。
硫酸属于腐蚀性介质，输送泵必须采用耐腐蚀泵。
本系统采用ihf 6550-160型氟塑料离心泵，泵进口直径65mm；出口直径50mm；叶轮名义直径160mm；转速2900r/nin，流量25m3/h；扬程32m；电机功率5.5kw。
实验六双闭环流量比值控制系统
试验六双闭环流量比值控制系统一、试验目1．试验目:(1)经过试验加深了解比值控制系统基础概念、比值控制系统结构组成(2)掌握比值系数计算,掌握比值控制系统参数整定二、试验设备1、水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、调整器（调整器808型两台、 818型）、主回路调整阀、主回路流量计、副回路调整阀、副回路流量计, 百分比器, 上水箱、中水箱。
2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根3、万用表1只三、试验原理本试验是双闭环流量比值控制系统。
其试验系统结构图如图6-7所表示。
该系统中有两条支路, 一路是来自于电动阀支路流量Q1, 它是一个主流量; 另一路是来自于变频器—磁力泵支路流量Q2, 它是系统副流量。
要求副流量Q2能跟随主流量Q1改变而改变, 而且二者间保持一个定值百分比关系, 即Q2/Q1=K。
图6-7双闭环流量比值控制系统(a)结构图(b)方框图由图中能够看出双闭环流量比值控制系统是由一个定值控制主流量回路和一个跟随主流量改变副流量控制回路组成, 主流量回路能克服主流量扰动, 实现其定值控制。
副流量控制回路能抑制作用于副回路中扰动, 当扰动消除后, 主副流量都回复到原设定值上, 其比值不变。
显然, 双闭环流量控制系统总流量是固定不变。
四、试验内容与步骤1、依据试验系统步骤图组成一个单闭环比值控制系统。
2、将流量比值试验所用设备, 按系统框图连接。
3、将阀门F1-1、 F1-2、 F1-8、 F1-11、 F2-1、 F2-5全开, 其它阀门均关闭4、接通总电源和各仪表电源。
5、调整控制台面板上电位器K1可改变主副流量比值, 比值范围是0.1～1倍。
控制系统参数整定, 调整器参数整定可按单回路整定方法进行。
6、稳定后, 改变副回路中流量大小, 观察主回路流量改变。
7、统计并处理历史曲线。
8、改变百分比器百分比系数, 观察流量改变。
调整器控制参数:调整器不能整定出比较合理参数, 需依据曲线来人工调整。
基于组态软件的比值过程控制系统设计
过程控制课程设计题目: 基于组态软件的比值过程控制系统设计姓名：学号：班级：目录1设计目的 (3)2控制要求 (3)3干燥器原理 (3)4仪表选型 (4)5 控制方案的选择比值控制系统参数选 (4)6 控制参数的确定 (5)7 系统方块图 (5)8 被控对象特性，控制算法 (6)9 比值系数的确定 (6)10进行系统仿真，调节控制参数，分析系统性 (6)组态画面 (8)总结 (9)1.设计目的利用温度比值控制来控制一个干燥器调整乳液的干燥程度，从而得到合格的乳液。
2.控制要求通过加热器加热空气，再和乳液混合蒸发乳液中的水分并随湿空气混合后，再进行分离。
3.干燥器原理由于乳化物属于胶体物质，激烈搅拌易固化，不能用泵输送。
帮采用高位槽的办法，即浓缩的乳液由高位槽流经过滤器A或B（两个交换使用，保证连续操作），除去凝结块等杂物，再通过干燥器顶部从喷嘴喷出。
空气由鼓风机直接来的空气混合后，经过风管进入干燥器，从而蒸发出乳液中的水分，并随湿空气混合后，再进行分离。
生产工艺对干燥后的产吕质量要求很高，水分含量不能波动太大，因而对干燥的求严格控制。
下图为乳化物干燥过程中的喷雾式干燥工艺设备的原理图。
4.仪表选型根据流程图，需要选择一个流量测量变送器、一个温度测量变送器、一个流量调节阀。
①流量变送器的选择。
流量测量仪表也称为流量计，它通常由一次仪表和二次仪表组成。
一次仪表亦称为传感器，二次仪表称为显示装置或变送器。
