过程控制实训.docx
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过程控制实训
过程控制实训报告
班级：
电子A1532班
姓名：
万懿锋
学号：
37
指导教师：
曾伟
扌报告成绩：
平时成绩：
操作成绩：
教师评语：
电子工程学院
二零一八年十一月
实训一三容水箱液位定值控制系统1
实训二下水箱液位与进水流量串级控制系统3
实训三盘管出水口温度滞后控制系统5
实训四盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统.7
实训五盘管出口与锅炉内胆的水温串级控制系统.9
实训六单闭环流量定值控制系统11
实训仪器材料
1.实训对象及控制屏、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、
3.SA-21挂件一个、
4.SA-31挂件一个、换器两个，网线四根：
5.SA-41挂件一个、
6.SA-42挂件一个、
RS485/232转换器一个、通讯线一根；
SA-22挂件一个、SA-23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
CP5611专用网卡及网线；
PC/PPI通讯电缆根。
院（系）：
电子工程学院
课程名称：
过程控制实训
日期：
2018.11.19
班级
A1532
组
号
学号
37
电子信息实验楼405
专业
自动化
姓名
万懿锋
实训名称
实训一三容水箱液位控制
实训目的要求
上水坊
电目闯韦阀
实训原理
Fl-I
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一
图
*FIT"
'下样
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1-1三容液位定值控制系统
（a）结构图（b）方框图
1•了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。
2•掌握三阶系统调节器参数的整定与投运方法。
3•研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4.分析P、PI、PDPID四种控制方式对本实训系统的作用。
5•综合分析五种控制方案的实训效果。
本实训系统结构图和方框图如图1-1所示。
本实训以上、中、下三只水箱串联
作被控对象，下水箱的液位高度为系统的被控制量。
由第二章双容特性测试实训可推知，三容对象是一个三阶系统，可用三个惯性环节来描述。
本实训要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器LT3检测到的下水箱液位信号作为反馈信号，与给
定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制下水箱液位的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。
调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。
始实训数据记录
实
训
过
程
结
果
及
分
析
本实训选择上、中、下三只水箱串联组成三容对象（三阶系统）。
实训之前先将
储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀门F1-9、
中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度（要求阀门开度F1-9>F1-10>F1-11），其余阀门均关闭。
具体实训内容与步骤可根据本实训的目的与原理参照本章第二节单容液位定值控制中的相应方案进行。
实训的接线与第二章第一节单容对象特性测试的接线图完全一样。
值得注意的是手自动切换的时间为：
当上、中水箱液位基本稳定不变（一般约为3〜5cm）且下水箱的液位趋于给定值时切换为最佳。
思考题
1•为什么对三个水箱的出水阀开度大小要求不同？
答：
原因如下：
1因为阀门开度要F1-9>F1-10>F1-11。
2只有这样才能使中水箱和下水箱的出水口流量小于入水口流量从而使中水使箱和下水箱蓄水
2.变比例度3和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？
答：
①比例度3:
提高比例度提可以高系统稳定性，但是静态偏差要增加；
2减小比例度可以提高系统的精度，但是调节过程的振荡程度要增加。
3积分时间TI:
积分时间小，积分作用太强，系统的稳定性变差，超调量增
大；积分时间大，积分作用太弱，系统消除稳态误差的速度太慢，所以TI的值应取得
适中。
3•如果在相同阶跃信号作用下，要求系统的被控制量具有与前面两个实训完全
相同的动态性能指标，本实训中调节器的PID参数应如何设置？
答：
设置与前面两个实训的PID参数相同。
院（系）：
电子工程学院
课程名称：
过程控制实训
日期：
2018.11.19
班级
A1532
组
号
学号
37
电子信息实验楼405
专业
自动化
姓名
万懿锋
实训名称
实训二下水箱液位与进水流量串级控制系统
实训仪器材料
实训目的要求
实训原理
1.实训对象及控制屏、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、
3.SA-21挂件一个、
4.SA-31挂件一个、换器两个，网线四根：
5.SA-41挂件一个、
电缆根。
1•了解液位-流量串级控制系统的组成原理。
2•掌握液位-流量串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3•了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4•掌握液位-流量串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。
RS485/232转换器一个、通讯线一根；
SA-22挂件一个、SA-23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
CP5611专用网卡及网线；6.SA-42挂件一个、PC/PPI通讯
戏力担殆亂
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自関节需T电讷用卜T臂曹
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（b）
图2-1下水箱液位与进水流量串级控制系统
（a）结构图（b）方框图
本实训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。
主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量h等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。
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，因而副调节器可采用P控制。
但选择流
量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。
引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。
显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象下水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。
本实训系统结构图和方框图如图2-1所示。
始实训数据记录
实
训
过
程
、
结果及分析
