CS4000dcs实验指导书

1、CS4000高级过程控制实验装置DCS实验指导书目录一、 概述3.二、软件配置及安装说明 4.三、CS4000系统介绍 9.一）、CS4000型系统主要特点9.二）、CS4000型实验对象组成结构 10四、系统主题实验11实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验 11实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 15实验三、加热水箱温度特性测试实验 19实验四、加热水箱温度二位式控制实验 21实验五、单容水箱液位 PID控制实验 25实验六、双容水箱液位 PID整定实验 28实验七、加热水箱温度PID控制实验30实验八、短滞后温度 PID控制实验 33实验九、电磁流量 PID控制实验 36实验十、双容水箱

2、液位串级控制实验 39亠、概述生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后， 自动化技术时代开始了。随着工业 技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展， 自动化已经进入了计算机控制装置时代。在过去的十多年里，随着生产车间自动化和过程自动化中分散结构的迅速增 长，DCS（分布式集散控制系统）的应用日益普遍。其原因之一是：DCS系统实现了数字和模拟输入/输出模块、智能信号装置和过程调节装置与 PC之间的数据 传输，把I/O通道分散到实际需要的现场设备附近， 使安装和布线的费用减少到 最小，从而使成本费用大大的节

3、省。其原因之二是：DCS具有“开放”的通信接口，允许用户选用不同制造商生产的分散 I/O装置和现场设备。本书所叙述的控制系统采用开放的的 DCS系统设备，本装置的目的是使自动 化专业的学生能尽快的入门，使研究生和高校教师能容易地利用 DCS实现所设计 的自动化任务。1、软件配置及安装说明1、系统网络图:CS4000过程控制系统DCS控制网络图1号站2号站DCS控制站1号站2号站PORT-A 网络 IP:128.128.1.130128.128.1.131PORT-B 网络 IP:128.1282130128.128.2.131注：IP地址可以根据规则要求更改，并不唯一2、硬件和软件配置要求:一

4、、DCS工程师站：软硬件特殊配置：1、网卡2张2、IP 地址：128. 128. 1. 130（A 口）128. 128. 2. 130（B 口）3、浙大中控AdvanTrol-X3.16 安装盘（工程师站）、软件安装说明:按照安装提示，安装的计算机作为工程师站请选择安装工程师站，安装 的计算机作为操作员站请选择安装操作员站。 若要根据自己要求安装请选择 自定义安装。3、DCS工业标准机柜的组成1.电源部分：控制柜上方为系统供电电源部分（5V、24V）.2，DCS部分：从左往右卡件安排:序号卡件名称规格功能说明1SP243X主控制卡2SP243X主控制卡（冗余）3SP233数据转发卡4SP23

5、3数据转发卡（冗余）0SP3144路电压信号输入卡1SP3144路电压信号输入卡2SP3144路电压信号输入卡3SP3144路电压信号输入卡4SP3144路电压信号输入卡5SP3224路模拟量输出卡6SP3224路模拟量输出卡7SP000空卡件8SP3638路触点型开入卡9SP3648路继电器开出卡10SP000空卡件4、CS4000过程控制系统控制软件1. DCS软件体系结构案统简介踽一览控制分组其施盲屢应用二PIhlS软件JX-3C0X调莖画臣 趋势田 流程罔 敎捞一临 故隔诊断工桂师站现场控制站组吾孜件二I/O瞇常规控制力案组态 SCXtTTS 园书4t诺言方案组态 粽准画面组态 流客图

6、俎杰报喪组态整护软件二SQE*j+x时，h (x) =KR，因而有K=h () /R0=输出稳态值/阶跃输入式(1-2 )表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该 曲线上升到稳态值 的63%所对应时间， 就是水箱的时间常 数T,该时间常数T 也可以通过坐标原 点对响应曲线作切 线，切线与稳态值交 点所对应的时间就是时间常数T,其理论依据是：dh(t) IT .kr。rrldtT LT 一 T上式表示h (t)若以在原点时的速度 h (a) /T恒速变化，即只要花 T秒时间就可达 到稳态值h (a) o 五实验内容步骤1)