差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件，流体通过阻力件时将产生差压，此差压与流体流量之间有确定的数值关系，通过测量压差值便可求得流体流量，并转换成电信号输出。
因此，差压式流量计由产生压差的装置和差压计两部分组成，其结构简单，可靠。
节流式流量计可用于测量气体、液体或蒸汽的流量。
②温度测量变送器的选择。
温度测量的方法很多，一般可分为接触式测温法和非接触式测温法。
接触式测温法是测量体与被测物体直接接触，两者进行热交换并最终达到热平衡，这时测量体的温度就反应了被测物体的温度，而非接触式测温法的误差较大。
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工业过程控制课程设计题目: 基于组态软件的流量比值过程控制系统设计院系名称：电气工程学院专业班级：自动化1304 学生姓名：丰鹏学号： 201323020413 指导教师：张杰设计地点： 31520 设计时间：工业过程控制课程设计任务书之十二摘要在现代工业生产过程中，工艺上常需要两种或两种以上的物料流量保持一定的比例关系，一旦比例失调，就会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费原料，消耗动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统，称为比值控制系统。
通常以保持两种或几种物料的流量为一定比例关系的系统，称之为流量比值控制系统，这次课程设计的内容就是流量比值过程控制系统。
流量测量是比值控制的基础。
各种流量计都有一定的适用范围（一般正常流量选在满量程的70%左右），必须正确选择使用。
在工程上，具体实施比值控制时，通常有比值器、乘法器或除法器等单元仪表可供选择，相当方便。
若采用计算机控制来实现，只要进行乘法或除法运算即可，我们这次就主要使用计算机及组态王软件进行设计。
关键字：组态王流量比值控制系统目录1 绪论 (1)2 设计目的与要求 (1)2.1 设计目的 (1)2.2 控制要求 (1)3 系统结构设计 (2)3.1 控制方案 (2)3.2控制规律 (3)4 过程仪表选择 (4)4.1 液位变送器 (4)4.2 电动调节阀 (5)4.3 变频器 (6)4.4 水泵 (7)4.5 模拟量采集模块 (8)4.6 模拟量输出模块 (8)4.7通信转换模块 (8)4.8开关电源 (9)5 系统组态设计 (9)5.1 组态软件介绍 (9)5.2 系统组态图 (10)5.3 历史曲线 (11)5.3 数据字典 (12)6 结论 (14)设计心得 (15)参考文献 (16)1 绪论在石油炼制，化工及其他工业生产过程中，要求两种或两种以上的物料按照一定的比例混合或参加反应，一旦物料的配比失调，就会严重影响产品的产量和质量，有时还会引起事故。
在工业生产上实现两个或两个以上物料符合一定比例关系的控制叫做比值控制系统，通常把保持两种或几种物料流量为一定比例关系的系统称为流量比值控制系统。
在需要保持比值关系的两种物料中，必有一种物料处于主导地位，该物料一般为贵重或者流量不可控制的，这种物料称之为主物料，表示这种物料的变量称为主动量，在流量比值控制系统中主动量也称主流量，用G1表示；另一种物料按照主流量进行配比，在控制过程中随主流量而变化，因而称为从物料，表征其特征的变量称之为从动量，用G2表示，在流量比值控制系统中也称之为副流量。
一般情况下，总以生产中的主要物料为主流量，或者以不可控物料作为主流量，用改变可控物料及副流量来实现它们之间的比值关系。
2 设计目的与要求2.1 设计目的通过组态王软件，结合实验设备，按照定制系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用单闭环控制结构和PID控制规律，设计一个具有美观组态画面和较完善组态控制结构程序的流量比值单回路过控制系统。
2.2 控制要求1. 根据流量比值单回路过程控制系统的具体对象和控制要求，独立设计控制方案，正确选用过程仪表。
