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1、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

2、-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- 一 图* FIT下样嘛I1-1三容液位定

3、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、PD PID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

4、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

5、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35cm）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：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:

6、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-

7、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、P

8、C/PPI通讯戏力担殆亂- T厳M F1-I1自関节需T电讷用卜T臂曹if. .rrd T(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

9、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

10、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

11、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/

12、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F2 J 悝 I：-W1.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

13、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、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

14、-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

15、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

16、、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ifHI2ZHZI-31T51)lb）图4-1盘管出口水温与热水流量串级控制系统结构图 （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

17、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4-1 o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

18、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：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。但选择流量作副控参数时，为了保持系

19、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

20、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-.|IFI-J3 珂7I L-4 f hrI 5- 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

21、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

22、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：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

23、目的，因而副调节器可米用 P控制。及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

24、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

25、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

26、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。