过程控制系统与装置综合实训Word格式.doc

过程控制系统与装置综合实训Word格式.doc

《过程控制系统与装置综合实训Word格式.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《过程控制系统与装置综合实训Word格式.doc（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

指导教师（签字）:

_____________________

目录

1实验任务书 1

2温度单回路控制系统 2

2.1温度单回路控制系统 2

2.2温度检测设备 2

2.3执行机构 3

2.4智能仪表 3

3复杂控制系统的组成 4

3.1液位-流量的串级控制系统 4

3.11液位-流量的串级控制系统原理 4

3.12液位-流量的串级控制系统试验结果 5

3.2下水箱液位的前馈-反馈控制系统 6

3.21下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验原理 7

3.22下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验结果 8

3.3单闭环流量比值控制系统 9

3.31单闭环流量比值控制系统试验原理 9

3.32单闭环流量比值控制系统试验结果 11

4对象传递函数测试 11

4.1单容水箱特性的测试 11

4.11单容水箱特性的测试试验原理 12

4.12单容水箱特性的测试试验结果 12

4.2双容水箱特性的测试 14

4.21双容水箱特性的测试试验原理 14

4.22双容水箱特性的测试测试结果 15

5心得体会 16

I

1实验任务书

报告题目：

关于过程控制系统与装置综合实训总结

学生姓名

王立发

课程名称

过程控制系统综合实训

专业班级

测控普2007

地点

I501/I506

起止时间

10.12.13～10.12.24

设计内容及要求

过程控制系统与装置综合实训内容有4类。

内容及要求如下：

1.用protel绘制实验平台的电气接线图，对每个部分的I/O端子进行标注。

2.对象传递函数测试

（1）单容水箱特性的测试

（2）双容水箱特性的测试

3.复杂控制系统的组成，干扰源的加入，参数整定。

（1）液位-流量的串级控制系统

（2）单闭环流量比值控制系统

（3）下水箱液位的前馈-反馈控制系统

4.典型过程控制系统的投运、关闭操作

（1）间歇反应过程

（2）连续反应过程

（3）热交换过程

进度

要求

第1天：

讲解任务；

第2天：

温度单回路控制系统电气连接原理图；

第3天：

串级控制系统；

第4天：

前馈控制系统；

第5天：

比值控制系统；

第6天：

单容双容水箱模型建立；

第7天：

间接反应的过程与操作；

第8天：

连续反应过的；

第9天：

热交换系统的的过程投运与交换；

第10天：

撰写设计报告.

教研室主任：

指导教师：

唐德东、彭宇兴

2010年12月13日

17

2温度单回路控制系统

2.1温度单回路控制系统

温度单回路控制系统由温度传感器、智能仪表（AS3010）、调压模块、三项加热炉、PC机组成。

温度传感器将温度信号转换成4～20mADC电流信号。

传给智能仪表，智能仪表经过运算后，送出控制信号控制调压模块，改变加热器的电压。

其系统框图如图2.10所示。

系统的电气接线图如图2.11所示。

智能仪表

调压模块

加热器

PC机

温度传感器

+

-

给定值

T温度

锅炉

图2.10系统框图

图2.11系统电气接线图

2.2温度检测设备

温度传感器为PT100，Pt100传感器精度高，热补偿性较好。

如图2.2所示。

图2.2温度传感器为PT100

温度变送器为两线制，24V直流供电。

经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～20mADC电流信号。

2.3执行机构

1）调压模块

调压模块是根据控制信号来控制加热器的电压。

电流控制信号为4-20mA，调压器到加热管采用380V三相交流供电。

如图2.3所示。

图2.3调压模块

如果采用电压控制，则从2号端子的CON端输入2-10V。

如果采用电流控制则从3号端子输入4-20mA。

调压器到加热管采用380V三相交流供电。

2.4智能仪表

智能仪表是整个系统的重要部分，它是控制中心，它将测量信号运算后，得出控制信号并传给控制器。

仪表的测量信号为传感器的输出信号，此处经过电阻将电流信号转换成1—5V（0.2—1V）的电压信号，即AI0+、AI0-为1—5V信号输入；

AI1+、AI1-为0.2—1V信号输入。

AO0+（AO1+）、AO0-（AO1-）为仪表的控制信号输出端，4—20mA的电流控制执行器的输出。

如图2.4所示。

仪表外给定是通过外部输入的1—5V电压信号来设定仪表设定值的。

其它报警等端子为扩展备用。

图2.4智能仪表

3复杂控制系统的组成

3.1液位-流量的串级控制系统

液位-流量的串级控制系统采用了液位变送器、流量变送器、电动调节器、智能仪表。

其实验线路按照图3.10接好。

将下水箱液位变送器的输出端接到智能仪表一的模拟输入端，智能仪表一的模拟输出端接智能仪表二的外给定端，流量变速器的输出端接到智能仪表二的输入端，智能仪表二的模拟输出端接到电动调节阀。

