单闭环管道流量比值控制系统设计
单闭环管道流量比值控制系统设计
《单闭环管道流量比值控制系统》过程控制系统课程设计说明书专业班级：11级自动化1班姓名：孙勇李自强周程鲍凯学号：080311009 080311022080311035 080311047指导教师：陈世军设计时间: 2014年6月11日物理与电气工程学院2014年 6 月11 日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。
关键词：组态王；流量；比值控制系统目录1、引言 (1)1.1主要内容 (1)1.2任务要求 (1)2、设计方案 (2)2.1设计原理 (2)2.2系统原理图 (2)2.3 仿真调试 (3)3、硬件设计 (4)3.1使用仪器 (4)4、软件设计 (7)4.1 程序 (7)4.2 系统组态设计 (11)4.2.1组态图 (11)4.2.2静态画面 (12)4.2.3数字字典 (14)4.2.4系统应用程序 (16)4.2.5动画连接 (17)5、课程设计总结 (17)6、参考文献 (18)1、引言1.1主要内容本课程设计是学完《过程控制系统》课程后的一个应用性实践环节。
通过本课程设计的训练，对过程控制工程设计的概念有完整地了解，同时培养综合应用基础课、专业课所学知识与工程实际知识的能力。
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。
单闭环流量定值控制系统毕业设计分解
开封大学毕业论文单闭环流量定值控制系统专业：[电气自动化]班级：[2班]学生姓名：[毕士杰]指导教师：[曹红英]完成时间：2018年10月13日目录第1章实验装置介绍 (1)1.1对象系统组成 (1)1．2 对象系统主要特点 (2)第2章系统的方案设计 (3)2.1硬件设计 (5)2.2软件设计 (6)第3章组态王软件设计 (10)3.1组态王软件介绍 (10)3.2使用组态王 (11)3. 3 创建组态画面 (14)3. 4 动画连接 (18)第4章系统中的问题和解决方案 (22)4.1控制规律的确定 (22)4.2调节器参数的整定方法 (23)总结 (27)参考文献 (28)第1章实验装置介绍1.1 对象系统组成（1）过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储水箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型水箱；三相4.5kw电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加热筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。
系统动力系统两套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、交流电磁阀、涡轮流量计等组成；另一套由日本三菱变频器、三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。
整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板、甚至小到每一颗紧固螺钉。
如图1-1（2）对象系统中的各类检测变送及执行装置扩散硅压力变送器三只：分别检测上水箱、中水箱、下水箱液位；涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量；Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温；控制模块：包括电磁阀、电动调节阀各一个；三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵；1．2 对象系统主要特点（1）被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数；（2）执行器中既有电动调节阀仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器；（3）系统除了能改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动；（4）一个被调参数可用不同的动力源、不同的执行器和不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣；（5）能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验。
单闭环流量比值控制系统设计
