液 位 控 制 系 统

过程控制与仪表

液位控制系统

一：方案选择

1：分析被空对象：被空对象是三容的液位控制系统，

某连续生产过程需要三个生产罐，罐A、B、C

罐A直径1.5米，高2米，生产中为原料输入罐；

罐B为生产中间缓冲罐，直径1.5米，高2米；

罐C为生产罐，直径2米，高2米；三个罐依照自然落差进行安装。

罐A底边距地6米，罐B底边距地3米，罐C落地安装。生产中罐A输入主要原料为液体，管径为DN40；最大工艺流量8T/h ；调节阀 p=0.09MPa。

工艺要求罐C液位处于1.5米左右。

2：要实现对C罐的控制有以下考虑

1）、测量变送单元仪表的选择，显然采用压力测量比较简单，例如：差压测量，但是为了实现精确测量采用压力传感器进行罐底的压力测量——也是为了实现计算机控制进行A/D转换

2）、影响液位的因素：进液量B1以及排液量C1，C罐为生产容器所以对B罐进行控制比较合理——B是缓冲罐。在必要时可也可以对c罐进行控制——不影响生产情况下，所以在进行计算机控制时就要设计相应的控制优先级，根据实际情况进行控制

3）、对于A、B罐液要进行相应控制，只是不需要精确控制，只要不超过上限以及不影响C罐需求的情况下即可

3：方案比较

单回路控制的原理图以及系统工程图

控制方案说明

对于上述控制主要就是通过一般的闭环系统，通过输出的反馈实现对输入的控制——单回路控制，控制方案简单；因为生产实践队也为控制要求不是太高所以单回路控制可以满足要求，被控对象是c罐的液位所以要选取液位高度h 作为被控参数，为了使c罐的也为基本无差调节规律可以采用PI调节；最后根据系统木星对参数进行整定即可

计算机控制的原理图以及控制流程图

控制方案说明

计算机控制方法能够更加精确的控制液位，但是具有很强的专业性，在编写控制算法是必须全面考虑影响被控参数的因素，实现优先级别的排列，只有那样才能处理实际中出现的各种情况；最重要的是必须熟练掌握相应的计算机语言能够熟练应用软件实现算法的编写，计算机控制时为了实现实际测量量与计算机数据间的联系所以必须用A/D、D/A转换芯片实现模拟量与数字量之间的变换。它是现代工业进行控制的主流技术，在计算机控制系统中可以实现自动化控制，既节省人力资源又可以大大提高生产率。

调节阀采用电动调节阀主要是它能源取用方便，信号传输距离远、速度快；再有就是在

实际中对防火等级要求不是太高

经比较可知虽然采用计算机控制有较大优势但是限于我们对专业知识掌握的不足，所以还使用单回路控制方案对系统进行控制。控制思路简单，实际安装维护也方便不需要很高的专业知识

二：参数计算以及调节阀的选择

由已知条件管径为DN40；最大工艺流量Qmax=8T/h(8000kg/h) ；调节阀∆p=0.09MPa 。

1）、调节阀口径的计算

只要根据流体密度以及阀门前后压差就可以计算出调节阀的流量系数，然后再查询相关参数手册就可以得出调节阀口径、公式如下：

c Q =c 流量系数；g Q 最大计算流量；ρ 流体密度；p ∆ 调节阀前后压差

选取调节阀口径所采用的最大流量应比工艺流程的最大流量大25-60%，这是必不可少的安全系数，这样就可以避免调节阀在全开位置上进行工作

为了得到最大计算流量g Q ，首先要知道额定流量n Q 或者是生产过程中允许的最大工艺流量max Q ；然后根据g Q =（1.5~2.5）max Q 的最大计算流量

max Q =8000kg/h p ∆=0.09MP ρ要根据实际流体进行选择再次我选择以水的密度为例：ρ=1000kg/3

m ；当流体粘度较大时可以进行一定的粘度修正

计算中g Q 为体积流量，根据换算则有g Q =（1.5~2.5）*8000/10003m /h

=12~203m /h

取g Q =203m /h c = ≈21.083

m /h

则根据流量系数查表得相应的阀座直径dg=40mm 公称通径Dg=40mm

流量特性：选择有“等百分比特性“的调节阀

2）、为了使调节反能够及时准确定位调节流量，可以增加辅助元件——阀门定位器（ZPQ-01型气动阀门定位器——他是可以与气动调节法、直行程气动活塞调节法及角行程气动调节阀配套使用的辅助仪表，他接受来自气动调节仪表给出的20-100Kpa 信号来控制调节阀）

3)、从安全角度考虑调节阀选择有“气开”功能的部件

控制系统都是通过负反馈来实现系统的稳定控制

执行器（气开）v k ＞0

测量变送单元一般情况 m k ＞0

被控对象肯定有 o k ＞0

为了使***o c v m k k k k ＞0，所以必须有c k ＞0，也就是调节器选择有负作用的调节器

4)、根据实际情况选择HRTP 系列智能电动单座调节阀（它由HRL 智能型电动执行器与优质

的国产阀门相组合构成，是一种高性能的调节阀，可广泛应用于电力、冶金、石油、化工、医药、锅炉、轻工等行业的自动控制系统中——电动执行机构接受4～20mA 控制信号，改变阀门的开度，同时将阀门开度的隔离信号反馈给控制系统，实现对压力、温度、流量、液位等参数的调节。）

执行机构的主要技术参数

型 式：HRL 智能型直行程机构

输入信号：4～20mADC

输入阻抗：250Ω

输出信号：4～20mADC

输出最大负载：＜650Ω

断信号阀位置：可任意设置为保持/全开/全关/0～100%间予置的任意值

电 源：220V±10%/50Hz

推力规格：1KN 、2KN 、4KN 、8KN 、10KN 、16KN 、20KN 、25KN

阀作用型式：任意设置正/反作用

保护等级：IP65

基本误差：±1.0%

死 区：≤±1.0%

环境温度：-10～+65℃

三：系统模型及仿真

1:根据系统参数可列以下方程式

1121212

2232323

3343434*

/*

/*

/d h Q Q C dt Q h R d h Q Q C dt Q h R d h Q Q C dt Q h R ∆∆-∆=∆=∆∆∆-∆=∆=∆∆∆-∆=∆=∆

参数说明：1234Q Q Q Q 分别是流入A 、B 、C 罐的流量以及从C 罐