CN108167169A - 一种可精确控制流量的计量泵控制系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可精确控制流量的计量泵控制系统。针对现有计量泵应用中存在的不足，提出一种可精确控制流量的计量泵控制系统，该计量泵流量控制系统包括：计量泵、缓冲器、流量计、控制器和变频器，通过缓冲罐滤波、软件滤波算法准确得到计量泵输出的瞬时流量，控制器通过PID算法将瞬时流量和设定流量进行计算控制变频器的输出频率，从而调节计量泵的输出流量。该流量控制系统精度高，效率高，可广泛应用于需要精确、快速控制计量泵流量的领域。

Description

一种可精确控制流量的计量泵控制系统
技术领域
本发明涉及计量设备的技术领域，特别涉及一种可精确控制流量的计量泵控制系统。
背景技术
计量泵是一种可以满足各种严格的工艺流程需要，流量可以在0-100％范围内无级调节，用来输送液体(特别是腐蚀性液体)一种特殊容积泵。广泛应用于石油、化工、水处理、食品、制药、环保、医疗器械等行业的流体定量投加和比例投加(简称流体定比投加)，已成为流程工业的心脏和发动机。
在现有的计量泵应用中，为达到控制流量的目的通常有两种控制方案。第一种，通过手动旋转流量调节手柄进而调节液体的流量。第二种，通过调节变频器调节计量泵转速的方法实现流量调节。但是，由于计量泵属于容积泵，流量成正弦曲线波动的，无法实时获取计量泵输出的准确流量，导致以上两种流量调节方式都带有一定的盲目性，大大降低计量泵的使用精度。特别在化纤和精细化工领域，如果使用过程中要频繁的改变流量，传统的控制方式操作时间长，流量控制精度低，累计误差大，无法满足工艺需求。
发明内容
本发明针对现有计量泵应用中存在的不足，提出一种可精确控制流量的计量泵控制系统，该流量控制系统精度高，效率高，可广泛应用于需要精确、快速控制计量泵流量的领域。
为实现快速精确控制计量泵流量，本发明提出的计量泵流量控制系统包括：
1)计量泵，用于输送流体物料并通过转速控制输出流体物料的流量；
2)缓冲器，用于对计量泵输出的脉动流量起到削波平波的作用；
3)流量计，用于检测输出的瞬时流量，并将流量以4-20ma电流信号传输到控制器中；
4)控制器，用于实时采集流量信号，并对流量信号进行处理，对比设定流量和实际流量，通过软件算法控制变频器的输出；
5)变频器，通过接收控制器输出的转速信号，控制计量泵的转速，已达到控制流体流量的目的；
本发明中所述的缓冲器，主要起到物理滤波的效果。缓冲罐的容量要大于计量泵容量的10 倍以上才能得到比较好的滤波效果，缓冲罐顶部安装氮气入口、出口以及一个气体压力表，液体物料入口安装在缓冲罐侧面，高度60％-70％左右，出口安装在缓冲器底部。
流体物料通过缓冲器的上部流入，底部流出。缓冲罐顶部安装的压力传感器用于检测缓冲罐内的氮气压力，当罐内氮气压力不足时，通过氮气输入阀补充氮气，当罐内氮气压力过高时，通过氮气输出阀释放氮气。
本发明所述的流量计，要求流量计上游直管段长度至少应为5倍管径，下游直管段长度至少为3倍管径。工艺管与传感器必须同心，同轴偏差不大于0.05DN。(DN指的是管道的直径)
缓冲器在使用过程中，需要先开启计量泵，让缓冲罐内储存一定量的物料，要求物料液位高度高于缓冲罐的入口，并且不超过缓冲罐高度的80％。
本发明中所述的控制系统，接收到流量计的流量信号后，要先进行软件滤波，滤波算法可采用滑动滤波或平均值滤波。
通过滤波后的流量信号在定时周期T内进行累计得到累计流量Q，当定时周期结束时，计算平均瞬时流量F＝Q/T。定时周期结束时，同时对累计流量Q进行清理，同时进入下一个定时周期进行流量累计。
将平均瞬时流量F与设定流量Fs通过PID算法处理得到输出值，并将此输出值转换成变频器频率信号输出到变频器中，通过控制变频器转速起到控制计量泵流量的作用。
附图说明
图1是本发明系统框图；
图1系统框图中的序号分别为：1)计量泵，2)变频器，3)氮气输入阀，4)压力传感器， 5)氮气输出阀，6)缓冲罐，7)氮气管线，8)流体物料管线，9)流量计，10)控制器
图2是本发明控制器中的控制流程；
具体实施方式
本发明公开了一种可精确控制流量的计量泵控制系统，通过以下实施实例并结合图1和图2 进行说明。
本实施实例中使用的设备如下：
计量泵，如图1中(1)所示，采用柱塞计量泵，工作流量200L/h，电机采用1.1kw变频电机；
缓冲器，如图1中(6)所示，容量2L；
流量计，如图1中(9)所示，采用电磁流量计，量程400L/h，输出信号4-20ma(4ma对应 0L/h，20ma对应400L/h)；
控制器，如图1中(10)所示，采用西门子S7-300控制器，同时安装有一个4-20ma模拟量输入模块和一个4-20ma模拟量输出模块。
变频器，如图1中(2)所示，采用西门子MM440变频器，功率1.5kw。
首先，按照图一进行管路安装，将计量泵的输出接入缓冲罐的输入，缓冲罐的输出接入电磁流量计的输入，在缓冲罐的顶部安装压力表和氮气输入阀以及氮气输出阀。安装电磁流量计时为保证流量稳定，要求流量计上游直管段长度至少应为5倍管径，下游直管段长度至少为3倍管径。工艺管与传感器必须同心，同轴偏差不大于0.05DN。(DN指的是管道的直径)
然后，按照图一进行电气连接，将流量计和压力变送器的输入信号接入控制器的模拟量输入模块，将控制器模拟量输出模块的模拟量信号接入变频器的模拟量输入端子。再将变频器和电机连接。
启动整个系统后，先手动开启计量泵，让缓冲罐内储存一定量的物料，要求物料液位高度高于缓冲罐的入口，并且不超过缓冲罐高度的80％。
然后开启氮气输入阀和氮气输入法，调整缓冲罐内压力，同时观察电磁流量计的流量曲线，当流量波动最小时记下此时压力变送器上的压力值，同时关闭氮气的输入阀和输出阀。
控制器中的流量控制方案，将接收到流量计的流量信号进行软件滤波，滤波算法可采用滑动滤波或平均值滤波。通过滤波后的流量信号在定时周期T内进行累计得到累计流量Q，当定时周期结束时，计算平均瞬时流量F＝Q/T。定时周期结束时，同时对累计流量Q进行清理，同时进入下一个定时周期进行流量累计。将平均瞬时流量F与设定流量Fs通过PID算法处理得到输出值，并将此输出值转换成变频器频率信号输出到变频器中，通过控制变频器转速起到控制计量泵流量的作用。
控制器同时检测和控制缓冲罐的压力，当控制器检测到罐内氮气压力不足时，通过氮气输入阀补充氮气，当罐内氮气压力过高时，通过氮气输出阀释放氮气。