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展，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。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否如此将使燃烧反响不能正常进展，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
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单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前与时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进展,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景12比值控制系统概述4比值控制系统定义5比值控制原理5比值控制系统特点5比值控制系统的类型6开环比值控制系统6单闭环比值控制系统73单闭环流量比值控制系统方案设计9系统方案设计9系统硬件设计104上位机组态与程序设计124.1组态软件WinCC104.1.1WinCC简介104.1.2WinCC的开展与应用104.2上位机组态设计114.3PLC程序设计125PID参数整定与系统调试19控制器19控制器的优点20控制规律的选择20控制器参数的调节与其对控制性能的影响21比例控制对控制性能的影响19积分控制对控制性能的影响20微分控制对控制性能的影响22控制系统的整定23控制系统整定的根本要求23调节器参数的整定方法23 调节器参数的整定与调试27总结29参考文献301设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上根底组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
单闭环管道流量比值控制系统设计
《单闭环管道流量比值控制系统》过程控制系统课程设计说明书专业班级： 11级自动化1班姓名：孙勇李自强周程鲍凯学号：080311009 080311022080311035 080311047指导教师：陈世军设计时间: 2014年6月11日物理与电气工程学院2014年 6 月 11 日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。
关键词：组态王；流量；比值控制系统目录1、引言 (1)1.1主要内容 (1)1.2任务要求 (1)2、设计方案 (2)2.1设计原理 (2)2.2系统原理图 (2)2.3 MATLAB仿真调试 (3)3、硬件设计 (4)3.1使用仪器 (4)4、软件设计 (7)4.1 PLC程序 (7)4.2 MCGS系统组态设计 (11)4.2.1组态图 (11)4.2.2静态画面 (12)4.2.3数字字典 (14)4.2.4系统应用程序 (16)4.2.5动画连接 (17)5、课程设计总结 (17)6、参考文献 (18)1、引言1.1主要内容本课程设计是学完《过程控制系统》课程后的一个应用性实践环节。
通过本课程设计的训练，对过程控制工程设计的概念有完整地了解，同时培养综合应用基础课、专业课所学知识与工程实际知识的能力。
单闭环流量比值控制系统
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～Q max 变化时，相应变送器的输出电流为4～20mA 。
由此可知，任一瞬时主流量Q 1和副流量Q 2所对应变送器的输出电流分别为I 1＝416max11+⨯Q Q (1) I 2＝416max 22+⨯Q Q (2) 式中Q 1max 和Q 2max 分别为Q 1和Q 2 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Q 1max ＝Q 2max 。
设工艺要求Q 2/Q 1＝K ，则式（1）、（2）可改写为Q 1＝16)4(1-I Q 1max (3) Q 2＝16)4(2-I Q 2max (4) 于是求得12Q Q ＝4412--I I ×max 1max 2Q Q ＝4412--I I (5) 折算成仪表的比值系数K ′为K ′＝K ×max2max 1Q Q ＝K (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。
单闭环流量定值控制系统
第二节单闭环流量定值控制系统一．实验目的：1．了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2．掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
