过程控制基础实验.docx
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过程控制基础实验
过程控制基础与应用
实验报告
院系:
石油与化学工程学院
班级:
过控（石油）1302
组长姓名:
组长电话:
组员:
摘要
简叙完成的实验任务及大致情况及分工。
（指标可参考最大偏差、余差、衰减比、过渡时间等参数分析、若不满足要求，分析原因、遇到的问题及解决方法）
实验一电动阀支路单容液位控制
一、实验目的
1.了解实验过程控制系统的构成及仪表的应用（熟悉仪表的操作）
2.掌握简单过程控制的原理及仪表应用
二、控制要求及任务概述
采用仪表控制，使用电动调节阀、AI818智能调节仪、上水箱及液位变送器、水泵1系统等设备，经过调试之后，达到控制液位稳定在设定值附近的目的。
三、实验原理及控制方框图
本实验采用仪表控制，将液位控制在设定高度。
根据上水箱液位信号输出给仪表，仪表根据P、I、D参数进行PID运算，输出信号给电动调节阀，然后由电动调节阀控制水泵1供水系统的进水流量，从而达到控制液位恒定的目的。
单容水箱液位过程控制的方块原理图：
四、实验方案
1.实验步骤（包括控制参数设置、控制曲线及指标分析）
1）按照实验原理方块图接好实验导线和通讯线。
2）将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。
3）将手动阀门V1、V1-1、V1-4打开，其余阀门全部关闭。
4）先打开实验对象的系统电脑。
然后打开控制台上的总电源，再打开仪表电源。
5）设置智能调节器参数，其需要设置的参数如下：
（未列出者用出厂默认值）
SV=20
P=7
I=20
D=0
Sn=33
dIL=0
dIH=50
6）在控制板上打开水泵1、电动调节阀。
7）在信号板上打开电动调节阀输入信号、上水箱输出信号。
8）打开计算机上的MCGS运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。
9）选择单回路控制系统实验的电动阀支路液位控制实验。
10）选择仪表控制方式。
11）观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
12）待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
13）再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
14）曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中。
2、液位曲线
五、问题讨论
根据经验设定PID控制与仪表自整定PID有什么区别？
答：
根据经验设定PID控制使用的是手动设定的、能使系统迅速稳定且达到控制目的一系列参数。
仪表自整定PID是系统自身程序根据输入输出的关系自动调整的。
前者达到设定值的时间更短，后者则需要根据输入和输出的值进行调节，达到稳态的速度慢。
实验二变频器支路单容液位控制
一、实验目的
1.了解简单过程控制系统的构成
2.掌握简单过程控制的原理
二、控制要求及任务概述
采用计算机控制，使用变频器、DDC控制单元、上水箱及液位变送器、水泵2系统等设备，经过调试之后，达到使液位稳定在设定值的目的。
三、实验原理及控制方框图
本实验采用计算机控制，将液体控制在设定高度。
根据上水箱液位信号输出给计算机，计算机根据P、I、D参数进行PID运算，输出信号给变频器，然后由变频器控制水泵2供水系统的进水流量，从而达到控制设定液位基本恒定的目的。
单容水箱液位过程控制的方块原理图：
四、实验方案
1、实验步骤（包括控制参数设置、控制曲线及指标分析）
1）按方块原理图接好实验导线和通讯线。
2）将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。
3）将手动阀门V1、V1-1、V1-4打开，其余阀门全部关闭。
4）先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开DDC控制单元电源。
5）在控制板上打开水泵2.
