单回路控制系统实验过程控制实验指导书模板
过程控制实验指导书
过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。
2、掌握压力变送器的使用方法。
3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。
二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查：1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。
并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。
3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。
4）、关闭各个挂件的电源进行连线。
2、系统接线：1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。
2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。
对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。
过程控制实验指导书
过程控制实验指导书THKGK-1过程控制实验装置的组成和各部分使用说明THKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。
该设备可以满足《过程控制》、《自动化仪表》、《工程检测》、《计算机控制系统》等课程的教学实验、课程设计等。
整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、研究性实验，又能提供综合性实验。
本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为科学研究的开发提供实验手段。
本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准，即电压0～5V或1～5V，电流0～10mA或4～20mA。
实验系统供电要求为单相交流220V±10%，10A；外型尺寸为：182×160×70，重量：380Kg。
装置特点本实验装置具有以下特点：1、多种被控参数：液位、压力、流量、温度。
2、多种控制方式：位式控制、PID控制、智能仪表控制、单片机控制、PLC控制、计算机控制等。
3、多种计算机控制软件：西门子PROTOOL-CS组态软件、北京昆仑公司的MCGS组态软件以及本公司开发的上位机监控软件，另外还可以用台湾HITECH公司的ADP6.0软件与PLC 相连进行控制。
4、丰富的计算机控制算法：P、PI、PID、死区PID、积分分离、不完全积分、模糊控制、神精元控制、基于SIMULINK的动态参数自适应补偿控制等。
5、开放的软件平台：在我们提供的软件平台上，学生既可以利用我们所提供的算法程序进行实验，又可以用自己编写的PLC程序、MATLAB`程序等进行实验，还可以利用人机界面（触摸屏）的组态再结合PLC的编程来进行控制实验。
6、灵活多样的实验组合：可以很方便地对控制方式与被控参数进行不同组合，得到自己需要的单回路、多回路等多种控制系统。
系统组成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书
计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。
三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。
本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。
根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。
当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。
一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。
比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。
但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。
过程控制系统实验指导书
过程控制系统实验指导书王永昌西安交通大学自动化系2015.3实验一先进智能仪表控制实验一、实验目的1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用；2．掌握控制系统中PID参数的整定方法；3．熟悉Smith补偿算法。
二、实验内容1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序；2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验；3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。
4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。
三、实验原理1、YS—1700介绍YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。
其外形图如下：YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。
高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。
能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。
标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。
对YS1700编程可直接在PC机上完成。
SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。
（2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。
（3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。
当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式单回路控制器具有丰富和灵活可变的运算控制功能；即具有连续控制功能，也具有一定的顺序控制及处理批量生产过程的能力。
1-流程行业DCS仿真操作与控制系统设计实践课程-单回路控制实验指导书
CIMC 中国智能制造挑战赛
⑤ 点击左侧“功能组件→信号源”菜单栏里的“控制器输入”模块， 然后按住鼠标 左键将“控制器输入”模块拖入到右侧的控制器组态空白区域，此时“控制器输入”模块自 动命名为数据源，如下图所示：