3．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
二．实验原理：离心泵恒流量控制系统图如图5.3-1所示，控制系统方框图如图5.3-2所示。
图5.3-1 离心泵恒流量控制系统图图5.3-2 离心泵恒流量控制系统方框图离心泵恒流量控制系统为单回路简单控制系统，安装在离心泵出口管路上涡轮流量传感器TT将离心泵出口流量转换成脉冲信号，其脉冲频率经频率/电压转换器转换成电压信号后输出至流量调节器TC，TC将流量信号与流量给定值比较后，按PID调节规律输出4—20mA信号，驱动电动调节阀改变调节阀的开度，达到恒定离心泵出口流量的目的。
离心泵恒流量控制系统方框图如图十三所示。
控制参数如下：1．控变量y：离心泵出口流量Q。
2．定值(或设定值)ys：对应于被控变量所需保持的工艺参数值3．测量值ym：由传感器检测到的被控变量的实际值4．操纵变量(或控制变量)：实现控制作用的变量，在本实验中为离心泵出口流量。
使用电动调节阀作为执行器对离心泵出口流量进行控制。
电动调节阀的输入信号范围：4—20mA。
5．干扰(或外界扰动)f：干扰来自于外界因素，将引起被控变量偏离给定值。
在本实验中采用突然改变离心泵转速的方法，改变离心泵出口压力，人为模拟外界扰动给控制变量造成干扰。
6．偏差信号e:被控变量的实际值与给定值之差， e=ys-ym 。
ym---离心泵出口流量值Q 。
ys---离心泵出口流量设定值。
7．控制信号u ：工业调节器将偏差按一定规律计算得到的量。
离心泵恒流量控制系统采用比例积分微分控制规律(PID)对离心泵流量进行控制。
比例积分微分控制规律是比例、积分与微分三种控制规律的组合，理想的PID 调节规律的数学表达式为：01()()()()tP D I de t u t K e t e t dt T T dt ⎡⎤∆=++⎢⎥⎣⎦⎰ 三．实验方法：1．向V103中注入2/3以上清水 2．打开设备总电源，检查各仪表，执行器是否正常3．打开阀门VA110或VA111，A112，A117，其余阀门关闭4．松动离心泵放气螺丝，直到有水流出，拧紧螺丝5．将离心泵出口压力测量表（PI-03）设为手动输出且输出值为100，变频器的频率即设为50.00Hz6．打开实验软件，进入流量曲线界面点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”开始记录液位变化7．将流量测量表（FI-01）设为自动输出且SV 值为4.00，P=3，I=5，D=1.5 FILE=58．打开立式离心泵向观察曲线变化情况，待流量稳定后，点击菜单栏中的“曲线 流量控制曲线”重新记录液位变化9．大约10秒钟后通过以下几种方式加干扰：（1）突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；（此法推荐，下面方法仅供参考）。
单闭环流量比值控制系统matlab
单闭环流量比值控制系统matlab在控制系统工程中，单闭环流量比值控制系统是一种常见的控制系统结构，它可以实现对给定流量比值的精准控制。
在本文中，我们将探讨这一主题，并结合Matlab的实际应用来深入理解。
1. 单闭环流量比值控制系统概述单闭环流量比值控制系统是指在控制过程中，通过检测两个流量变量的比值，从而实现对流量比值的控制。
这种控制系统结构通常包括传感器、控制器和执行器等组成部分，它能够在一定程度上解决流量控制中的非线性和耦合问题。
2. 控制系统参数评估在设计单闭环流量比值控制系统时，需要对系统参数进行评估。
我们需要确定传感器的精度和灵敏度，以确保能够准确地检测流量比值。
控制器的参数也需要进行调整，包括比例、积分和微分参数的设定，以实现对流量比值的精准控制。
在Matlab中，可以通过仿真和参数优化的方法来进行参数评估，从而实现系统控制的优化。
3. Matlab在单闭环流量比值控制系统中的应用Matlab作为一种功能强大的工具，可以用于建立单闭环流量比值控制系统的数学模型，并进行仿真分析。
通过Matlab/Simulink工具箱，可以方便地搭建系统模型，并对控制器参数和系统结构进行优化。
Matlab还提供了丰富的数据可视化和分析工具，可以帮助工程师更直观地理解控制系统的性能，并进行系统设计与优化。
4. 个人观点和理解在实际工程应用中，单闭环流量比值控制系统具有广泛的应用价值，尤其是在化工、环保和生物工程等领域。
通过Matlab对控制系统进行建模和仿真分析，可以帮助工程师更加深入地理解系统动态特性和稳定性，从而实现系统设计的优化。
在实际工程中，需要综合考虑系统的稳定性、鲁棒性和实时性等因素，进一步优化单闭环流量比值控制系统的性能和可靠性。
