双闭环管道流量比值控制系统设计报告
流量比值控制实验心得
流量比值控制实验心得在生产过程中，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，液晶显示屏价格证明该系统具有结构简单、稳态误差小、控制精度高等优点。
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。
液晶拼接屏幕本系统采样双闭环比值控制方案。
电磁流量计广泛用于测量导电的液体和液固两相流体的体积流量，测量结果与流体的温度、粘度、密度、压力及液固成分比无关，电导率在较大范围内变化时也不会影响测量结果。
因此，只需经普通水标定后，就可以用来测量其他导电性液体或液固二相流体介质的流量，而不需附加任何修正，所以电磁流量计是一种真正的体积流量计。
本设计采用的是广东万山自动化仪表有限公司型电磁流量计。
使用mm430变频器控制泵类负载时，需要注意起始频率，防止闭环控制系统在突加给定时，流量出现过大的超调和震荡。
在管道和泵的规格确定之后，相应的流量起始频率也就确定了。
在本系统中，频率大于19hz之后才有流量输出。
针对变频调速泵的这种特性，在系统调试时应首先进行开环试验，测出泵的频率-流量特性曲线。
根据测出的起始频率来制定控制算法。
在起始频率以下，采用开环控制模式，变频器的输入信号为斜坡函数，即线形渐增电压信号。
待达到起始频率建立起流量之后，再转入闭环控制模式。
对于闭环控制模式，又分为比例（p）控制和比例积分（pi）控制两种模式。
首先运行比例控制，当实际流量接近设定流量时，再转入比例积分控制模式。
采用多模态控制后，消除了流量的大幅度波动，改善了流量的跟随性能并消除了稳态误差。
在本系统中，根据流量闭环控制系统的误差大小，将比例系数和积分时间常数各分为10级，在运行过程中能够自动地调用合适的比例系数和积分时间常数，这种控制能够兼顾跟随性和抗扰性，实现了既响应快又抑制超调的目标，达到了很好的效果。
(涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计)
一、设计题目涡轮流量计双闭环流量比值控制系统设计二、设计任务该设计可在A3000-FS 实验台上完成。
图１中1#管流量Q1为主变量，2#管流量Q2为从变量，可设计串级调节器控制FV101满足系统要求。
表１ 连接端配置 测量或控制量 测量或控制量标号1＃涡轮流量计 FT101 2＃涡轮流量计 FT102 电动调节阀FV101 ……以上连接图和仪表仅为本控制系统中的设计提供思路，并不完整，其它部分还需根据自己的设计思路添加。
三、功能要求1) 有组态界面，可观察控制效果，用户操作方便。
2) 可手动输入数据，比如主动量设置、流量比值设置等。
3) 工艺参数在线曲线，可观察控制系统的运行效果。
4) 可在线修改工艺参数。
5)对扰动有较好的抑制能力。
四、控制原理FT 1022#调节阀FV101FT 101比值器调节器Q 2Q 11#图１ 比值控制原理示意图单回路控制系统解决了工艺生产过程自动化中大量的参数定值问题。
但是，随着现代工业生产的迅速发展，工艺操作条件的要求更加严格，对安全运行和经济性及对控制质量的要求也更高。
但回路控制系统往往不能满足生产工艺的要求，在这样的情况下，双闭环串级控制系统就应运而生。
双闭串级控制系统是改善控制质量的有效方法之一，在过程控制中得到广泛地应用，串级控制系统是指不止采用一个控制器，而是将两个或几个控制器相串级，是将一个控制器的输入作为下一个控制器设定值的控制系统。
双闭环串级控制系统，就其主回路来看是一个定值控制系统，而副回路则是一个随动系统，主调节器的输出能按照负荷和操作条件的变化而变化，从而不断改变副调节器的给定值，使副回路调节器的给定值适应负荷并随操作条件而变化，即具有一定的自适应能力。
正确合理地设计一个串级控制系统是要其能充分发挥如上所述系统的各种特点。
在系统设计时应包括主、副回路的设计，主、副调节器控制规律的选择及正、反作用方式的确定。
五、系统规划及详细设计1.控制方案根据设计要求，系统采用单闭环比值控制。
比值控制系统
比值控制系统问题的提出：在工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系 要求严格控制比例。
最常见的是燃烧过程，燃料与空气要保持一定的比例关系，才能满足生产和环保的要求。
造纸过程中，浓纸浆与水要以一定的比例混合，才能制造出合格的纸浆，许多化学反应的诸个进料要保持一定的比例。
例如1、氨合成生产过程3H2+1N2=2NH3，要求H2和N2完全按照3：1进料。
2、造纸过程中，对纸浆浓度有要求，进料浓纸浆和水的进料就要满足一定比例。
如果有三个进料，对三个进料之间需要满足一定比例关系。
而我们之前学习的控制系统的控制达不到这样的控制要求。
因此就要用到一个新的控制————比值控制系统基本概念：1.比值控制系统（流量比值控制系统）：实现两个或两个以上参数符合一定比例关系的控制系统。
2.主物料或主动量：在保持比例关系的两种物料中处于主导地位的物料，称为主物料；表征主物料的参数称为主动量（主流量），用F1表示。
3.从物料或从动量：按照主物料进行配比，在控制过程中跟随主物料变化而变化的物料称为从物料；表征从物料特性的参数称为从动量（副流量），用F2表示。
4.有些场合，用不可控物料为主物料，用改变可控物料即从物料来实现比值关系。
5. 比值控制系统就是要实现从动量与主动量成一定的比值关系:K= F2/ F1 F2—为从动量A F1—为主动量B （从动量/主动量=K 常数）在比值控制系统中 从动量是跟随主动量变化的物料流量，因此，比值控制系统实际上是一种随动控制系统。
