引言

　　在生產(chǎn)過程中远驹，凡是將兩種或兩種以上的物料量自動(dòng)地保持一定比例關(guān)系的控制系統(tǒng)核无，就稱為比值控制系統(tǒng)平痰。在化工行業(yè)中艺骂，流量控制是非常重要的诸老。本文主要介紹了一種流量比值控制系統(tǒng)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐運(yùn)行钳恕，證明該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡單别伏、穩(wěn)態(tài)誤差小、控制精度高等優(yōu)點(diǎn)忧额。

　　1.工作原理

　　比值控制有開環(huán)比值控制厘肮、單閉環(huán)比值控制和雙閉環(huán)比值控制三種類型。開環(huán)比值控制是最簡單的控制方案武帚。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(diǎn)而設(shè)計(jì)的闺酬，這種方案的不足之處是主流量沒有構(gòu)成閉環(huán)控制。本系統(tǒng)采樣雙閉環(huán)比值控制方案逃净。

　　由圖1所示瑟捡，第一個(gè)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)，當(dāng)設(shè)置確定后萨羽，通過閉環(huán)調(diào)節(jié)作用占航，消除擾動(dòng)的影響，使氯化鉀的流量穩(wěn)定在設(shè)定值上钙径，主流量閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于恒值控制系統(tǒng)篙介。第二個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)是副流量硫酸閉環(huán)控制系統(tǒng)，其輸入量是經(jīng)過檢測與變送后的氯化鉀流量信號(hào)q1與比值系數(shù)k1的乘積踊嘲。硫酸副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)由副控制器1村肯、硫酸泵變頻器、硫酸泵以及檢測點(diǎn)2/變送器2等組成疏菩。副流量閉環(huán)控制系統(tǒng)屬于跟隨系統(tǒng)喊解。

　　2.流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　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、耐腐蝕泵郑诺、西門子mm440變頻器夹姥、計(jì)量螺旋、電磁流量計(jì)等組成辙诞。流量比值控制系統(tǒng)方框圖如圖2所示辙售。

　∏岜А（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旦部，可以安裝到比標(biāo)準(zhǔn)的plc小很多的空間內(nèi)祈搜。i/o型連接器可以降低接線成本，節(jié)約接線時(shí)間士八。i/o點(diǎn)數(shù)可以擴(kuò)展到256點(diǎn)容燕，最多可以連接4個(gè)特殊功能模塊。

　〔芰濉（2）耐腐蝕泵。硫酸屬于腐蝕性介質(zhì)捧杉，輸送泵必須采用耐腐蝕泵陕见。本系統(tǒng)采用ihf 6550-160型氟塑料離心泵，泵進(jìn)口直徑65mm募型；出口直徑50mm指晾；葉輪名義直徑160mm；轉(zhuǎn)速2900r/nin哀揽，流量25m3/h理斜；揚(yáng)程32m；電機(jī)功率5.5kw睬肮。硫酸泵采用變頻調(diào)速伐薯。對于泵類設(shè)備，應(yīng)選用水泵類專用變頻器匣诉。ihf6550-160型氟塑料離心泵的驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率為5.5kw,選用西門子公司mm430型水泵專用變頻器诡岂，該變頻器帶內(nèi)置a級(jí)濾波器。

　≡伞（3）西門子mm440變頻器登鄙。粉體在螺旋內(nèi)的流動(dòng)速度是由電機(jī)編碼器輸出脈沖來間接計(jì)算的,如果電機(jī)轉(zhuǎn)速穩(wěn)定性不好,將影響計(jì)量螺旋的正常工作。為此,采用德國西門子公司mm440型矢量控制變頻器掰儿，電源電壓380vac骤公，額定輸出功率5.5kw，額定輸出電流13.2a扬跋。為了穩(wěn)定螺旋軸的轉(zhuǎn)速并計(jì)算粉體流速阶捆，采用帶速度編碼器的矢量控制方式。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)和編碼器钦听。

　〕煤铩（4）計(jì)量螺旋。氯化鉀是粉粒狀物料(簡稱粉體)彪见。計(jì)量螺旋是對粉體進(jìn)行輸送儡司、動(dòng)態(tài)計(jì)量和流量控制的設(shè)備娱挨。本設(shè)計(jì)采用萬息得公司的lsc型計(jì)量螺旋(螺旋電子稱)。

　　氯化鉀粉體進(jìn)入料倉后捕犬，在振動(dòng)器的作用下進(jìn)入螺旋輸送機(jī)跷坝，氯化鉀粉體沿螺旋槽向出料口方向前進(jìn)。在出料口下方的稱量裝置傳感器將檢測到的重量信號(hào)傳送到plc的模擬量輸入單元碉碉。同時(shí)柴钻，安裝在電機(jī)非負(fù)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(jì)數(shù)單元垢粮。經(jīng)cpu單元運(yùn)算處理后淫蜕，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(hào)抬奠，控制變頻器和變頻電機(jī)肩检，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(dòng)量蚓绞。粉體流量(給料量)表達(dá)式為：

　　q=kqv

　　式中泉疆，q―計(jì)量螺旋輸出流量(給料量)，kg/s雌吱；k―稱重系數(shù)滑攘；q―螺旋內(nèi)粉體的線負(fù)荷，kg/m盼蝴；v―螺旋內(nèi)粉體流動(dòng)速度超璧，m/s 。