总结回顾通过本文对单闭环流量比值控制系统的深入探讨，我们更深入地理解了控制系统工程中的关键概念和方法。
Matlab作为一种功能强大的工具，为工程师提供了便利的系统设计与优化评台，可以帮助实现对单闭环流量比值控制系统的高效建模和仿真分析。
单闭环流量定值控制系统的设计方案毕业设计
单闭环流量定值控制系统的设计⽅案毕业设计⽬录第1章实验装置介绍 (1)1.1对象系统组成 (1)1．2 对象系统主要特点 (2)第2章系统的⽅案设计 (3)2.1硬件设计 (5)2.2软件设计 (6)第3章组态王软件设计 (10)3.1组态王软件介绍 (10)3.2使⽤组态王 (11)3. 3 创建组态画⾯ (14)3. 4 动画连接 (18)第4章系统中的问题和解决⽅案 (22)4.1控制规律的确定 (22)4.2调节器参数的整定⽅法 (23)总结 (27)参考⽂献 (28)第1章实验装置介绍1.1 对象系统组成（1）过程控制实验对象系统实验对象系统包含有：不锈钢储⽔箱；上、中、下三个串接有机玻璃圆筒型⽔箱；三相4.5kw电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加热筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。
系统动⼒系统两套：⼀套由三相（380V交流）不锈钢磁⼒驱动泵、电动调节阀、交流电磁阀、涡轮流量计等组成；另⼀套由⽇本三菱变频器、三相不锈钢磁⼒驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。
整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板、甚⾄⼩到每⼀颗紧固螺钉。
如图1-1（2）对象系统中的各类检测变送及执⾏装置扩散硅压⼒变送器三只：分别检测上⽔箱、中⽔箱、下⽔箱液位；涡轮流量计三只：分别检测两条动⼒⽀路及盘管出⽔⼝的流量；Pt100热电阻温度传感器六只：分别⽤来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上⽔箱出⽔⼝⽔温；控制模块：包括电磁阀、电动调节阀各⼀个；三相380V不锈钢磁⼒驱动泵、三相220V不锈钢磁⼒驱动泵；1．2 对象系统主要特点（1）被调参数囊括了流量、压⼒、液位、温度四⼤热⼯参数；（2）执⾏器中既有电动调节阀仪表类执⾏机构，⼜有变频器等电⼒拖动类执⾏器；（3）系统除了能改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和⼿操作阀制造各种扰动；（4）⼀个被调参数可⽤不同的动⼒源、不同的执⾏器和不同的⼯艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、⽐较各种调节⽅案的优劣；（5）能进⾏多变量控制系统及特定的过程控制系统实验。
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Q 1，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Q 2，它是系统的副流量。
要求副流量Q 2能跟随主流量Q 1的变化而变化，而且两者之间保持一个定值的比例关系，即Q 2/Q 1=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～Q max 变化时，相应变送器的输出电流为4～20mA 。
由此可知，任一瞬时主流量Q 1和副流量Q 2所对应变送器的输出电流分别为I 1＝416max11+⨯Q Q (6-1) I 2＝416max 22+⨯Q Q (6-2) 式中Q 1max 和Q 2max 分别为Q 1和Q 2 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Q 1max ＝Q 2max 。
设工艺要求Q 2/Q 1＝K ，则式（6-1）、（6-2）可改写为Q 1＝16)4(1-I Q 1max (6-3) Q 2＝16)4(2-I Q 2max (6-4) 于是求得12Q Q ＝4412--I I ×max1max 2Q Q ＝4412--I I (6-5) 折算成仪表的比值系数K ′为K ′＝K ×max2max 1Q Q ＝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。
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。
单闭环流量比值控制系统设计
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。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