比值控制系统的类型：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变比值比值控制系统（串级比值控制系统）开环比值控制系统开环比值控制系统是最简单的比值控制系统，同时也是一个开环控制系统。
随着F1的变化，F2跟着变化，满足F2=KF1的要求。
（阀门开度与F1之间成一定的比例关系）。
图P162 图5.1开环比值控制缺点：1.当F2因管线两端压力波动而发生变化时，系统不起控制作用，即F2本身无抗干扰能力。
比例阀双闭环设计
比例阀双闭环设计比例阀是一种调节阀，广泛应用于工业控制系统中。
双闭环设计是指在比例阀控制系统中同时采用位置闭环和流量闭环控制。
位置闭环控制是通过对比实际位置和设定位置的差异，控制比例阀的阀芯移动，从而实现对流量的调节。
位置闭环控制主要通过传感器来获取实际位置，并与设定位置进行比较，得出误差。
然后通过控制电机或液压执行器移动阀芯，使误差减小至接近于零。
位置闭环控制主要关注的是流量的精确控制，可以提供较小的流量调节范围和较高的精度。
流量闭环控制是通过对比实际流量和设定流量的差异，控制比例阀的开度，从而实现对流量的调节。
流量闭环控制主要依靠流量传感器来获取实际流量，并与设定流量进行比较，得出误差。
然后通过控制比例阀的开度，使误差减小至接近于零。
流量闭环控制主要关注的是流量的稳定控制，可以提供较大的流量调节范围和较低的误差。
在比例阀双闭环设计中，位置闭环控制和流量闭环控制相互协调，共同实现对流量的精确和稳定控制。
位置闭环控制主要负责追踪设定位置，确保位置误差较小；流量闭环控制主要负责实现设定流量，确保流量误差较小。
双闭环设计能够充分利用位置闭环控制和流量闭环控制的优点，实现更精确、更稳定的流量控制。
双闭环设计需要合理选择位置传感器和流量传感器，确保传感器的测量范围和精度满足控制要求。
另外，还需要合理设计阀芯的移动机构和比例阀的开度控制机构，确保能够实现准确的位置和开度调节。
双闭环设计还需要合理配置控制器和算法，确保能够快速、准确地响应设定位置和设定流量的变化。
总之，比例阀双闭环设计能够充分利用位置闭环控制和流量闭环控制的优点，实现更精确、更稳定的流量控制。
通过合理选择传感器、设计阀芯移动机构和比例阀的开度控制机构，以及配置合适的控制器和算法，可以实现对比例阀的精确控制，提高工业控制系统的稳定性和可靠性。
双闭环流量比值控制系统
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7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7 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？。
过程控制比值实验报告
5. 比值系统的控制器参数整定应按什么要求？分别给出单闭环比值控制与液位单回路控制的控制器参数，说明其差别并解释原因。
比值控制系统的参数整定要求：首先要计算出精确的比值系数，然后再整定其余参数；双闭环比值的主流量回路为一般定值系统，可按常规的单回路系统进行整定。变比值控制系统因结构上是串级控制系统，故只控制器也按串级控制系统整定。而单闭环比值控制系统，双闭环的副流量回路，变比值回路均为随动控制系统，对于随动控制，希望从物料能迅速正确地跟随主物料变化，且不易有过调，也就是要使随动控制系统达到震荡与不震荡的临界过程。
6.（自控专业必做）用matlab仿真单闭环比值控制方案和双闭环比值控制方案。
实验现象：
图
6.必须有足够的直管段长度。
电磁流量计的工作原理：
利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。传感器由两根电极嵌入防磁、绝缘管中获取感应电动势，两个平行线圈绕在管道上建立磁场
，所以 。
适用介质：测量各种腐蚀性酸、碱、盐溶液，固体颗粒悬浮物，粘性介质等溶液。
2.流量比Ｋ与信号比Ｋ’的区别是什么？
K是指两物料的流量比，即K=从动流量/主动流量，而K’是仪表有效信号之比，即K’=从动流量的测量信号/主动流量的测量信号。
3．如果用孔板测量流量，K’应如何计算？给出算式。
用孔板流量计时，测量信号与背侧流量成平方关系，所以比值系数等于流量比的平方乘以流量测量上限之比的倒数的平方，即
4. 单闭环比值控制系统可以给从动量加干扰吗？如何加？双闭环比值控制系统可以给主动量加扰动吗？如何加？
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。
双闭环管道流量比值控制系统设计报告
PLC控制技术实训评分表课程名称：PLC控制技术实训设计题目：单容液位变频器PID单回路控制,比值控制系统班级：学号：：指导老师：年月日常熟理工学院电气与自动化工程学院《PLC控制技术实训》报告题目：单容液位变频器PID单回路控制比值控制系统设计姓名：李良、何龙太莫勇、高虎学号：160112109、160112106160112113、160112104 班级：自动化121指导教师：刘叔军起止日期：2015.6.29~7.12摘要本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID对水箱液位的控制。
针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P 画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。
