过程控制实验指导书
CS4000型DDC实验指导书
CS4100高级过程控制实验装置DDC实验指导书目录1.水箱对象系统实验实验一、单容水箱对象特性测试实验 (3)实验二、双容水箱对象特性测试实验 (9)实验三、单容水箱液位PID控制实验 (14)实验四、双容水箱液位PID控制实验 (22)实验五、单回路流量PID控制实验 (26)实验六、流量比值控制实验 (30)实验七、双容水箱液位串级PID控制实验 (37)实验八、前馈反馈控制实验 (42)实验九、双容水箱S MITH预估控制实验 (47)实验十、四水箱解耦控制实验 (52)2.温度对象系统实验实验一、温度特性测试实验 (59)实验二、加热水箱温度二位式控制实验 (65)实验三、短滞后环节温度二位式控制实验 (70)实验四、长滞后环节温度二位式控制实验 (75)实验五、加热水箱温度PID控制实验 (80)实验六、短滞后环节温度PID控制实验 (84)实验七、长滞后环节温度PID控制实验 (88)实验八、温度滞后S MITH预估控制实验 (92)1.水箱对象系统实验实验一、单容水箱对象特性测试实验一、实验目的1、了解单容对象的动态特性及其数学模型2、熟悉单容对象动态特性的实验测定法3、掌握单容水箱特性的测定方法二、实验设备1、四水箱实验系统硬件平台2、四水箱实验系统DDC 实验软件3、PC 机（Window XP Professional 操作系统）4、其它：连接线等三、实验原理全面地分析和测定调节对象的特性，是设计一个自动控制系统的首要前提。
一般研究调节对象特性的方法有两种：分析法和实验测定法。
分析法通过分析过程的机理、物料和能量平衡关系求得数学模型，即对象动态特性的数学描述；实验测定法通过实验测定，对取得的数据进行加工整理而求得对象的数学模型。
下面分别应用这两种方法对单容对象的动态特性进行分析，并给出单容水箱对象特性的一种实验测定法。
1、单容对象的动态特性及其数学模型以单容水槽水位调节对象为例，分析其动态特性和数学模型。
过程控制系统课程设计指导书
过程控制系统课程设计指导书林梅金张彩霞肖红军编佛山科学技术学院机电和信息学院2007年9月目录第一部分课程设计的目的和要求 (1)第二部分课程设计的总体描述 (3)一实验装置说明 (3)二被控对象特性测试举例 (10)第三部分课程设计选题 (13)课题一锅炉夹套和被加热介质的温度控制 (13)课题二双闭环流量比值控制 (20)课题三温度的滞后控制 (27)课题四流量的滞后控制 (30)第一部分课程设计的目的和要求一前言过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。
在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。
二课程设计目的在本课程设计中，通过一个完整的生产过程控制系统的设计，使学生在进一步加深理解和掌握《过程控制系统》课程中所学内容的基础之上，着重训练学生将《过程检测和控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程中所学到知识进行综合使用。
锻炼学生的综合知识使用能力，让学生了解一般工程系统的设计方法、步骤，系统的集成和投运。
三课程设计要求按课程设计指导书提供的课题，根据给出的设计任务，自己设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，按“可选”的被控对象设计相应的控制系统，并在实验室连接系统部件、构造硬件系统。
可以自己跳线、连线，并连好对象、控制器、计算机。
通过用控制器、监控计算机和实验对象的联机调试、执行、观察结果，达到预期使用功能和控制目的，比较不同方案的使用效果，完整的设计任务书。
1.能够查阅工艺过程相关资料。
2.依据工艺要求分析、比较、设计方案（对其合理性、工作原理及工作过程做出说明）。
3.被控对象以及仪器仪表的描述。
4.控制方案的选择及其论述，控制系统方框图及其说明。
5.完成对象的特性曲线的测试，建立对象的数学模型。
A3000过程控制实验指导书(实验用)
A3000过程控制实验系统实验指导书V3.0北京华晟高科教学仪器有限公司编制第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。
在熟悉设备的知识、安全信息及全部有关注童事项以后使用。
在本使用说明书中，将安全注意事项等级分为“危险”和“注意”。
！危险：不正确的操作造成的危险情况，将导致死亡或重伤的发生。
！注意：不正确的操作造成的危险情况，将导致一般或轻微的伤害或造成物体的硬件损坏。
注意：根据情况的不同，“注意”等级的事项也可能造成严重后果。
请遵循两个等级的注意事项，因为它们对于个人安全都是重要的。
1.1防止触电尽管系统经过多层保护，还是请用户注意以下安全事项。
！危险严格要求系统可靠接地，包括现场对象系统，控制系统，接地电阻不大于4欧姆。
当通电或正在运行时，请不要进行任何维护、维修操作，不要打开机柜后门，接线箱盖子，变频器前盖板，否则会发生触电的危险。
即使电源处于断开时，除维护、维修外，请不要接触任何具有超过安全电压的裸露端子，否则接触各种充电回路可能造成触电事故。
请不要用湿手操作设定各种旋钮及按键，以防止触电。
对于电缆，请不要损伤它，不要对它加过重的应力，使它承载重物或对它钳压。
否则可能会导致触电。
包括布线或检查在内的工作都应由专业技术人员进行。
在开始布线或维修之前，请断开电源，经过10分钟以后，用万用表等检测剩余电压后进行。
1.2防止烫伤！危险不要接触热水管道，避免高温烫伤。
在热水没有冷却时，不要打开锅炉，不要进行任何维修维护工作。
！注意请尽量控制水温在70度以下，以免高温烫伤，提高产品寿命。
1.3防止损坏！危险在水泵运行状态，绝对禁止进行水泵切换控制操作，否则可能损坏变频器。
！危险在水箱水位没有达到一定高度，不能启动调压器输出，否则可能损坏加热器。
该系统增加了硬件的连锁保护，但是也要在操作时注意。
！注意系统应远离可燃物体。
系统发生故障时，请断开电源。
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。
A3000高级过程控制系统实验指导书V
