实验指导书比值控制系统

第六章比值控制系统实验第一节单闭环流量比值控制系统一、实验目的1．了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成。2．掌握比值系数的计算方法。3．掌握比值控制系统的参数整定与投运方法。二、实验设备（同前）三、实验原理在工业生产过程中,往往需要几种物料以一定的比例混合参加化学反应。如果比例失调，则会导致产品质量的降低、原料的浪费，严重时还会发生事故。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。本实验是单闭环流量比值控制系统。其实验系统结构图如图6-1所示。该系统中有两条支路，一路是来自于电动调节阀支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q2，它是系统的副流量。要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者之间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。图6-1单闭环流量比值控制系统(a)结构图(b)方框图由图中可以看出副流量是一个闭环控制回路，当主流量不变，而副流量受到扰动时，则可通过副流量的闭合回路进行定值控制；当主流量受到扰动时，副流量按一定比例跟随主流量变化，显然，单闭环流量控制系统的总流量是不固定的。四、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，即当流量Q由0～Qmax变化时，相应变送器的输出电流为4～20mA。由此可知，任一瞬时主流量Q1和副流量Q2所对应变送器的输出电流分别为I1＝416max11QQ(6-1)I2＝416max22QQ(6-2)式中Q1max和Q2max分别为Q1和Q2最大流量值，即涡轮流量计测量上限，由于两只涡轮流量计完全相同，所以有Q1max＝Q2max。设工艺要求Q2/Q1＝K，则式（6-1）、（6-2）可改写为Q1＝16)4(1IQ1max(6-3)Q2＝16)4(2IQ2max(6-4)于是求得12QQ＝4412II×max1max2QQ＝4412II(6-5)折算成仪表的比值系数K′为K′＝K×max2max1QQ＝K(6-6)五、实验内容与步骤本实验选择电动阀支路和变频器支路组成流量比值控制系统。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭。具体的实验内容与步骤如下。1．强电接线：~220V接面板COM，N与N1、N2、N3短接，D1、D2、D3分别接面板DO1、DO2、DO3；弱电连线：将“FT1电动阀支路流量”（1-5V信号）对应接至模拟量输入通道AI0的+、-，将“FT2变频器支路流量”（1-5V信号）对应接至模拟量输入通道AI1的+、-；将模拟量输出通道AO0接至电动阀控制输入的+、-，模拟量输出通道AO1接至变频器控制输入的+、-。2．接通总电源空气开关，闭合三相电源和单向电源，打开电动调节阀、变频器与控制站电源，给电动调节阀、变频器、S7-300PLC上电。3．打开Step7软件，打开“S7-300PLC”程序进行下载，然后运行WinCC组态软件，打开“S7-300PLC控制系统”工程，然后激活WinCC运行环境，在主菜单中点击“实验十五、单闭环流量比值控制”，进入“实验十五”的监控界面。4．在上位机监控界面中将副调节器设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个合适的值。5．闭合三相磁力泵电源开关，三相磁力泵上电打水，适当增加/减少副调节器的输出量，使电动阀支路流量平衡于设定值。6．选择PI控制规律，并按照单回路调节器参数的整定方法整定副流量回路的调节器参数，并按整定后的PI参数进行副流量调节器的参数设置，同时将副调节器投入自动运行。7．待变频器支路流量稳定于给定值后，通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）主调节器输出值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（2）将中水箱进水阀F2-4开至适当开度（副流量扰动）；（3）将电动调节阀的旁路阀F1-4（同电磁阀）开至适当开度；（4）将中水箱进水阀F1-7开至适当开度；以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定。8．分别适量改变副调节器的P及I参数，重复步骤9，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。9．适量改变比值器的比例系数K′，观察副流量Q2的变化，并记录相应的动态曲线。五、实验报告1．画出单闭环流量比值控制系统的结构框图。2．根据扰动分别作用于主、副流量时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。六、思考题1．如果Q1（t）是一斜坡信号，试问在这种情况下Q1与Q2还能保持原比值关系？2．试根据工程比值系数确定仪表比值系数？第二节双闭环流量比值控制系统一、实验目的1．了解双闭环比值控制系统的原理与结构组成。2．掌握双闭环流量比值控制系统的参数整定与投运方法。3．分析双闭环比值控制与单闭环比值控制有何不同。二、实验设备（同前）三、实验原理本实验是双闭环流量比值控制系统。其实验系统结构图如图6-2所示。该系统中有两条支路，一路是来自于电动阀支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q2，它是系统的副流量。要求副流量Q2能跟随主流量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。图6-2双闭环流量比值控制系统(a)结构图(b)方框图由图中可以看出双闭环流量比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路和一个跟随主流量变化的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的扰动，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的总流量是固定不变的。五、实验内容与步骤本实验选择电动阀支路和变频器支路组成流量比值控制系统。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭。具体实验内容与步骤，以及接线图请参照前一节的单闭环流量比值控制系统相应方案进行，只需在双闭环比值控制实验中将控制电动阀支路流量的调节器按单回路的整定方法整定好参数，并投入自动运行即可。五、实验报告1．画出双闭环流量比值控制系统的结构框图。2．根据实验要求，实测比值器的比值系数，并与设计值进行比较。3．列表表示主动量Q1变化与从动量Q2之间的关系。4．根据扰动分别作用于主、副流量时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。六、思考题1．本实验在哪种情况下，主动量Q1与从动量Q2之比等于比值器的仪表系数？2．双闭环流量比值控制系统与单闭环流量控制系统相比有那些优点？