关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量目录1、引言..................................................... 错误!未定义书签。
1.1主要内容............................................................... 错误!未定义书签。
1.2任务要求 .............................................................. 错误!未定义书签。
2、设计方案 ............................................. 错误!未定义书签。
2.1设计原理 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.2设计方案论证 ....................................................... 错误!未定义书签。
实验5：流量比值控制实验
实验五：流量比值控制实验实验目的：(1) 通过实验加深了解比值控制系统的基本概念、比值控制系统的结构组成(2) 掌握比值系数的计算, 掌握比值控制系统的参数整定实验仪器：水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、调节器（调节器708型两台、818型）、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计，比例器，上水箱、中水箱。
比例器使用方法：I OUT =K1×I1 - K2×I2实验内容：实验系统的流程图如下所示：图1：流量比值实验（调节器控制）流程图2：流量比值实验（调节器控制）系统框图图3：流量比值实验（调节器）接线图实验步骤1、根据实验系统流程图构成一个单闭环比值控制系统。
2、比值系数的计算：当流量变送器的输出电流与流量成线性关系时，流量从0—Q MAX 时，变送器对应的输出电流为4—20毫安。
任一瞬时流量Q 对应的变送器输出电流信号为：I = Q/Q MAX ×16 mA + 4 mA 则主副流量变送器的输出电流信号为：I 1=Q 1/Q 1MAX ×16 mA + 4 mA 、 I 2=Q 2/Q 2MAX ×16 mA + 4 mA主流量信号I 1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I 2则进入调节器的测量端。
调节器选用PID 控制规律，当系统稳定时：I 2 = K ′×I 1K ′为比例器比值系数。
当生产工艺要求两种物料比值 K ′= Q 2/ Q 1时，可得：MAXMAX MAX MAX Q Q K Q Q Q Q I I K 12112212416/416/'=+⨯+⨯==3、将流量比值实验所用设备，按系统框图连接。
4、打开上水箱进水电磁阀V3、上水箱排水电磁阀，中水箱副回路进水电磁阀V6、中水箱排水电磁阀，下水箱手动排水阀。
5、接通总电源和各仪表电源。
6、调节控制台面板上电位器K1可改变主副流量的比值，比值的范围是0.1～1倍。
管道流量比值控制PLC系统设计
信息与电气工程学院课程设计说明书（2011/2012学年第一学期）课程名称：可编程控制器应用题目：管道流量比值控制PLC系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：刘增环等设计周数：两周设计成绩：2012年6月21日目录1、课程设计目的2、课程设计正文2.1设计主要任务2.2设计题目管道流量比值控制PLC系统设计2.3硬件系统设计2.4软件系统设计2.5程序分析及框图2.6编写PLC梯形图程序3、程设计总结或结论4、参考文献1、PLC课程设计目的1.1掌握S7-200系列可编程控制器硬件电路的设计方法。
1.2熟练使用S7-200系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。
1.3掌握S7-200系列可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。
1.4在完成可编程控制器为下位机的相关控制程序的基础上，用组态软件编程实现上位机的控制及其相关监控界面。
1.5通过课程设计使学生能熟练掌握数据的查询（图书、网络），PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来2、课程设计正文2.1设计主要任务1.了解管道流量比值控制系统的物理结构、闭环调节系统的数学结构和PID 控制算法。
2.明确各路检测信号到PLC的输入通道和明确PLC到各执行机构的输出通道。
3.绘制出流量控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配。
4.编制PLC程序，结合实验装置进行调试。
2.2设计题目管道流量比值控制PLC系统设计技术要求：1．此系统有两路供水系统。
第一路由异步电动机（不具备调速功能）和和水泵构成动力系统。
第二路由变频器、电动机和水泵构成动力系统，依靠动力系统的变频调速控制流量，用电磁流量计检测流量。
2.本系统把第一路的流量（检测值）乘以设定的比例系数后的值作为流量给定值，控制第二供水管道的流量。
控制器采用PID算法决定变频器的给定值，从而实现两路流量的按比例控制。
2.3硬件系统设计模拟量输入有涡流流量传感器和电磁流量传感器组成，PLC选西门子S7—200系列中的226，上位机和下位机的电缆采用RS—458通讯电缆。
