单闭环比值控制系统3
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。
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
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。
比值控制系统的种类
比值控制系统的种类
比值控制系统根据其结构和特性可以分为不同的种类。
以下是比值控制系统的一些常见种类：
1. 开环比值控制系统：在这种系统中，主动量的比例关系是通过预设的参数直接调节的，没有反馈机制。
这种控制系统比较简单，但对于外界干扰很敏感。
2. 单闭环比值控制系统：这种系统中，主动量的比例关系是通过一个反馈回路进行调节的。
反馈机制可以根据实际输出与期望输出之间的差异来调整主动量，以保持比例关系。
3. 双闭环比值控制系统：这种系统在单闭环比值控制系统的基础上增加了一个内环控制回路。
这个内环可以进一步调整主动量，使其更准确地维持比例关系。
4. 变比值控制系统：这种系统中，比例关系不是固定的，而是可变的。
根据特定条件或需求，系统可以自动调整比例关系来满足要求。
5. 串级比值控制系统：这种系统中，多个比值控制系统按一定次序串联连接，形成一个层级关系。
每个控制环节都负责维持其管理的比例关系，最终实现整体的比值控制。
6. 比值控制组合的系统：这种系统结合了多种比值控制技术和方法，根据具体需求和复杂性进行组合，以实现更精确的比值控制效果。
单闭环比值控制系统3
单闭环⽐值控制系统3⽐值控制系统⼀、⽐值控制原理基本概念与原理⽐值控制中，需要保持⽐例的两种物料：处于主导地位的称为主动量，通常⽤FM表⽰，如燃烧中的燃料量。
另⼀种物料称为从动量，⽤FS表⽰，如燃烧⽐值系统中的空⽓（氧⽓）量。
⽐值控制系统要实现：FS/FM=kk为从动量与主动量的⽐值。
图9－12 燃烧过程⽐值控制系统在⽯化、制药等⽣产过程中，经常要两种或两种以上的物料保持⼀定的⽐例关系。
燃烧过程：燃料与空⽓要保持⼀定⽐例，才能满⾜⽣产和环保要求。
造纸过程：浓纸浆与⽔要以⼀定⽐例混合，才能制造出合格的纸浆。
不少化学反应过程，多个进料要保持⼀定的⽐例。
⽐值系数计算流量⽐值与设置于仪表的⽐值系数是两个不同的概念，它们都为⽆量纲系数，但两者的数值是不等的。
流量⽐值k是流量的⽐值，它们可以同为质量流量、体积流量或折算为标准情况下的流量。
⽐值系数K是设置于⽐值函数模块或⽐值控制器中的参数。
1、采⽤线性流量检测单元的情况在正常⼯况下，主动量与从动量的输出值（⽆量纲）分别为F1/F1MAX，F2/F2MAX。
所以单元组合仪表的⽐值系数为：该⽐值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应⽐例关系有关，与变送器的电⽓零点⽆关。
2、采⽤差压法未经开⽅流量检测单元的情况此时，主动量与从动量的输出值（⽆量纲）分别为（F1/F1MAX）2，（F1/F1MAX）2 。
所以⽐值系数为：该⽐值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应⽐例关系有关，与变送器的电⽓零点⽆关。
3、⼏点说明（1）采⽤线性流量检测⽅法时，只有在F1MAX=F2MAX的场合，k=K；在采⽤差压法未经开⽅流量检测时，在时，k=K （2）采⽤相乘或相除的⽅案中，⽐值函数部件可以改接在F2⼀侧，即实现。
此时，K’＝1/K。
（3）在同样的⽐值k下，通过调整F1MAX，F2MAX也可以改变⽐值系数。
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。
举例说明单闭环比值控制系统的工作过程
举例说明单闭环比值控制系统的工作过程
单闭环比值控制系统是一种常见的自动控制系统，它通过测量被控对象（如温度、压力等）与给定参考值之间的误差，并利用控制器对输出信号进行调整，从而实现对被控对象的控制。
下面以温度控制系统为例来说明单闭环比值控制系统的工作过程：
1. 设置参考值：首先，我们需要设置一个目标温度作为参考值。
2. 测量过程变量：通过传感器实时测量被控对象（如温度）的当前值。
3. 计算误差：将测量到的当前值与设置的参考值进行比较，计算出误差（即偏差）。
4. 控制器调整输出：控制器根据误差信号来决定需要进行的调整动作。
比如，如果当前温度低于目标温度，则控制器会通过增加供热设备的输出来达到升温的目的。
