CN107239080A - 精密流量控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种精密流量控制系统，压盘送料泵的输出口通过管道与此系统的入口连接，根据液体流向，此系统包括流量计、压力计一、阀门和压力计二，所述系统还包括控制阀和控制器，此系统利用闸门式阀门控制液体输出口径，通过流量计和压力计实时监控液体流动状态并相应的对阀门口径进行调整，解决了现有技术中在利用机械泵设计好的定量方式输出液体时造成液体中颗粒磨损和卡住泵体的技术问题。

Description

精密流量控制系统

技术领域

本发明涉及液体输送系统，特别涉及精密流量控制系统。

背景技术

在工业生产中液体输送是常用生产工艺，但在很多高要求场合对液体输出的稳定性有很高的要求，如压力要稳定或流量要稳定，由于多数情况下液体的输入源都是比较普通的输送设备，无法对压力或流量进行稳定控制，在使用时压力或流量都有很大的波动，所以无法满足稳定输出的要求。

为了满足液体输送的稳定性，目前，常用方法是利用机械泵设计好的定量方式如齿轮利用电机带动，通过电机匀速转动推动液体输出。机械泵利用电机带动，通过电机匀速转动推动液体输出，这种方法如果液体中填料过多会使机械定量泵的寿命缩短很多，因为泵体内部是齿轮、螺杆和活塞等原件，内部有颗粒填料的液体会使齿轮、螺杆和活塞的外表面磨损，颗粒过大还会卡住泵体。

发明内容

本发明的目的在于提供一种精密流量控制系统，此系统利用闸门式阀门控制液体输出口径，通过流量计和压力计实时监控液体流动状态并相应的对阀门口径进行调整，解决了现有技术中在利用机械泵设计好的定量方式输出液体时造成液体中颗粒磨损和卡住泵体的技术问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种精密流量控制系统，压盘送料泵的输出口通过管道与此系统的入口连接，根据液体流向，此系统包括流量计、压力计一、阀门和压力计二，所述系统还包括控制阀和控制器：

所述流量计设置在所述压盘送料泵和阀门之间，采集管道内液体的流速和流量；

所述压力计一设置在所述阀门的入口，采集所述阀门入口压力；

所述压力计二设置在所述阀门的出口，采集所述阀门出口压力；

所述控制阀与所述阀门连接，调节所述阀门的大小；

所述控制阀、所述压力计一、压力计二和流量计均与控制器电性连接，所述控制器利用PLC控制器的模拟量的采集和输出能力和PID控制器控制模拟量输出进行控制阀门的开启大小，同时并采集两个压力计的压力状态适时调整。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，还包括外部触发模块，所述外部触发模块与所述控制器连接，触发本系统开始工作的启动信号。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，所述外部触发模块为继电器。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，还包括故障报警模块，所述故障报警模块与所述控制器连接，所述系统出故障时对外输出信号。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，所述故障报警模块为蜂鸣器。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，在所述阀门底部加装弹簧球头来平衡所述阀门的开关力度。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，所述控制阀为气控电磁阀。

依照本申请较佳实施例所述的精密流量控制系统，所述PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

u(t)＝kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]，式中积分的上下限分别是0和t，

因此，它的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝kp[1+1/(TI*s)+TD*s]

其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

与现有技术相比，本发明存在以下技术效果：

本发明提供一种精密流量控制系统，此系统利用闸门式阀门控制液体输出口径，通过流量计和压力计实时监控液体流动状态并相应的对阀门口径进行调整，此系统不怕液体内部的颗粒填料，不会卡住，耐磨性比其它泵寿命长几倍或更多。本技术方案在工业生产中对液体在管道中压力和流量变化时的时时控制作出相应的流量和流速的调整，满足稳定的输出要求。

附图说明

图1为本发明一种精密流量控制系统与压盘送料泵的连接结构示意图；

图2为本发明一种精密流量控制系统的结构示意图；

图3为本发明一种精密流量控制系统的工作流程图；

图4为本发明一种精密流量控制系统的电路图。

具体实施方式

以下结合附图，举一具体实施例加以详细说明。

一种精密流量控制系统，请参考图1，压盘送料泵2的输出口通过管道与此系统1的入口连接，在本实施例中，压盘送料泵1上下往复柱塞式送料(液体压力和流量稳定性差，但是耐添料并且输送压力大)，请参考图2，根据液体流向，此系统包括流量计11、压力计一12、阀门13和压力计二14(即液体最先进入流量计11，流经压力计一12、阀门13，并从压力计二14流出)，此系统还包括控制阀15和控制器，具体连接关系如下：

流量计11设置在压盘送料泵2和阀门13之间，采集管道内液体的流速和流量；

压力计一12设置在阀门13的入口，采集阀门13入口压力；

压力计二14设置在阀门13的出口，采集阀门13出口压力；

控制阀15与阀门13连接，调节阀门13的大小；

控制阀15、压力计一12、压力计二14和流量计11均与控制器电性连接，控制器利用PLC控制器的模拟量的采集和输出能力和PID控制器控制模拟量输出进行控制阀门13的开启大小，同时并采集两个压力计的压力状态适时调整。

在本实施例中，此系统还包括外部触发模块，外部触发模块与控制器连接，触发本系统开始工作的启动信号。外部触发模块优选继电器。

在本实施例中，此系统还包括故障报警模块，所述故障报警模块与所述控制器连接，所述系统出故障时对外输出信号。故障报警模块优选蜂鸣器。

在阀门13底部加装弹簧球头来平衡阀门13的开关力度，可以使阀门13只有开和关的两个状态变成可调节开关大小的状态；控制阀15优选气控电磁阀，用气控电磁阀来输入任意大小的空压气体来进行程序化数字化控制阀门13，结合程序算法的智能控制策略使管道中的液体压力和流量达到一个理想状态。