双闭环流量比值控制比值的课程设计任务书
一、设计题目双闭环流量比值控制二、主要内容熟悉THJ-2型高级过程控制系统实验装置，获取电动阀支路的流量和变频器－磁力泵支路的流量曲线，利用实验建模法求出它们的数学模型。
根据串级控制，选择合适的调节器控制规律，并在Matlab上进行仿真。
最终在过程控制系统实验装置平台上完成实际系统的调试，并说明两种方法的所得结果的差别。
三、具体要求1.从组成、工作原理上对工业型传感器、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。
四、进度安排第一周分组；查找资料；对象模型的获取，Matlab仿真第二周系统调试，撰写课程设计报告，答辩五、完成后应上交的材料课程设计报告。
六、总评成绩指导教师签名日期年月日系主任审核日期年月日目录一、被控对象以及仪器仪表的描述二、控制方案选择及其论述，控制系统方框图及其说明三、对象的特性曲线测试，对象的数学模型四、matlab仿真五、控制系统连线示意图及说明，并且记录最佳控制结果的调节器参数以及结果曲线六、心得体会一、被控对象以及仪器仪表的描述1.1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。
1.2被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
管道流量比值控制PLC系统设计
信息与电气工程学院课程设计说明书（2013 /2014 学年第 2 学期）课程名称：《可编程序控制器应用》课程设计题目：管道流量比值控制PLC系统设计专业班级：学生姓名：学号：指导教师：设计周数： 2 周设计成绩：2014 年 6 月26 日目录1.课程设计目的 (1)2.课程设计正文..................................................................,,. (1)2.1设计主要任务 (1)2.2技术要求 (1)2.3硬件方面设计 (2)2.3.1方案设计 (2)2.3.2 I/O地址分配表 (2)2.4软件方面设计 (2)2.4.1系统分析（程序流程图） (3)2.4.2系统设计（源程序） (3)2.4.3程序分析与计算 (4)2.4.4系统实施与调试 (8)3.课程设计总结 (8)4.参考文献 (9)5.课程设计评语表 (10)1.课程设计目的(1)掌握S7-200系列可编程控制器硬件电路的设计方法。
(2)熟练使用S7-200系列可编程控制器的编程软件，掌握可编程控制器软件程序的设计思路和梯形图的设计方法。
(3)掌握S7-200系列可编程控制器程序的应用系统的调试、监控、运行方法。
(4)在完成可编程控制器为下位机的相关控制程序的基础上，用组态软件编程实现上位机的控制及其相关监控界面。
(5)通过课程设计使学生能熟练掌握数据的查询（图书、网络），PLC课程所获知识在工程设计工作中综合地加以应用，使理论知识和实践结合起来。
2.1课程设计主要任务(1)了解管道流量比值控制系统的物理结构、闭环调节系统的数学结构和PID控制算法。
(2)逐一明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理、连接方法、信号种类、信号调理电路、引入PLC的接线以及PLC中的编址。
(3)逐一明确从PLC到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，驱动电路的构成，PLC输出信号的种类和地址。
(完整版)双闭环比值控制系统---毕业课程设计
《过程控制》课程设计报告题目：双闭环比值控制系统的分析与设计姓名：王飞学号：专业：自动化年级：2010级指导教师：李天华目录1 任务书 11.1设计题目 --- 11.2设计任务 --- 11.3原始数据 --- 21.4设计内容 --- 22 研究背景 33 研究意义 44 研究内容 45 论文组织 55.1衰减曲线法整定主动量回路控制器参数 -- 55.2反应曲线法整定从动量回路控制器参数 -- 85.3双闭环比值控制系统仿真及性能测试 --- 115.4双闭环比值控制系统的抗干扰能力检验 - 136 双闭环比值控制与串级控制的区别，以及各自的优缺点 --- 16 6.1双闭环比值控制与串级控制的区别 ----- 166.2双闭环比值控制的优、缺点 176.3串级控制的优、缺点 ----- 177 总结 178 参考文献 ------ 17附录：双闭环比值控制最终整定结果(Simulink图) 181任务书1.1设计题目双闭环比值控制系统的分析与设计1.2设计任务在现代工业生产过程中，要求两种或多种物料流量成一定比例关系；一旦比例失调，会影响生产的正常进行，影响产品质量，浪费动力，造成环境污染，甚至产生生产事故。
如：燃烧过程中，往往要求燃料量与空气量需按一定比例混合后送入炉膛；制药生产中要求药物和注入剂按比例混合；造纸过程中为保证纸浆浓度，要求自动控制纸浆量和水量比例；水泥配料系统等等。
凡是两个或多个变量自动维持一定比值关系的过程控制系统，统称为比值控制系统。
主动量：起主导作用而又不可控的物料流量Q1；从动量---跟随主动量而变化的物料流量Q2；比例系数：k=在生产过程中，根据工艺过程容许的负荷波动幅度、干扰因素的性质和产品质量的要求不同，实现对两种物料流量比值的控制方案也不同：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、变比值控制系统。
