过程控制系统课程设计报告
过程控制系统课程设计
过程控制系统课程设计(总14页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--过程控制系统课程设计班级：本组成员：2012年01月12日设计报告目录【1】内容一：过程控制课程设计的相关资料 (1)【2】内容二：过程控制课程设计 (6)（1）过程控制系统设计及其主要内容 (6)（2）被控对象特性分析 (6)（3）控制系统控制结构原理图 (7)（4）控制系统工艺流程图 (8)（5）一次仪表选型表 (10)（6）课程设计总结 (11)（7）参考文献 (12)内容一：过程控制课程设计的相关资料一．液位控制系统中PID控制数字PID控制是在实验研究和生产过程中采用最普遍的一种控制方法，在水箱控制系统中有着极其重要的控制作用。
常用的PID控制系统原理框图如下所示：PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成偏差PID控制规律为：写成传递函数形式为：PID是比例,积分,微分的缩写形式：比例调节作用：是按比例反应系统的偏差,系统一旦出现了偏差,比例调节立即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大,可以加快调节,减少误差,但是过大的比例,使系统的稳定性下降,甚至造成系统的不稳定。
积分调节作用：是使系统消除稳态误差,提高无差度。
因为有误差,积分调节就进行,直至无差,积分调节停止,积分调节输出一常值。
积分作用的强弱取决与积分时间常数Ti,Ti越小,积分作用就越强。
反之Ti大则积分作用弱,加入积分调节可使系统稳定性下降,动态响应变慢。
积分作用常与另两种调节规律结合,组成PI调节器或PID调节器。
微分调节作用：微分作用反映系统偏差信号的变化率,具有预见性,能预见偏差变化的趋势,因此能产生超前的控制作用,在偏差还没有形成之前,已被微分调节作用消除。
因此,可以改善系统的动态性能。
在微分时间选择合适情况下,可以减少超调,减少调节时间。
微分作用对噪声干扰有放大作用,因此过强的加微分调节,对系统抗干扰不利。
自-过程控制系统课程设计报告格式(2010-2011-1)
过程控制系统课程设计专业：自动化设计题目：单容水箱液位控制系统设计班级：学生姓名：学号：指导教师：雷霞分院院长：许建平教研室主任：方健电气工程学院一、课程设计任务书1.设计内容针对某厂的液位控制过程与要求实现模拟控制，其工艺过程如下：用泵作为原动力，把水从低液位池抽到高液位池，实现对高液位池液位高度的自动控制。
具体设计内容是利用西门子S7-200PLC作为控制器，实现对单容水箱液位高度的定值控制，同时利用MCGS组态软件建立单容水箱液位控制系统的监控界面，实现实时监控的目的。
2.设计要求1、以RTGK-2型过程控制实验装置中的单个水箱作为被控对象、PLC作为控制器、静压式压力表作为检测元件、电动调节阀作为执行器构成一个单容水箱单闭环控制系统，实现对水箱液位的恒值控制。
2、PLC控制器采用PID算法，各项控制性能满足要求：超调量20%，稳态误差≤±0.1；调节时间ts≤60s；3、组态测控界面上，实时设定并显示液位给定值、测量值及控制器输出值；实时显示液位给定值实时曲线、液位测量值实时曲线和PID输出值实时曲线；4、选择合适的整定方法确定PID参数，并能在组态测控界面上实时改变PID参数；5、通过S7-200PLC编程软件Step7实现PLC程序设计与调试；6、分析系统基本控制特性，并得出相应的结论；7、设计完成后，提交打印设计报告。
3.参考资料[1]邵裕森,戴先中主编.过程控制工程(第2版).北京:机械工业出版社.2003[2]崔亚嵩主编.过程控制实验指导书（校内）[3]廖常初主编.PLC编程及应用(第2版).北京:机械工业出版社.2007[4]吴作明主编.工业组态软件与PLC应用技术.北京:北京航空航天大学出版社.20074.设计进度（2010年12月27日至2011年1月9日）时间设计内容2010年12月27日布置设计任务、查阅资料、进行硬件系统设计2010年12月28日～2010年12月29日编制PLC控制程序，并上机调试；2010年12月30日～2010年12月31日利用MCGS组态软件建立该系统的工程文件2011年1月2日～2011年1月4日进行MCGS与PLC的连接与调试进行PID参数整定2011年1月5日～2011年1月6日系统运行调试，实现单容水箱液体定值控制2011年1月7日～写设计报告书2011年1月9日5.设计时间及地点设计时间：周一～周五，上午：8：00～11：00下午：1：00～4：00 设计地点：新实验楼，过程控制实验室（310）电气工程学院机房（320）二、评语及成绩设计成绩：指导教师：过程控制系统课程设计报告班级：姓名：学号：指导教师：撰写日期：目录第一章课程设计内容与要求分析 (1)1.1课程设计内容 (1)1.2课程设计要求分析 (1)1.2.1系统单元电路组成 (1)第二章 Protel原理图绘制 (4)过程控制系统课程设计总结 (7)参考文献 (8)附录 (8)注意：目录内容根据所作设计自行编排，但格式如上所示.注意：页码右对齐，使用超级链接，连接章节使用超级链接，连接章节的方法：1步：选择大纲视图2步：选择目录等级3步：定义标题2为2级目录4步：定义标题3为3级目录后以此类推。
