水泵流量控制系统设计

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1、摘要随着科学技术的迅猛发展，自动化技术在工业，农业，科技及人们日常生活中发挥着重要的作用。过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。其应用范围覆盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、纺织、建材、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有极其重要事务地位。过程控制的主要任务是对生产过程的有关的参数进行控制。使其保持恒定或按一定规律变化，在保证总质量和生产的前提下，使连续型生产过程自动地进行下去。连续生产过程中，流量是一个很重要的参数。在连续生产过程中，有各种物料在工艺设备间传送。为了有效地进行生产操作和工艺控制，经

2、常需要测量介质（液体、气体和蒸汽等）的流量。同时，为了进行经济核算，也需要知道在一段时间内流过的介质总量。所以，流量监测是控制生产和进行经济核算所必需的一个重要手段。按照控制任务要求，流量控制系统一般是定值的，根据较快较准较稳得性能要求，采用单闭环控制系统，控制规律是PID控制规律。闭环相比开环可以减小误差，满足需要。流量控制系统一般有四部分组成，控制器、执行器、被控对象以及流量检测传感变送器。控制器的输入由给定与反馈的偏差决定，控制器的输出控制调节阀，从而控制被控对象。传感变送器将被控变量检测并变送到输入端与给定进行比较，得到的偏差作为控制器的输入，闭环控

3、制系统是按偏差控制的，因而性能比较优越。关键词：过程控制流量控制闭环控制系统9水泵流量控制系统的设计1设计目的与要求1.1设计目的水泵流量控制系统系统原理图如图1-1所示。给定量Qs偏差Qi调节器D/A电子阀流量对象内容器扰动f流量变送器无纸记录仪A/D反馈Qf-+图1-1水泵流量控制系统原理图PID智能调节器如图1所示，这是一个流量控制系统原理图，按照生产的要求，一般设计成定值控制系统，要求流量稳定在某个值，根据较快较稳较准和抗干扰的性能要求下，采用单闭环控制结构和PID控制规律，闭环控制系统相比开环系统，性能更加优越。对自来水厂用泵将水打入水槽（泵1和泵

4、2同时用），以备下一道工艺生产需要，进行设计将流量控制在500±3立方米/小时，以满足生产要求。92系统结构设计2.1控制方案整个过程控制系统由控制器、调节器、测量变送、被控对象四部分组成。在本次过程控制系统中控制器为计算机，采用的算法为PID控制规律，调节器为电磁阀，测量变送为HB、FT两个组成，被控对象为流量PV。结构组成如下图3-1所示。当系统启动后，水泵开始抽水，通过管道将水送到水箱，由HB返回信号，判断是加大调节阀流量还是减小调节阀流量。若需要加大（即水位过低），则通过电磁阀控制流量的大小，加大流量，从而保证流量控制在500±3立方米/小时；若不需

5、要，则通过电磁阀使流量保持或减小。2.2系统结构过程控制系统由四大部分组成，分别为控制器、调节器、被控对象、测量变送。本次设计为流量回路控制，即为闭环控制系统，如下图2-1。计算机控制器电动调节阀管道流量检测传感器SPPV11-PV图2-1流量单回路控制系统框图93各个环节的设计方案3.1被控变量与控制变量选择3.1.1被控变量选择原则根据被控参数的选择与生产工艺密切相关，被控参数的选择通常有两种方法。一种是选择能直接反映生产过程中产量和质量，又易于测量的参数作为被控参数，称为直接参数法。如果生产过程是按质量指标进行控制，按理应以直接反映产品质量的变量作为被

6、控参数，但有时由于缺乏检测直接反映产品质量参数的有效手段，无法对产品质量参数进行直接检测；虽能检测，但检测信号很微弱或滞后很大，直接参数检测不能及时、正确地反映生产过程的实际情况。这时可以选择与质量指标有单值对应关系、易于测量的变量作为被控参数，简介反映产品质量、生产过程的实际情况。在选择被控参数时，还要求所选参数有足够的灵敏度。选取被控参数的基本原则是首先考虑选择对产品产量和质量、安全生产、经济运行和环境保护具有决定性作用、可直接测量的工艺参数为被控参数；当直接参数不易测量，或其测量之后很大时，应选择一个易于测量，与直接参数有单值关系的简接参数作为被控参数

7、；同时兼顾工艺上的合理性和所用仪表的性能及经济性。3.1.2控制变量选择原则设计单回路控制系统时，选择控制变量的原则可归纳为以下几条：1)控制变量应是可控的，即工艺上允许调节的变量。2)控制变量一般应比其他干扰对被控参数的影响灵敏。为此，应通过合理选择控制变量，使控制通道的放大系数大、时间常数小、纯滞后时间越小越好。3)为使干扰对被控参数的影响小，应使干扰通道的放大系数尽可能小、时间常数尽可能大。扰动引入系统(控制通道)的位置要远离被控参数，尽可能靠近调节阀(控制器)。94)被控过程存在多个时间常数，在选择设备及控制参数时，应尽量使时间常数错开，使其中一个时

8、间常数比其他时间常数大很多，同时注意减小其他时间常数