引言

　　在生產(chǎn)過程中瑰齐，凡是將兩種或兩種以上的物料量自動地保持一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)诬乞，就稱為比值控制系統(tǒng)诡曙。在化工行業(yè)中，流量控制是非常重要的笆豁。本文主要介紹了一種流量比值控制系統(tǒng)郎汪，經(jīng)實驗和實踐運行，證明該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單闯狱、穩(wěn)態(tài)誤差小煞赢、控制精度高等優(yōu)點。

　　1.工作原理

　　比值控制有開環(huán)比值控制哄孤、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制三種類型照筑。開環(huán)比值控制是最簡單的控制方案。單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)是為了克服開環(huán)比值控制方案的缺點而設(shè)計的旅霍，這種方案的不足之處是主流量沒有構(gòu)成閉環(huán)控制诽矩。本系統(tǒng)采樣雙閉環(huán)比值控制方案。

圖1kcl-h2so4雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)原理圖

　　由圖1所示铣翁，第一個閉環(huán)控制系統(tǒng)是主流量氯化鉀本身構(gòu)成的流量閉環(huán)控制系統(tǒng)租触，當設(shè)置確定后，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)作用供馍，消除擾動的影響蔽宜，使氯化鉀的流量穩(wěn)定在設(shè)定值上，主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于恒值控制系統(tǒng)刽软。第二個閉環(huán)控制系統(tǒng)是副流量硫酸閉環(huán)控制系統(tǒng)苫颤，其輸入量是經(jīng)過檢測與變送后的氯化鉀流量信號q1與比值系數(shù)k1的乘積。硫酸副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)由副控制器1、硫酸泵變頻器俯坐、硫酸泵以及檢測點2/變送器2等組成噩拼。副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于跟隨系統(tǒng)。

　　2.流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計

　　2.1 流量比值控制系統(tǒng)構(gòu)成

　　氯化鉀與硫酸流量比值控制系統(tǒng)是由三菱fx2nc系列plc检碗、耐腐蝕泵、西門子mm440變頻器码邻、計量螺旋折剃、電磁流量計等組成。流量比值控制系統(tǒng)方框圖如圖2所示像屋。

圖2流量比值控制系統(tǒng)方框圖

　∨吕纭（1）三菱fx2nc系列plc。fx2nc系列plc具有很高的性能體積比和通信功能己莺，可以安裝到比標準的plc小很多的空間內(nèi)奏甫。i/o型連接器可以降低接線成本，節(jié)約接線時間凌受。i/o點數(shù)可以擴展到256點阵子，最多可以連接4個特殊功能模塊。

　∈を取（2）耐腐蝕泵挠进。硫酸屬于腐蝕性介質(zhì)，輸送泵必須采用耐腐蝕泵誊册。本系統(tǒng)采用ihf 6550-160型氟塑料離心泵皇驼，泵進口直徑65mm；出口直徑50mm窘吟；葉輪名義直徑160mm畦怒；轉(zhuǎn)速2900r/nin，流量25m3/h蠕蹋；揚程32m桶邑；電機功率5.5kw。硫酸泵采用變頻調(diào)速阔渔。對于泵類設(shè)備法顺，應(yīng)選用水泵類專用變頻器。ihf6550-160型氟塑料離心泵的驅(qū)動電機功率為5.5kw,選用西門子公司mm430型水泵專用變頻器定邪，該變頻器帶內(nèi)置a級濾波器快挡。

　　（3）西門子mm440變頻器买臣。粉體在螺旋內(nèi)的流動速度是由電機編碼器輸出脈沖來間接計算的,如果電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性不好,將影響計量螺旋的正常工作现蹂。為此,采用德國西門子公司mm440型矢量控制變頻器，電源電壓380vac，額定輸出功率5.5kw凑懂，額定輸出電流13.2a煤痕。為了穩(wěn)定螺旋軸的轉(zhuǎn)速并計算粉體流速，采用帶速度編碼器的矢量控制方式接谨。變頻器需要增加脈沖編碼器脈沖處理模板(簡稱編碼器模板)和編碼器摆碉。

　　（4）計量螺旋脓豪。氯化鉀是粉粒狀物料(簡稱粉體)巷帝。計量螺旋是對粉體進行輸送、動態(tài)計量和流量控制的設(shè)備扫夜。本設(shè)計采用萬息得公司的lsc型計量螺旋(螺旋電子稱)楞泼。

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　　氯化鉀粉體進入料倉后，在振動器的作用下進入螺旋輸送機笤闯，氯化鉀粉體沿螺旋槽向出料口方向前進。在出料口下方的稱量裝置傳感器將檢測到的重量信號傳送到plc的模擬量輸入單元颗味。同時超陆，安裝在電機非負載軸端的編碼器檢測螺旋軸旋轉(zhuǎn)的周數(shù)和速度，編碼器輸出脈沖傳送到plc的高速計數(shù)單元鹃改。經(jīng)cpu單元運算處理后铅州，得到氯化鉀粉體的流量值和累積重量值，由模擬量輸出單元輸出控制信號定合，控制變頻器和變頻電機溶瞬，從而控制氯化鉀粉體的流量。氯化鉀流量是流量比值控制系統(tǒng)的主動量喂惜。粉體流量(給料量)表達式為：

q=kqv

　　式中，q―計量螺旋輸出流量(給料量)服半，kg/s；k―稱重系數(shù)滤灸；q―螺旋內(nèi)粉體的線負荷，kg/m翁旁；v―螺旋內(nèi)粉體流動速度，m/s 妻味。

　　粉體在計量螺旋內(nèi)沿螺旋形軌跡運動正压，不便于直接檢測流動速度v，通常是使用編碼器檢測電機的轉(zhuǎn)速责球，再換算出流速v焦履。如圖3所示計量螺旋示意圖。