.HUATEC A3000过程控制实验系统实验指导书V3.0北京华晟高科教学仪器有限公司编制目录第一章安全注意事项与设备使用 ........................................................................ - 1 -1.1防止触电........................................................................................................................ - 1 -1.2防止烫伤........................................................................................................................ - 2 -1.3防止损坏........................................................................................................................ - 2 -1.4现场系统组成................................................................................................................ - 2 -1.5控制系统组成................................................................................................................ - 2 - 第二章计算机测控系统实验 ................................................................................ - 5 -实验1 实验系统认知......................................................................................................... - 5 - 实验2 ADAM4000模块的通讯和使用........................................................................... - 10 - 实验3 组态软件编程和数据获取................................................................................... - 18 - 实验4 PLC系统通讯和使用 ........................................................................................... - 21 - 实验5 PLC Step7编程 .................................................................................................. - 28 - 实验6 现场总线技术与DCS实验 ................................................................................. - 33 - 第三章工艺设备和仪器仪表实验 ...................................................................... - 41 -实验1 温度、压力、液位和流量测量实验................................................................... - 41 - 实验2 水泵负载特性测量实验....................................................................................... - 45 - 实验3 管道压力和流量耦合特性测量实验................................................................... - 47 - 实验4 电动调节阀特性测量实验................................................................................... - 50 - 实验5 调压器特性测量实验........................................................................................... - 53 - 实验6 变频器水泵控制特性测量实验........................................................................... - 55 - 第四章工业系统对象特性的测定研究 .............................................................. - 59 -实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 59 - 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 62 - 实验3 非线性容积水箱液位数学模型的测定实验....................................................... - 64 - 实验4 测定不同阻力下单容水箱液位数学模型实验................................................... - 67 - 实验5 锅炉与加热器对象数学模型实验....................................................................... - 69 - 实验6 滞后管数学模型实验........................................................................................... - 72 - 实验7 换热机组数学模型实验....................................................................................... - 75 - 第五章简单设计型控制实验 .............................................................................. - 79 -实验1 单闭环流量控制实验........................................................................................... - 79 - 实验2 单容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 82 - 实验3 双容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 88 - 实验4 三容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 91 - 实验5 锅炉水温定值位式控制实验............................................................................... - 94 - 实验6 锅炉水温定值控制实验....................................................................................... - 98 - 实验7 换热器水温单回路控制实验............................................................................. - 101 - 实验8 联锁控制系统实验............................................................................................. - 104 - 实验9 单闭环压力控制实验......................................................................................... - 107 - 第六章复杂设计型控制系统 ............................................................................ - 110 -实验1下水箱液位和进口流量串级控制实验.............................................................. - 110 - 实验2 闭环双水箱液位串级控制实验......................................................................... - 119 - 实验3 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制实验............................................. - 123 - 实验4 单闭环流量比值控制系统实验......................................................................... - 127 - 实验5 下水箱液位前馈反馈控制系统实验................................................................. - 129 - 实验6 锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统实验..................................................... - 133 - 实验7 管道压力和流量解耦控制系统实验................................................................. - 136 - 实验8 换热器出口温度与流量解耦控制系统实验..................................................... - 140 -第七章创新型设计与研究 ................................................................................ - 144 -实验1 大延迟系统补偿控制的研究............................................................................. - 144 - 实验2 单神经元自适应PID算法的研究 .................................................................... - 147 - 实验3 模糊控制算法的研究......................................................................................... - 154 - 实验4 现场总线系统控制研究..................................................................................... - 156 - 第八章工程应用型设计 .................................................................................... - 164 -实验1 工业项目设计..................................................................................................... - 164 - 实验2 报警系统设计..................................................................................................... - 168 - 实验3 关键事件处理和记录设计................................................................................. - 175 - 实验4 系统趋势和历史存储设计................................................................................. - 178 - 实验5 系统登录和安全性设计..................................................................................... - 180 - 实验6 网络化控制系统的研究..................................................................................... - 185 -第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。
过控实验指导书(USB-4711A)
实验一过程控制系统简介及过程控制演示一、组合式过程控制系统介绍结合过程计算机控制系统理论的学习，我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式—单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。
二、主要仪器与设备1、计算机2、接口板卡USB-4711AUSB-4711A系列板卡是即插即用数据采集模块，它通过USB端口与计算机相连，为数据测量与系统控制提供了便利。
USB-4711A通过USB端口获得所需电源，在该板卡上包含了所有的数据采集功能，如：16路AI，2路AO，8路DI，8路DO，1路32位计数器，其中A/D数据采集为12位。
USB-4711A 板卡如图1-1所示。
图1-2为USB-4711A 上五个10针I/O 接口的针脚定义。