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单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景 (1)2比值控制系统概述 (2)2.1 比值控制系统定义 (2)2.2 比值控制原理 (2)2.3 比值控制系统特点 (2)2.4 比值控制系统的类型 (3)2.4.1 开环比值控制系统 (3)2.4.2 单闭环比值控制系统 (4)3单闭环流量比值控制系统方案设计 (7)3.1 系统方案设计 (7)3.2 系统硬件设计 (7)4上位机组态与程序设计 (10)4.1 组态软件WinCC (10)4.1.1 WinCC简介 (10)4.1.2 WinCC的发展及应用 (10)4.2 上位机组态设计 (11)4.3 PLC程序设计 (12)5 PID参数整定及系统调试 (17)5.1 PID控制器 (17)5.1.1 PID控制器的优点 (18)5.1.2 控制规律的选择 (18)5.2 PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (19)5.2.1 比例控制对控制性能的影响 (19)5.2.2 积分控制对控制性能的影响 (20)5.2.3 微分控制对控制性能的影响 (22)5.3 控制系统的整定 (23)5.3.1 控制系统整定的基本要求 (23)5.3.2 调节器参数的整定方法 (23)5.4 调节器参数的整定及调试 (25)总结 (28)参考文献 (29)1设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上基础组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
单闭环比值控制课程设计
单闭环比值控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 理解单闭环比值控制的基本概念，掌握其数学模型和物理意义；2. 掌握单闭环比值控制系统的参数设计方法，能够分析系统性能；3. 了解单闭环比值控制在实际工程中的应用，如电机转速控制、温度控制等。
技能目标：1. 能够运用数学工具对单闭环比值控制系统进行建模和分析；2. 学会使用仿真软件进行单闭环比值控制系统的模拟和调试；3. 能够独立设计简单的单闭环比值控制系统，并进行性能评估。
情感态度价值观目标：1. 培养学生对自动控制技术的兴趣，激发其探索精神；2. 培养学生严谨的科学态度，使其认识到理论与实践相结合的重要性；3. 增强学生的团队合作意识，培养其沟通交流和协作解决问题的能力。
课程性质：本课程属于自动控制原理的一部分，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生已具备一定的数学基础和物理知识，具有一定的分析问题和解决问题的能力。
教学要求：结合理论教学和实际操作，注重培养学生的实际应用能力和创新思维。
在教学过程中，将课程目标分解为具体的学习成果，以便于后续的教学设计和评估。
二、教学内容1. 单闭环比值控制基本概念：介绍单闭环比值控制系统的定义、组成及其在自动控制中的应用。
- 教材章节：第三章第二节- 内容：控制系统概述、单闭环比值控制系统的结构及原理。
2. 单闭环比值控制数学模型：分析单闭环比值控制系统的数学建模方法，包括传递函数、状态空间方程等。
- 教材章节：第三章第三节- 内容：数学模型建立、传递函数求解、状态空间方程描述。
3. 单闭环比值控制系统参数设计：讲解单闭环比值控制系统的参数设计方法，分析系统性能指标。
- 教材章节：第三章第四节- 内容：PID控制器设计、系统稳定性分析、性能指标优化。
4. 单闭环比值控制系统仿真与实验：运用仿真软件（如MATLAB）进行单闭环比值控制系统模拟和调试，开展实验操作。
- 教材章节：第三章第五节- 内容：仿真软件应用、模拟调试方法、实验操作步骤。
实验单闭环比值控制系统(精品资料)PPT
了进解行流 系量统• 计信的号从工连动作线原，流理完和成量量构闭程建现单环场闭校环系对比统方值法系的；统的设工定作；值：SP2=FT101*K’
调整控制器的P、I参数，到达几乎无超调、无震荡的过渡过程，确保系统稳定迅速、静态误差小； 估计电磁流量计的实际量程：F2max = F/X*100；
输送并维持其循环
观察记录电磁流量计的读数并记录仪表测量信号值及计算机上读到的PV2值〔因仪表有阻尼，故一般要等30s后读数才较稳定〕；
控制阀控制的从动量F2，应根据F1的变化自动调节并跟踪其变化
G (s) 调整控制器的P、I参数，到达几乎无超调、无震荡的过渡过程，确保系统稳定迅速、静态误差小；