2. 根据流量比值单回路过程控制系统A/D、D/A 和开关I/O 的需要，正确选用过程模块。
3. 根据与计算机串行通讯的需要，正确选用RS485/RS232 转换与通讯模块。
4. 运用组态软件，正确设计流量比值单回路过程控制系统的组态图、组态画面和组态控制程序。
3 系统结构设计3.1 控制方案单闭环流量比值控制系统，图2.1为单闭环流量比值控制方案，由副流量的控制部分看，是一个随动的闭环控制回路，而主流量的控制则是开环的。
主流量G1经过比值运算后使输出信号与输入信号成一定比例，并作为副流量调节器的设定信号值。
图3.1单闭环流量比值控制方案在稳定状态下，主流量和副流量满足工艺要求的比值，即K=G2/G1为一常数，当主流量负荷发生变化时，其流量信号经过变送器到比值器，比值器则按预先设定好的比值使输出成比例的变化，即成比例的改变了副流量调节器的设定值，则G2经过调节作用自动跟随G1变化，使得在新稳态下比值K保持不变，当副流量由于扰动作用而改变时，因为主流量不变，即FC调节器的设定值不变，这样，对于副流量的扰动，闭合回路相当于一个定值系统加以克服，使工艺要求的流量比值不变。
图3.2流量单闭环比值控制系统流程图单闭环比值控制系统的优点是不但能实现副流量跟随主流量的变化而变化，而且可以克服副流量本身干扰对比值的影响，因此得到广泛的使用，尤其适用于主流量在工艺上不允许进行控制的场合。
3.2控制规律流量比值控制系统采用的为PID控制规律，PID控制是比例－积分－微分的简称。
在工业生产工程自动控制的发展历史中，PID控制是历史最久、生命力最强的基本控制方式。
PID算法具有如下优点：（1)原理简单，使用方便；（2)适应性强；（3)鲁棒性强，即其控制品质对被控对象特性的变化不大敏感。
由于PID具有以上优点，所以本设计选用他来作为控制规律。
PID程序设计：IF (\\io\kz4==1)\\io\S=8;IF zdkg==1;THENa01=KP1*(1+1/TI1+TD1);a11=KP1*(1+2*KD1);a21=KP1*TD1;ek0=5*sp1-FLL;Uk=a01*ek0-a11*ek01+a21*ek02+Uk01;Uk01=Uk;ek02=ek01;ek01=ek0;IF (Uk<1000) THENIF (Uk<0)Uk0=0;ELSE Uk0=Uk;ENDIF;ENDIF;ENDIF;4 过程仪表选择4.1 液位变送器液位传感器是用来上位水箱和下位水箱的液位进行检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器，本变送器按标准的二线制传输，采用高品质，低功耗精密器件，稳定性和可靠性大大提高。
可方便的与其他DDZ—IIIX型仪表互换配置，并能直接交换同类仪表。
校验的方法是通电预热十五分钟后，分不在零压力和满程压力下检测输出电流值。
在零压力下调整零电位器，使输出电流为4mA，在满程压力下调整量程电位器，使输出电流为20mA。
本传感器精度为0.5级，因为二线制，故工作时需串联24V直流电源。
液位传感器用来上水位箱和中水位箱的水位进行检测，采用工业用的DBYG扩散硅压力变送器，精度为0.5级，二线制4—20mA标准信号输出。
图4.1 压力传感器4.2 电动调节阀采用电动调节阀对控制回路的液体的流量进行调节。
采用德国PS 公司进口的PSL202 型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，驱动电路采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。
控制单元与执行机构一体化，可靠性高、操作方便，并可与计算机配套使用，组成最佳调节回路。
由输入控制信号4~20mA 及单相电源即可控制运转实现对压力流量温度液位等参数的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄漏量少的优点。
