生产过程控制实验报告.docx
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生产过程控制实验报告
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生产过程控制实验报告
篇一：
过程控制实验报告
青海大学昆仑学院
过
程
控
制
实
验
报
告
班级：
09自动化姓名：
陈萌学号：
0953505040
实验项目
实验一、单容水箱对象特性的了解和测试
实验二、单回路控制系统的参数整定
实验三、串级控制系统的参数整定
实验装置简介
《过程控制》课程实验的试验装置是用《ThKgK-1型过程控制实验装置》。
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。
实验装置包括被控对象、调节器、执行器模块和变送器模块。
被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。
调节器主要有模拟调节器（含比例p调节、比例积分pI调节、比例微分pD调节、比例积分微分pID调节）、计算机控制等。
执行器模块主要有磁力驱动泵。
变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）等。
变送器的零位、增益可调，并均以标准信号Dc0-5V输出。
实验一、单容水箱对象特性的了解和测试
一、实验目的
1、了解单容水箱的自衡特性。
2、掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
二、实验设备
1、ThKgK-1型过程控制实验装置：
gK-02gK-03gK-04gK-07
2、万用表一只
3、计算机及上位机软件
三、实验原理
阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节器手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。
同时，记录对象的输出数据和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。
单容水箱液位开环控制结构图如图所示：
四、实验内容与步骤
1、了解并熟悉实验装置的结构与组成。
2、按照图实验原理中的控制结结构框图，完成系统的接线，并把pID调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于开环状态。
3、打开阀3，出水口阀6打在一定的开度。
4、将单片机控制挂箱gK-03的输入信号端“LT1”与gK-02的传感器输出端“LT1”相连；用配套Rs232通讯线将gK-03的“串行通信口”与计算机的com1连接；打开所有电源开关用单片机进行液位实时监测；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线。
5、利用pID调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在4cm左右。
6、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。
若已平衡，记录此时调
6、迅速增调“手动调节”电位器，使pID的输出突加10%，利用上位机监控软
7、将“手动调节”电位器回调到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此
8、重复上述实验步骤。
五、注意事项
1、做本实验过程中，阀3和阀6不得任意改变开度大小；
2、阶跃信号不能取得太大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象
特性的不真实性。
一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。
3、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态
4、在老师的帮助下，启动计算机系统和单片机控制屏。
六、实验报告要求
作出一阶环节的阶跃响应曲线。
实验二、单回路控制系统的参数整定
一、实验目的
1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、研究系统分别用p、pI和pID调节器时的阶跃响应。
3、研究系统分别用p、pI和pID调节器时的抗扰动作用。
4、定性地分析p、pI和pID调节器的参数变化对系统性能的影响。
二、实验设备
1、ThKgK-1型过程控制实验装置：
gK-02、gK-03、gK-04、gK-07（2台）
2、万用表一只
3、计算机系统
三、实验原理
图为一个单容水箱单回路反馈液位控制系统，它
的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；
并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。
单回
路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能
满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广
泛地应用。
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
数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使
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。
一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整
定是十分重要的
工作。
单容液位控制系统结构图
四、验内容与步骤
1、比例（p）调节器控制
1）、按控制结构图所示，将系统接成单回路反馈系统。
其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。
篇二：
工业生产过程控制实验报告
南昌大学实验报告
学生姓名：
费梦娟学号：
专业班级：
自动化102班实验类型：
□验证□综合□设计□创新实验日期：
实验成绩：
实验一单容自衡水箱液位特性测试实验
一、实验目的
1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；
2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数；
3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验设备
1．实验对象及控制屏、sA-11挂件一个、sA-13挂件一个、sA-14挂件一个、计算机一台（Dcs需两台计算机）、万用表一个；
2．sA-12挂件一个、Rs485/232转换器一个、通讯线一根；
3．sA-21挂件一个、sA-22挂件一个、sA-23挂件一个；
4．sA-31挂件一个、sA-32挂件一个、sA-33挂件一个、主控单元一个、数据交换器两个，网线四根；
5．sA-41挂件一个、cp5611专用网卡及网线；
6．sA-42挂件一个、pc/ppI通讯电缆一根。
三、实验原理
所谓单容指只有一个贮蓄容器。
自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。
图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。
阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。
液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。
若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。
根据动态物料平衡关系有
dhQ1-Q2=A（2-1）dt
将式（2-1）表示为增量形式
d?
