过程控制课程设计.docx

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过程控制课程设计

综合实践实验报告

（过程控制部分）

班级：

姓名：

学号：

日期：

2012年2月20日

一、实验目的

1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。

2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。

3、重点掌握使用DCS系统组态软件进行组态的工作流程。

4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成水箱液位自动控制系统的设计与分析。

5、深入理解控制器参数的调整原理。

二、实验内容

1．熟悉工艺流程，绘制装置流程图

1.1工作内容

（1）熟悉系统的工艺流程，了解装置上的各个检测点以及执行机构并进行记录。

（2）了解装置上各个手动阀和泵的作用。

（3）了解电磁阀的作用和工作原理。

（4）了解变频泵的作用和工作原理

（5）掌握如何开启、关闭系统。

（6）在前几步的基础上进行如下操作：

a）.使用工频支路给上水箱上水。

b）.使用变频支路给上水箱上水。

c）.使用工频支路给下水箱上水。

d）.使用变频支路给下水箱上水。

（7）绘制整个工艺过程的工艺流程图

（8）分别找出实验装置中的一阶对象、二阶对象、非线性对象，并说出各自模型的特点。

（9）自行选择被控变量、控制量，设定控制目标。

（10）掌握零点和量程的调节方法。

2．熟悉浙大中控DCS的设计环境及控制站组态、整合

根据实验要求熟悉实验设备，对其进行深入了解，在此基础上建立组态。

模拟量输入：

模拟量输出：

3．组态系统运行及调试

1、检查装置流程正确。

2、在装置流程正确后接通电源。

3、在运行调试的过程中，检查本组的系统能够按预定运行。

4．控制系统实验

4.1对象特性测试

用阶跃响应法测试系统一阶对象和二阶对象模型：

Ø一阶对象模型（过控实训的下水箱）

构成一阶系统，调整系统处于正常工作状态附近，然后给输入（变频泵频率，即输入流量）一个3%的阶跃，测量输出（下水箱液位）的变化，如下图所示：

计算一阶对象的传递函数，过程如下：

Ø二阶对象模型（过控实训的上、下水箱组成的对象）

构成二阶系统，调整系统处于正常工作状态附近，然后给输入（变频泵频率，即输入流量）一个3%的阶跃，测量输出（下水箱液位）的变化，如下图所示：

计算二阶对象的传递函数，过程如下：

Ø下水箱非线性

将非线性环节加入系统，测得其非线性特性如下：

4.2单回路控制系统实验

Ø过控实训流程图：

Ø调整系统处于正常工作状态附近

Ø改变比例度，记录测试曲线：

Pb=50%Pb=20%

分析：

由上图得出，随着比例度的增加，相当于比例系数减小，稳态时间增加，稳态偏差增大。

微分作用：

Pb=20%

Ø改变积分时间（Kp=5），记录测试曲线：

积分时间分别为0.1min、0.5min、10min

分析：

PI与P相比，从图上看出，加入积分作用可以消除稳态误差，可使系统稳定性下降，动态响应变慢，随着积分时间的增加，积分作用减弱，调节时间变长，当积分时间增加到一定程度时，可以完全看成比例作用。

选择积分时间为0.5min。

Ø改变微分时间（Kp=5，Ti=0.5min），记录测试曲线：

微分时间分别为1s、5s、10s

分析：

从上图得出，微分作用具有超前调节作用，增加微分作用可以减小稳态时间，减小超调量，使稳定性增强。

选择微分时间为1s。

Ø对所整定好的系统加入干扰（3%）

分析：

系统能够较快克服扰动的影响，且效果较好。

4.3串级控制系统实验

Ø过控实训流程图：

Ø调整系统处于正常工作状态附近

Ø整定副回路PID参数

下图中曲线参数依次为串级副回路p=6.25%;p=20%

分析：

由此设定副回路参数为：

p=20%

Ø整定主回路PID参数

P=6.25%P=20%

P=10%i=0.5minp=20%i=0.5min

分析：

由此设定主回路参数为：

p=20%Ti=0.5min

Ø对主副回路加入相同量的干扰，观察控制效果

a.副回路加入扰动b.主回路加入扰动

分析：

由上图可知串级控制系统能迅速克服进入副回路的扰动。

4.4静态前馈控制系统实验

Ø过控实训流程图：

Ø同一阶对象特性测试相同，确定扰动通道传递函数

调整系统处于正常工作状态附近，然后给输入（变频泵频率，即扰动输入流量）一个3%的阶跃，测量输出（下水箱液位）的变化，如下图所示：

Ø计算前馈控制器

Ø前馈控制系统（左）与单回路控制系统（右）对比

其中液位稳态值为66.9%，均加入3%的扰动，峰值为67.2%（前馈）、67.6（未加前馈），稳定时间为178s（加前馈）、183s（未加前馈）

分析：

由上图可以看出，扰动对前馈控制系统的影响更小（液位变化更小，更快达到稳定）。

5、实验总结

通过本次实验，我熟悉了浙大中控DCS软件的使用，掌握了DCS系统组态软件进行组态的工作流，程并对过程控制系统的相关知识有了更深刻的认识，比如对象特性的测定、单回路PID参数的整定、串级控制系统的分析、前馈控制系统的计算与设计。

此外，更加强了我的团队合作能力，如在前馈控制系统实验中，通过分工，同时进行理论计算和实际参数的测定，大大提高了我们的效率。

这次课程设计也发现了一些我们之前未注意的细节，如在记录数据和曲线时，一定要将曲线的横纵坐标都记录下来，不然会给以后的数据处理造成极大不便。

这次课程设计在王钊老师的指导下进行的较为顺利，在此衷心感谢王钊老师的指导。