采用PS 电子式直行程执行机构，4~20mA 阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯，流量具有等百分比特性，直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断防止泄漏。
一体化结构设计，位置变送器和伺服放大器作为两个独立部件均可直接装入执行机构内部，直接接受4—20mA的控制信号，输出4—20mA或者1—5VDC的阀位反馈信号，具有自诊断功能，使用和调校十分方便。
功能模块式结构设计，通过不同可选择功能的组合，实现从简单到复杂的控制，满足不同的应用要求。
主要特点：结构简单，体积小巧，重量轻，便于安装和维护，机械零件全部采用CNC加工部件，工艺精湛。
传动全部采用小齿隙密封齿轮，具有效率高，噪声低，寿命长和稳定可靠，无需再加油等特点。
具有多种运行速度，可以满足各种控制系统的要求，以保证系统的快速响应及稳定性。
PSL系列同阀门的连接采用柔软盘黄连接，可避免阀杆与输出轴不同轴给阀门带来的影响，可预置阀门关断能力保证阀门的可靠关断，防止泄露。
PSQ系列有转矩开关保护，可防止因阀门产生过大转矩而损坏阀杆。
驱动电机采用高性能稀土磁性材料制作的高速度同步电机，运行平稳，具有体积小、转矩大、抗堵转、控制精度高等特点。
可设置分段调节，即由一台调节器输出的双时间比例信号控制两台执行机构（4—12mA对应PSL1的全开全闭，12—20mA对应PSL2的全开全闭）阀位反馈元件全密封高精度多圈电位器，具有体积小、精度高、死区小、使用寿命长等特点。
行程可调，便于与阀门连接。
全部电器元件均采用世界名牌产品，质量可靠，使用时间长。
图4.2电动调节阀4.3 变频器变频器是利用电力半导体器件的通断作用将工频电源变换为另一频率的电能控制装置。
变频器实际上就是一个逆变器，它首先是将交流电变为直流电。
然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电。
一般功率较大的变频器用可控硅，并设一个可调频率的装置。
使频率在一定范围内可调，用来控制电机的转数。
使转数在一定的范围内可调。
变频器广泛用于交流电机的调速中。
变频调速技术是现代电力传动技术重要发展的方向，随着电力电子技术的发展，交流变频技术从理论到实际逐渐走向成熟。
变频器不仅调速平滑，范围大，效率高，启动电流小，运行平稳，而且节能效果明显，所以应用越来越广泛。
三菱FR-S520变频器，4-20控制输入信号，可对流量或者压力进行控制，该变频器体积小，功率小，功能非常强大，运行稳定安全可靠，操作方便，寿命长，可外加电流控制，也可通过本身旋钮控制频率。
可单相或者三相供电，频率可高达200HZ。
图4.3 变频器4.4 水泵水泵是一种利用大气压强将低处的水汲往高处的机器,多半是以电动机作为动力。
抽水的电动机泵通常把提升液体、输送液体或使液体增加压力 , 即把原动机的机械能变为液体能量从而达到抽送液体目的的机器统称为泵。
这里采用丹麦格兰富循环水泵。
不会影响教师授课减少麻烦。
功耗低，220V供电即可，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。
图4.4水泵4.5 模拟量采集模块模拟量输入模块可测量多通道交流电压、电流输入信号。
测量精度：0.2级。
16位A/D循环采样，采样速率：3000次/S；1.2倍量程可正确测量，过载2倍量程输入1S不损坏；隔离电压1000VDC。
模拟量输出模块输出标准电流信号，可用于驱动继电器、开关等。
这用A/D牛顿7017模块8路模拟电压（1-5V）。
4.6 模拟量输出模块D/A牛顿7024模块4路模拟输出，电流(4—20mA) 电压（1—5V）信号均可。
4.7通信转换模块485/232转换牛顿7520模块，转换速度极高（300—115KHz），232口可长距离传输。