⑥ 双击“数据源”模块，弹出“数据采集点配置”对话框，点击“数据点采集配置” 对话框里的“BROWSE”按钮，弹出“数据源”列表对话框，点击“数据源”列表对话框里 的“仪表”选项，找到 FI101，双击 FI101 向下弹出“仪表数据”，单击选择“仪表数据”， 点击“确定”按钮。如下图所示：
CIMC 中国智能制造挑战赛
击选择“阀门开度”，点击“确定”按钮，则“数据输出点配置”对话框里“位号”位置显 示出“FV101-阀门开度”，如下图所示，点击确定，完成。
⑨ 点击控制器组态工具栏“接线”按钮， 然后点击“数据源（FI101-仪表数据）”中 心的小黑点，再点击“PID 控制器”PV 旁的小圆圈，则控制器输入和 PID 控制器信号通讯连 接完成。点击控制器组态工具栏“接线”按钮， 然后点击“PID 控制器”PV 旁的小黑点， 再点击“控制输出点（FV101-阀门开度）”中心的小圆圈，则 PID 控制器和控制器输出信号 通讯连接完成。如下图所示：
CIMC 中国智能制造挑战赛
⑦ 点击左侧“功能组件→控制器”菜单栏里的“PID 控制器”模块， 然后按住鼠标 左键将“PID 控制器”模块拖入到右侧的控制器组态空白区域，并双击此模块，进行配置。
位号输入 LIC101；由于调节阀 FV101 为气开阀，则调节阀 FV101 为正作用，根据控制 回路的负反馈关系，由此判断控制器为反作用，手/自动状态选择“手动”。PID 参数设置， Kc（P-比例）输入 2.5，Ti（积分）输入 10000（Ti 值不能小于 0.1），Td（微分）输入 0，输 入的 PID 参数为参考值，可根据 PID 整定方法及 4:1 衰减曲线寻求最佳的 PID 参数。点击 “确定”按钮，则完成 PID 控制器配置。
过程控制系统实验指导书第二版
过程控制系统实验指导书
引言
浙江求是科教设备有限公司生产的 PCT 系列过程控制实验系统装置，可以非常好地满足过程控制 课程实验的要求。在这套设备由被控对象和控制台组成，通过手动或计算机控制，可以将被控对象 转变成不同特性的过控对象，因此，在此基础上可以进行简单的温度、压力、流量、液位的单回路 控制，而且也可以进行一系例复杂控制系统实验如：变比值控制、Simth 预估控制、解耦控制、三容 液位控制、换热器温度控制等。 一、PCT 系列过程控制实验装置特点:
过程控制实验指导书
第三章 对象特性测试实验第一节 测试对象特性的方法工业过程动态数学模型的表达方式很多，其复杂程度相差悬殊。
对于数学模型，应根据实际应用情况提出适当的要求。
一般说来，用于控制的数学模型并不要求十分准确。
闭环控制本身具有一定的鲁棒性，模型本身的误差可视为干扰，而闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰的能力。
实际生产过程的动态特性非常复杂，往往需要作很多近似处理。
有些近似处理需要作线性化处理、降阶处理等，但却能满足控制的要求。
建立数学模型有两个基本方法，即机理法和测试法。
测试法一般只用于建立输入输出模型。
它的特点是把被研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态性质，因此不需要深入掌握其内部机理。
一、测试法求取传递函数通过简单的测试获得被被控对象的阶跃响应，进一步把它拟合成近似的传递函数，是建立被控对象数学模型简单有效的方法。
用测试法建立被控对象的数学模型，首先要选定模型的结构。
典型的工业过程的传递函数可以取为各种形式，例如：1、 一阶惯性环节加纯延迟 一阶惯性环节的传递函数：1)(+=Ts Ks G 延迟环节的传递函数为：τs )(-=e s G一阶加纯滞后对象的传递函数1)(τs+=-Ts Ke s GtXΔx阶跃信号一阶惯性环节阶跃响应KΔxT图 3.1.1对于有纯滞后的一阶对象，滞后时间可直接由图中测量出纯滞后时间τ。
2、二阶或高阶惯性环节加纯延迟ns1)(Ts )(+=-τKe s G 在确定传递函数的形式后，要对函数中的各个参数与测试的响应曲线进行拟合。
如果阶跃响应是如图3.1.2所示的S 形单调曲线，就可以用一阶惯性加纯延迟对象的传递函数去拟合。
增益K 由输入输出的稳态值直接算出，而τ和T 则可以用作图法确定。
tABpCy y(∞)τT图 3.1.2在曲线的拐点p 作切线，它与时间轴交于A 点，与曲线的稳态渐进线交于B 点。
0A 段的值即为纯滞后时间τ，CB 段的值即为时间常数T ，这样就确定了τ和T 的数值。
过程控制系统实验指导书
实验一 单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备1．实验对象及控制屏，SA-11挂件一个，SA-14挂件一个，计算机一台。
万用表一个；2. SA-12挂件一个，3. SA-44-1挂件一个4. SA-24-1 挂件一个5. SA-21 挂件一个 SA-22挂件一个 SA-23挂件一个三、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。
自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。
图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q 1，改变电动调节阀V 1的开度可以改变Q 1的大小，下水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q 2。
液位h 的变化反映了Q 1与Q 2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。
若将Q 1作为被控过程的输入变量，h 为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h 与Q 1之间的数学表达式。
根据动态物料平衡关系有Q 1-Q 2=A dtdh (2-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adt h d ∆ (2-2) 式中：ΔQ 1，ΔQ 2，Δh ——分别为偏离某一平衡状态的增量；A ——水箱截面积。
在平衡时， Q 1=Q 2， dtdh ＝0； 当Q 1 发生变化时，液位h 随之变化，水箱出 图2-1 单容自衡水箱特性测试系统 口处的静压也随之变化，Q 2也发生变化。
（a ）结构图 （b ）方框图 由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h 与流量之间为非线性关系。
但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q 2与h 成正比关系，而与阀F1-11的阻力R 成反比，即ΔQ 2=Rh ∆ 或 R=2Q ∆∆h (2-3) 式中：R ——阀F1-11的阻力，称为液阻。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
单回路控制系统实验
单回路控制系统概述
实验三单容水箱液位定值控制实验
实验四双容水箱液位定值控制实验
实验五锅炉内胆静( 动) 态水温定值控制实验
实验三
实验项目名称: 单容液位定值控制系统
