过程控制系统实验、课程设计指导书.doc

一 过程控制系统实验 实验一 单回路温度控制系统的参数整定一、实验目的1、 掌握单回路控制系统的原理性组成；了解单回路温度控制系统实验装置的组成和原理；掌握单回路温度控制系统的参数整定方法。2、 掌握DCS系统的监控和操作方法。二、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS系统一套三、实验线路 单回路温度控制系统流程示意图： 温度调节器TCTTSP 改变加热功率 温度检测变送综合实验装置管路连接方式见图示（下页）：DCS控制站第一个机笼的I/O卡件分布见下图： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19SP243SP243SP233SP233SP313SP313SP313SP314SP000SP322SP322SP000SP363SP000SP364SP000SP000SP000SP000SP000 各块I/O卡件的信号安排见下表：线色插座脚号信号代码信号名信号量程被测物理量卡件通道备注咖啡色J1/01AI1+水箱液位LT-115v（420mA）0400mm液位SP313-1送工控机红白J1/02AI1-SP313-2白色J1/03AI2+锅炉液位LT-215v（420mA）0400mm液位SP313-3送工控机橙黑 J1/04AI2-SP313-4淡黄J1/05AI3+水槽液位LT-315v（420mA）0400mm液位SP313-5送工控机粉红黑J1/06AI3-SP313-6黄黑J1/07AI4+出水压力PT-215v（420mA）0100Kpa压力SP313-7送工控机灰色J1/08AI4-SP313-8白蓝J1/09AI5+进水流量FIT-115v（420mA）0300L/h流量SP313-1送工控机红黑J1/10AI5-SP313-2黑色J1/11AI6+出水流量FIT-215v（420mA）0300L/h流量SP313-3送工控机灰黑J1/12AI6-SP313-4紫色J1/13AI7+锅炉水温TIT-115v（420mA）0100度温度SP313-5送工控机白黑J1/14AI7-SP313-6红色J1/15AI8+夹套水温TIT-215v（420mA）0100度温度SP313-7送工控机绿棕J1/16AI8-SP313-8淡蓝J1/17AI9+进水电动阀阀位M1-I OUT15v（420mA）0100%M1阀位SP313-1送工控机橙色J1/18AI9-SP313-2蓝色J1/19AI10+出水电动阀阀位M2-I OUT15v（420mA）0100%M2阀位SP313-3送工控机绿色J1/20AI10-SP313-4黄绿J1/21空 24V白红J1/22淡绿J1/2312V0V黄色J1/24粉红J1/25AI12-/AI13-空送工控机橙黑J2/01AO1+进水电动阀控制M1-IS420mA0100%阀门开度SP322-1共控机来紫色J2/02AO1-SP322-2红黑J2/03AO2+出水电动阀控制M2-IS420mA0100%阀门开度SP322-3共控机来白蓝J2/04AO2-SP322-4粉红黑J2/05AO3+晶闸管SCR控制420mA04.5kw移相调控SP322-5共控机来白色J2/06AO3-SP322-6灰色J2/07AO4+变频器控制BPQ420mA050Hz变频调节SP322-7共控机来绿色J2/08AO4-SP322-8淡绿J2/09DI1+VDIN11接通信号继电器接点DI1=1阀关DI1=0阀开SP363-1送工控机蓝色J2/10DI1-SP363-2粉红J2/11DI2+VDIN12接通信号继电器接点DI2=1阀关DI2=0阀开SP363-3送工控机黄色J2/12DI2-SP363-4白黑J2/13DO1+驱动VDIN11接点信号SP364-1共控机来灰黑J2/14DO1-SP364-2淡黄J2/15DO2+驱动VDIN12接点信号SP364-3共控机来黄黑J2/16DO2-SP364-4咖啡色J2/17DO3+变频使能BPQOUT接点信号SP364-5共控机来白红J2/18DO3-SP364-6J2/25PE1/2接地送工控机说明：J1/01J1/08卡件通道为SP313的第1路即SP313(1)J1/09J1/16卡件通道为SP313的第2路即SP313(2)J1/17J1/20卡件通道为SP313的第3路即SP313(3)四、实验内容及实验方法（一）、实验内容1、熟悉单回路温度控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。2、根据温度控制系统管路连接方式调节相关手动球阀至对应开关位置，进行单回路控制系统参数整定的方法整定PID参数。3、 观察和比较PID参数变化对系统性能的影响。