5. 反馈控制：控制器对输出信号进行调整后，被控对象的状态会发生变化。
系统通过反馈机制重新测量被控对象的状态，并将新的测量值与参考值进行比较，重新计算误差。
6. 循环控制：系统会不断地重复上述步骤，通过不断调整输出信号来使误差逐渐减小，直到被控对象的状态稳定在设定值附近。
需要注意的是，单闭环比值控制系统只考虑当前的误差和输出调整，对于系统动态特性的影响较小。
有些情况下，可能需要更为复杂的控制方式，如采用多闭环控制系统来改善系统响应速度和稳定性。
以上就是单闭环比值控制系统的简要工作过程。
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。
单闭环流量比值控制系统实验
单闭环流量⽐值控制系统实验单闭环流量⽐值控制系统实验⼀、实验⽬的1、学习⽐例控制的原理。
2、了解⽐例控制的特点。
3、掌握闭环⽐例单回路控制的设计。
⼆、实验设备A3000-FS/FBS现场系统，任意控制系统。
三、实验原理1、控制原理电磁流量计流量与涡轮流量计⽐值控制实验，可以与“随动系统”和“串级系统”进⾏⽐较。
如图6-10所⽰。
若⽀路2安装的是涡轮流量计，则是两个涡轮流量计进⾏⽐值控制。
被调量为调节阀开度，控制⽬标是⽔流量，通过两个流量不同⽐例下的⽐较，然后输出控制值到调节阀。
实⾏PID控制，看控制效果，进⾏⽐较。
如图6-10所⽰。
图6-10 ⽐值控制系统原理图如果进⾏常规PID仪表实验，⽐值器通过内给定智能PID调节器实现。
把微分，积分调节取消。
就是⼀个⽐值器。
注意调节器⽐例带是P调节中的⽐例系数P K 求反，即P=PK 1*100%。
AI0为第⼀个内给定调节仪输⼊。
显⽰范围可以是4-20mA ，则给定值4 mA ；也可以是(⼯程量)0-1.2，也可以是0-100百分⽐，那个给定值就是0。
在第⼀个调节仪作为⽐值器使⽤之前，请切换到⼿动，设置输出为4 mA ，然后切换到⾃动状态，并且把SP 值设为4 mA 。
如果把P K 简单看成⽐例，那么可以控制两个流量的百分⽐相等。
(注意⽔泵提供的流量占电磁流量计最⼤的50%，所以电磁流量计不能超过该数值)。
如果要准确到流量成⽐例，只需要在原来的P K 值修正两个流量计的最⼤值之⽐就⾏。
例如：涡轮流量计百分⽐：电磁流量计百分⽐=1：P K ，那么实际流量⽐就是1.2：3P K 。
外给定的调节仪输⼊为FT102，给定值为第⼀个调节仪(作为⽐值器)的输出。
输出控制电动调节阀。
2、测量与控制端连接表3、参考结果常规智能仪表控制P=30、I=100S 、D=2S ，控制曲线如图6-11所⽰：图6-11 ⽐值控制实验四、实验要求1、设计串级控制器。
2、经过参数调整，获得最佳的控制效果，并通过⼲扰来验证。
比值控制系统
的控制信号。
P2T
炉膛
正 燃气
锅炉给水
P2C输出高值时，LS选中P1C作为输出。系统是 以蒸汽压力为被控变量的简单控制系统。当煤气压力
超过P2C给定值时， P2C输出低值， LS将改选P2C作
为输出。 系统处于
P1T 蒸汽
燃气压力控制时，
反
P1C 反
蒸汽出口压力控
汽包
P2C
＜ 选择器1
制回路被燃气压
力安全保护回路
2）控制方案的选择
控制方案选择应根据不同的生产要求确定，同时 兼顾经济性原则。
①如果工艺上仅要求两物料流量之比值一定，而 对总流量无要求，可用单闭环比值控制方案。
②如果主、副流量的扰动频繁，而工艺要求主、 副物料总流量恒定的生产过程，可用双闭环比值控制 方案。
③当生产工艺要求两种物料流量的比值要随着第 三参数的需要进行调节时，可用变比值控制方案。
如此例中，当前后塔的压力变化较大时，尽管调 节阀的开度不变，输出流量也会发生较大变化。
因此，简单
均匀控制适用于干
LT
扰不大、对流量的
1#
2#
均匀程度要求较低
LC
的场合。
2．串级均匀控制 为了克服简单均匀控制只有一个控制回路，只能 保证一个被控变量精度的缺点，可在简单均匀控制方 案基础上增加一个副控制回路，构成串级均匀控制。
给定1 － 控制器1
＋
正常控制
＋
控制器2 给定2 － 取代控制
变送器1
选择器
执行器
干扰 对象
被控量1 被控量2
变送器2
例1 锅炉蒸汽压力的控制
工艺要求锅炉输出蒸汽压力稳定。若用单回路 控制系统控制，则根据蒸汽出口压力控制燃气量。
实验三 单闭环流量定值控制系统