双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主动量控制回路和一个跟随主动量变化的从动量随动控制回路组成，其流程图和方框图分别如图 1和图2所示。
图4双闭环比值控制系统
项目五 比值控制系统
以图5.7所示硝酸生产中氧化炉的炉温与氨气/空气比值所组成 的串级比值控制方案为例，说明变比值控制系统的应用。
图5.7 氧化炉温度与氨气/空气串级比值控制系统
项目五 比值控制系统
在变比值控制方案中，选取的第三参数主要是衡量质量 的最终指标，而流量间的比值只是参考指标和控制手段。因 此在选用变比值控制时，必须考虑到作为衡量质量指标的第 三参数能否进行连续的测量变送，否则系统将无法实施。由 于具有第三参数自动校正比值的优点，且随着质量检测仪表 的发展，变比值控制可能会越来越多地在生产上得到应用。 需要注意的是，上面提到的变比值控制方案是用除法器 来实施的，实际上还可采用其他运算单元（如乘法器）来实 施。同时从系统的结构看，上例是单闭环变比值控制系统， 如果工艺控制需要，也可构成双闭环变比值控制系统。
F2 ＝K F 1
（5-1）
式中，K为从动量与主动量的比值。 由此可见，在比值控制系统中，从动量是跟随主动量变化的物 料流量，因此，比值控制系统实际上是一种随动控制系统。
项目五 比值控制系统
5.2 比值控制系统的类型
按照系统结构，可将比值控制系统分为单闭环、双闭环和变 比值控制系统三种结构类型。 从控制原理看，比值控制系统属于前馈控制系统。开环比值 控制系统是最简单的比值控制系统。当F2因管线两端的压力波动 而发生变化时，系统不起控制作用，此时难以保证F2与F1间的比 值关系。也就是说，开环比值控制系统对来自于从动量所在管线 的扰动并无抗干扰能力，只能适用于从动量较平稳且对比值要求 不高的场合。而实际生产过程中，对F2的扰动常常是不可避免的， 因此生产上很少采用开环比值控制系统。
项目五 比值控制系统
5.3 比值系数的计算
在此，有必要把流量比值K和设置于仪表的比值 系数 K′区别开来，因为工艺上规定的比值是指两物 料的（质量或体积）流量之比，而目前通用的仪表则 使用统一的标准信号（例如，电动仪表使用0～10 mA或4～20 mA直流电流信号，气动仪表使用20～ 100 kPa气压信号等）。因此，必须把工艺规定的流 量比值K折算成仪表信号的比值系数 K′，才能进行比 值设定。比值系数的折算方法随流量与测量信号间是 否成线性关系而不同。
双闭环自动控制系统课程设计报告
自动控制系统2010年7月16日目录1课程设计目的 (1)2系统介绍 (2)2.1双闭环构造简介 (2)2.2MATLAB简介 (2)3直流调速系统的理论设计 (3)3.1系统要求 (3)3.2电流调节器设计 (3)3.3速度调节器设计 (5)4.仿真 (6)5.心得体会 (10)6.参考文献 (10)程设计说明书NO.1阳大学程设计说明书NO.22系统介绍2.1双闭环简介转速、电流双闭环调速系统是当前应用最广的直流调速系统，利用电流调节器和转速调节器实现了串级控制，从而可以无限逼近理想起动过程。
采用工程设计方法，建立了系统的动态数学模型，并基于自动控制系统快、准、稳的准则完成了系统设计。
同时，利用Simulink进展了系统仿真，给出了仿真框图和仿真结果，通过对结果的分析进一步验证了双闭环调速系统的优越性。
为了实现转速和电流2种负反应分别起作用，在系统中设置了2个调节器，分别是电流调节器ACR(Current Regulator)和转速调节器ASR(Speed Regulator)，两者之间实行串级连接，其中转速调节器ASR的输出作为电流调节器ACR的输入，再用电流调节器ACR的输出去控制晶闸管装置。
从闭环构造上看，电流调节器在里面，叫做环；转速调节器在外边，叫做外环。
双闭环调速系统的原理图如图1所示。
图1双闭环词速系统原理图2.2MATLABMATLAB是矩阵实验室〔Matri* Laboratory〕的简称，是美国MathWorks 公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大局部。
MATLAB的根本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常阳大学程设计说明书NO.3阳大学程设计说明书NO.4滤平波头，应该有ms T oi 33.3)2~1(=,因此取s T oi 002.0=；③电流环小时间常数i T ∑ 按小时间常数近似处理，取s T T T oi s i 0037.0=+=∑。
课程设计 双闭环流量比值控制系统
一．设计任务分析1.1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。
1.2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。
1.3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。
1.4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2.1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2.1所示。
图2.1 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。
流量比值控制系统课程设计报告