6）在信号板上打开上水箱输出信号。
7）在PCS变频控制单元的操作面板上按一下RUN键。
8）打开计算机上的MCGS运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。
9）选择单回路控制实验的变频器支路单容液位控制实验。
10）选择计算机控制方式。
11）设置参数
Ts=1
SV=20
Kc=7
Ti=20
Td=0
12）观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
13）待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
14）再待系统稳定后。
给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
2、液位曲线
实验三温度PID连续控制
一、实验目的
1.了解温度控制系统的构成
2.学习控制原理及仪表应用
二、控制要求及任务概述
三、实验原理及控制方框图
本实验采用计算机控制，将加热器水的温度控制在设定温度。
根据加热器温度变送出给计算机，计算机根据PID运算，然后控制输出信号。
通过调压模块，调整电加热器的功率，使加热器里的水的温度控制在设定的温度。
也可控制加热器外层冷却水的流量（温度），控制热水器里的温度。
温度控制原理方块图：
四、实验方案
（一）仪表控制
2.实验步骤（包括控制参数设置、控制曲线及指标分析）
（指标可参考最大偏差、余差、衰减比、过渡时间等参数分析、若不满足要求，分析原因、遇到的问题及解决方法）
（二）DDC控制
1.按附图锅炉内胆温度控制实验接线图接好实验导线和通讯线。
2.将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。
3.将手动阀门1V7、1V10、V9打开，其余阀门全部关闭。
4.先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开DDC控制单元电源。
5.在控制面板上打开水泵1、加热器。
6.在信号板上打开温度输入信号、内胆温度输出信号。
7.打开计算机上的MCGS运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。
8.选择单回路控制实验的锅炉内胆温度控制实验。
9.选择计算机控制方式。
10.整定参数值的计算
设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为4:
1，整定参数值可按下列“阶跃反应曲线整定参数表”。
控制规则
控制器参数
δ
TI
TD
P
δs
PI
1.2δs
0.5TS
PID
0.8δs
0.3TS
0.1TS
11.设置参数
TS=1
SV=40
KC=20
Ti=0.1
Td=0
12.观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
13.待系统稳定后，给系统加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
14.再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
15.曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中。
参数值
测量情况
温度1
温度2
K1
T1
τ1
K2
T2
τ2
阶跃1
阶跃2
平均值
（三）PLC控制
（四）实验方案论证（可选项）
实验五变频器支路流量控制
一、实验目的
1.了解简单流量过程控制系统构成和涡轮流量计的特性
2.掌握流量控制方法
二、控制要求及任务概述
三、实验原理及控制方框图
根据设定的流量输给调节仪，用调节仪的输出来控制变频器，用流量计测出流量信号反馈给调节仪，由调节仪进行比较和运算输出给变频器，从而最终达到管内流量的平衡。
四、实验方案
（二）仪表控制
3.实验步骤（包括控制参数设置、控制曲线及指标分析）
（指标可参考最大偏差、余差、衰减比、过渡时间等参数分析、若不满足要求，分析原因、遇到的问题及解决方法）
（二）DDC控制
1.按附图电动阀支路流量控制实验接线图接好实验导线和通讯线。
2.将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。
3.将手动阀门2V1、2V10、V4、V5打开，其余阀门全部关闭。
4.先打开实验对象系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表电源。
5..整定参数值的计算
设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为4:
1，整定参数值可按下列“阶跃反应曲线整定参数表“。
控制规则
控制器参数
δ
TI
TD
P
δs
PI
1.2δs
0.5TS
PID
0.8δs
0.3TS
0.1TS
6.设置智能调节器参数（可在仪表上直接设置，也可在计算机上设置），其需要设置的参数如下：
dF=3CtrL=1
P=800
I=10
D=5
Sn=33
Dip=1
Dil=0
DiH=800
OP1=4
Opl=0
OPH=100
CF=0
Addr=1
Dl=20
Run=1
7.在控制板上打开水泵2、电动调节阀、流量计2。
8.在信号板上打开流量计2输出。
9．打开计算机上的MCGS运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。
10.选择单回路控制实验的变频器支路流量控制实验。
11.选择仪表控制方式。
12.在PCS变频控制单元的操作面板上按一下run键。
13.观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
14.待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
15.再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
16.曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表中。
参数值
测量情况
温度1
温度2
K1
T1
τ1
K2
T2
τ2
阶跃1
阶跃2
平均值
（三）PLC控制
（五）实验方案论证（可选项）
五、问题讨论
实验六电动阀支路单容液位控制
一、实验目的
1.了解复杂过程控制系统的组成。
2.掌握复杂的过程控制——串级控制方法。
二、控制要求及任务概述
本实验采用PLC控制，将水箱液位控制在设定高度。
使液位高度稳定到20cm,并在发生干扰以后能够快速的恢复到20cm并稳定
三、实验原理及控制方框图
本实验采用PLC控制，将水箱液位控制在设定高度。
串级回路是由内反馈组织的双环控制系统，属于复杂控制范畴。
在PLC中设置了两个细腻的调节器作为主副调节器，将上水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制。
副调节器主要任务是快速动作。
迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定无静差。
主调节器的任务是准确的保持下水箱液位的设定值，因此。
主调节器采用PI调节器也可以考虑PID调节器。
四、实验方案
（三）PLC控制
实验步骤
1.按附图液位与变频器支路流量串级控制实验接线图接好实验导线和通讯线。
2.将PLC上的通讯口用PC/PPI电缆与上位机连接。
3.将手动阀门2V1，2V10，V4，V5打开，其余阀门全部关闭。
4.先打开实验对象系统电源，然后打开控制台上的总电源，在打开PLC控制单元电源。
5.在控制板上打开水泵1，电动调节阀，流量计1.