过程控制系统课程设计报告报告实验报告1
过程控制系统课程设计报告报告实验报告成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》名称：单容水箱液位过程控制班级：2011级自动化过程控制方向姓名：学号：目录前言一．过程控制概述 (2)二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3)三．系统组成与工作原理 (5)（一）外部组成 (5)（二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5)（三）其它模块和功能 (8)四．调试过程 (9)（一）P调节 (9)（二）PI调节 (10)（三）PID调节 (11)五．心得体会 (13)前言现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。
首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。
通过对基础训练设施的集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。
其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。
为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。
应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。
第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。
以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
本次工程实践就是针对单容水箱液位进行恒高度控制通过调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。
通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。
过程控制课设报告
课程设计报告名称：过程控制院系：班级：学号：学生姓名：同组人：指导教师：设计周数： 1 成绩：一．课程设计总体目标通过该课程设计，使学生进一步掌握过程控制课程主要内容，深入理解过程控制系统的分析与综合。
要求学生：1．了解过程控制技术与系统设计与分析的关键技术；2．了解过程控制方案的组成；3．能够进行控制系统的设计与仿真及工程实现。
二．课程设计主要内容本课程设计是为实现生产过程自动化，应用图纸资料和文字资料来表达设计思想、实验室试验、现场工程实现方法。
设计分为两个阶段：1．设计前期工作（1）查阅资料：对被控对象动态特性进行分析；确定控制系统的被调量和调节量（2）确定自动化水平：自动控制范围、控制质量指标、报警设限及手自动切换水平（3）提出仪表选型原则：包括测量、变送、调节及执行仪表的选型2．设计工作（1）根据对被控对象进行的分析，确定系统自动控制结构，给出控制系统原理图；（2）根据确定控制设备和测量取样点和调节机构，绘制控制系统工艺流程图（PID图）；（3）根据确定的自动化水平和系统功能，选择控制仪表，完成控制系统SAMA图（包括系统功能图和系统逻辑图）；（4）对所设计的系统进行仿真试验并进行系统整定（5）编写设计报告(说明书)。
三．设计正文：1．主汽温串级控制系统的基本任务和要求锅炉过热蒸汽温度是影响机组生产过程安全性和经济性的重要参数。
现代锅炉的过热器是在高温、高压的条件下工作的，过热器出口的过热蒸汽温度是机组整个汽水行程中工质温度的最高点，也是金属壁温的最高处。
过热器采用的是耐高温高压的合金刚材料，过热器正常运行的温度已接近材料所允许的最高温度。
如果过热蒸汽温度过高，容易损坏过热器，也会使蒸汽管道、汽轮机内某些零部件产生过大的热膨胀而毁坏，影响机组的安全运行。
如果过热蒸汽温度过低，将会降低机组的热效率，一般蒸汽温度降低5-10℃，热效率约降低1%，不仅增加燃料的消耗量，浪费能源，而且还将使汽轮机最后几级的蒸汽湿度增加，加速汽轮机叶片的水蚀。
《过程控制系统》实验报告
《过程控制系统》实验报告实验报告：过程控制系统一、引言过程控制系统是指对工业过程中的物理、化学、机械等变量进行监控和调节的系统。
它能够实时采集与处理各种信号，根据设定的控制策略对工业过程进行监控与调节，以达到所需的目标。
在工业生产中，过程控制系统起到了至关重要的作用。
本实验旨在了解过程控制系统的基本原理、组成以及操作。
二、实验内容1.过程控制系统的组成及原理；2.过程控制系统的搭建与调节；3.过程控制系统的优化优化。