图1-1 USB-4711A板卡DO0DO1DO2DO3DGNDDO4DO5DO6DO7DGNDDI0DI1DI2DI3DGNDAI0GATE DGND EXTTRG DGND EVTINPOut AGND AO1AGNDDI4DI5DI6DI7 DGNDAI1AI2AI3AGNDAI4AI5AI6AI7AGNDAI8AI9AI10AI11AGNDAI12AI13AI14AI15AGNDAO0USBLED8-TTL DO Port8-TTL DI Port16-SE/8-Diff AIExternal Control2-AO Port图1-2I/O 接口针脚定义3、水箱：水箱如图1-3所示，技术参数见表1-1。
表1-1 水箱参数工作温度最大：+65CO外部尺寸宽度深度高度240 mm 190 mm 385 mm材质塑料图1-3 水箱4、流量传感器流量传感器如图1-4所示，主要技术参数见表1-2。
表1-2 流量传感器技术参数工作电压 5 to 12 V DC工作电流 6 to 33 mA输出信号方波信号，5…12 V频率范围13 to 1200 HZ测量范围0.5 to 15.0 l/min工作压力80°C max。
过程装备与控制工程专业实验指导书
ห้องสมุดไป่ตู้
大连大学 过控教研室
2013.9
目
录
1 内压容器应力测试 ................................................................................. 1 2 爆破片爆破压力测定 ............................................................................. 6 3 化工设备综合性能测试 ....................................................................... 10 4 精馏塔性能测试与控制 ....................................................................... 23 5 换热器性能综合测试 ........................................................................... 32 6 容积式压缩机性能测试 ....................................................................... 44 7 中空纤维超滤膜分离 ........................................................................... 51 8 超临界流体萃取 ..................................................................................... 3 9 流体机械拆装实验 ................................................................................. 2 附录 1 BZ2205C 静态电阻应变仪及使用方法 .......................................... 5 附录 2 过控专业实验综合装置简介-外压失稳 ...................................... 8
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实验一、PID调节实验
一、实验目的
1、熟悉MATLAB软件
2、熟悉单回路控制系统的组成和工作原理
3、熟悉PID调节器的各种参数工程整定方法
二、实验原理
图1－1 由G*c（S）、Gp（S）组成的简单控制系统
图1－1为简化了的控制系统，由调节器G*c（S）和被控对象Gp（S）两大环节组成，分别称为等效调节器和广义被控对象。
当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的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，控制器参数选择的不合适，则会导致控制质量变坏，甚至使系统不能正常工作。
因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。
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选择合理，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）。
在单位阶跃作用下，P、PI、PID 调节系统的阶跃响应分别如图1－2中的曲线①、②、③所示。
图1－2、P 、PI 和PID 调节的阶跃响应曲线
三、实验内容及步骤
按图1－1所示，将系统接成单回路反馈系统，其中广义被控对象的传递函数
)110)(12)(15(1
)(+++=
S S S s G p ，调节器G*c （S ）采用PID 调节。
调节器的动作规律如
下：
（一）、稳定边界法（临界比例度法）整定参数
(1)、在纯比例作用下投入(T I =∞， T D =0),比例带δ置较大值，系统投入自动运行。
（KP 较小时，系统稳定）
(2)、系统稳定后，δ↓，直到系统出现等幅振荡过程，记下临界比例带δcr 和临界振荡周期Tcr 值，填入表1－1。
表1－1 δcr 和Tcr 值
(3)、利用表1－2计算参数，填入表1－3
表1－2
稳定边界法参数整定计算公式
表1－3 稳定边界法参数整定
(4)、按“先P后I最后D”的操作程序，将控制器整定参数调整到计算值上。
(5)、绘出稳定边界法参数整定的响应曲线。
（二）、衰减曲线法（阻尼振荡法）整定参数
(1)、在纯比例作用下投入(T I=∞， T D=0),比例带δ置较大值，系统投入自动运行。
（KP较小时，系统稳定）
(2)、系统稳定后，做设定值阶跃扰动，直到系统出现4：1的衰减振荡过程，记下比例带δs和振荡周期Ts值，填入表1－4。
表1－4 δs和Ts值
(3)、利用表1－5计算参数，填入表1－6。
表1－5 衰减曲线法参数整定计算公式
表1－6 衰减曲线法参数整定
(4)、按“先P后I最后D”的操作程序，将控制器整定参数调整到计算值上。
(5)、绘出稳定边界法参数整定的响应曲线。
(三)、现场经验凑试法整定参数
(1)、在纯比例作用下(T I=∞、T D=0)
在比例度δ按表1－7的取值下，将系统投入运行；
若曲线振荡频繁，则加大比例度δ；
若超调量大，且趋于非周期，则减少δ，求得满意的4：1过渡过程曲线。
表1－7 经验法调节器参数经验数据
(2)、引入积分作用 (此时应将上述δ加大1.2倍)
·将积分时间T I由大到小进行整定；
·若曲线波动较大，则应增大T I；
·若曲线偏离给定值后长时间回不来，则需减少T I，
以求得较好的过渡过程曲线。
(3)、若需引入微分作用
·将T D按经验值或按T D=(1/3～1/4)T I设置，并由小到大加入；
·若曲线超调量大而衰减慢，则需增大T D；
·若曲线振荡厉害，则应减小T D；
·观察曲线，再适当调节δ和T I，反复调试直到获得满意的过渡过程曲线。
（4）记入每一步骤的整定参数于表1－8。
表1－8 现场经验凑试法每步的整定参数记录
(5)、绘出稳定边界法参数整定的响应曲线。