过程控制系统与装置综合实训.doc

过程控制系统与装置综合实训.doc

《过程控制系统与装置综合实训.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.doc（20页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

重庆科技学院

学生实习（实训）总结报告

院（系）:

_电气与信息工程学院_专业班级:

_测控普2007-01_

学生姓名:

_王立发____学号:

_2007440768

实习（实训）地点:

_I501/I506__

报告题目:

关于过程控制系统与装置综合实训总结

报告日期：

2010年12月25日

指导教师评语:

_______________________________________

_____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

成绩（五级记分制）:

_____________

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。

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。

3.21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