三、实验步骤1.复习过程控制系统的原理和基本组成；2.使用PLC等软件和硬件搭建简单的过程控制系统；3.设计一个调节过程，如温度控制或液位控制，调节系统的参数；4.通过修改控制算法和调整参数，优化过程控制系统的性能；5.记录实验数据并进行分析。
四、实验结果与分析在本次实验中，我们搭建了一个温度控制系统，通过控制加热器的功率来调节温度。
在调节过程中，我们使用了PID控制算法，并调整了参数，包括比例、积分和微分。
通过观察实验数据，我们可以看到温度的稳定性随着PID参数的调整而改变。
当PID参数调整合适时，温度能够在设定值附近波动较小，实现了较好的控制效果。
在优化过程中，我们尝试了不同的控制算法和参数，比较了它们的性能差异。
实验结果表明，在一些情况下，改变控制算法和参数可以显著提高过程控制系统的性能。
通过优化，我们实现了更快的响应时间和更小的稳定偏差，提高了系统的稳定性和控制精度。
五、结论与总结通过本次实验，我们了解了过程控制系统的基本原理、组成和操作方法。
我们掌握了搭建过程控制系统、调节参数以及优化性能的技巧。
实验结果表明，合理的控制算法和参数选择可以显著提高过程控制系统的性能，实现更好的控制效果。
然而，本次实验还存在一些不足之处。
首先，在系统搭建过程中，可能由于设备和软件的限制，无法完全模拟实际的工业过程。
其次，实验涉及到的控制算法和参数调节方法较为简单，在实际工程中可能需要更为复杂和精细的控制策略。
过程控制系统课程设计报告
过程控制系统课程设计报告题目：温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：温度控制系统设计一、设计任务设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。
二、预期实现目标通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。
三、设计方案（一）系统数学模型的建立要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。
数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。
在本系统中，被控量是温度。
被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。
在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。
在整个实验过程中，水量是不变的。
经过试验，得到下表所示的时间-温度表：表1 采样时间和对应的温度值以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线：图1 时间-温度曲线采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。
将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。
从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。
因此我们选用()1ske G s Ts τ-=+（式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。
（1）k 的求法：k 可以用下式求得：()(0)y y k x ∞-=（x ：输入的阶跃信号幅值）（2）过程时间常数T 和滞后时间τ可用两点法求得：T=)](1ln[)](1ln[2*1*12t y t y t t ----τ=)](1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2*1*2*11*2t y t y t y t t y t ------选取系统终值100℃，t 1=90s ，对应)(1*t y =0.36，t 2=300s ，对应)(2*t y =0.86得到K=0.8，T=138.1, τ=28.3系统开环传递函数：K=11388.0+S（二）基于MATLAB 的PID 仿真(1)PID 控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID 控制算法，PID 控制是比例—积分—微分控制，PID 控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。
过程控制系统课程设计（最终提交版）
*****大学《过程控制系统》课程设计文件设计小组名称：设计小组班级：设计小组成员：2016年6月20日一、方案设计依据、范围及相关标准设计依据一个典型的化工生产过程大致有三个组成部分：（1）原料预处理（2）化学反应（3）产物分离很显然，化学反应是化工生产过程的核心，化学反应器是化工生产装置中的关键设备。
反应器各部分控制的选择、设计与操作，涉及如何在工业规模上实现反应过程，以及最有效地把化工原料转化为尽可能多的目的产品，实现经济效益，以满足国民经济需要。
