项目五 流量控制系统操作 任务一 电磁流量计流量PID整定 任务二 涡轮流量计流量PID整定

Tuning of the PID Parameter of the Turbine Flowmeter 能力目标 :1．能够正确操作DCS系统。 2．能够对流量控制系统进行PID参数整定。 知识目标 :1．流量控制系统的组成。 2．涡轮流量计流量PID参数整定方法。 3．过渡过程曲线分析。 素质目标 :培养自主学习能力，挖掘潜在创造力，激发设计才 能，培养团队意识、组织协调能力、创新思维能力，培养分析和解决问题的能力。

一、课下完成任务情况汇报 学生汇报流量控制系统的PID整定方法 选择一组学生进行操作 二、团体讨论、评价 分小组进行讨论，对刚刚的操作进行评价 互相交流

任务二 涡轮流量计流量PID整定 三、任务分析 系统结构图 流量单回路控制系统如图1所示：

组成部分 涡轮流量计原理 任务二 涡轮流量计流量PID整定 如图1所示：流量单回路控制系统由流量检测环节、控制器 （DCS系统）、执行器（变频器）及被控对象（管道）构成。 检测环节主要使用了涡轮流量计进行检测流量。 涡轮流量计原理 涡轮流量计可分为两部分：传感器部分和放大器部分。 传感器的基本结构组成由壳体、前导向架、轴、叶轮、后导向架、压紧圈等组成。 放大器主要由带电磁感应转换器的放大器组成。 前导向架和后导向架安装在壳体中，轴安装在导向架上，同时 因导向架上有几片呈辐射形的整流片，还可以起一定的整流作用， 使流体基本上沿着平行于轴线的方向流动；前、后导向架是用压 紧圈固定在壳体上的。 叶轮中有轴承套在轴上，可以灵活地旋转。叶轮上均匀分布着 叶片，液体流过时冲击叶片使叶轮产生转动。

工作原理 任务二 涡轮流量计流量PID整定 而产生旋转，周期性地改变电磁感应转换系统中的磁阻值，使通 当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能 而产生旋转，周期性地改变电磁感应转换系统中的磁阻值，使通 过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号。在一定的 流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量 成正比。该脉冲信号经放大器放大后送至二次仪表进行流量和累 积量的显示或积算。 在测量范围内，传感器的输出脉冲总数与流过传感器的体积总 量成正比，其比值称为仪表常数，以ξ（次/L）表示。每台传 感器都经过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲信号的频率 f和某一段时间内的脉冲总数N后，分别除以仪表常数ξ（次/L） 便可求得瞬时流量q（L/s）和累积流量Q(L)。即：

打开以丹麦泵、涡轮流量计组成的动力支路。 任务二 涡轮流量计流量PID整定 四、操作步骤 打开以丹麦泵、涡轮流量计组成的动力支路。 启动实验装置 1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。 2）、打开电源三相带漏电保护空气开关，电压表指示380V。 3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源 4）、开启单相Ⅰ。

比例调节器（P）控制 任务二 涡轮流量计流量PID整定 1）、把调节器置于“手动”状态，积分时间常数为零，微分时间 常数为零，设置相关的参数，使调节器工作在比例调节上。 2）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统，在开环状态下， 利用调节器的手动操作按钮把被调量管道的流量调到给定值（一般 把流量控制在流量量程的50%处）。 3）、运行DCS组态软件，进入实验系统相关的实验九。 4）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给 定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统 变为闭环控制运行。待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信 号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。经过一段时间运行后， 系统进入新的平稳状态。由记录曲线观察并记录在不同的比例P下 系统的余差和超调量。 5）、记录软件中的实时曲线的过程数据，作出一条完整的过渡过 程曲线，记录表格自拟。

比例积分调节器（PI）控制 任务二 涡轮流量计流量PID整定 1）、在比例调节控制实验的基础上，加上积分作用“I”，即把“I” （积分）设置为一参数，根据不同的情况，设置不同的大小。观察 被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下， 系统的阶跃扰动无余差产生。 2）、固定比例P值，然后改变调节器的积分时间常数I值，观察加入 阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同I值时的超调量σp。 3）、固定I于某一值，然后改变比例P的大小，观察加阶跃扰动后被 调量的动态波形，并列表记录不同值的超调量。 4）、选择合适的P和I值，使系统对阶跃输入（包括阶跃扰动）的 输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值 (如把设定值由50%变为60%)来获得。

五、技能提高 六、理论提高 (一)比例控制规律 (二)比例积分控制规律 (三)比例微分控制规律 (四)比例积分微分控制规律 任务二 涡轮流量计流量PID整定 五、技能提高 ——操作 分小组操作 小组汇报 六、理论提高 (一)比例控制规律 (二)比例积分控制规律 (三)比例微分控制规律 (四)比例积分微分控制规律

从理论上分析调节器参数(P、Ti)的变化. 对控制过程产生什么影响？ 任务二 涡轮流量计流量PID整定 七、总结 1、PID控制规律 2、DCS控制系统的的启动与运行 3、DCS控制系统流程图、调整画面的使用 4、DCS控制系统中PID参数整定方法 八、课后作业布置 从理论上分析调节器参数(P、Ti)的变化. 对控制过程产生什么影响？

九、下次课任务布置 任务二 涡轮流量计流量PID整定 任务6.1电磁和涡轮流量计流量比值控制系统，通过调研、资料查询、小组讨论，确定初步控制方案；制作汇报文档