过程控制与检测仪表课程设计指导书.docx

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过程控制与检测仪表课程设计指导书

过程控制与检测仪表

课程设计指导书

杜玉晓

广东工业大学自动化学院

二００六年十月

实验项目名称：

题目一单容水箱液位定值控制系统

实验项目性质：

综合性

所属课程名称：

《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：

1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现单容水箱液位的定值控制。

单容液位控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生初步掌握工业控制系统的设计和实现方法。

了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用，了解单容液位定值控制系统的结构与组成，掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、MCGS、西门子200、300PLC编程。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成单容液位控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）智能控制仪表控制设定；或者西门子PLC程序设计；

（4）MCGS监控界面。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。

实验考核方法：

随堂考核试验操作能力；评分标准：

含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1、智能控制仪表PID控制设定；西门子PLCPID控制实现方法；

2、P，PI，PID调节器的作用，及其对动态与稳态的协调控制；

3、用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？

4、如果采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？

并分析差异原因。

实验项目名称：

题目二双容水箱液位定值控制系统

实验项目性质：

综合性

所属课程名称：

《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：

1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现双容水箱液位的定值控制。

双容液位控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法，掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、西门子PLC选型及应用技术、MCGS编程技术。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成双容水箱液位定值控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）编写底层PLC控制程序；

（4）MCGS通信配置、MCGS实时监测界面设计。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根，带有ProfibusDp扩展模块的西门子200系列PLC一套。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。

实验考核方法：

随堂考核试验操作能力；评分标准：

含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1、西门子PLCPID控制实现方法；

2、MCGS网络配置方法，包括数字量I/O口，模拟量输入输出；

3、用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？

4、引起双容对象滞后的因素主要有哪些？

实验项目名称：

题目三水箱液位串级控制系统

实验项目性质：

综合性

所属课程名称：

工业数据通信与控制网络、《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：

1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现水箱液位的串级控制。

水箱液位串级控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生了解水箱液位串级控制系统组成原理，初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法，掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、MCGS、西门子200、300PLC编程。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成水箱液位串级控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）智能控制仪表控制设定；或者西门子PLC程序设计；

（4）MCGS监控界面。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。

实验考核方法：

随堂考核试验操作能力；评分标准：

含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1．串级控制原理，不同PID参数对系统动态和静态性能的影响；

2、当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统的动态性能有何改进？

3、改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理论上给予说明；

4．评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因？

实验项目名称：

题目四单闭环流量比值控制系统

实验项目性质：

综合性

所属课程名称：

《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：

1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现单闭环流量比值控制。

单闭环流量比值控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成，初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，掌握比值系数的计算方法，掌握比值控制系统的参数整定与投运方法。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、西门子PLC选型及应用技术、MCGS编程技术。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成单闭环流量比值控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）编写底层PLC控制程序；

（4）MCGS通信配置、MCGS实时监测界面设计。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根，带有ProfibusDp扩展模块的西门子200系列PLC一套。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。

实验考核方法：

随堂考核试验操作能力；评分标准：

含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1．单闭环比值控制系统的原理与结构组成；

2．MCGS网络配置方法，包括数字量I/O口，模拟量输入输出；

3、如果Q1（t）是一斜坡信号，试问在这种情况下Q1与Q2能否保持原比值关系？

4、试根据工程比值系数确定仪表比值系数。

实验项目名称：

题目五锅炉内胆静（动）态水温定值控制系统

实验项目性质：

综合性

所属课程名称：

《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：

1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现锅炉内胆静（动）态水温定值控制。

锅炉内胆静（动）态水温定值控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生了解单回路温度控制系统的组成与工作原理，了解PID参数自整定的方法及其参数整定方法，初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、MCGS、西门子200、300PLC编程。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成锅炉内胆静（动）态水温定值控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。

掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）智能控制仪表控制设定；或者西门子PLC程序设计；

（4）MCGS监控界面。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。

实验考核方法：

随堂考核试验操作能力；评分标准：

含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1．智能控制仪表PID控制设定；西门子PLCPID控制实现方法；

2．P，PI，PID调节器的作用，及其对动态与稳态的协调控制；

3．在温度控制系统中，为什么用PD和PID控制，系统的性能并不比用PI控制时有明显地改善？

4．为什么内胆动态水的温度控制比静态水时的温度控制更容