Claims (5)

1.一种可精确控制流量的计量泵控制系统，用于计量泵流量控制，包括：
计量泵，用于输送流体物料并通过转速控制输出流体物料的流量；
缓冲器，用于对计量泵输出的脉动流量起到削波平波的作用；
流量计，用于检测输出的瞬时流量，并将流量信号传输到控制器中；
控制器，用于实时采集流量信号，并对流量信号进行处理，对比设定流量和实际流量，通过软件算法控制变频器的输出；
变频器，通过接收控制器输出的转速信号，控制计量泵的转速，已达到控制流体流量的目的。
2.根据权利要求1所述的可精确控制流量的计量泵控制系统，其特征在于，缓冲罐的容量要大于计量泵容量的10倍以上，缓冲罐顶部安装氮气入口阀、氮气出口阀以及一个气体压力变送器，液体物料入口安装在缓冲罐侧面，高度60％-70％左右，出口安装在缓冲器底部，工作时缓冲器内部物料液面高于物料入口并且不超过缓冲罐高度的80％。
3.根据权利要求1所述的可精确控制流量的计量泵控制系统，其特征在于，控制器接收到流量计的流量信号后，要先进行软件滤波，滤波算法可采用滑动滤波或平均值滤波，通过滤波后的流量信号在定时周期T内进行累计得到累计流量Q，当定时周期结束时，计算平均瞬时流量F＝Q/T，定时周期结束时，同时对累计流量Q进行清零，同时进入下一个定时周期进行流量累计，将平均瞬时流量F与设定流量Fs通过PID算法处理得到输出值，并将此输出值转换成变频器频率信号输出到变频器中，通过控制变频器转速起到控制计量泵流量的作用。
4.根据权利要求1所述的可精确控制流量的计量泵控制系统，其特征在于，要求流量计上游直管段长度至少应为5倍管径，下游直管段长度至少为3倍管径，工艺管与传感器必须同心，同轴偏差不大于0.05DN。
5.一种可精确控制流量的计量泵流量控制的方法，其使用如权利要求1-4所述的可精确控制流量的计量泵控制系统，其特征在于：
S1：开始；
S2：读取流量数据；
S3：对流量数据进行软件滤波处理；
S4：将累计流量值清零并开启定时器；
S5：开始计算累计流量；
S6：判断定时器是否结束，没有结束返回S5，定时器结束继续执行S7并返回S4重新开始计算累计流量；
S7：将S6得到的累计流量除以定时器定时周期得到平均瞬时流量；
S8：将S7得到的瞬时流量进行PID处理；
S9：将PID处理结果转换成变频器转速控制信号，控制变频器转速；
S10：结束。
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