精密流量控制系統的製作方法

2023-05-22 09:57:31 2

本發明涉及液體輸送系統，特別涉及精密流量控制系統。

背景技術：

在工業生產中液體輸送是常用生產工藝，但在很多高要求場合對液體輸出的穩定性有很高的要求，如壓力要穩定或流量要穩定，由於多數情況下液體的輸入源都是比較普通的輸送設備，無法對壓力或流量進行穩定控制，在使用時壓力或流量都有很大的波動，所以無法滿足穩定輸出的要求。

為了滿足液體輸送的穩定性，目前，常用方法是利用機械泵設計好的定量方式如齒輪利用電機帶動，通過電機勻速轉動推動液體輸出。機械泵利用電機帶動，通過電機勻速轉動推動液體輸出，這種方法如果液體中填料過多會使機械定量泵的壽命縮短很多，因為泵體內部是齒輪、螺杆和活塞等原件，內部有顆粒填料的液體會使齒輪、螺杆和活塞的外表面磨損，顆粒過大還會卡住泵體。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種精密流量控制系統，此系統利用閘門式閥門控制液體輸出口徑，通過流量計和壓力計實時監控液體流動狀態並相應的對閥門口徑進行調整，解決了現有技術中在利用機械泵設計好的定量方式輸出液體時造成液體中顆粒磨損和卡住泵體的技術問題。

為了解決上述問題，本發明提供了一種精密流量控制系統，壓盤送料泵的輸出口通過管道與此系統的入口連接，根據液體流向，此系統包括流量計、壓力計一、閥門和壓力計二，所述系統還包括控制閥和控制器：

所述流量計設置在所述壓盤送料泵和閥門之間，採集管道內液體的流速和流量；

所述壓力計一設置在所述閥門的入口，採集所述閥門入口壓力；

所述壓力計二設置在所述閥門的出口，採集所述閥門出口壓力；

所述控制閥與所述閥門連接，調節所述閥門的大小；

所述控制閥、所述壓力計一、壓力計二和流量計均與控制器電性連接，所述控制器利用plc控制器的模擬量的採集和輸出能力和pid控制器控制模擬量輸出進行控制閥門的開啟大小，同時並採集兩個壓力計的壓力狀態適時調整。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，還包括外部觸發模塊，所述外部觸發模塊與所述控制器連接，觸發本系統開始工作的啟動信號。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，所述外部觸發模塊為繼電器。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，還包括故障報警模塊，所述故障報警模塊與所述控制器連接，所述系統出故障時對外輸出信號。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，所述故障報警模塊為蜂鳴器。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，在所述閥門底部加裝彈簧球頭來平衡所述閥門的開關力度。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，所述控制閥為氣控電磁閥。

依照本申請較佳實施例所述的精密流量控制系統，所述pid控制器由比例單元(p)、積分單元(i)和微分單元(d)組成，其輸入e(t)與輸出u(t)的關係為：

u(t)＝kp[e(t)+1/ti∫e(t)dt+td*de(t)/dt]，式中積分的上下限分別是0和t，

因此，它的傳遞函數為：g(s)＝u(s)/e(s)＝kp[1+1/(ti*s)+td*s]

其中kp為比例係數；ti為積分時間常數；td為微分時間常數。

pid控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

與現有技術相比，本發明存在以下技術效果：

本發明提供一種精密流量控制系統，此系統利用閘門式閥門控制液體輸出口徑，通過流量計和壓力計實時監控液體流動狀態並相應的對閥門口徑進行調整，此系統不怕液體內部的顆粒填料，不會卡住，耐磨性比其它泵壽命長几倍或更多。本技術方案在工業生產中對液體在管道中壓力和流量變化時的時時控制作出相應的流量和流速的調整，滿足穩定的輸出要求。

附圖說明

圖1為本發明一種精密流量控制系統與壓盤送料泵的連接結構示意圖；

圖2為本發明一種精密流量控制系統的結構示意圖；

圖3為本發明一種精密流量控制系統的工作流程圖；

圖4為本發明一種精密流量控制系統的電路圖。

具體實施方式

以下結合附圖，舉一具體實施例加以詳細說明。

一種精密流量控制系統，請參考圖1，壓盤送料泵2的輸出口通過管道與此系統1的入口連接，在本實施例中，壓盤送料泵1上下往復柱塞式送料(液體壓力和流量穩定性差，但是耐添料並且輸送壓力大)，請參考圖2，根據液體流向，此系統包括流量計11、壓力計一12、閥門13和壓力計二14(即液體最先進入流量計11，流經壓力計一12、閥門13，並從壓力計二14流出)，此系統還包括控制閥15和控制器，具體連接關係如下：

流量計11設置在壓盤送料泵2和閥門13之間，採集管道內液體的流速和流量；

壓力計一12設置在閥門13的入口，採集閥門13入口壓力；

壓力計二14設置在閥門13的出口，採集閥門13出口壓力；

控制閥15與閥門13連接，調節閥門13的大小；

控制閥15、壓力計一12、壓力計二14和流量計11均與控制器電性連接，控制器利用plc控制器的模擬量的採集和輸出能力和pid控制器控制模擬量輸出進行控制閥門13的開啟大小，同時並採集兩個壓力計的壓力狀態適時調整。

