过程控制系统实验报告.docx

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过程控制系统实验报告

《过程控制系统实验报告》

院－系：

专业：

年级：

学生姓名：

学号：

指导教师：

2015年6月

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验一单容水箱液位定值控制实验

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。

2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

三、实验原理

（1）控制系统结构

单容水箱液位定值（随动）控制实验，定性分析P,PI，PD控制器特性。

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。

被调量为水位H。

使用P,PI,PID控制，看控制效果，进行比较。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

（2）控制系统接线表

测量或控制量

测量或控制量标号

使用PLC端口

使用ADAM端口

锅炉液位

LT101

AI0

AI0

调节阀

FV101

AO0

AO0

四、实验内容与步骤

1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。

这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度（可以稍微大一些），其余阀门关闭。

3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。

注意：

具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。

对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。

包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。

5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。

6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。

启动调节器，设置各项参数，将调节器的手动控制切换到自动控制。

7、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。

这里不限制使用的方法。

5、实验结果记录及处理

6、实验心得体会：

比例控制特性：

能较快克服扰动的影响，使系统稳定下来，但有余差。

比例积分特性：

能消除余差，它能适用于控制通道时滞较小、负荷变化不大、被控量不允许由余差的场合。

比例微分特性：

对于改善系统的动态性能指标，有显著的效果。

比例积分微分特性：

可以消除余差，又能提高系统的稳定性。

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验二双容水箱液位定值控制实验

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、掌握多容系统单回路控制的特点

2、深入了解PID控制特点。

3、深入研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

三、实验原理

1、系统结构

水从中水箱进入，中水箱闸板开度8毫米，进入下水箱，下水箱闸板开度5-6毫米。

要保证中水箱闸板开度大约下水箱闸板开度，这样控制效果好些。

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过闸板来改变。

2、控制逻辑结构

双容水箱液位控制系统

3、控制系统接线表

测量或控制量

测量或控制量标号

使用PLC端口

使用ADAM端口

下水箱液位

LT103

AI0

AI0

调节阀

FV101

AO0

AO0

四、实验内容与步骤

1、使用组态软件进行组态。

注意实时曲线时间要设定大些，例如15分钟。

因为多容积导致的延迟比较大。

2、在A3000-FS上，打开手阀JV205、JV201，调节中水箱、下水箱闸板具有一定开度，其余阀门关闭。

3、连线：

下水箱液位连接到内给定调节仪输入。

内给定调节仪的输出连接到调节阀的控制端。

4、打开A3000电源。

在A3000-FS上，启动右边水泵，给中水箱注水。

5、按所学理论操作调节器，进行PID设定。

首先还是使用P比例调节，单容实验的P值可以参考。

然后再加I值。

参见上一实验。

五、实验结果记录及处理

六、实验心得体会：

PID控制特点：

它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要技术之一。

当被控对象结构和参数不能完全掌握，或不到精确数学模型时，控制理论其它技术难以采用时，系统控制器结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验三流量调节阀PID单回路控制

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、熟悉单回路流量PID控制系统的硬件配置。

1、根据实验数据，进一步了解流量PID控制。

三、实验原理

流量调节阀控制流程图如图2.5.1所示。

四、实验内容与步骤

水介质由泵P101（变频器驱动）从水箱V104中加压获得压头，经由管路进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT-103测得，通过调节手阀QV-116的开启程度来模拟负载的大小。

本例为定值自动调节系统，变频器U-101转速为操纵变量，LT-103为被控变量，采用PID调节来完成。

五、实验结果记录及处理

六、实验心得体会

控制阀的选择：

角型阀：

1）结构特点：

阀体为角型，其它结构与单座阀类似。

2）使用场合：

适用于高压差、高粘度、含有悬浮物和颗粒物流体的场合。

三通阀：

1）结构特点：

有三个出入口与管道相连接。

按作用方式可分为合流和分流两种。

2）使用场合：

一般用于替代两个直通阀进行热交换器的旁通控制。

隔膜阀：

1）结构特点：

采用带有耐腐蚀村里的阀体和耐腐蚀隔膜。

2）使用场合：

适用于强酸、强碱、强腐蚀性流体的控制，和有毒性、易燃、易爆、贵重流体的控制。

碟阀：

1）结构特点：

有常温型、低温型和高温型之分。

2）使用场合：

特别适用于大流量、大管径、低压差的场合。

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验四单容下水箱液位变频器PID单回路控制

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、掌握单回路控制的特点。

2、了解PID控制特点，以及对控制效果的评价。

3、掌握通过变频器控制流量的原理和操作。

三、实验原理

单容液位变频器PID单回路控制工艺流程图如图2.3.1所示。

图2.3.1单容下水箱液位变频器PID单回路控制流程图

单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单如表2.3.1所示。

表2.3.1单容下水箱液位调节阀PID单回路控制测点清单

位号或代号

设备名称

用途

原始信号类型

工程量

LT-103

压力变送器

下水箱液位

4～20mADC

AI

2.5kPa

U-101

变频器

频率控制

2～10VDC

AO

0～100％

四、实验内容与步骤

水介质由泵P101（变频器驱动）从水箱V104中加压获得压头，经由管路进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，水箱V103的液位由LT-103测得，通过调节手阀QV-116的开启程度来模拟负载的大小。