7、对象的连接和检查：(1) 关闭出水阀,将CS4000实验对象的储水箱灌满水(至最高高度)。(2) 打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至右上水箱的出 水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。(3) 打开右上水箱的出水阀至适当开度。2) 实验步骤(1) 打开丹麦泵、电动调节阀的电源开关。 启动DCS与 Advantrol Pro2.5上位机组态软件，进入主画面，然后进入实 验一画面。(3) 用鼠标点击调出PID窗体框，然后在“ MV栏中设定电动调节阀一个适当 开度。(此实验必须在手动状态下进行)(4) 、观察系统的被调量：右上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应 记录系统

8、输出值，以及水箱水位的高度 h1和上位机的测量显示值并填入下表。系统输出值水箱水位高度h1上位机显示值0100cmcm(5)、迅速增加系统输出值，增加5%勺输出量，记录此引起的阶跃响应的过程 参数，它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。T (秒)水箱水位h1(cm)上位机读数（cm）（6）、直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入下表:系统输出值水箱水位高度h1上位机显示值0100cmcm（7）、将系统输出值调回到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引 起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表：t （秒）水箱水位h1（cm）上位机读数（cm）（8）、重复上述实验

9、步骤六、实验报告要求（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。七、注意事项（1）本实验过程中，右上水箱出水阀不得任意改变开度大小。（2）阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止因 读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。一般阶跃信号取正常输入 信号的5%r15%（3）在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。八、思考题（1）在做本实验时，为什么不能任意变化右上水箱出水阀的开度大小？（2）用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验实验目的1）、熟悉双容水箱的数学模型及其阶

10、跃响应曲线。2）、根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线，分析双容系统的飞升特性。二、实验设备CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS空制系统与监控软件。三、实验原理V3 .,Q3kl图2-1双容水箱系统结构图如图2-1所示：这是由两个一阶非周期惯性环节串联 起来，输出量是下水箱的水位h2。当输入量有一个阶跃增 加 Q时，输出量变化的反应曲线如图 2-2所示的h2曲 线。它不再是简单的指数曲线，而是就使调节对象的飞升 特性在时间上更加落后一步。在图中S形曲线的拐点P上 作切线，它在时间轴上截出一段时间0A这段时间可以近 似地衡量由于多了一个容量而使飞升过程向后推迟的程 度，因此，称容量滞后

11、，通常以T C代表之。设流量 Q为双容水箱的输入量，下水箱的液位高度 h2为输出量，根据物料动态平衡关系,并考虑到液体传输过程中的时延，其传递函数为:器 G(S)K仃 1* S 1)(T2* S1) e(2-1)式中K=R3，Ti=RC, T2=RC2, R、F3分别为阀V2和Va的液阻，C和C2分别为上水箱和下水箱的容量系数。式中的 K、Ti和T2须从由实验求得的阶跃响应曲线上求出。具体的做法是在图2-3所示的阶跃响应曲线上取:1) 、h2 (t )稳态值的渐近线h2( g)；2) 、h2 (t) | t=t1 =0.4 h 2( g)时曲线上的 点A和对应的时间t1；3) 、h2 (t)

12、| t=t2 =0.8 h 2( g)时曲线上的 点B和对应的时间t2。然后，利用下面的近似公式计算式2-1中的参数K、T1和T2。其中：输入稳态值阶跃输入量t1 t22.16图2-3、阶跃响应曲线4)、h2()RoT1 T2对于式(2-1 )所示的二阶过程,0.32 t1/t 2 0.46。当 t1/t 2=0.32 时，可近似为一阶环节；当t1/t 2=0.46时，过程的传递函数 G(S)=K/(TS+1)2 (此时5)、T订2(T1T2)2(1.74 匕 0.55)t2=T2=T=(t1+t2)/2* 2.18)四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查：(1)、开通以丹麦泵、电动调节阀、电

13、磁流量计以及右下水箱出水阀所组成的 水路系统;关闭通往其他对象的切换。（2）、将右下水箱的出水阀开至适当开度。（3）、检查电源开关是否关闭。2、实验步骤1）、开启电源开关。启动计算机组态软件，进入实验系统相应的实验二。2）、开启单相泵电源开关，启动动力支路。在上位机软件界面用鼠标点击调 出PID窗体框，然后在“ MV栏中设定电动调节阀一个适当开度。（此实验必须 在手动状态下进行）将被控参数液位高度控制在 30%处（一般为10cm）。3） 、观察系统的被调量一一水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记 录系统输出值，以及水箱水位的高度h2和上位机的测量显示值并填入下表。系统输出值水箱水位高度h