掌握比值控制系统投运过程和参数调整方法
注意：V103仅是 个维持水循环的 过渡容器，本实 验与液位无关
实验设备说明
• 实验设备：两路独立的流量系统是由各自的流体管线、阀门、水泵、 流量计等构成，流量F1是主动量，在这里是被检测参数，而流量F2是 从动量，既是被控参数也是控制参数
• 流量检测仪表：测量F1的是涡轮流量计FT101，测量F2的是电磁式流 量计FT102。两种流量计的最终输出信号都是4~20mA。本实验与液 位参数无关，无需液位测量仪表
比值控制有多种方案，单闭环、双闭环、变比值及串级比m值1等；
F1
单闭环比值控制系统的信号连线
副流量自动调节：MV2，及控制阀FV101输出
估计电磁流量计的实际量程：F2max = F/X*100；单闭环比值系统方框图
在一定范围内改变主动量F1，测试从动量F2能否迅速跟上，并且能保持预先设定的比例关系。
• 实验要求：基于A3000实验装置的工艺设备和仪表，构建一个能保持 两路流量成一定比例关系的比值控制系统；正确完成系统运行工作， 平稳地将其投运到自动，调整控制器参数，使之满足系统的质量要求， 验证流量比值关系的保持能力
单闭环流量比值控制系统设计
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。
例如氨分解工艺中的氨分解炉，入炉煤气和空气应保持一定的比例，否则将使燃烧反应不能正常进行，而煤气和空气比例超过一定的极限将会引起爆炸。
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单闭环流量比值过程控制系统。
在实际的生产过程控制中,比值控制系统除了实现一定比例的混合外,还能起到在扰动影响到被控过程质量指标之前及时控制的作用.而且当最终质量指标难于测量,变送时,可以采用比值控制系统,使生产过程在最终质量达到预期指标下安全正常地进行,因为比值控制具有前馈控制的实质。
关键词：流量；比值控制；PID控制；可编程控制器目录1设计背景 (1)2比值控制系统概述 (5)2.1 比值控制系统定义 (5)2.2 比值控制原理 (5)2.3 比值控制系统特点 (5)2.4 比值控制系统的类型 (6)2.4.1 开环比值控制系统 (6)2.4.2 单闭环比值控制系统 (7)3单闭环流量比值控制系统方案设计 (10)3.1 系统方案设计 (10)3.2 系统硬件设计 (10)4上位机组态与程序设计 (13)4.1 组态软件WinCC (10)4.1.1 WinCC简介 (10)4.1.2 WinCC的发展及应用 (10)4.2 上位机组态设计 (11)4.3 PLC程序设计 (12)5 PID参数整定及系统调试 (20)5.1 PID控制器 (20)5.1.1 PID控制器的优点 (21)5.1.2 控制规律的选择 (21)5.2 PID控制器参数的调节及其对控制性能的影响 (22)5.2.1 比例控制对控制性能的影响 (19)5.2.2 积分控制对控制性能的影响 (20)5.2.3 微分控制对控制性能的影响 (22)5.3 控制系统的整定 (23)5.3.1 控制系统整定的基本要求 (23)5.3.2 调节器参数的整定方法 (23)5.4 调节器参数的整定及调试 (28)总结 (31)参考文献 (32)1设计背景石油炼制生产过程中，把两种或两种以上基础组分油与各种添加剂按一定比例均匀混合，从而成为一种新产品的过程称为调和。
基于mcgs的单闭环流量比值控制系统的设计
基于mcgs的单闭环流量比值控制系统的设计
基于MCBS（Model Control Balance System）的单闭环流量比值控制系统设计通常包括以下步骤:
1. 确定系统的控制目标和要求。
比如确定流量比值控制的目标、精度要求等。
2. 确定系统的控制结构。
根据实际应用需求和系统特点，选择适当的控制结构，如比例控制、PID控制等。
3. 建立系统的数学模型。
根据系统的动态特性和控制对象，建立适当的数学模型，如差分方程、状态空间方程等。
4. 设计控制器。
根据系统模型，设计合适的控制器参数。
可以通过试控制、频域分析等方法进行参数调整。
5. 根据控制目标和系统结构，确定传感器和执行器的类型和位置。
选择适当的传感器和执行器，如流量传感器、阀门执行器等。
6. 进行控制器的实现和调试。
将控制器参数输入控制器，并进行调试和优化，确保控制系统能够稳定运行并达到设计要求。
7. 进行控制系统的性能评估和改进。
根据实际应用情况，对控制系统的性能进
行评估，并进行改进和优化，以满足实际需求。
需要注意的是，基于MCBS的单闭环流量比值控制系统设计是一个复杂的过程，需要考虑到系统的动态特性、控制目标和实际应用需求等多个因素。
在设计过程中，可以利用现代控制理论和工具，如模型预测控制、自适应控制等，来提高控制系统的性能和稳定性。