在本實施例中，此系統還包括外部觸發模塊，外部觸發模塊與控制器連接，觸發本系統開始工作的啟動信號。外部觸發模塊優選繼電器。

在本實施例中，此系統還包括故障報警模塊，所述故障報警模塊與所述控制器連接，所述系統出故障時對外輸出信號。故障報警模塊優選蜂鳴器。

在閥門13底部加裝彈簧球頭來平衡閥門13的開關力度，可以使閥門13隻有開和關的兩個狀態變成可調節開關大小的狀態；控制閥15優選氣控電磁閥，用氣控電磁閥來輸入任意大小的空壓氣體來進行程序化數位化控制閥門13，結合程序算法的智能控制策略使管道中的液體壓力和流量達到一個理想狀態。

請參考圖3，本系統的工作流程：液體進入管道的過程中壓力和流量是不穩定的，通過流量壓力計採集管道中的狀態來動態調節閥門，調節方法用pid工業控制方法來調節閥門的大小。

請參考圖4，控制器利用程序控制器plc的模擬量的採集和輸出能力利用改進pid算法控制模擬量輸出控制閥門13的開啟大小，同時並採集兩個壓力計的壓力狀態適時調整。

精密流量控制方法：

控制系統根據用戶選擇的工作方式(壓力或流量)模式，系統會根據工作模式進行pid閉環控制。閉環自動控制技術都是基於反饋的概念以減少不確定性。反饋理論的要素包括三個部分：測量、比較和執行。測量關鍵的是被控變量的實際值，與期望值相比較，用這個偏差來糾正系統的響應，執行調節控制。在工程實際中，應用最為廣泛的調節器控制規律為比例、積分、微分控制，簡稱pid控制，又稱pid調節。

pid控制器(比例-積分-微分控制器)是一個在工業控制應用中常見的反饋迴路部件，由比例單元p、積分單元i和微分單元d組成。pid控制的基礎是比例控制；積分控制可消除穩態誤差，但可能增加超調；微分控制可加快大慣性系統響應速度以及減弱超調趨勢。

這個理論和應用的關鍵是，做出正確的測量和比較後，如何才能更好地糾正系統。

pid(比例(proportion)、積分(integral)、導數(derivative))控制器作為最早實用化的控制器已有近百年歷史，現在仍然是應用最廣泛的工業控制器。pid控制器簡單易懂，使用中不需精確的系統模型等先決條件，因而成為應用最為廣泛的控制器。

pid控制器由比例單元(p)、積分單元(i)和微分單元(d)組成。其輸入e(t)與輸出u(t)的關係為：

u(t)＝kp[e(t)+1/ti∫e(t)dt+td*de(t)/dt]，式中積分的上下限分別是0和t，

因此，它的傳遞函數為：g(s)＝u(s)/e(s)＝kp[1+1/(ti*s)+td*s]

其中kp為比例係數；ti為積分時間常數；td為微分時間常數。

pid控制器就是根據系統的誤差，利用比例、積分、微分計算出控制量進行控制的。

比例(p)控制

比例控制是一種最簡單的控制方式。其控制器的輸出與輸入誤差信號成比例關係。當僅有比例控制時系統輸出存在穩態誤差。

積分(i)控制

在積分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的積分成正比關係。對一個自動控制系統，如果在進入穩態後存在穩態誤差，則稱這個控制系統是有穩態誤差的或簡稱有差系統。為了消除穩態誤差，在控制器中必須引入「積分項」。積分項對誤差取決於時間的積分，隨著時間的增加，積分項會增大。這樣，即便誤差很小，積分項也會隨著時間的增加而加大，它推動控制器的輸出增大使穩態誤差進一步減小，直到等於零。因此，比例+積分(pi)控制器，可以使系統在進入穩態後無穩態誤差。

微分(d)控制

在微分控制中，控制器的輸出與輸入誤差信號的微分(即誤差的變化率)成正比關係。自動控制系統在克服誤差的調節過程中可能會出現振蕩甚至失穩。其原因是由於存在有較大慣性組件(環節)或有滯後(delay)組件，具有抑制誤差的作用，其變化總是落後於誤差的變化。解決的辦法是使抑制誤差的作用的變化「超前」，即在誤差接近零時，抑制誤差的作用就應該是零。這就是說，在控制器中僅引入「比例」項往往是不夠的，比例項的作用僅是放大誤差的幅值，而目前需要增加的是「微分項」，它能預測誤差變化的趨勢，這樣，具有比例+微分的控制器，就能夠提前使抑制誤差的控制作用等於零，甚至為負值，從而避免了被控量的嚴重超調。所以對有較大慣性或滯後的被控對象，比例+微分(pd)控制器能改善系統在調節過程中的動態特性。

以上公開的僅為本申請的一個具體實施例，但本申請並非局限於此，任何本領域的技術人員能思之的變化，都應落在本申請的保護範圍內。