（二）、实验方法及步骤1、 按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。2、 综合实验装置上电，打开水泵，等高位水箱开始溢流（恒压状态下），锅炉水位到高度的2/3时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、 SUPCON JX-300X DCS系统上电，工程师站上调出监控画面（组态设计已做好），手动操作给锅炉加热到设定温度。4、 小开度打开锅炉的进、出水阀，使锅炉水流动，手动调节加热功率大小，使锅炉水温基本稳定在设定值上，初置调节器PID参数值，将DCS切换到自动控制状态。5、 在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻，以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。6、 根据单回路系统的参数整定方法，不断调整PID参数，记录过程过渡曲线，比较不同PID参数下系统的响应情况。 实验二 单回路液位控制系统的参数整定一、实验目的 1、掌握单回路液位控制系统实验系统的组成和原理；了解单回路控制系统不同参数时系统性能的差异。进一步掌握单回路液位控制系统的参数整定方法。2、熟练掌握DCS系统的监控和操作方法。二、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS系统一套三、实验线路单回路液位控制系统流程示意图：LCLT SP 液位调节器 q1 液位检测变送 q2 综合实验装置管路连接方式见图示（下页）：DCS控制站第一个机笼的I/O卡件分布见下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19SP243SP243SP233SP233SP313SP313SP313SP314SP000SP322SP322SP000SP363SP000SP364SP000SP000SP000SP000SP000 各块I/O卡件的信号安排见 实验一的“I/O卡件信号安排表”四、实验内容及实验方法（一）、实验内容1、熟悉单回路液位控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。2、根据单回路控制系统参数整定的方法整定PID参数。3、观察PID参数变化对系统性能的影响。（二）、实验方法及步骤1、按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。2、综合实验装置上电，打开水泵，等高位水箱开始溢流（恒压状态下），锅炉水位到高度的2/3时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、 UPCON JX-300X DCS系统上电，工程师站上调出监控画面（组态设计已做好），手动操作打开锅炉的进水调节阀至某一开度（50%-70%），同时打开锅炉出水球阀使锅炉进水、出水流量基本相等。4、 在工程师站监控画面上利用手操器小开度调整锅炉的进水阀开度，使锅炉液位基本保持在给定值上，初置调节器PID参数值，将DCS切换到自动控制状态。5、 往锅炉里加少量水或打开锅炉进水电磁阀片刻或人为少许改变锅炉的出水阀开度（可增大或减小），以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。6、 根据单回路系统的参数整定方法，不断调整PID参数，记录过程过渡曲线，比较不同PID参数下系统的响应情况。 实验三 串级控制系统的参数整定一、实验目的1、 掌握串级控制系统的结构和工作原理。2、 掌握串级控制系统的参数整定方法。3、 了解单回路系统、串级控制系统两者的控制性能差异。二、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS系统一套。三、实验线路锅炉夹套水温串级控制系统流程示意图： 副调节器T2C 改变加热功率T1CSP主调节器T2T 锅炉温度检测变送T1T锅炉夹套温度检测变送综合实验装置管路连接方式见图示（下页）：DCS控制站第一个机笼的I/O卡件分布见下图： 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19SP243SP243SP233SP233SP313SP313SP313SP314SP000SP322SP322SP000SP363SP000SP364SP000SP000SP000SP000SP000 各块I/O卡件的信号安排见下表：线色插座脚号信号代码信号名信号量程被测物理量卡件通道备注咖啡色J1/01AI1+水箱液位LT-115v（420mA）0400mm液位SP313-1送工控机红白J1/02AI1-SP313-2白色J1/03AI2+锅炉液位LT-215v（420mA）0400mm液位SP313-3送工控机橙黑 