目录1 引言……...…...………………...………………………………………………………......2 系统分析……......………………………………………………………………………....2.1工艺流程分析……...…………………………………………………………………..2.2对象特性分析……...…………………………………………………………………..2.3控制需求分析……...…………………………………………………………………..3 控制系统设计与实现……...…………...……………………………………………….3.1变量选择..........................................................................................................................3.2 控制方式设计...................................................................................................................3.3 回路模型建立...................................................................................................................4 系统仿真研究与实时监控平台设计……...…………………………………………4.1通信连接...........................................................................................................................4.2监控画面...........................................................................................................................4.3数据字典...........................................................................................................................4.4实时仿真........................................................................................................................... 5控制系统投运、参数整定与性能分析……...………………………………………5.1 参数整定.........................................................................................................................5.2系统投运.........................................................................................................................5.2 性能分析......................................................................................................................... 6控制系统设备选型与电气控制图绘制……...……………………………………...6.1 设备选型..........................................................................................................................6.2 电气控制图......................................................................................................................7 实验总结..............................................................................................................8 参考文献..............................................................................................................引言随着科学技术的快速发展，人们对过程控制提出了更高的要求，在许多生产过程中，要求两种或两种以上的物料流量成一定的比例关系混合进行反应，对物料比例的要求甚为严格，如果不能满足要求，或是比例失调，将导致产品的质量达不到要求，以致造成损失，严重时会导致事故的发生。
过程控制课程设计-流量比值控制之欧阳道创编
一．设计任务分析1.1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。
1.2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。
1.3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。