14、2上位机显示值0100cmcm4）、迅速增加系统手动输出值，增加10%勺输出量，记录此引起的阶跃响应 的过程参数，均可在上位软件上获得各项参数和数据，并绘制过程变化曲线。T （秒）水箱水位h2（cm）上位机读数（cm）5）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，并填入下表:系统输出值水箱水位高度h2上位机显示值0100cmcm6）、将系统输出值调回到步骤4）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引 起的阶跃响应过程参数与曲线。填入下表：T （秒）水箱水位h2（cm）上位机读数（cm）7）、重复上述实验步骤五、注意事项1）做本实验过程中，阀10不得任意改变开度大小。2）阶跃信号不能取得太大，以免影

15、响正常运行；但也不能过小，以防止影响对象特性参数的精确性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%r15%3）在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。六、实验报告要求1）作出二阶环节的阶跃响应曲线。2）根据实验原理中所述的方法，求出二阶环节的相关参数。3）试比较二阶环节和一阶环节的不同之处。七、思考题1）在做本实验时，为什么不能任意变化右下水箱出水阀的开度大小？2）用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？实验三、加热水箱温度特性测试实验一、实验目的1）、熟悉温度特性的数学模型及其阶跃响应曲线。2）、根据由实际测得的温度阶跃响应曲线，分析温度的飞升特性。二、实验设备CS4000型过程

16、控制实验装置，PC机，DCS空制系统与监控软件三、实验原理加热水箱系统如图3-1所示，水箱中装有电加热管，通过调压模块调压的方式来调节加热功率。循环水流量可调，流入的冷水通过电加热管加热流出。 在循 环水流量恒定的情况下，出口水温可以认为主要受电加热管影响。 加热水箱对象 可以被看作一阶对象，与液位系统相比变化较慢，且存在着较大的滞后手动设定图3-1加热水箱系统示意图四、实验内容和步骤此实验以加热水箱的水温为检测对象，循环水流量恒定。1、打开储水箱进水阀，主管路泵阀，副管路泵阀，旁路阀，关闭其他手阀，将储水箱灌满水。打开五号加热水箱进水阀。2、实验步骤开启电源开关，启动计算机组态软件，进入实验

17、系统相应的实验三。1点击输出的设置按钮，设定输出值的大小，设定值为一个01的小数，对应调压模块。首先设定一个初始开度，如0.5。观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度（输出值）及水温填入下表。调压模块开度（输出值）水温t1C）2点击输出的设置按钮，改变输出值的大小，如0.9,记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以此数据绘制变化曲线，上位软件上亦可得到此曲线。t (s)t1 (C)3.观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度（输出值）及液位高度填入下表。调压模块开度（输出值）水温t1 (C)1.点击输出的设置按钮，将输出值的大小改回步骤5前的调压模块开度，如0.5,记录阶跃响应得过程

18、参数，填入下表，上位软件上亦可得到此曲线t (s)t1 (C)2.重复上述实验步骤五、实验报告1、作出加热水箱系统的阶跃响应曲线。2、根据实验一实验原理中所述的方法，求出加热水箱系统的相关参数。3、试比较温度系统与液位系统的不同之处。六、注意事项1、做本实验过程中，加热水箱出水阀不得任意改变开度大小，且不可过大。2、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。七、思考题1、在做本实验时，为什么不能任意变化加热水箱进水阀的开度大小？2、温度系统的滞后与二阶液位系统的滞后引起的原因是否相同。实验四、加热水箱温度二位式控制实验一、实验目的1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。2）、掌握位式控

19、制系统的工作原理、控制过程和控制特性。二、实验设备CS400C型过程控制实验装置，PC机，DCS空制系统与监控软件。三、实验原理1、温度传感器温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随 温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下：Rt = Rto 1 + a （t-t o）式中Rt温度为t（如室温20C）时的电阻值；Rto温度为to（通常为0C）时的电阻值；a电阻的温度系数。可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电 阻值的变化，就可达到温度测量的目的。虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化， 但是它们并不能都作为 测温