圖3計量螺旋示意圖

　〕狻（5）電磁流量計嘉裤。電磁流量計廣泛用于測量導(dǎo)電的液體和液固兩相流體的體積流量栖博，測量結(jié)果與流體的溫度屑宠、粘度、密度笛匙、壓力及液固成分比無關(guān)侨把，電導(dǎo)率在較大范圍內(nèi)變化時也不會影響測量結(jié)果犀变。因此妹孙，只需經(jīng)普通水標定后，就可以用來測量其他導(dǎo)電性液體或液固二相流體介質(zhì)的流量考叽，而不需附加任何修正肢姜，所以電磁流量計是一種真正的體積流量計。本設(shè)計采用的是廣東萬山自動化儀表有限公司wsdq型電磁流量計连碎。

　　2.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計

　　氯化鉀稱重裝置驰闺、硫酸電磁流量計的輸出均為4～20ma信號，分別送到模擬量輸入單元fx2n-4ad的電流輸入1弧哥、電流輸入2呕豪。模擬量輸入單元fx2n-4ad有4個12位模擬量輸入通道，輸入量程可以是電流信號（4～20ma）或電壓信號（-10～10v）榆眷。轉(zhuǎn)換速率為15ms/通道或者6ms/通道（高速）糯档。

　　計量羅旋和硫酸泵都采用變頻調(diào)速系統(tǒng)，兩臺變頻器的控制信號來自plc系統(tǒng)的模擬量輸出單元fx2n-4da屡旺。fx2n-4da有12位4通道蜡幼，輸出量程可以是電流信號（4～20ma）或這電壓信號（-10～+10v）。轉(zhuǎn)換速度為4通道2.1ms在程序中占用8個i/o點端制。

　∩ね颉（1）設(shè)定參數(shù)數(shù)據(jù)存儲器地址

　　計量螺旋給料量即氯化鉀流量設(shè)定值：d1 d0，2個字灸叼，8位bcd碼神汹。

　　氯化鉀/硫酸流量比值系數(shù)：d3 d2/d9 d8。

　　氯化鉀實際流量值存儲器地址：m500古今，16位二進制碼慎冤。

　　硫酸實際流量值存儲器地址：m501疼燥，16位二進制碼。

　　16級增益數(shù)據(jù)存儲器地址：第1級～第10級：d100～d109,d130～d139蚁堤。

　　16級積分時間常數(shù)數(shù)據(jù)存儲器地址：第1級～第10級：d110～d119,d140～d149醉者。

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　　（2）變頻器調(diào)節(jié)

　　使用mm430變頻器控制泵類負載時披诗，需要注意起始頻率撬即，防止閉環(huán)控制系統(tǒng)在突加給定時，流量出現(xiàn)過大的超調(diào)和震蕩呈队。在管道和泵的規(guī)格確定之后剥槐，相應(yīng)的流量起始頻率也就確定了。在本系統(tǒng)中宪摧，頻率大于19hz之后才有流量輸出助潭。針對變頻調(diào)速泵的這種特性，在系統(tǒng)調(diào)試時應(yīng)首先進行開環(huán)試驗连欲，測出泵的頻率-流量特性曲線打且。根據(jù)測出的起始頻率來制定控制算法。在起始頻率以下椅损，采用開環(huán)控制模式帘战，變頻器的輸入信號為斜坡函數(shù)，即線形漸增電壓信號吉挎。待達到起始頻率建立起流量之后斑永，再轉(zhuǎn)入閉環(huán)控制模式。對于閉環(huán)控制模式氨固，又分為比例（p）控制和比例積分（pi）控制兩種模式蛀埂。首先運行比例控制，當實際流量接近設(shè)定流量時解瀑，再轉(zhuǎn)入比例積分控制模式盾轮。采用多模態(tài)控制后，消除了流量的大幅度波動鬓催，改善了流量的跟隨性能并消除了穩(wěn)態(tài)誤差肺素。

　　（3）pid控制

　　fx2nc系列plc具有pid控制指令宇驾，

　　pidd200設(shè)定值sv倍靡，參數(shù)起始字，二進制數(shù)據(jù)

　　d201輸入字课舍，流量反饋數(shù)據(jù)塌西，二進制數(shù)據(jù)

　　d500控制參數(shù)

　　d500 采樣周期t1～32767ms

　　d501動作方向（act）

　　d502 輸入濾波常數(shù)a0～99%

　　d503 比例增益kp1～32767%

　　d504 積分時間ti（0～32767-

　　ms）*100d505 微分增益kd0～100%

　　d506 微分時間td（0～32767）*10ms

　　d503（比例增益kp）：8000（bcd碼）左右，p小則超調(diào)大筝尾，震蕩次數(shù)多捡需。

　　d504（積分時間ti）：根據(jù)‘誤差數(shù)據(jù)’（d50）办桨，將積分ti分為10級，在運行過程中自動地調(diào)用相應(yīng)的積分ti站辉，達到既響應(yīng)快又抑制超調(diào)的目的呢撞。在突加給定的情況下，最大超調(diào)量小于5%饰剥。

　　d506(微分時間td)：4000（bcd碼）左右殊霞。

　　3結(jié)束語

　　在本系統(tǒng)中，根據(jù)流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的誤差大小寺癌，將比例系數(shù)和積分時間常數(shù)各分為10級雌褥，在運行過程中能夠自動地調(diào)用合適的比例系數(shù)和積分時間常數(shù)，這種控制能夠兼顧跟隨性和抗擾性绅荒，實現(xiàn)了既響應(yīng)快又抑制超調(diào)的目標知祠，達到了很好的效果。

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