6．评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因？

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10 比值控制系统实验

10.1 实验目的

1．了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成。 2．掌握比值系数的计算方法。

3．掌握比值控制系统的参数整定与投运方法。 10.2 实验设备（同前） 10.3 实验原理

在工业生产过程中,往往需要几种物料以一定的比例混合参加化学反应。如果比例失调，则会导致产品质量的降低、原料的浪费，严重时还会发生事故。这种用来实现两个或两个以上参数之间保持一定比值关系的过程控制系统，均称为比值控制系统。

本实验是单闭环流量比值控制系统。其实验系统结构图如图10-1所示。该系统中有两条支路，一路是来自于电动调节阀支路的流量Q1，它是一个主流量；另一路是来自于变频器—磁力泵支路的流量Q2，它是系统的副流量。要求副流量Q2能跟随主流量Q1的变化而变化，而且两者之间保持一个定值的比例关系，即Q2/Q1=K。

图10-1 单闭环流量比值控制系统

(a)结构图 (b)方框图

由图中可以看出副流量是一个闭环控制回路，当主流量不变，而副流量受到扰动时，则可通过副流量的闭合回路进行定值控制；当主流量受到扰动时，副流量按一定比例跟随主流量变化，显然，单闭环流量控制系统的总流量是不固定的。 10.4 比值系数的计算

设流量变送器的输出电流与输入流量间成线性关系，即当流量Q由0～Qmax变化时，相应变送器的输出电流为4～20mA。由此可知，任一瞬时主流量Q1和副流量Q2所对应变送器的输出电流分别为

I1＝

Q1Q1max?16?4 (10-1)

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I2＝

Q2Q2max?16?4 (10-2)

式中Q1max和Q2max分别为Q1和Q2 最大流量值，即涡轮流量计测量上限，由于两只涡轮流量计完全相同，所以有Q1max＝Q2max。

设工艺要求Q2/Q1＝K，则式（10-1）、（10-2）可改写为

Q1＝Q2＝

于是求得

Q2Q1(I1?4)16Q1max (10-3) Q2max (10-4)

(I2?4)16＝I2?4×

I1?4Q2max＝I2?4 (10-5) Q1maxI1?4折算成仪表的比值系数K′为

K′＝K×

Q1max＝K (10-6) Q2max10.5 实验内容与步骤

本实验选择电动阀支路和变频器支路组成流量比值控制系统。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11、F2-1、F2-5全开，其余阀门均关闭。

步骤1．将两个SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“FT1电动阀支路流量” 钮子开关拨到“ON”的位置，将“FT2变频器支路流量” 钮子开关拨到“OFF”的位置。

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图10-2 智能仪表控制单闭环流量比值控制实验接线图

步骤2．本实验采用两只智能仪表，其中控制主流量的调节仪1运行在“手动”状态，即主流量控制回路开环，而控制副流量的调节仪2则处于“自动”状态，即副流量控制回路闭环运行。

步骤3．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给涡轮流量计上电，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。

步骤4．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验十七、单闭环流量比值控制系统”，进入实验十七的监控界面。

步骤5．在上位机监控界面中将智能仪表1设置为“手动”输出，并将输出值设置为一个合适的值。此操作也可通过调节仪表实现。

步骤6．合上单相Ⅱ和三相电源空气开关，变频器及磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使电动阀支路流量平衡于设定值。用万用表测量比值器的输入电压Uin和输出电压Uout，并调节比值器上的电位器，使得

K′＝

Uin?1Uout?1 (10-7)

步骤7．选择PI控制规律，并按照单回路调节器参数的整定方法整定副流量回路的调节器参数，并按整定后的PI参数进行副流量调节仪2的参数设置，同时将智能仪表2投入自动运行。

步骤8．待变频器支路流量稳定于给定值后，通过以下几种方式加干扰： （1）突增（或突减）仪表1输出值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；

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