本实训选择下水箱和电动调节阀支路组成串级控制系统（也可采用变频器支路）。
实训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。
思考题
1.试简述串级控制系统设置副回路的主要原因有哪些？
答：
主要原因如下：
1主要的、变化剧烈、频繁和幅度大的扰动作用在副回路上。
2当控制系统具有较大纯滞后时。
2.如果用二步整定法整定主、副调节器的参数，其整定步骤怎样？
答：
先整定副调节器后整定主调节器。
3.为什么本实训中的副调节器采用PI调节器而不用P调节器？
答：
因为主回路是一个定值控制系统，不允许有静态误差，所以应该要有积分调
节器^。
4.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。
答：
说明如下：
1比例调节作用：
是按比例反应系统的偏差，系统一旦出现了偏差，比例调节立
即产生调节作用用以减少偏差。
比例作用大，可以加快调节，减少误差，但是过大的比例，使系统的稳定性下降，甚至造成系统的不稳定。
2当副调节器的比例度改变时，会加强整个串级控制系统的抗干扰能力。
院（系）：
电子工程学院
课程名称：
过程控制实训
日期：
2018.11.19
班级
A1532
组
号
学号
37
电子信息实验楼405
专业
自动化
姓名
万懿锋
实训名称
实训三盘管出水口温度滞后控制系统
实训仪器材料
1.实训对象及控制屏、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、
3.SA-21挂件一个、
4.SA-31挂件一个、换器两个，网线四根：
5.SA-41挂件一个、
6.SA-42挂件一个、
RS485/232转换器一个、通讯线一根；
SA-22挂件一个、SA-23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
CP5611专用网卡及网线；
PC/PPI通讯电缆根。
实训原理
F2J[■悝I
：
--^W
1.进一步认识滞后的形成，及其对系统动态性能的影响。
2•掌握纯滞后控制系统用常规PID调节器的参数整定方法。
0
实训目的要求
（u）（b）
图3-1盘管出口温度滞后控制系统
（a）结构图（b）方框图
本实训系统结构图和方框图如图3-1所示。
本实训的被控制量为盘管出水口水
温T,而控制量是锅炉内胆的水温，将盘管出口铂电阻TT5检测到的温度信号作为反
馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压，以控制三相电加热管的加热强度，同时用变频器供水系统以固定的频率把锅炉内胆的热水恒速输送到盘管，再流回锅炉内胆。
始实训数据记录
实
训过程
、
结果及分
本实训选择盘管出水口温度（也可根据实训需要选择另外两个温度测试点处的温度）作为被控对象，实训之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、
F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-12关闭，其余阀门都关闭。
将变频器A、BC三端
连接到三相磁力驱动泵（220V）,打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆贮适量水（要求高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭变频器，关闭阀F2-1、
F2-6、F1-13、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
思考题
1.试分析纯滞后环节对系统动态性能的影响？
答：
影响如下：
1因为有误差的时候，控制器的输出在纯滞后的影响下，会比较晚的作用到被控量上。
2而同时检测变送测得的数值仍没改变，控制器继续增大输出，超调量会增加，系统就不稳定。
2.纯滞后环节的引入对系统的稳态精度是否有影响？
答：
纯滞后环节的引入对系统的稳态精度有影响。
院（系）：
电子工程学院
课程名称：
过程控制实训
日期：
2018.11.19
班级
A1532
组
号
学号
37
电子信息实验楼405
专业
自动化
姓名
万懿锋
实训名称
实训四盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统
实训仪器材料
实训目的要求
实训原理
1.实训对象及控制屏、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、
3.SA-21挂件一个、
4.SA-31挂件一个、换器两个，网线四根：
5.SA-41挂件一个、
电缆根。
级控制系统的结构与组成。
2•掌握温度-流量串级控制系统的参数整定与投运方法。
3•研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4•主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。
RS485/232转换器一个、通讯线一根；
SA-22挂件一个、SA-23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
CP5611专用网卡及网线；6.SA-42挂件一个、PC/PPI通讯
■書鼻解
匕
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HI2ZHZI
-31T51）
lb）
图4-1盘管出口水温与热水流量串级控制系统
⑻结构图（b）方框图
本实训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。
主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量h等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。
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，因而副调节器可采用P控制。
但选择流
量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。
引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。
显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象下水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。
本实训系统结构图和方框图如图
4-1o
原
始
实
训
数
据
记
录
实
本实训选择盘管水温和热水流量组成串级控制系统。
实训之前先将储水箱中贮
足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-11、F2-12
训
关闭，其余阀门也关闭。
将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V）,打
过
开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆和夹套贮满水，然后关闭变频器、
程
关闭阀F2-1、F2-6、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作
好准备。
、
思考题
结
1.三相电网电压的波动对主控制量是否有影响？
答：
三相电网电压的波动对主控制量有影响。
果
2.为什么本实训中的副J调节器为PI调节器，如果设计为P,试分析对系统的性
能有什么影响？
及
答：
影响如下：
①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