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《单闭环管道流量比值控制系统》过程控制系统课程设计说明书专业班级：11级自动化1班姓名：孙勇李自强周程鲍凯学号：080311009 080311022080311035 080311047指导教师：陈世军设计时间: 2014年6月11日物理与电气工程学院2014年 6 月11 日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。
关键词：组态王；流量；比值控制系统目录1、引言 (1)1.1主要内容 (1)1.2任务要求 (1)2、设计方案 (2)2.1设计原理 (2)2.2系统原理图 (2)2.3 MATLAB仿真调试 (3)3、硬件设计 (4)3.1使用仪器 (4)4、软件设计 (7)4.1 PLC程序 (7)4.2 MCGS系统组态设计 (11)4.2.1组态图 (11)4.2.2静态画面 (12)4.2.3数字字典 (14)4.2.4系统应用程序 (16)4.2.5动画连接 (17)5、课程设计总结 (17)6、参考文献 (18)1、引言1.1主要内容本课程设计是学完《过程控制系统》课程后的一个应用性实践环节。
通过本课程设计的训练，对过程控制工程设计的概念有完整地了解，同时培养综合应用基础课、专业课所学知识与工程实际知识的能力。
通过对过程控制系统的分析与设计，获得面向工业生产过程系统分析与设计的实践知识，初步掌握过程控制系统开发和应用的技能。
基于组态软件的流量比值过程控制系统通过某种组态软件，结合实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，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，通过流量传感器将检测到的流量与设定值送入计算机，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，然后执行器调节调节阀，以达到调节流量的控制目的。
设计一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的流量比值单回路过程控制系统。
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，将液体A作为主流量，液体B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任务要求根据要求自己设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，在实验室连接系统部件、构造硬件系统。
可以自己跳线、连线，并连好对象、控制器、计算机，但是打开电源之前必须经过指导教师检查。
在过程监控计算机上编制相应监控组态程序。
通过对控制器、监控计算机和实验对象的联机调试、执行、观察结果，达到预期应用功能和控制目的，比较不同方案的应用效果。
⑵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。
⑵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。
⑶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。
⑷绘制出流量控制系统的电路原理图，编制I/O地址分配表。
⑸编制PLC的程序结合过程控制实验室的现有设备进行调试，要求能在实验设备上演示控制过程。
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，本系统必须采用单闭环比值控制或双闭环比值控制，本系统采取单闭环控制方案。
2.2系统原理图图1 单闭环流量比值控制系统原理图2.3 MATLAB 仿真调试本系统的主要的实现是PID 算法的实现，根据流量比值单回路控制系统的原理，运用组态王所提供的类似于C 语言的程序编写语言实现PID 控制算法。
取采样周期Ts=1s 。
本系统采用PID 位置控制算式，其控制算式如下：0120122()(1)(1)()(1)(1)(2)(1)()(1)(2)(1)2(1)DD D P P P I DP I DP DPT T T T u k u k K e k K e k K e k T T T Tu k a e k a e k a e k T T a K T T T a K TT a K T=-+++-+-+-=-+--+-=++=+=算式中，Kp 为比例系数，Ti 为积分时间，Td 为微分时间，以u(k)作为计算机的当前输出值，以Kc*PV 作为给定值，PV2作为反馈值即AD 设备的转换值，e(k)作为偏差。