J1/04AI2-SP313-4淡黄J1/05AI3+水槽液位LT-315v（420mA）0400mm液位SP313-5送工控机粉红黑J1/06AI3-SP313-6黄黑J1/07AI4+出水压力PT-215v（420mA）0100Kpa压力SP313-7送工控机灰色J1/08AI4-SP313-8白蓝J1/09AI5+进水流量FIT-115v（420mA）0300L/h流量SP313-1送工控机红黑J1/10AI5-SP313-2黑色J1/11AI6+出水流量FIT-215v（420mA）0300L/h流量SP313-3送工控机灰黑J1/12AI6-SP313-4紫色J1/13AI7+锅炉水温TIT-115v（420mA）0100度温度SP313-5送工控机白黑J1/14AI7-SP313-6红色J1/15AI8+夹套水温TIT-215v（420mA）0100度温度SP313-7送工控机绿棕J1/16AI8-SP313-8淡蓝J1/17AI9+进水电动阀阀位M1-I OUT15v（420mA）0100%M1阀位SP313-1送工控机橙色J1/18AI9-SP313-2蓝色J1/19AI10+出水电动阀阀位M2-I OUT15v（420mA）0100%M2阀位SP313-3送工控机绿色J1/20AI10-SP313-4黄绿J1/21空 24V白红J1/22淡绿J1/2312V0V黄色J1/24粉红J1/25AI12-/AI13-空送工控机橙黑J2/01AO1+进水电动阀控制M1-IS420mA0100%阀门开度SP322-1共控机来紫色J2/02AO1-SP322-2红黑J2/03AO2+出水电动阀控制M2-IS420mA0100%阀门开度SP322-3共控机来白蓝J2/04AO2-SP322-4粉红黑J2/05AO3+晶闸管SCR控制420mA04.5kw移相调控SP322-5共控机来白色J2/06AO3-SP322-6灰色J2/07AO4+变频器控制BPQ420mA050Hz变频调节SP322-7共控机来绿色J2/08AO4-SP322-8淡绿J2/09DI1+VDIN11接通信号继电器接点DI1=1阀关DI1=0阀开SP363-1送工控机蓝色J2/10DI1-SP363-2粉红J2/11DI2+VDIN12接通信号继电器接点DI2=1阀关DI2=0阀开SP363-3送工控机黄色J2/12DI2-SP363-4白黑J2/13DO1+驱动VDIN11接点信号SP364-1共控机来灰黑J2/14DO1-SP364-2淡黄J2/15DO2+驱动VDIN12接点信号SP364-3共控机来黄黑J2/16DO2-SP364-4咖啡色J2/17DO3+变频使能BPQOUT接点信号SP364-5共控机来白红J2/18DO3-SP364-6J2/25PE1/2接地送工控机说明：J1/01J1/08卡件通道为SP313的第1路即SP313(1)J1/09J1/16卡件通道为SP313的第2路即SP313(2)J1/17J1/20卡件通道为SP313的第3路即SP313(3)四、实验内容及实验方法（一）、实验内容1、熟悉锅炉夹套水温串级控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。2、 根据串级控制系统参数整定的方法整定主、副调节器PID参数，观察PID参数变化对系统性能的影响。 3、比较单回路系统、串级控制系统两者的控制性能差异。（二）、实验方法及步骤1、 按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。2、 综合实验装置上电，打开水泵，等高位水箱开始溢流（恒压状态下），锅炉水位到高度的2/3时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、 SUPCON JX-300X DCS系统上电，工程师站上调出监控画面（组态设计已做好），手动操作给锅炉加热到一定温度，使锅炉夹套水温到设定温度。4、 小开度打开锅炉的进、出水阀，使锅炉水流动，手动调节加热功率大小，使锅炉夹套水温基本稳定在设定值上，初置调节器主、副调节器PID参数值，将DCS切换到自动控制状态。5、 在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻，以模拟锅炉温度扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。6、 在锅炉夹套里加少量冷水，以模拟锅炉夹套水温扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。