1.4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2.1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2.1所示。
图2.1 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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
双闭环管道流量比值控制系统设计报告PLC控制技术实训评分表课程名称：PLC控制技术实训设计题目：单容液位变频器PID单回路控制,比值控制系统班级：学号：姓名：指导老师：年月日双闭环管道流量比值控制系统设计报告常熟理工学院电气及自动化工程学院《PLC控制技术实训》报告题目：单容液位变频器PID单回路控制比值控制系统设计姓名：李良、何龙太莫勇、高虎学号：160112109、160112106160112113、160112104班级：自动化121指导教师：刘叔军起止日期：2015.6.29~7.12摘要本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID对水箱液位的控制。
针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。
关键词：PLC PID控制液位控制比值控制组态王流量目录1、引言................................................... 错误!未定义书签。
1.1主要内容 ............................................. 错误!未定义书签。
1.2任务要求 ............................................. 错误!未定义书签。
2、设计方案............................................. 错误!未定义书签。
2.1设计原理 ............................................. 错误!未定义书签。
2.2设计方案论证 ....................................... 错误!未定义书签。
2.3系统原理图 .......................................... 错误!未定义书签。
2.4系统结构图 .......................................... 错误!未定义书签。
2.5系统工艺流程图 (4)3、硬件设计 (4)3.1流量计（涡轮流量计、电磁流量计） (3)3.2 电动调节阀 (5)3.3 变频器面板 (6)3.4百特自整定PID调节器 (6)3.5 EM235拓展模块 (7)3.6 硬件接线图 (8)3.7 I/O口分配表 (10)4、软件设计............................................. 错误!未定义书签。
4.1 程序流程图 ......................................... 错误!未定义书签。
4.2程序分析 ............................................. 错误!未定义书签。
5、系统建模及MATALAB仿真调试 ............ 错误!未定义书签。
5.1副流量回路建模及仿真........................... 错误!未定义书签。
5.2主流量回路建模和仿真........................... 错误!未定义书签。
6、遇到的困难及心得体会 (17)6.1遇到的困难 (17)6.1心得体会 (18)7、参考文献 (19)单容液位单回路控制、比值控制系统设计1、引言1.1主要内容本课程设计是针对学习完PLC课程后的一个应用性实践环节。
通过本课程设计的训练，对PLC在工程中的实际应用有完整地了解，同时培养综合应用基础课、专业课所学知识及工程实际知识的能力。
通过对PLC软件设计及过程控制系统的分析及设计，获得面向工业生产过程系统分析及设计的实践知识，初步掌握过程控制系统开发和应用的技能。
基于单容液位单回路控制、比值控制系统设计，结合实验室已有设备，通过组态王软件实现上位机对下位机的控制。
按照定值系统的控制要求，根据较快较稳的性能要求，采用双闭环控制结构和PID 控制规律，通过流量传感器将检测到的流量及设定比值送入计算机，计算机运用PID算法得到相应的控制信号，并将其输出给执行器，然后执行器输出不同的电流信号控制变频器工作，以达到调节流量的控制目的。
流量比值控制系统在实际生产中应用十分广泛，它能使系统稳定，精确地输出，更能实现自动化控制，是过程控制系统的一个典型。
本设计针对生产中两种液体的流量的控制，对其设计了单闭环流量比值控制系统，将通道2流量作为主流量，通道1流量为副流量进行设计，设计中用到了多个硬件设备，并基于计算机实现过程的自动控制。
1.2任务要求本课题针对液位控制系统系统作初步设计和基本研究，该系统能对水箱液位信号进行采集，以PLC为下位机，以工控组态软件组态王设计上位机监控画面，实现PID对水箱液位的控制。
针对比值控制系统进行模拟复杂控制系统设计、分析和测试研究，该系统通过涡轮流量计、电磁流量计进行信号采集，以工控组态软件组态王上位机监控P画面并对PID参数调节，实现对比值系统的控制。