分
出的变化规律，以达到对主控制量h的控制目的，因而副调节器可米用P控制。
②但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样
析
比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。
引入积分作用的目
的不是消除静差，而是增强控制作用。
实训仪器材料
1.实训对象及控制屏、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、
3.SA-21挂件一个、
4.SA-31挂件一个、换器两个，网线四根：
5.SA-41挂件一个、
6.SA-42挂件一个、
RS485/232转换器一个、通讯线一根；
SA-22挂件一个、SA-23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
CP5611专用网卡及网线；
PC/PPI通讯电缆根。
实训目的要求
1.熟悉温度串级控制系统的结构与组成。
2.掌握温度串级控制系统的参数整定与投运方法。
3•研究阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
4•主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。
■二一
FJ-.|
I
FI-J3珂7
IL
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I5
-1
（b）
（a）
图5-1盘管出口水温与锅炉内胆水温串级控制系统
（a）结构图（b）方框图
本实训系统的主控量为盘管出口的水温T1，副控量为锅炉内胆的水温T2，它是
一个辅助的控制变量。
执行元件为内胆内的电热管，它控制锅炉内胆中的水温大小，以改变流到盘管出口的水温。
同前面第四节的串级控制一样，系统的主调节器应为PI或PID控制，副回路则采用P控制规律。
显然，由于盘管出口的水温升降是通过
锅炉内胆的温度控制来实现的，因而其过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长。
本实训系统结构图和方框图如图5-1所示。
院（系）：
电子工程学院
课程名称：
过程控制实训
日期：
2018.11.19
班级
A1532
组
号
学号
37
电子信息实验楼405
专业
自动化
姓名
万懿锋
实训名称
实训五盘管出口与锅炉内胆的水温串级控制系统
原
始
实
训
数
据
记
录
实
本实训选择盘管水温和锅炉内胆水温组成串级控制系统。
实训之前先将储水箱
中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-12关闭，其余阀门也关闭。
将变频器A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），打开变频器电源并手动调节变频器频率，给锅炉内胆贮适量水（要求至少高于液位指示玻璃
管的红线位置），然后关闭变频器、关闭阀F2-1、F2-6、F2-9、F2-10，打开阀F2-2、F2-7、F2-8，为给盘管供热水作好准备。
思考题
训
过
程
1.三相电网电压的波动对主控制量是否有影响？
答：
三相电网电压的波动对主控制量有影响。
、
2.为什么本实训中的副J调节器为PI调节器，如果设计为P,试分析对系统的性
结
能有什么影响？
答：
影响如下：
①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
果
出的变化规律，以达到对主控制量h的控制目的，因而副调节器可米用P控制。
及
②但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样
比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。
引入积分作用的目
分
的不是消除静差，而是增强控制作用。
析
院（系）：
电子工程学院
课程名称：
过程控制实训
日期：
2018.11.19
班级
A1532
组
号
学号
37
电子信息实验楼405
专业
自动化
姓名
万懿锋
实训名称
实训六单闭环流量定值控制系统
实训仪器材料
1.实训对象及控制屏、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、换器两个，网线四根：
5.SA-41挂件一个、
实训目的要求
SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交
CP5611专用网卡及网线;6.SA-42挂件一个、PC/PPI通讯
电缆根。
1•了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。
2•掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。
3•研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4.研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用。
图6-1单闭环流量定值控制系统
实训原理
⑻结构图（b）方框图
本实训系统结构图和方框图如图6-1所示。
被控量为电动调节阀支路（也可采
用变频器支路）的流量，实训要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1
检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI控制，并且在实训中PI参数设置要比较
大。
原始实训数据记录
实
训过程
、
结果及分析
本实训选择电动阀支路流量作为被控对象。
实训之前先将储水箱中贮足水量，
然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8、F1-11全开，其余阀门均关闭。
将“FT1电动阀支路流量”钮子开关拨到“0M的位置。
思考题
1•如果采用变频器支路做实训，其响应曲线与电动阀支路的曲线有什么异同？
并分析差异的原因。
答：
原因如下：
1被控量为也可采用变频器支路的流量，实训要求气动阀支路流量稳定至给定值。
2将电磁流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制气动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
3为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI控制，并在实训中P、I参数设置要比较大。
2.改变比例度S和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？
答：
影响如下：
1比例度S:
提高比例度能提高系统稳定性，但静态偏差要增加；减小比例度能
提高系统的精度，但调节过程的振荡程度要增加。
2积分时间TI:
积分时间小，积分作用太强，系统的稳定性变差，超调量增大；
积分时间大，积分作用太弱，系统消除稳态误差的速度太慢，所以TI的值应取得适
中。
3•在本实训中为什么采用PI控制规律，而不用纯P控制规律？
答：
原因如下：
1实训要求电动阀支路流量稳定至给定值。
将涡轮流量计FT1检测到的流量信
号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。
2为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI控制，并且在实训中PI参数设置要比较大。
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