本例为定值自动调节系统，变频器U-101转速为操纵变量，LT-103为被控变量，采用PID调节来完成。

五、实验结果记录及处理

六、实验心得体会：

单回路控制的特点：

一对一控制咯，不是正作用就是反作用。

响应快，效果好。

环节少，故障少。

变频器工作原理

直流－>振荡电路－>变压器（隔离、变压）－>交流输出

方波信号发生器使直流以50Hz的频率突变，用正弦和准正弦的振荡器，波形类似于长城的垛口，一上一下的方波，突变量约为5V；再经过信号放大器使突变量扩大至12V左右；经变压器升压至220V输处。

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验五压力调节阀PID单回路控制

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、掌握单回路控制的特点。

2、了解PID控制特点，以及对控制效果的评价。

3、掌握通过压力调节阀PID单回路控制流量的原理和操作。

三、实验原理

压力调节阀PID单回路控制测点清单

位号或代号

设备名称

用途

原始信号类型

工程量

PT-101

压力变送器

给水压力

4～20mADC

AI

150kPa

FV-101

电动调节阀

调节阀控制

2～10VDC

AO

0～100％

四、实验内容与步骤

水介质由泵P102从水箱V104中加压获得压头，经由流量计FT-102、调节阀FV-101进入水箱V103，通过手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环；其中，给水流量由FT-102测得。

本例为定值自动调节系统，FV-101为操纵变量，FT-102为被控变量，采用PID调节来完成。

五、实验结果记录及处理

六、实验心得体会：

压力调节阀的工作原理是可调减压阀，具体地说是通过调节给定弹簧的预紧力来调节比较机构的平衡状态。

当输出压力、给定弹簧的力（或力矩、或位移）与输入压力（或力矩、或位移）平衡时，阀的开度保持不变，输出压力就维持不变。

若输出压力发生变化，平衡状态被破坏，阀的开度就发生变化，最终进气量发生变化，从而使输出压力维持在给定弹簧设置的压力上。

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验六液位和进口流量串级控制

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、了解水箱液位的控制系统的物理结构。

2、了解闭环调节系统的数学结构和PID控制。

三、实验原理

以串级控制系统来控制下水箱液位，以第一支路流量为副对象，右边水泵直接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。

液位和进口流量串级控制流程图

液位和进口流量串级控制测点清单

位号或代号

设备名称

用途

原始信号类型

工程量

FT-101

1#流量计

测量管路1流量

4～20mADC

AI

0-3m³/h

LT-103

V103液位变送器

测量液位

4～20mADC

AI

0-2.5kPa

FV-101

调节阀

控制流量

2～10VDC

AO

0～100％

四、实验内容与步骤

水介质一路（I路）由泵P101（变频器）从水箱V104中加压获得压头，经流量计FT-101、电动阀FV-101、水箱V-103、手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV-116来调节；其中，水箱V103的液位由液位变送器LT-103测得，给水流量由流量计FT-101测得。

本例为串级调节系统，调节阀FV-101为操纵变量，以FT-101为被控变量的流量控制系统作为副调节回路,其设定值来自主调节回路――以LT-103为被控变量的液位控制系统。

以FT-101为被控变量的流量控制系统作为副调节回路――流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。

下水箱V103为主对象，流量FT-101的改变需要经过一定时间才能反大。

五、实验结果记录及处理

六、实验心得体会：

水箱液位控制系统是一个简单控制系统，所谓简单液位控制系统通常是指由一个被控对象、一个检测变送单元（检测元件及变送器）、以个控制器和一个执行器（控制阀）所组成的单闭环负反馈控制系统，也称为单回路控制系统。

简单控制系统有着共同的特征，它们均有四个基本节组成，即被控对象、测量变送装置、控制器和执行器。

过程控制系统实验报告

部门：

工学院电气工程实验教学中心实验日期：

年月日

姓名

学号

班级

成绩

实验名称

实验七流量比值控制系统

学时

课程名称

过程控制系统实验及课程设计

教材

过程控制系统

一、实验仪器与设备

A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表

二、实验要求

1、了解控制系统各个环节的动态特性。

2、根据其数学模型，选择被控规律和整定调节器参数。

3、学会用比例控制系统使副回路的流量跟踪主回路的流量。

三、实验原理

流量比值控制系统控制流程图

流量比值控制测点清单

位号或代号

设备名称

用途

原始信号类型

工程量

FT-101

1#流量计

测量管路1流量

4～20mADC

AI

0-3m³/h

FT-102

2#流量计

测量管路2流量

4～20mADC

AI

0-3m³/h

U-101

变频器

频率控制，手动

控制1#流量

2～10VDC

AO

0～100％

FV-101

调节阀

控制跟踪的流量

2～10VDC

AO

0～100％

四、实验内容与步骤

水介质I路由泵P101（变频器驱动，手动控制作为给定值）从水箱V104中加压获得压头，经电磁阀XV-101进入V103，水流量可通过变频器或者手阀QV-106来调节；另一路（简称为II路）由泵P102从水箱V104加压获得压头，经由调节阀FV-101、水箱V103、手阀QV-116回流至水箱V104形成水循环，通过调节阀FV-101调节此路的水流量；其中，I路水流量通过涡轮流量计FT-101测得，II路水流量通过电磁流量计FT-102测得。

本例为比值调节系统，调节阀FV-101为操纵变量，FT-101的测量值经乘法器运算后结果作为FTC-101的设定值，FT-102是被控变量。

五、实验结果记录及处理

六、实验心得体会：

比值控制有开环比值控制、单闭环比值控制和双闭环比值控制三种类型。

开环比值控制是最简单的控制方案。

单闭环比值控制系统是为了克服开环比值控制方案的缺点而设计的，这种方案的不足之处是主流量没有构成闭环控制。

本系统采样双闭环比值控制方案