过程控制系统与装置综合实训.doc

1、重庆科技学院学生实习（实训）总结报告 院（系）:_电气与信息工程学院_ 专业班级:_测控普2007-01_学生姓名:_王立发 _ _ 学 号:_2007440768 实习(实训)地点:_I501/I506 _ _报告题目: 关于过程控制系统与装置综合实训总结 报告日期： 2010年 12 月 25 日 指导教师评语: _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_目 录1 实验任务书12 温度单回路控制系统22.1温度单回路控制系统22.2温度检测设备22.3执行机构32.4 智能仪表33 复杂控制系统的组成43.1液位-流量的串级控制系统43.11液位-流量的串级控制系统原理43.

2、12液位-流量的串级控制系统试验结果53.2下水箱液位的前馈-反馈控制系统63.21下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验原理73.22下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验结果83.3单闭环流量比值控制系统93.31单闭环流量比值控制系统试验原理93.32单闭环流量比值控制系统试验结果114 对象传递函数测试114.1单容水箱特性的测试114.11单容水箱特性的测试试验原理124.12单容水箱特性的测试试验结果124.2双容水箱特性的测试144.21双容水箱特性的测试试验原理144.22 双容水箱特性的测试测试结果155 心得体会16I1 实验任务书报告题目：关于过程控制系统与装置综合实训总结学生姓

3、名王立发课程名称过程控制系统综合实训专业班级测控普2007地 点I501/I506起止时间10.12.1310.12.24设计内容及要求过程控制系统与装置综合实训内容有4类。内容及要求如下：1. 用protel 绘制实验平台的电气接线图，对每个部分的I/O端子进行标注。2. 对象传递函数测试(1) 单容水箱特性的测试(2) 双容水箱特性的测试3. 复杂控制系统的组成，干扰源的加入，参数整定。(1) 液位-流量的串级控制系统(2) 单闭环流量比值控制系统(3) 下水箱液位的前馈-反馈控制系统4. 典型过程控制系统的投运、关闭操作(1) 间歇反应过程(2) 连续反应过程(3) 热交换过程进度要求第

4、1天：讲解任务；第2天：温度单回路控制系统电气连接原理图；第3天：串级控制系统；第4天：前馈控制系统；第5天：比值控制系统；第6天：单容双容水箱模型建立；第7天：间接反应的过程与操作；第8天：连续反应过的；第9天：热交换系统的的过程投运与交换；第10天：撰写设计报告.教研室主任： 指导教师：唐德东、彭宇兴2010 年 12月 13 日172 温度单回路控制系统2.1 温度单回路控制系统温度单回路控制系统由温度传感器、智能仪表（AS3010）、调压模块、三项加热炉、PC机组成。温度传感器将温度信号转换成420mADC电流信号。传给智能仪表，智能仪表经过运算后，送出控制信号控制调压模块，改变加热器

5、的电压。其系统框图如图2.10所示。系统的电气接线图如图2.11所示。智能仪表调压模块加热器PC机温度传感器+-给定值T温度锅炉图2.10 系统框图图2.11 系统电气接线图2.2 温度检测设备温度传感器为PT100，Pt100传感器精度高，热补偿性较好。如图2.2所示。图2.2 温度传感器为PT100温度变送器为两线制，24V直流供电。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成420mADC电流信号。2.3 执行机构1)调压模块调压模块是根据控制信号来控制加热器的电压。电流控制信号为4-20mA，调压器到加热管采用380V三相交流供电。如图2.3所示。图2.3 调压模块如果采用电压控制，则从

6、2号端子的CON端输入2-10V。如果采用电流控制则从3号端子输入4-20mA。调压器到加热管采用380V三相交流供电。2.4 智能仪表智能仪表是整个系统的重要部分，它是控制中心，它将测量信号运算后，得出控制信号并传给控制器。仪表的测量信号为传感器的输出信号，此处经过电阻将电流信号转换成15V（0.21V）的电压信号，即AI0+、AI0-为15V信号输入；AI1+、AI1-为0.21V信号输入。AO0+( AO1+)、AO0-( AO1-)为仪表的控制信号输出端，420mA的电流控制执行器的输出。如图2.4 所示。仪表外给定是通过外部输入的15V电压信号来设定仪表设定值的。其它报警等端子为扩展

7、备用。图2.4 智能仪表3 复杂控制系统的组成3.1 液位-流量的串级控制系统液位-流量的串级控制系统采用了液位变送器、流量变送器、电动调节器、智能仪表。其实验线路按照图3.10接好。将下水箱液位变送器的输出端接到智能仪表一的模拟输入端，智能仪表一的模拟输出端接智能仪表二的外给定端，流量变速器的输出端接到智能仪表二的输入端，智能仪表二的模拟输出端接到电动调节阀。下水箱液位变送器将测的信号传送给智能仪表一，智能仪表一经过运算后，输出调节信号作为智能仪表二的给定值，智能仪表二将流量值和给定值结合运算后，输出控制信号传给调节阀。控制电动调节阀开度，控制下水箱的进水量，达到或保持给定的液位。智能仪表通

