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基于MCGS的流量过程监控系统
发布日期:2019-01-03 新闻来源: 正文字号
德州学院机电工程学院  孙秀云
引言
  流量控制系统是以液体或气体的流速为被控参数的控制系统,在化工、石油、钢铁、轻工等行业的生产过程,都要求对某个流量参数进行控制,如钢铁行业中空气和氧气流量的稳定对产品的质量起着至关重要的作用。因此,流量控制系统一直受到人们的广泛重视,也引起了很多科研工作者的关注。
  化工、石油和钢铁生产过程,生产现场环境恶劣,对工作人员的身体易产生很大的伤害,所以远程监控系统在这类工业生产过程中非常重要,可有效减少恶劣环境对工作人员的伤害。基于此,本论文利用MCGS组态软件设计一个流量监控系统。
1 流量控制系统工作原理
图1所示的流量控制系统中,被控对象为流经管道中的液体,其流量q为被控制量,该系统的控制目标是维持管道中的流量恒定不变。系统利用流量测量变送环节FT将检测变送后的电信号作为控制器FC的流量反馈量,控制器将流量反馈值与流量给定值进行比较得到偏差e,然后基于流量偏差进行PID运算,输出控制量,调节电动调节阀的开度,从而调节流经管道的液体流量。根据上述工作过程,设计流量控制系统的结构方框图如图2所示。
2 流量监控系统设计
本文基于浙江天煌有限公司的THSA-1型过程综合自动化控制系统实验平台设计流量监控系统。调节器采用厦门宇电自动化科技有限公司的AI808人工智能PID控制型调节仪表,实现对流量数据的采集和控制,输出控制信号为4mA~20mA直流电信号,利用RS232/RS485串口与上位机进行通讯,实现系统的远程实时监控。流量测量变送环节采用涡轮流量计,采用标准的二线制传输方式,工作时需提供24V直流电源,测量范围:0m3/h~1.2m3/h;测量精度:1.0%;输出:4mA~20mA直流电信号。电动调节阀型号为:QSVP-16K,控制信号为4mA~20mADC或1~5VDC,与调节器输出信号一致。
  根据上述系统配置,设计流量监控系统界面如图3所示。左侧为系统组成示意图,系统元件序号和实验平台完全一致,便于实验时进行检查。右上侧为液位和控制量的实时数据显示,PID控制参数设置,右边中间为液位实时曲线显示,右下方为几个按钮,用来链接其它人机交互窗口,例如:仪表通讯状态如图4所示,历史曲线,历史数据等。通讯状态组态是对系统参数设定并显示与外部设备的通信情况。
3 实验测试
为了测试监控系统的性能,本文在THSA-1型过程综合自动化控制系统实验平台上进行了实验测试。
3.1 实验步骤
(1)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,将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度,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,选择电动调节阀支路流量作为被控对象。
(2)根据图5所示连接调节器仪表,流量测量,电动调节阀以及所有电源线。
(3)接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关,给智能仪表及电动调节阀上电。
(4)打开上位机MCGS组态环境,进入MCGS运行环境,装入流量监控系统界面。先将智能仪表设置为“手动”,并将设定值设置为一个合适的值为25ML/S,PI参数:P=30、I=30。
(5)合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少智能仪表的输出量,使流量值平衡于设定值。待流量稳定于给定值后,将调节器切换到“自动”控制状态。
(6)改变设定值,流量系统自动调节过程开始,待流量平稳后,记录流量响应过程曲线如图6所示。
3.2 实验结果分析
  (1)从实验响应曲线可以看出,当系统设定值为25ml/s时,该系统的最大超调量是3.7ml/s,次超调量为1.0ml/s,响应曲线接近4:1的衰减过程,调节时间为于0.6min,达到控制要求。从这两方面可以看出该控制器能够达到较好的控制效果。
  (2)当系统阶跃响应达到稳定时,输出量依然有0.2ml/s~0.5ml/s的波动,这是由实验设备运行时的震动引起的。
4 总结
本文基于MCGS组态软件设计了流量监控系统。论文采用MCGS组态软件编写了界面友好和操作方便的上位机监控系统,该监控系统可以方便地设计系统参数和远程观测实验现场的系统数据,还可以改变控制仪表的工作状态。本文基于过程控制实验平台设计的PID流量控制系统,验证了本文所设计的监控系统的性能。结果表明,该流量监控系统可以取得较好的性能。
 

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