流量控制系统Word格式.doc

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而脉动流、多相流更增加了流量测量的复杂性。

另一方面，这种复杂性和多样性促进了人们对流量测量仪表的应用领域。

流量测量是研究物质量变的科学，质与量的互变规律是事物联系与发展的基本规律，因此，其测量对象已不限于传统意义上的管道流体，凡是需要掌握流体流动的地方都有流量测量的问题。

工业生产过程是流量测量与仪表应用的一大领域，流量与温度、压力和物位一起统称为过程控制中的四大参数，人们通过这些参数对生产过程进行监视与控制。

对流体流量进行正确测量和调节是保证生产过程安全经济运行、提高产品质量、降低物质消耗、提高经济效益、实现科学管理的基础。

在整个过程检测仪表中，流量仪表的产值约占～。

随着社会的不断发展，过程检测、智能仪表类相关教学设备产业面临着新的发展机遇和挑战。

国内的一些高等院校、公司和企业近几年都在研究、探索仪表自动化实验装置。

传统的将生产过程中使用的仪表拿回实验室进行校准的方法已不能满足生产的要求,取而代之的是在现场直接对仪表进行校准。

自动化检测仪表是自控系统中关键的子系统之一。

近年来国内仪表自动化实验实训系统发展比较快，生产厂家也比较多，普遍应用自动化仪表技术实现系统的自动化控制，在仪表自动化控制中，自动化检测仪表是自控系统中关键的子系统之一。

一般的自动化检测仪表主要由三个部分组成:

①传感器,利用各种信号检测被测模拟量;

②变送器,将传感器所测量的模拟信号转变为4～20mA的电流信号,并送到可编程序控制器（PLC）中;

③显示器,将测量结果直观地显示出来,提供结果。

自动化检测仪表在工业生产过程中起着非常重要的作用。

过程检测是指在生产过程中，为及时掌握生产情况和监视、控制生产过程，而对其中一些变量进行的定性检查和定量测量。

检测的目的是为了获取各过程变量值的信息。

根据检测结果可对影响过程状况的变量进行自动调节或操纵，以达到提高质量、降低成本、节约资源、减少污染和安全生产等目的。

在现代工业生产过程中，仪表自动化技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。

1.2仪表装置研究目的与意义

仪表自动化实验装置的目的是让同学了解和掌握典型的过程检测和控制仪表的工作原理与工作性能，并能根据生产过程的特点和控制要求，选用适当的自动化仪表和适当的控制策略。

如何设计出一套适合于教学的、先进的、高效的、功能齐全的、经济性好的仪表自动化实验装置是目前从事仪表自动化教学人员和工程技术人员急需解决的一个问题。

本课题研究旨在让学生亲身经历实验过程和对未知结论的探索，潜意识地接受技能训练，从而培养学生独立思考、独立解决问题的能力和创新意识，提高学生分析问题、解决问题的能力。

因此，设计新型的仪表自动化实验装置并且在教学中进行创新型实验教学，对教学改革和创新型人才的培养具有重大的意义。

1.3本课题研究的内容

设计完成仪表自动化实验装置的控制对象，并设计完成控制柜，包括电气原理图和接线图等，以基于智能仪表的流量控制系统为例阐述自己设计系统的控制原理与控制过程，并说明实验的步骤以及参数整定的方法。

具体工作内容：

（1）与团队成员合作完成仪表自动化实验装置的整体设计思路，并做好自动化实验装置以及实验所需的各类仪器仪表的选型工作，做好仪表自动化实验装置各部分系统的统筹工作；

（2）设计完成基于智能仪表的流量控制系统实验装置，完成内容包括控制系统原理图和系统接线图；

（3）设计完成基于智能仪表的流量控制系统的上位机实验界面，与下位机智能仪表进行通讯调试，整定PID参数；

（4）完成各项实验数据的记录；

（5）汇总仪表自动化实验装置的工程设计图纸。

2流量监控系统的组成及概况

2.1过程控制系统简介

过程控制（processcontrol）技术是自动化技术的重要组成部分，通常是指石油、化工、纺织、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动化，与其他自动控制系统比较，过程控制具有以下特点:

1.被控过程复杂多样；

2.对象动态特性存在滞后和非线性；

3.过程控制方案丰富多样；

4.控制系统分为随动控制和定值控制；

5.过程控制系统由规范化的过程检测控制仪表组成等。

过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控变量是温度、压力、流量、液位、成分、黏度、温度和pH值（酸碱度或氢离子浓度）等一些过程变量的系统。

常规的过程控制系统框图如图2.1所示。

设定值偏差值控制信号控制量被控变量

控制器

执行器

被控对象

检测变送器

Z

图2.1过程控制系统框图

过程控制涉及工业生产的各个领域，不同的工艺过程控制有不同的要求。

但总的归纳起来有三个方面的要求：

安全性、经济性和稳定性。

目前，过程控制正朝高级阶段发展，不论是从过程控制的历史和现状看，还是从过程控制发展的必要性、可能性来看，过程控制是朝综合化、智能化方向发展，即计算机集成制造系统（CIMS）：