6.在信号板上打开电动调节阀输入信号，上水箱输出信号，流量计1输出。
7.打开计算机上的MCGS运行环境，选择系统控制菜单中的用户登录，登录用户。
8.选择串级控制实验的上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验。
9．选择PLC控制方式。
10.设置参数
TS
SV
KC1
TIL
TD1
KC2
TI2
TD2
1
15
0.04
1.2
0
30
30
0
（六）实验方案论证（可选项）
调节器PID参数反复凑试，逐步逼近达到最佳的整定，实际中，采用串级调节系统是为了提高被调量精度和改善动态特征而设置的，因此对副调节回路的质量指标没有要求，而对主回路的质量指标要求高，牺牲副回路的质量。
保证主回路的调节质量，所以副调节器比例作用强一些，取消积分作用。
主调节器设置P.I.D参数即可。
五、问题讨论
实验七上水箱液位与电动阀支路流量串级控制
一、实验目的
1.了解复杂过程控制系统的组成。
2.掌握复杂的过程控制——串级控制方法。
二、控制要求及任务概述
1使液位高度稳定到20cm,并在发生干扰以后能够快速的恢复到20cm并稳定。
三、实验原理及控制方框图
本实验采用PLC控制，将水箱液位控制在设定高度。
串级回路是由内反馈组织的双环控制系统，属于复杂控制范畴。
在PLC中设置了两个细腻的调节器作为主副调节器，将上水箱的液位信号输出作为主调节器输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制。
副调节器主要任务是快速动作。
迅速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定无静差。
主调节器的任务是准确的保持下水箱液位的设定值，因此。
主调节器采用PI调节器也可以考虑PID调节器。
四、实验方案
（三）PLC控制
实验步骤（包括控制参数设置、控制曲线及指标分析）
1.按附图液位与变频器支路流量串级控制实验接线图接好实验导线和通讯线。
2.将PLC上的通讯口用PC/PPI电缆与上位机连接。
3.将手动阀门2V1，2V10，V4，V5打开，其余阀门全部关闭。
4.先打开实验对象系统电源，然后打开控制台上的总电源，在打开PLC控制单元电源。
5在控制板上打开水泵2，流量计2
6.在信号板上打开水箱信号，流量计2输出。
7.在PCS变频控制单元的操作面板上按一下RUN键。
8.打开计算机上的MCGS运行环境，选择系统控制菜单中的用户登录，登录用户。
9.选择串级控制实验的上水箱液位与变频支路流量串级控制实验。
10．选择PLC控制方式。
11.设置参数
TS
SV
KC1
TIL
TD1
KC2
TI2
TD2
1
15
0.04
5
0
30
30
0
12.观察计算机上的实时曲线和历史曲线
13.待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。
14.在等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
（七）实验方案论证（可选项）
调节器PID参数反复凑试，逐步逼近达到最佳的整定，实际中，采用串级调节系统是为了提高被调量精度和改善动态特征而设置的，因此对副调节回路的质量指标没有要求，而对主回路的质量指标要求高，牺牲副回路的质量。
保证主回路的调节质量，所以副调节器比例作用强一些，取消积分作用。
主调节器设置P.I.D参数即可。
五、问题讨论
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