　　粉體在計(jì)量螺旋內(nèi)沿螺旋形軌跡運(yùn)動(dòng)卖织，不便于直接檢測流動(dòng)速度v涝露，通常是使用編碼器檢測電機(jī)的轉(zhuǎn)速，再換算出流速v楞艾。如圖3所示計(jì)量螺旋示意圖参咙。

　（5）電磁流量計(jì)硫眯。電磁流量計(jì)廣泛用于測量導(dǎo)電的液體和液固兩相流體的體積流量蕴侧，測量結(jié)果與流體的溫度、粘度两入、密度净宵、壓力及液固成分比無關(guān)，電導(dǎo)率在較大范圍內(nèi)變化時(shí)也不會(huì)影響測量結(jié)果裹纳。因此择葡，只需經(jīng)普通水標(biāo)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，而不需附加任何修正敏储，所以電磁流量計(jì)是一種真正的體積流量計(jì)阻星。本設(shè)計(jì)采用的是廣東萬山自動(dòng)化儀表有限公司wsdq型電磁流量計(jì)。
　　2.2 plc控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

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

　”︹帧（1）設(shè)定參數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址

　　計(jì)量螺旋給料量即氯化鉀流量設(shè)定值：d1 d0都炮，2個(gè)字瘸酒，8位bcd碼植碳。

　　氯化鉀/硫酸流量比值系數(shù)：d3 d2/d9 d8。

　　氯化鉀實(shí)際流量值存儲(chǔ)器地址：m500钙幼，16位二進(jìn)制碼雳唧。

　　硫酸實(shí)際流量值存儲(chǔ)器地址：m501，16位二進(jìn)制碼仿村。

　　16級(jí)增益數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址：第1級(jí)～第10級(jí)：d100～d109,d130～d139锐朴。

　　16級(jí)積分時(shí)間常數(shù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址：第1級(jí)～第10級(jí)：d110～d119,d140～d149。

 　 （2）變頻器調(diào)節(jié)

　　使用mm430變頻器控制泵類負(fù)載時(shí)蔼囊，需要注意起始頻率焚志，防止閉環(huán)控制系統(tǒng)在突加給定時(shí)，流量出現(xiàn)過大的超調(diào)和震蕩畏鼓。在管道和泵的規(guī)格確定之后酱酬，相應(yīng)的流量起始頻率也就確定了。在本系統(tǒng)中云矫，頻率大于19hz之后才有流量輸出膳沽。針對變頻調(diào)速泵的這種特性，在系統(tǒng)調(diào)試時(shí)應(yīng)首先進(jìn)行開環(huán)試驗(yàn)让禀，測出泵的頻率-流量特性曲線挑社。根據(jù)測出的起始頻率來制定控制算法。在起始頻率以下，采用開環(huán)控制模式痛阻，變頻器的輸入信號(hào)為斜坡函數(shù)菌瘪，即線形漸增電壓信號(hào)。待達(dá)到起始頻率建立起流量之后拿翠，再轉(zhuǎn)入閉環(huán)控制模式陡顶。對于閉環(huán)控制模式，又分為比例（p）控制和比例積分（pi）控制兩種模式允合。首先運(yùn)行比例控制段鲜，當(dāng)實(shí)際流量接近設(shè)定流量時(shí)，再轉(zhuǎn)入比例積分控制模式泌盒。采用多模態(tài)控制后潦寂，消除了流量的大幅度波動(dòng)，改善了流量的跟隨性能并消除了穩(wěn)態(tài)誤差筛密。

　〖衤贰（3）pid控制

　　fx2nc系列plc具有pid控制指令，

　　pidd200設(shè)定值sv鸭乱，參數(shù)起始字悍蔫，二進(jìn)制數(shù)據(jù)

　　d201輸入字，流量反饋數(shù)據(jù)橱奶，二進(jìn)制數(shù)據(jù)

　　d500控制參數(shù)

　　d500 采樣周期t1～32767ms

　　d501動(dòng)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(shí)間ti（0～32767-

　　ms）*100d505 微分增益kd0～100%

　　d506 微分時(shí)間td（0～32767）*10ms

　　d503（比例增益kp）：8000（bcd碼）左右盯桦，p小則超調(diào)大，震蕩次數(shù)多渤刃。

　　d504（積分時(shí)間ti）：根據(jù)‘誤差數(shù)據(jù)’（d50）拥峦，將積分ti分為10級(jí)，在運(yùn)行過程中自動(dòng)地調(diào)用相應(yīng)的積分ti卖子，達(dá)到既響應(yīng)快又抑制超調(diào)的目的略号。在突加給定的情況下，最大超調(diào)量小于5%洋闽。

　　d506(微分時(shí)間td)：4000（bcd碼）左右玄柠。

　　3結(jié)束語

　　在本系統(tǒng)中，根據(jù)流量閉環(huán)控制系統(tǒng)的誤差大小诫舅，將比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)各分為10級(jí)羽利，在運(yùn)行過程中能夠自動(dòng)地調(diào)用合適的比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù)，這種控制能夠兼顧跟隨性和抗擾性骚勘，實(shí)現(xiàn)了既響應(yīng)快又抑制超調(diào)的目標(biāo)铐伴，達(dá)到了很好的效果。

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