实验三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．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备（同前）三、实验原理图3-27 单闭环流量定值控制系统(a)结构图 (b)方框图本实验系统结构图和方框图如图3-27 所示。
被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 控制，并且在实验中PI 参数设置要比较大。
四、实验内容与步骤本实验选择电动阀支路流量作为被控对象。
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 全开，其余阀门均关闭。
将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“ON”的位置。
具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前面的单闭环定值控67制中相应方案进行，下面只给出实验的接线图。
图3-28 智能仪表控制单闭环流量定值控制实验接线图五、实验报告要求1．画出单闭环流量定值控制实验的结构框图。
2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。
六、思考题1．如果采用变频器支路做实验，其响应曲线与电动阀支路的曲线有什么异同？并分析差异的原因。
2．改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？3．在本实验中为什么采用PI 控制规律，而不用纯P控制规律？。
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。
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。
比值控制系统
流量与其测量信号成非线性关系
Q C p
当流量从0～Qmax变化时，流量变送器的输出为4～
20mA DC，则任一中间流量值Q所对应的流量变送器
的输出信号为
I
Q2 Q2
max
16
4
可折算成上述仪表的比值系数为
K
K2
Q2 1max
Q2 2 max
2．动态补偿环节的整定
由图7—3可知该系统的传递函数是：
1．主、副物料流量的确定的原则是：
在工业生产过程中起主导作用的物料流量一般选为主 流量，其它的物料流量选为副流量，其副流量跟随主流量 变化。
在工业生产过程中不可控的或者工艺上不允许控制的 物料流量一般选为主流量 ，而可控的物料流量选为副流 量。
在生产过程中较昂贵的物料流量可选为主流量，这样 可以不会造成浪费或提高产量。
串级（变）比值控制系统，它具有串级控制系统的一 些特点，那么，可以根据有串级控制系统调节器控制规律 的选择原则，主调节器选PI或PID控制规律，副调节器选 用P控制规律。
二、控制系统的整定
在整定比值控制系统时，主要的问题是信号的静态配 合，也就是把工艺上的比值K(K是指两流量的体积流量或 重量流量之比)折算成仪表上的比值系数K′。
在现代工业生产过程中，对自动化的要求较高。就比值控制而 言，不仅要求静态比值恒定，且还要求动态比值一定，在扰动 作用下，要求主、副流量接近同步变化即要求静态与动态时物 料量保持一定比值。为了使 主、副流量在时间上和相位 上同步变化，必须引入“动态 补偿环节”Wb(s)，从原理上 分析，Q2(s)/Q1(s)=K，就可
二、双闭环比值控制系统 双闭环比值控制系统是由一个定值控制的主流量回路
过程控制系统—比值控制系统(工业仪表自动化)
小结
比值控 制系统
比值控制系统的定义。 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。
ห้องสมุดไป่ตู้
思考
什么是比值控制系统？
比值控制系统
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， 称为比值控制系统。通常为流量比值控制系统。
几个概念
主物料、主动量（Q1 、主流量） 从物料、从动量（Q2 、副流量）
副流量Q2与主流量Q1的比值关系为 K Q2 Q1
比值控制系统
开环比值控制系统
图1 开环比值控制
图2 开环比值控制方块图
比值控制系统
图3 单闭环比值控制
图4 单闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
它能实现副流量随主流量的变化而变化，还可以克服副流量本 身干扰对比值的影响。