设计范围本设计包括：1、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）2、基础控制系统及开车顺序控制系统的设计（包括控制回路、控制算法、被控变量、操纵变量、控制规律、阀门特性、顺序逻辑、安全保障等功能设计）3、安全系统的设计（包括声光报警、安全联锁、紧急停车、安全仪表等功能设计）4、绿色生产、节能减排降耗方面的考虑设计遵循的标准及规范HG/T20505-2000《过程测量和控制仪表的功能标志及图形符号》GB/T21109-2007《过程工业领域安全仪表系统的功能安全》HG20505-2000《过程检测和控制系统用文字代号和图形符号》HG20559-1993《管道仪表流程图设计规定》GB/Z18718-2002《热处理节能技术导则》GB12241-89《安全阀一般要求》HG/T20511-2014《信号报警及联锁系统设计规范》二、系统分析（包括控制需求分析、对象特性分析、工艺流程分析、系统安全要求等）一、需求分析1、进料流量及比例控制反应器共有两股连续进料。
要求选手设计控制系统克服每股进料的流量扰动。
同时，需要保证两股物料以一定比例进料。
2、反应器液位控制要求选手设计液位控制系统，保证液位处于80％，以获得较大的反应停留时间，保证反应充分进行。
3、反应器压力安全控制为保证反应安全，需要对压力进行安全控制系统的设计。
4、反应器组份控制为得到一定的转化率的产品，要求选手对反应器最终产物的组份进行控制。
过程控制课程设计报告
过程控制课程设计报告一、课程设计目的：1.熟识并娴熟掌控组态王软件；2.通过组态王软件的运用，进一步掌控了解过程掌握理论基础知识；3.了解典型工业生产过程(锅炉设备)的工艺流程和掌握要求；4.加强对课堂理论知识的理解与综合应用技能，提高解决实际工程问题的技能；5.培育自主查找资料、收索信息的技能以及实践动手技能与合作精神。
二、组态王简介：“组态王”是运行于 Microsoft Windows 200/NT4.0.*P 中文平台的中文界面软件，充分利用了 windows 图形功能完备、界面全都性好、易学易用的特点，并且采纳了多线程。
COM 组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定牢靠。
“组态王”软件包括由工程浏览器(TouchE*plorer) 、工程管理器 (Proj-Manager)和画面运行系统〔TouchVew〕三大部分组成。
在工程阅览中可以查看工程的各个组成部分，也可以完成数据库构造、定义外部设备等工作；工程管理器中内嵌了画面管理系统，用于新工程的创建和已有工程的管理。
画面的开发和运行由工程阅览器调用画面制作系统 touchMak 和运行系统 touchVew 来完成。
三、锅炉设备的的掌握原理及工艺流程：锅炉是过程工业中不可缺少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、化学反应、干燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机、压缩机、泵类驱动透平的动力源。
随着石油化学工业生产规模不断强化，生产设备不断革新，作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率方向进展。
为确保安全，稳定生产，对锅炉设备的自动掌握就显得非常重要。
为实现调整任务，将锅炉设备掌握划分为假设干个掌握系统，主要掌握系统有：〔1〕给水自动掌握系统〔即锅炉汽包水位的掌握〕操纵变量是给水流量，它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸汽量，维持汽包中水位在工艺允许范围内。
维持汽包中水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机安全运行的须要条件，使锅炉正常运行的主要标识之一。
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过程控制系统课程设计报告
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题目：温度控制系统设计
姓名：
学号：
班级：
指导教师：
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)
温度控制系统设计
一、设计任务
设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。
二、预期实现目标
通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。
(
三、设计方案
（一）系统数学模型的建立
要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。
数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。