hΔQ1-ΔQ2=A（2-2）dt
式中：
ΔQ1，ΔQ2，Δh——分别为偏
离某一平衡状态的增量；
A——水箱截面积。
dh在平衡时，Q1=Q2，＝0；当Q1dt
发生变化时，液位h随之变化，水箱出图2-1单容自衡水箱特性测试系统口处的静压也随之变化，Q2也发生变化（a）结构图（b）方框图
。
由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h与流量之间为非线性关系。
但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q2与h成正比关系，而与阀F1-11的阻力R成反比，即
ΔQ2=?
h?
h或R=（2-3）?
Q2R
式中：
R——阀F1-11的阻力，称为液阻。
将式（2-2）、式（2-3）经拉氏变换并消去中间变量Q2，即可得到单容水箱的数学模型为
w0（s）＝h（s）RK＝=（2-4）Q1（s）Rcs?
1Ts?
1
式中T为水箱的时间常数，T＝Rc；K为放大系数，K＝R；c为水箱的容量系数。
若令Q1（s）作阶跃扰动，即Q1（s）=
x0x0Kx0K/Th（s）=×=K-11sss?
s?
TTx0，x0=常数，则式（2-4）可改写为s
对上式取拉氏反变换得
h（t）=Kx0（1-e-t/T）（2-5）
当t—>∞时，h（∞）-h（0）=Kx0，因而有K=
当t=T时，则有
h（T）=Kx0（1-e-1）=0.632Kx0=0.632h（∞）（2-7）
式（2-5）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2（a）所示，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。
也可由坐标原点对响应曲线作切线oA，切线与稳态值交点A所对应的时间就是该时间常数T，由响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。
图2-2单容水箱的阶跃响应曲线h（?
）?
h（0）输出稳态值＝（2-6）阶跃输入x0
如果对象具有滞后特性时，其阶跃响应曲线则为图2-2（b），在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于b点，与响应稳态值的渐近线交于A点。
图中ob即为对象的滞后时间τ，bc为对象的时间常数T，所得的传递函数为：
Ke?
?
s
h（s）=（2-8）1?
Ts
四、实验内容与步骤
本实验选择下水箱作为被测对象（也可选择上水箱或中水箱）。
实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8全开，将下水箱出水阀门F1-11开至适当开度，其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述，这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关，可根据实验需要选做或全做。
（一）、智能仪表控制
1．将“sA-12智能调节仪控制”挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内Rs485通讯口上，将控制屏右侧Rs485通讯线通过Rs485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“on”的位置。
图2-3仪表控制单容水箱特性测试实验接线图
2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
3．打开上位机mcgs组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入mcgs运行环境，在主菜单中点击“实验一、单容自衡水箱对象特性测试”，进入实验一的监控界面。
4．在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”控制，并将输出值设置
为一个合适的值，此操作需通过调节仪表实现。
5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少智能仪表的输出量，使下水箱的液位处于某一平衡位置，记录此时的仪表输出值和液位值。
6．待下水箱液位平衡后，突增（或突减）智能仪表输出量的大小，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（即阶跃干扰，此增量不宜过大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段时间后，水箱液位进入新的平衡状态，记录下此时的仪表输出值和液位值，液位的响应过程曲线将如图2-4所示。
图2-4单容下水箱液位阶跃响应曲线
7．根据前面记录的液位值和仪表输出值，按公式（2-6）计算K值，再根据图2-2中的实验曲线求得T值，写出对象的传递函数。
（二）、远程数据采集控制
1．将“sA-22远程数据采集模拟量输出模块”、“sA-23远程数据采集模拟量输入模块”挂件挂到屏上，并将挂件上的通讯线插头插入屏内Rs485通讯口上，将控制屏右侧Rs485通讯线通过Rs485/232转换器连接到计算机串口2，并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。
将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“on”的
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