图5 PID 控制器图6 仿真结果3、硬件设计3.1使用仪器3.1.1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2 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3 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。
3.1.2 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%/50Hz3.1.3 变频器面板如图所示，变频器型号为三菱FR-S520S-0.4K型变频调速器，具体数设置如下表：表1 三菱变频器参数设置表20%A 面板接线端子功能说明：为了保护变频器各接线端子不因实验时经常装拆线而损坏或丢失，故将其常用的端子引到面板上。
（1）控制信号输入：可输入外部0~5V电压或4~20mA电流控制信号。
图4 变频器面板（2）STF、STR：电机的正、反转控制端，SD与STF相连为正转，SD与STR相连时为反转。
B 变频器使用说明：本装置中使用变频器时，主要有两种输出方式：一种是直接调面板旋钮输出频率，另一种是用外部输入控制信号改变变频器输出频率。
两种输出方式具体接线方法如下：（1）变频器面板旋钮输出接线方法：SD与STF（或STR）短接，当需要改变输出频率时，旋动面板上的旋钮，顺时针旋可增大输出频率，逆时针旋可减小输出频率。
待旋至所需要的频率时，按变频器上白色的SET键，即可选定所需的输出频率。
（2）变频器外部控制信号控制输出接线方法：SD与STF（或STR）、RH两端都短接，在控制信号输入端接入控制信号（正极、负极应对应，不能接错），打开变频器的电源开关即可输出。
通过改变控制信号的大小来改变输出频率。
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。
第一路由异步电动机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。
表2 端口分配表4、软件设计4.1 PLC程序4.2 系统组态设计4.2.1 组态图如图7所示，主动量液体A的测出的流量值PV经过比值器，与PV2进行偏差运算，再进行PID运算。
系统一般在手动的情况下是不输出值的，若此时输出值，得到的结果不是预期要的，所以系统在手动的情况下PID控制无输出值输出，我们设计的这个系统在系统运行时默认是手动，只有在切换到自动的情况PID才有输出值输出。
图7 系统组态图4.2.2 静态画面图8 开机界面图9 控制界面图10 历史曲线界面本课程设计共设计有三个画面：开机界面、控制界面、历史曲线界面。
开机界面如图8所示，当启动系统后，我们进入开机界面，其中上面有系统的名字“基于组态软件的流量比值过程控制系统”，另外还有两个按钮，是“进入”按钮和“退出”按钮，进入按钮是通过ShowPicture("控制界面")命令语言与控制界面相连接，其功能是进入控制界面，退出按钮的功能是退出系统。
控制界面如图9所示，在控制界面中有两个液罐，它们在本设计中只是作为容器，装A、B溶液，本设计主要考虑的是流量比值控制。
在主界面中还有一个电动调节阀，若干手动调节阀，两个电磁流量计，一个水泵和若干管道组成，电动调节阀是控制A的流量，两个电磁流量是测量液体的流量值。
当我们启动系统后进入主界面我们设置设定值，比例系数P，积分系数Ti，为分析书Td，比值器大小Kc，设置这五个参数，此事系统是手动状态，将系统切换到自动状态，系统按设定好的PID算法得到输出，使A1流量与A2的流量成设定的比例并稳定于此。
期间画面也能显示出测量值，输出值，并且管道也能模拟液体的流动。
并且在主界面中也能直接观察实时曲线，实时曲线包括给定值的曲线，测量值1的曲线，测量值2的曲线，通过它可以查看系统的稳定情况。
当我们要观察历史的曲线时，我们可以单击历史曲线按钮，进入历史曲线界面，历史曲线界面如图10所示。
历史曲线中也主要包括定值的曲线，测量值1的曲线，测量值2的曲线，历史曲线中还有两个按钮，返回按钮和退出按钮，返回按钮也是通过ShowPicture("控制界面")命令语言与控制界面相连接，可以返回控制界面，退出按钮具有退出系统的功能。
4.2.3 数字字典根据控制系统的需要建立数据词典，以便确定内存变量与I/O数据，运算数据的关系。
只有在数据词典中定义的变量才能在系统的控制程序中使用。
本系统中所涉及到的变量的类型主要有与AD，DA设备进行数据交换的I/O实型变量，控制电磁阀开关的I/O离散变量，用于定以开关动画连接的内存离散变量，参于PID运算的内存实型变量和实现各种动画效果所用到的内存实型或内存整型变量等。