（1）了解流量比值控制系统的物理结构，闭环调节系统的数学结果和PID控制算法。
（2）明确各路检测信号到PLC的输入通道，包括传感器的原理，连接方法，信号种类，引入PLC的接线以及PLC中的编址。
（3）明确从PLC到各执行机构的输出通道，包括各执行机构的种类和工作原理，PLC输出信号的种类和地址。
（4）绘制出比值流量控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。
（5）编制PLC的程序结合过程控制实验室的现有设备进行调试，要求达到PID闭环控制，并对实际的控制过程用matalab仿真。
2、设计方案2.1设计原理比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制、双闭环比值控制、串级比值控制系统和变比值控制系统。
开环比值控制是最简单的控制方案。
单闭环比值控制和双闭环比值控制是实现两种物料流量间的定比值控制在系统运行过程中其比值系数是不变的。
串级比值控制系统实现两种物料的比值随第三个参数的需求而变化。
变比值控制系统最终目的是生产过程的结果，物料按比值输出不是关键。
根据设计要求，本系统采用单闭环比值控制或双闭环比值控制，本系统采取双环控制方案。
2.2设计方案论证本系统采用双闭环系统控制，由于副流量回路可以采用流量控制电动调节阀的开度或采用水箱液位对电动调节阀的开度进行控制。
通过我们的实际操作证明了实验室的设备无法实现流量控制电动调节阀的开度，因为电动调节阀太滞后于流量检测以至于PID闭环无法控制电动调节阀的开度。
最后副回路采用液位控制电动调节阀的开度。
由于PLC连接的EM235外部拓展模块只有1路模拟量输出口，我们最终使用了设备上的PID智能调节仪，通过实验得到了一组较好的PID参数，并将其输入到调节仪中，使用智能仪表及副流量回路形成闭环系统。
对于主流量回路的流量，通过副流量的实际检测值比上设定的比值，这就是主回路输入的给定值，通过PID调节输出的电流值给变频器，变频器控制水泵工作，从而控制了水流量的输出值。
结合主流量回路和副流量回路的双闭环系统，使系统更加的稳定，精确地输出，达到实现自动化控制的比值系统。
2.3系统原理图图1 比值控制系统原理图2.4系统结构图图2系统方框图通过副流量回路给定液位值来控制电动调节阀的开度，从而控制副回路的管道流量。
副流量回路管道的流量比上给定比值，作为主流量回路的输入给定值，通过主流量、副流量回路两个闭环回路，这样就可以形成一个具有自动调节功能的系统。
2.5系统工艺流程图图6 工艺流程图3、硬件设计3.1流量计（涡轮流量计、电磁流量计）1）、涡轮流量计：输出信号：频率，测量范围：0~0.6m3/h接线如图所示：图7 涡轮流量计接线说明：传感器的供电电源由24VDC开关电源提供，负载为流量积算变送仪。
注：使用涡轮流量计时，必须将24VDC开关电源打开。
2)、电磁流量计：输出信号：4~20mA，测量范围：0~0.4 m3/h图8 电磁流量计接线说明：转换器为交流220V供电，X、Y和A、B、C为传感器和转换器之间的连线，输出信号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端。
3.2 电动调节阀QSVP20-15N智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：0~10mA/4~20mADC/0~5VDC/1~5VDC输入阻抗：250Ω/500Ω输出信号：4~20mADC输出最大负载：<500Ω信号断电时的阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0~100%间的任意值。
电源：220V±10%/50Hz 。
调节阀特性：单座阀，螺纹连接，线性流量。
图9 电动调节阀3.3 变频器面板本系统采用西门子变频器MicroMaster420。
西门子变频器MicroMaster420是全新一代模块化设计的多功能标准变频器。
它友好的用户界面，让你的安装、操作和控制象玩游戏一样灵活方便。
全新的IGBT技术、强大的通讯能力、精确的控制性能、和高可靠性都让控制变成一种乐趣。
变频器主要特征：1、200V-240V ±10%，单相/三相，交流，0.12kW-5.5kW；2、380V-480V±10%，三相，交流，0.37kW-11kW；3、模块化结构设计，具有最多的灵活性；4、标准参数访问结构，操作方便。
主要控制功能：1、线性v/f控制，平方v/f控制，可编程多点设定v/f控制；2、磁通电流控制（FCC），可以改善动态响应特性；3、最新的IGBT技术，数字微处理器控制；4、数字量输入3个，模拟量输入1个，模拟量输出1个，继电器输出1个；5、集成RS485通讯接口，可选PROFIBUS-DP通讯模块/Device-Net模板；6、具有7个固定频率，4个跳转频率，可编程。
现场系统上的西门子变频器一般包括三个部分：变频器主体，BOP面板，DP接口。
图10 西门子BOP面板西门子BOP面板包括一个液晶显示屏，8个按钮。
其中左上角是运行启动，左下角是停止。
西门子变频器可以BOP面板操作，可以4-20mA控制，也可以使用PROFIBUS-DP总线控制。
不需要增加任何硬件就可以进行这些模式的操作。
3.4百特自整定PID调节器现场装置上的智能调节器适用于温度、压力、液位、流量等各种工业过程参数测量，显示和精确控制。
该装置具有万能信号输入、多种给定方式可选、多种控制输出方式可选择等多种特点。
系统设计中利用实验得出的PID参数对电动调节阀实现闭环控制，使得实际输出的水位值稳定在设定值。