8、过RS485与PC机通信，将液位值和调节阀的开度传送给PC机，PC机实时显示数据。操作人员可以在PC机上实时修改各个参数。3.11 液位-流量的串级控制系统原理本实验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。主回路是一个恒值控制系统，使系统的主控制量H等于给定值；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。图3.10 液位-流量串级控制系统的结构图不难看出，由于主对象下水箱的时间常数较大于副对象管道的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，在主对

9、象未受到影响前，通过副回路的快速调节作用已消除了扰动的影响。图3.10为实验系统的结构图，图3.11为该控制系统的方框图。图3.11 液位-流量串级控制系统的方框图3.12 液位-流量的串级控制系统试验结果液位-流量的串级控制系统的参数整定方法有逐步逼近法、两步整定法和一步整定法。本实验采用的是两步整定法。在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主控制器的比例度先固定在100的刻度上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（如41）过渡过程下的副控制器比例度和操作周期，分别用2s和T2s表示。在副控制器比例度等于2s的条件下，逐步减小主控制器的比例度，直至得到同样衰

10、减比下的过渡过程，记下此时主控制器的比例度1s和操作周期T1s。按查表所得的PI参数对主调节器的参数进行整定。副回路PID参数比例带为10.0%,积分时间为999S，微分时间为0S，副回路调节好后，不改变参数。调节主回路，经调节后主回路PID参数的比例带为10.0%，积分时间为50S，微分时间为0.0S。对进入副回路的干扰有很强的克服能力； 改善了被控过程的动态特性，提高了系统的工作频率；对进入主回路的干扰控制效果也有改善；对负荷或操作条件的变化有一定自适应能力。图3.120 串级控制系统图图3.121 串级控制系统图3.2 下水箱液位的前馈-反馈控制系统下水箱液位的前馈-反馈控制系统主要用了

11、液位变送器、流量变送器、电动调节阀、智能仪表。其实验线路按照图3.20接好。将流量变送器一的输出端接到智能仪表一的模拟输入端，流量变速器二的输出端接到智能仪表二的输入端，智能仪表二的模拟输出端接到电动调节阀。流量变送器一将测的信号传送给智能仪表一，智能仪表二将流量变送器一的值按比值运算后，输出控制信号传给调节阀。控制电动调节阀开度，控制进水流量，达到或保持给定的流量。智能仪表通过RS485与PC机通信，将液位值和调节阀的开度传送给PC机，PC机实时显示数据。操作人员可以在PC机上实时修改各个参数。3.21 下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验原理 图3.20 前馈-反馈控制系统的结构图反馈控制是

12、按照被控参数与给定值之差进行控制的。它的特点是，调节器必须在被控参数出现偏差后才能对它进行调节，补偿干扰对被控参数的影响。基于过程控制系统总具有滞后特性，因而从干扰的产生到被控参数的变化，需要一定长的时间后，才能使调节器产生对它进行调节作用，从而对干扰产生的影响得不到及时地抑止。为了解决这个问题，提出一种与反馈控制在原理上完全不同的控制方法。由于这种方法是一种开环控制，因而它只对干扰进行及时地补偿，而不会影响控制系统的动态品质。即当扰动一产生，补偿器立即根据扰动的性质和大小，改变执行器的输入信号，从而消除干扰对被控量的影响。由于这种控制是在扰动发生的瞬时，而不是在被控制量产生变化后进行的，故称

13、其为前馈控制。前馈反馈控制系统中的主要扰动由前馈部分进行补偿，这种扰动能测定，其它所有扰动对被控制量所产生的影响均由负反馈系统来消除。这样就能使系统的动态误差大大减小。图3.20为本实验的系统结构图，被控制量是下水箱的液位，扰动为流量F。图3.21为该控制系统的方框图。图3.21 控制系统的方框图图中GC（S）调节器 G0（S）电动调节阀、中水箱与下水箱Gf（S）干扰通道的传递函数 GB（S）前馈补偿器 H（S）液位变送器由图3.21可知，扰动F（S）得到全补偿的条件为F（S）Gf（S）F（S）GB（S）G0（S）0GB（S） （3.21）上式给出的条件由于受到物理实现条件的限制，显然只能近似地得到满足，即前馈控制不能全部消除扰动对被控制量的影响，但如果它能去掉扰动对被控制量的大部分影响，则认为前馈控制已起到了应有的作用。为使补偿器简单起见，GB（S）用比例器（KB）来实现，则：由式（13）可知，KB= （3.22）式中 Kf-干扰通道的静态放大倍数 K0-控制通道的静态放大倍数3.22 下水箱液位的前馈-反馈控制系统试验结果下水箱液位的前馈-反馈控制系统经过调节后，其PID参数的比例带为5