以智能控制理论为基础，以计算机及网络为主要手段，对企业的经营、计划、调度、管理和控制全面综合，实现从原料进库到产品出厂的自动化、整个生产系统信息管理的最优化。

2．2.1一般计算机测控系统的组成

组态控制技术是一种计算机控制技术。

利用组态控制技术构成的计算机测控系统与一般计算机测控系统在结构上没有本质上的区别，它们都由被控对象、传感器、仪表接口、计算机和执行机构几部分组成，如图2.2所示。

传感器的作用是对被控对象的各种参数进行检测。

通过传感器，计算机能感知生产进行的情况，将参数在显示器上显示。

并根据参数实际值与设定值的偏差，按照一定的控制算法发出控制命令，控制执行机构的动作，从而完成控制任务。

如水箱水位控制系统中计算机通过水位传感器测知水位的高低和是否越限，将这一情况在显示器上显示出来，并根据水位的高低控制给水阀门的关闭或打开，实现水位测量与控制的目的。

显示器

键盘

仪

表

接

口

计算机

传感器

现场

现场设备

参数

图2.2一般计算机控制系统的结构组成

如果把计算机比喻成系统的大脑，传感器就相当于它的眼睛，执行器就是手和脚。

计算机只能接受数字信号（电压、电流），计算机和传感器及执行器需要I/O接口设备来进行信号的转换与联系，因此I/O设备是沟通计算机和现场设备的桥梁。

I/O接口里只要的部件常常用来将模拟量转换成数字量的A/D转换器、将数字量转换成模拟量的D/A转换器，对开关量进行信号隔离的光电隔离器等。

I/O设备可安装在计算机里（如各种I/O板卡）、计算机外控制室里（如带通信接口的智能仪表），也可安装在现场（如智能传感变送器、I/O模块）基于组态软件的仪表自动化监控系统方案。

2．2.2MCGS的流量监控系统的设计

本系统主要由装有MCGS的上位机通过RS232C或RS485与仪表通讯，仪表对被控变量进行控制。

由执行器：

电动调节阀；

变送器：

流量传感器：

4–20mA信号；

水箱、水泵、流量计等组成。

单向回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节阀只接受一个信号，其输出也只控制一个执行机构。

首先水泵从储水箱抽水，打开调节阀流进上水箱，当水位在一定时间内达到某一高度时，从流量传感器上显示的数据，可得知水箱的水位高度是否越限。

并根据水位的高低要求来控制水的流量，即控制给水控制阀的开关程度，最后水经过手动调节阀流回储水箱。

流量：

执行器选用电动调节阀，变送器选用电磁流量计。

电磁流量计以电磁感应定律为基础，通过安装在管道两侧的磁铁，以流动的液体当作切割磁力线的导体，由产生的感应电动势测知管道内液体的流速和流量。

液位：

执行器选用电动调节阀，变送器选用4-20mA信号的压力传感器。

通过压力传感器的4-20mA电流信号来控制电动调节阀的开口大小，从而控制液位的高低达到动态的平衡。

3流量监控系统硬件设计方案

3.1工艺流程图

图3.1仪表自动化实验装置设计与制作

如图3.1所示的仪表自动化实验装置工艺流程图，可以实现对流量、液位、温度、压力四大过程参数的控制。

流量控制：

首先上电，将总阀、手动阀1、手动流量控制阀1、手动流量控制阀2、下水阀1和下水阀2打开，然后对智能PID调节仪进行流量参数的设置，通过流量传感器进行检测并控制电动调节阀开口的大小来控制液体的流量。

液位控制：

首先上电，将总阀、手动阀2、上水阀1、下水阀1和下水阀2打开，然后对智能PID调节仪进行液位参数设置，通过对参数的设置来设置报警位置，由液位变送器进行监测并控制电磁阀的通断来控制液位的稳定；

或者将手动阀1、手动流量控制阀1、手动流量控制阀2、下水阀1和下水阀2打开，然后对智能PID调节仪进行液位参数设置，通过对参数的设置来设置报警位置，由液位变送器进行监测并控制电动调节阀开口的大小来控制液位的平衡。

压力控制：

首先上电，将手动阀1、手动流量控制阀1、手动流量控制阀2、下水阀1和下水阀2打开，通过上位机进行压力设定，并设置智能PID调节仪中P、I、D等相关参数，由压力变送器采集管道压力大小信息并传送至智能PID调节仪，控制电动调节阀开度的大小来控制管道压力的大小。

温度控制：

首先上电，将总阀和上水阀2打开，关闭下水阀3和下水阀4，将换热器中注入适量的水，然后将总阀关闭，把下水阀4打开少许开度，让水缓慢流通。

然后断开转换开关给电热管供电、给调节器供电。

通过对智能PID调节仪进行温度的参数设置控制液体的温度。

3.2硬件组成

该仪表自动化试验装置的机械部分由以下器件组成：

1#水槽、2#水槽、换热器、储水箱、流程柜、上水管和下水管。

通过该机械部分可以完成液体的上水、排水和循环。

该仪表自动化实验装置的自动装置部分由以下器件组成：

执行器：

电动调节阀，可以由智能PID调节仪驱动对流量或者液位参数进行控制，能够通过改变阀开度的大小对液体的流量大小和液位的高度进行控制。

PT100液