下水箱液位变送器将测的信号传送给智能仪表一，智能仪表一经过运算后，输出调节信号作为智能仪表二的给定值，智能仪表二将流量值和给定值结合运算后，输出控制信号传给调节阀。

控制电动调节阀开度，控制下水箱的进水量，达到或保持给定的液位。

智能仪表通过RS485与PC机通信，将液位值和调节阀的开度传送给PC机，PC机实时显示数据。

操作人员可以在PC机上实时修改各个参数。

3.11液位-流量的串级控制系统原理

本实验系统的主控量为下水箱的液位高度H，副控量为电动调节阀支路流量Q，它是一个辅助的控制变量。

系统由主、副两个回路所组成。

主回路是一个恒值控制系统，使系统的主控制量H等于给定值；

副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H的控制目的。

图3.10液位-流量串级控制系统的结构图

不难看出，由于主对象下水箱的时间常数较大于副对象管道的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，在主对象未受到影响前，通过副回路的快速调节作用已消除了扰动的影响。

图3.10为实验系统的结构图，图3.11为该控制系统的方框图。

图3.11液位-流量串级控制系统的方框图

3.12液位-流量的串级控制系统试验结果

液位-流量的串级控制系统的参数整定方法有逐步逼近法、两步整定法和一步整定法。

本实验采用的是两步整定法。

在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主控制器的比例度先固定在100％的刻度上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（如4∶1）过渡过程下的副控制器比例度和操作周期，分别用δ2s和T2s表示。

在副控制器比例度等于δ2s的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度δ1s和操作周期T1s。

按查表所得的PI参数对主调节器的参数进行整定。

副回路PID参数比例带为10.0%,积分时间为999S，微分时间为0S，副回路调节好后，不改变参数。

调节主回路，经调节后主回路PID参数的比例带为10.0%，积分时间为50S，微分时间为0.0S。

对进入副回路的干扰有很强的克服能力；

改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；

对进入主回路的干扰控制效果也有改善；

对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。

图3.120串级控制系统图

图3.121串级控制系统图

3.2下水箱液位的前馈-反馈控制系统

下水箱液位的前馈-反馈控制系统主要用了液位变送器、流量变送器、电动调节阀、智能仪表。

其实验线路按照图3.20接好。

将流量变送器一的输出端接到智能仪表一的模拟输入端，流量变速器二的输出端接到智能仪表二的输入端，智能仪表二的模拟输出端接到电动调节阀。

流量变送器一将测的信号传送给智能仪表一，智能仪表二将流量变送器一的值按比值运算后，输出控制信号传给调节阀。

控制电动调节阀开度，控制进水流量，达到或保持给定的流量。

3.21下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验原理

图3.20前馈-反馈控制系统的结构图

反馈控制是按照被控参数与给定值之差进行控制的。

它的特点是，调节器必须在被控参数出现偏差后才能对它进行调节，补偿干扰对被控参数的影响。

基于过程控制系统总具有滞后特性，因而从干扰的产生到被控参数的变化，需要一定长的时间后，才能使调节器产生对它进行调节作用，从而对干扰产生的影响得不到及时地抑止。

为了解决这个问题，提出一种与反馈控制在原理上完全不同的控制方法。

由于这种方法是一种开环控制，因而它只对干扰进行及时地补偿，而不会影响控制系统的动态品质。

即当扰动一产生，补偿器立即根据扰动的性质和大小，改变执行器的输入信号，从而消除干扰对被控量的影响。

由于这种控制是在扰动发生的瞬时，而不是在被控制量产生变化后进行的，故称其为前馈控制。

前馈－反馈控制系统中的主要扰动由前馈部分进行补偿，这种扰动能测定，其它所有扰动对被控制量所产生的影响均由负反馈系统来消除。

这样就能使系统的动态误差大大减小。

图3.20为本实验的系统结构图，被控制量是下水箱的液位，扰动为流量F。

图3.21为该控制系统的方框图。

图3.21控制系统的方框图

图中GC（S）－调节器　G0（S）－电动调节阀、中水箱与下水箱

Gf（S）－干扰通道的传递函数　GB（S）－前馈补偿器H（S）－液位变送器

由图3.21可知，扰动F（S）得到全补偿的条件为

F（S）Gf（S）＋F（S）GB（S）G0（S）＝0

GB（S）＝－（3.21）

上式给出的条件由于受到物理实现条件的限制，显然只能近似地得到满足，即前馈控制不能全部消除扰动对被控制量的影响，但如果它能去掉扰动对被控制量的大部分影响，则认为前馈控制已起到了应有的作用。

为使补偿器简单起见，GB（S）用比例器（KB）来实现，则：

由式（13）可知，

KB=（3.22）

式中Kf-干扰通道的静态放大倍数

K0-控制通道的静态放大倍数

3.22下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验结果

下水箱液位的前馈-反馈控制系统经过调节后，其PID参数的比例带为5