请参考图3，本系统的工作流程：液体进入管道的过程中压力和流量是不稳定的，通过流量压力计采集管道中的状态来动态调节阀门，调节方法用PID工业控制方法来调节阀门的大小。

请参考图4，控制器利用程序控制器PLC的模拟量的采集和输出能力利用改进PID算法控制模拟量输出控制阀门13的开启大小，同时并采集两个压力计的压力状态适时调整。

精密流量控制方法：

控制系统根据用户选择的工作方式(压力或流量)模式，系统会根据工作模式进行PID闭环控制。闭环自动控制技术都是基于反馈的概念以减少不确定性。反馈理论的要素包括三个部分：测量、比较和执行。测量关键的是被控变量的实际值，与期望值相比较，用这个偏差来纠正系统的响应，执行调节控制。在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。

PID控制器(比例-积分-微分控制器)是一个在工业控制应用中常见的反馈回路部件，由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。

这个理论和应用的关键是，做出正确的测量和比较后，如何才能更好地纠正系统。

PID(比例(proportion)、积分(integral)、导数(derivative))控制器作为最早实用化的控制器已有近百年历史，现在仍然是应用最广泛的工业控制器。PID控制器简单易懂，使用中不需精确的系统模型等先决条件，因而成为应用最为广泛的控制器。

PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成。其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

u(t)＝kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]，式中积分的上下限分别是0和t，

因此，它的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝kp[1+1/(TI*s)+TD*s]

其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。

比例(P)控制

比例控制是一种最简单的控制方式。其控制器的输出与输入误差信号成比例关系。当仅有比例控制时系统输出存在稳态误差。

积分(I)控制

在积分控制中，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系。对一个自动控制系统，如果在进入稳态后存在稳态误差，则称这个控制系统是有稳态误差的或简称有差系统。为了消除稳态误差，在控制器中必须引入“积分项”。积分项对误差取决于时间的积分，随着时间的增加，积分项会增大。这样，即便误差很小，积分项也会随着时间的增加而加大，它推动控制器的输出增大使稳态误差进一步减小，直到等于零。因此，比例+积分(PI)控制器，可以使系统在进入稳态后无稳态误差。

微分(D)控制

在微分控制中，控制器的输出与输入误差信号的微分(即误差的变化率)成正比关系。自动控制系统在克服误差的调节过程中可能会出现振荡甚至失稳。其原因是由于存在有较大惯性组件(环节)或有滞后(delay)组件，具有抑制误差的作用，其变化总是落后于误差的变化。解决的办法是使抑制误差的作用的变化“超前”，即在误差接近零时，抑制误差的作用就应该是零。这就是说，在控制器中仅引入“比例”项往往是不够的，比例项的作用仅是放大误差的幅值，而目前需要增加的是“微分项”，它能预测误差变化的趋势，这样，具有比例+微分的控制器，就能够提前使抑制误差的控制作用等于零，甚至为负值，从而避免了被控量的严重超调。所以对有较大惯性或滞后的被控对象，比例+微分(PD)控制器能改善系统在调节过程中的动态特性。

以上公开的仅为本申请的一个具体实施例，但本申请并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化，都应落在本申请的保护范围内。

Claims (8)

1.一种精密流量控制系统，压盘送料泵的输出口通过管道与此系统的入口连接，其特征在于，根据液体流向，此系统包括流量计、压力计一、阀门和压力计二，所述系统还包括控制阀和控制器：

所述流量计设置在所述压盘送料泵和阀门之间，采集管道内液体的流速和流量；

所述压力计一设置在所述阀门的入口，采集所述阀门入口压力；

所述压力计二设置在所述阀门的出口，采集所述阀门出口压力；

所述控制阀与所述阀门连接，调节所述阀门的大小；

所述控制阀、所述压力计一、压力计二和流量计均与控制器电性连接，所述控制器利用PLC控制器的模拟量的采集和输出能力和PID控制器控制模拟量输出进行控制阀门的开启大小，同时并采集两个压力计的压力状态适时调整。

2.如权利要求1所述的精密流量控制系统，其特征在于，还包括外部触发模块，所述外部触发模块与所述控制器连接，触发本系统开始工作的启动信号。

3.如权利要求2所述的精密流量控制系统，其特征在于，所述外部触发模块为继电器。

4.如权利要求1或2所述的精密流量控制系统，其特征在于，还包括故障报警模块，所述故障报警模块与所述控制器连接，所述系统出故障时对外输出信号。

5.如权利要求4所述的精密流量控制系统，其特征在于，所述故障报警模块为蜂鸣器。

6.如权利要求1所述的精密流量控制系统，其特征在于，在所述阀门底部加装弹簧球头来平衡所述阀门的开关力度。

7.如权利要求1所述的精密流量控制系统，其特征在于，所述控制阀为气控电磁阀。

8.如权利要求1所述的精密流量控制系统，其特征在于，所述PID控制器由比例单元(P)、积分单元(I)和微分单元(D)组成，其输入e(t)与输出u(t)的关系为：

u(t)＝kp[e(t)+1/TI∫e(t)dt+TD*de(t)/dt]，式中积分的上下限分别是0和t，

因此，它的传递函数为：G(s)＝U(s)/E(s)＝kp[1+1/(TI*s)+TD*s]

其中kp为比例系数；TI为积分时间常数；TD为微分时间常数。

PID控制器就是根据系统的误差，利用比例、积分、微分计算出控制量进行控制的。