结构简单，实施方便，尤其适用于主物料在工艺上不允许进 行控制的场合。
虽然能保持两物料量比值一定，但由于主流量是不受控制的， 当主流量变化时，总的物料量就会跟着变化。
比值控制系统
双闭环比值控制系统 它是在单闭环比值控制的基础上，增加了主流量控制回路而构成的。
图5 双闭环比值控制
图6 双闭环比值控制系统方块图
比值控制系统
实现了比较精确的流量比值，也确保了两物料总量基本不变。 提降负荷比较方便，只要缓慢地改变主流量控制器的给定值，就可以
提降主流量，同时副流量也就自动跟踪提降，并保持两者比值不变。 结构较复杂，使用的仪表较多，投资较大，系统调整较麻烦。 主要适用于主流量干扰频繁、工艺上不允许负荷有较大波动或工艺上
比值控制系统
结构简单，只需一台纯比例控制器，其比例度可以根据比值 要求来设定。
项目三 单闭环过程控制系统
烟气
引风机
3
原油 q
热油阀
热油
4
燃油阀
2
1
燃油泵
燃油
任务1 方案设计、仪表选择
一、方案设计
单回路系统控制方案设计包含的主要内容： ★ 合理选择系统性能指标 ★ 合理选择被控参数和控制参数
多回路（复杂过程）系统控制方案设计包含的内容： ——除上述内容外，重点选择系统结构
任务1 方案设计、仪表选择
1、过程控制系统的性能指标
阶跃响应性能指标 偏差积分性能指标
衡量系统性能好坏应考虑：
给定变化
干扰变化 控制系统
输出迅速、准确、平稳 达到新值的能力
输出迅速、准确、平稳 回到 (或接近)原值的能力
阶跃响应性能指标
扰动影响 （给定不变）
C
给定变化
任务1 方案设计、仪表选择
1）余差（稳态误差）C ——衡量精度
过程控制系统设计概述
一般要求 安全性、稳定性、经济性
设计步骤 建立模型、选择方案、选择仪表、实验仿真、投运
主要设计内容 方案设计、工程设计、工程安装及仪表调校 调节器参数整定
安全保护问题 设置越限报警与联锁保护 采用系统可靠性设计 选用本质安全防爆仪表及装置
任务1 方案设计、仪表选择
加热炉温度控制系统
提高测量精度
2、执行器选择（针对阀）
执行器的作用： • 接受调节器的命令； • 改变流进或流出被控对象的能量或物料
任务1 方案设计、仪表选择
执行器的选择
电动、气动、液动 大小及工作区间 流量特性 气开、气关形式
电动执行器：输入直流电流信号 DC 4~20mA 特点：动作迅速、便于远传、便于与计算机配合 适用场合：不适于易燃易爆场合。
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比值控制系统
一、比值控制原理
基本概念与原理
比值控制中，需要保持比例的两种物料：
➢处于主导地位的称为主动量，通常用FM表示，如燃烧中的燃料量。
➢另一种物料称为从动量，用FS表示，如燃烧比值系统中的空气（氧气）量。
比值控制系统要实现：
FS/FM=k
k为从动量与主动量的比值。
图9－12 燃烧过程比值控制系统
在石化、制药等生产过程中，经常要两种或两种以上的物料保持一定的比例关系。
➢燃烧过程：燃料与空气要保持一定比例，才能满足生产和环保要求。
➢造纸过程：浓纸浆与水要以一定比例混合，才能制造出合格的纸浆。
➢不少化学反应过程，多个进料要保持一定的比例。
比值系数计算
流量比值与设置于仪表的比值系数是两个不同的概念，它们都为无量纲系数，但两者的数值是不等的。
流量比值k是流量的比值，它们可以同为质量流量、体积流量或折算为标准情况下的流量。
比值系数K是设置于比值函数模块或比值控制器中的参数。
1、采用线性流量检测单元的情况
在正常工况下，主动量与从动量的输出值（无量纲）分别为F1/F1MAX，F2/F2MAX。
所以单元组合仪表的比值系数为：
该比值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送器的电气零点无关。
2、采用差压法未经开方流量检测单元的情况
此时，主动量与从动量的输出值（无量纲）分别为（F1/F1MAX）2，（F1/F1MAX）2 。
所以比值系数为：
该比值系数只与变送器的量程和所要求从动量与主动量的对应比例关系有关，与变送器的电气零点无关。
3、几点说明
（1）采用线性流量检测方法时，只有在F1MAX=F2MAX的场合，k=K；在采用差压法未经开方流量检测时，在时，k=K
（2）采用相乘或相除的方案中，比值函数部件可以改接在F2一侧，即实现。
此时，K’＝1/K。
（3）在同样的比值k下，通过调整F1MAX，F2MAX也可以改变比值系数。