实验项目性质: 综合型实验
所属课程名称: 过程控制系统
实验计划学时: 2学时
一、实验目的
1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。
3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验内容和( 原理) 要求
本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。
被控量为中水箱( 也可采用上水箱或下水箱) 的液位高度, 实验要求中水箱的液位稳定在给定值。
将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反
馈信号, 在与给定量比较后的差值经过调节器控制电动调节阀的开度, 以达到控制中水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制, 系统的调节器应为PI或PID控制。
三、实验主要仪器设备和材料
1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个;
2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根;
3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。
四、实验方法、步骤及结果测试
本实验选择中水箱作为被控对象。
实验之前先将储水箱中贮足水量, 然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开, 将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度, 其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。
( 一) 、智能仪表控制
1．按照图3-5连接实验系统。
将”LT2中水箱液位”钮子开关拨到”ON”的位置。
图3-4 中水箱单容液位定值控制系统
(a)结构图(b)方框图
图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图
2．接通总电源空气开关和钥匙开关, 打开24V开关电源, 给压
力变送器上电, 按下启动按钮, 合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关, 给智能仪表及电动调节阀上电。
3．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”实验三、单容液位定值控制系统”, 进入实验三的监控界面。
4．①在上位机监控界面中把”设定值”设置为一个合适的值( 从低位开始每次增加3-4cm, 水箱最高水位为15cm) 。
②将”P、I”值设置为一个合适的值( 50
P) 。
,
I
③单击”启动仪表”系统进入运行状态。
5．合上三相电源空气开关, 磁力驱动泵上电打水, 使中水箱的液位平衡于设定值, 观察记录响应曲线的变化。
6．按经验法或衰减曲线法整定调节器参数, 选择P、I控制规律, 并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。
合适的PI值可做出4﹕1的响应曲线。
7．待液位平衡后, 经过以下几种方式加干扰:
( 1) 突增( 或突减) 仪表设定值的大小, 使其有一个正( 或负) 阶跃增量的变化; ( 此法推荐, 后面三种仅供参考)
( 2) 将电动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4( 同电磁阀) 开至适当开度;
( 3) 将下水箱进水阀F1-8开至适当开度; ( 改变负载)
( 4) 接上变频器电源, 并将变频器输出接至磁力泵, 然后打开阀门F2-1、F2-4, 用变频器支路以较小频率给中水箱打水。
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％, 干扰过大
可能造成水箱
中水溢出或系统不稳定。
加入干扰后, 水箱的液位便离开原平衡状态, 经过一段调节时间后, 水箱液位稳定至新的设定值( 采用后面三种干扰方法仍稳定在原设定值) , 记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数, 液位的响应过程曲线将如图3-6所示。
图3-6 单容水箱液位的阶跃响应曲线-
8．分别适量改变调节仪的P及I参数, 重复步骤7, 用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
9．分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4～8, 用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
( 二) 、S7-200PLC控制
1．将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上, 并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2, 并按照图3-7控制屏接线图连接实验系统。
将”LT2中水箱液位”钮子开关拨到”ON”的位置。
2．接通总电源空气开关和钥匙开关, 打开24V开关电源, 给压力变送器上电, 按下启动按钮, 合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关, 给S7-200PLC及电动调节阀上电。
3．打开Step 7-Micro/WIN 32软件, 并打开”S7-200PLC”程序进行下载, 然后将S7-200PLC置于运行状态, 然后运行MCGS组态环境, 打开”S7-200PLC控制系统”工程, 然后进入MCGS运行环境, 在主菜单中点击”实验三、单容液位定值控制”, 进入实验三的监控界面。
4．以下步骤请参考前面”( 一) 智能仪表控制”的步骤4～9。
五、实验报告要求
1．画出单容水箱液位定值控制实验的结构框图。
2．用实验方法确定调节器的相关参数, 写出整定过程。
3．根据实验数据和曲线, 分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4．比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
5．分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
6．综合分析二种控制方案的实验效果。
六、思考题
1．如果采用下水箱做实验, 其响应曲线与中水箱的曲线有什么异同? 并分析差异原因。
2．改变比例度δ和积分时间T I对系统的性能产生什么影响?
图3-7 S7-200PLC控制单容液位定值控制实验接线图
实验四
实验项目名称: 双容水箱液位定值控制系统
实验项目性质: 综合型实验
所属课程名称: 过程控制系统
实验计划学时: 2学时
一、实验目的。