在本系统中，被控量是温度。
被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。
在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。
在整个实验过程中，水量是不变的。
经过试验，得到下表所示的时间-温度表：
表1 采样时间和对应的温度值
采样时间
t 8 》
9
10 11 12 13 温度值℃
64
·
72
79
86
93
98
以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： <
图1 时间-温度曲线
采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。
将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。
从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。
因此我们选用
()1s
ke G s Ts τ-=
+
（式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内
胆温度系统的数学模型结构。
（1）k 的求法：k 可以用下式求得：
()(0)
y y k x ∞-=
（x ：输入的阶跃信号幅值）
]
（2）过程时间常数T 和滞后时间τ可用两点法求得：
T=
)]
(1ln[)](1ln[2*
1*1
2t y t y t t ---- τ=)]
(1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2*
1*2*
11*2t y t y t y t t y t ------ 选取系统终值100℃，t 1=90s ，对应)(1*t y =，t 2=300s ，对应)(2*t y =得到
K=，T=, τ=
系统开环传递函数：
K=
1
1388
.0+S
^
（二）基于MATLAB 的PID 仿真
(1)PID 控制算法
目前大部分温度控制器还是采用PID 控制算法，PID 控制是比例—积分—微分控制，PID 控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。
它是基于对象数学模型的方法，尤其适用于可建立精确数学模型的确定性控制系统。
这种算法对固定参数的线性定常系统是非常有效的，一般都得到比较满意的控制效果。
其调节品质取决于PID 控制器各个参数的整定，但是对不同的温度控制对象要用不同的PID 参数，而且参数整定比较麻烦。
①比例系数P对系统性能的影响：
比例系数加大，使系统的动作灵敏，速度加快，稳态误差减小；P偏大，振荡次数加多，调节时间加长；P太大时，系统会趋于不稳定；P太小，又会使系统的动作缓慢。
P可以选负数，这主要是由执行机构、传感器以及控制对象的特性决定的。
如果P的符号选择不当对象测量值就会离控制目标的设定值越来越远，如果出现这样的情况P的符号就一定要取反。
②积分控制I对系统性能的影响：
积分作用使系统的稳定性下降，I小（积分作用强）会使系统不稳定，但能消除稳态误差，提高系统的控制精度。
③微分控制D对系统性能的影响：
;
微分作用可以改善动态特性，D偏大时，超调量较大，调节时间较短；D偏小时，超调量也较大，调节时间也较长；只有D合适，才能使超调量较小，减短调节时间。
(2)仿真系统搭建和PID整定
通过MATLAB的SIMULINK功能搭建系统仿真模型如图2所示：
图2 系统仿真模型
PID整定后的系统响应波形如图3所示：
图3 系统响应波形
~
（三）系统硬件设计
系统的硬件设计采用直接交流调压方式。
通过双向可控硅，对正弦电压采用移向触发控制。
这种方式可以方便的调节电热壶的输入功率，减少控制主电路的发热损耗，提高系统电压利用率和整体效率。
系统主电路的电路图如图4所示：
图4 系统主电路电路图
系统控制电路采用AVRmega16单片机控制。
通过采样正弦电压过零点，结合单片机的PWM输出，对正弦电压进行调制。
系统控制电路的电路图如图5所示：。
图5 系统控制电路的电路图
控制电路将实际温度和设定温度显示在4位数码管上。
分阶段比较设
定温度和实际温度的偏差，实现对温度的精确控制。
一旦达到设定温度，
系统自动停止加热，一旦温度低于设定温度，系统自动施加电压，始终保
持设定温度。
（四）系统软件设计
系统软件控制流程图如图6所示：
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图6系统软件控制流程图
四、实验结果
试验表明，系统能够很好的跟随给定值，没有超调和震荡，系统稳定性良好，没有稳态误差，能够实现课设要求的指标。
五、实验总结
通过本设计，能很好的达到按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度的控制目标，出色地完成设计任务。