7、 根据串级控制系统的参数整定方法，不断调整主、副调节器PID参数，记录过程过渡曲线，比较不同PID参数下系统的响应情况，并比较单回路控制系统和串级控制系统的性能差异。 实验四 集散控制系统的监控组态一、实验目的 1、掌握单回路控制系统的设计方法和设计步骤； 2、掌握集散控制系统的组成、结构和通讯体系；3、了解集散控制系统的组态设计方法和步骤。4、熟练掌握DCS的工程师站下载组态的方法和监控操作方法。二、实验要求根据实验室EFPT过程控制综合实验装置的特点和技术参数，设计一单回路锅炉液位控制系统（系统的控制变量可自行确定），要求对锅炉液位进行定值控制（300mm10mm）。并利用浙大中控SUPCON-JX 300 DCS的组态软件对所设计的系统进行组态设计，最终可在监控画面上显示、整定、控制锅炉液位的调节过程。三、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS系统一套。四、实验线路单回路锅炉液位控制系统根据控制变量选择的不同可构成不同的控制方案。如选择进水流量作为控制变量，则其对应的系统流程示意图为：LCLT SP 液位调节器 q1 液位检测变送 q2 综合实验装置管路连接方式见图示（下页）：DCS控制站第一个机笼的I/O卡件分布见下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19SP243SP243SP233SP233SP313SP313SP313SP314SP000SP322SP322SP000SP363SP000SP364SP000SP000SP000SP000SP000 各块I/O卡件的信号安排见 实验一的“I/O卡件信号安排表”四、实验内容及实验方法（一）、实验内容1、根据实验室过程控制综合实验装置的特点和技术参数，合理选择控制方案，设计单回路锅炉液位控制系统。2、熟悉单回路液位控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。2、根据单回路液位控制系统相关信号与DCS卡件的连接方式进行组态设计。3、编译、下载组态，整定PID参数，观察PID参数变化对系统性能的影响。（二）、实验方法及步骤1、设计单回路锅炉液位控制系统，画出其工艺流程图，按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。2、综合实验装置上电，打开水泵，等高位水箱开始溢流（恒压状态下），锅炉水位到高度的2/3时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、 UPCON JX-300X DCS系统上电，工程师站上调出组态画面进行组态设计。4、 完成组态设计，进行编译无误后下载到现场控制站，调出监控画面，手动操作打开锅炉的进水调节阀至某一开度（50%-70%），同时打开锅炉出水球阀使锅炉进水、出水流量基本相等。5、 在工程师站监控画面上利用手操器小开度调整锅炉的进水阀开度，使锅炉液位基本保持在给定值上，初置调节器PID参数值，将DCS切换到自动控制状态。往锅炉里加少量水或打开锅炉进水电磁阀片刻以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。6、 根据单回路系统的参数整定方法，不断调整PID参数，记录过程过渡曲线，比较不同PID参数下系统的响应情况。 二 过程控制系统课程设计一、课程设计的目的过程控制系统是自动化专业的一门专业课。本课程设计旨在使学生在了解生产过程的静态和动态特性基础上，根据流程工艺要求，应用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统，通过课程设计，要求学生不仅能达到解决过程控制工程中的一般问题，而且具有分析和设计较复杂过程控制系统的能力。二、选题选题要符合本课程的教学要求，通常应包含单回路及常用的复杂控制系统的设计。注意选题内容的先进性、综合性、实践性，应适合实践教学和启发创新，选题内容应难度要适中；最好结合工程实际情况进行选题，反映过程控制技术的新水平，并且有一定的实用价值；成果宜具有相对完整性。根据过程控制实验室的系统和装置配备情况，课程设计选题可以在下列题目中选取：1、 单回路温度控制系统的组态设计。2、 单回路液位控制系统的组态设计（根据实验对象的特点可确定不同的液位控制系统方案）。3、 单回路流量控制系统的组态设计（根据实验对象的特点可确定不同的流量控制系统方案）。4、 单回路压力控制系统的组态设计。5、 串级控制系统的组态设计（根据实验对象的特点可设计不同的串级控制系统）。6、 前馈控制系统的组态设计（根据不同的温度、液位、流量、压力被控变量也可组成不同的前馈控制系统）。7、 前馈-反馈复合控制系统的