20、用的热电阻。作为热电阻材料的一般要求是：电阻温度系数大、电阻率要小、 热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性； 并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件PT10Q并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成， 具有很高的稳定性和耐震动等特 点，还具有较强的抗氧化能力。在0650C的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：23Rt= Rto（1+At+Bt +

21、Ct）式中Rt温度为t（如室温20C）时的电阻值；Rt o温度为to（通常为0C ）时的电阻值；A 、B、C是常数，这里的铂电阻为： A=3.90802*10_31/C, B=-5.802*10 J/C, C=-4.2735*10 -121/ CoRt-t的关系称为分度表。不同的测温元件用分度号来区别，如Pt100、Cu50等，它们都有不同的Rt-t关系。2、二位式温度控制系统二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是1.5KW电加 热管，被控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T,智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点开关控制电加热管的通断，图3-1为位式调节器的工作特性图，图3

22、-2为位式控制系统的方块图。出IDHL图4-1、位式调节器的特性图由图4-1可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环。因而图 4-2 所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两 种极限输出状态，故称这种控制器为两位调节器。该系统的工作原理是当被控制的水温测量值 V=T小于给定值Vs时，即测量 值给定值，且当e=VS-V禺dF时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常 闭，电加热管接通380V电源而加热。随着水温T的升高，Vp也不断增大，e相应变小。若T高于给定值，即VpVs, e为负值，若e-dF时，则两位调节器 的继电器线圈断开，常开触点复位断开，切断电加

23、热管的供电。由于这种控制方 式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。图4-2位式控制系统的方块图如图4-2位式控制系统的方框图所示，温度给定值在智能仪表上通过设定 获得。被控对象为锅炉内胆，被控制量为内胆水温。它由铂电阻PT10 0测定，输入到智能调节仪上。根据给定值加上 dF与测量的温度相比较向继电器线圈发出控制信号，从而达到控制内胆温度的目的。由过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振 荡过程，如图4-3所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质 指标来衡量，而用振幅和周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对4-3双位控

24、系统的过程曲线同一双位控制系统来说，若要振幅小, 则周期必然短；若要周期长，则振幅 必然大。因此通过合理选择中间区以 使振幅在限定范围内，而又尽可能获 得较长的周期。四、实验内容与步骤1、设备的连接和检查:（1）、开通以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计以及加热水箱进水阀所组成的水 路系统，关闭通往其他对象的切换阀。（2）、将加热水箱的出水阀关闭。（3）、检查电源开关是否关闭。2、启动电源，进入DCS运行软件，进入相应的实验四。在上位机调节好各项参 数以及设定值和回差dF的值。3、系统运行后，组态软件自动记录控制过程曲线。待稳定振荡 23个周期后, 观察位式控制过程曲线的振荡周期和振幅大小，记录实

25、验曲线。实验数据记录如下:S （秒）TC）4、适量改变给定值的大小，重复实验步骤 3）。5、把动力水路切换到锅炉夹套，启动实验装置的供水系统，给锅炉的外夹套加 流动冷却水，重复上述的实验步骤。五、注意事项1）、实验前，加热水箱的水位必须高于热电阻的测温点。2）、给定值必须要大于常温。3）、实验线路全部接好后，必须经指导老师检查认可后，方可通电源开始实 验。4）、在老师指导下将计算机接入系统，利用计算机显示屏作记录仪使用，保 存每次实验记录的数据和曲线。六、实验报告1）、画出不同dF时的系统被控制量的过渡过程曲线，记录相应的振荡周期 和振荡幅度大小。2）、画出加冷却水时被控量的过程曲线，并比较振

26、荡周期和振荡幅度大小。3）、综合分析位式控制特点。七、思考题1）、为什么缩小dF值时，能改善双位控制系统的性能？ dF值过小有什么影 响？2）、为什么实际的双位控制特性与理想的双位控制特性有着明显的差异？实验五、单容水箱液位 PID控制实验一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2）、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。3）、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。二、实验设备CS400C型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。三、实验原理扰动图5-1、实验原理图图5-1为单回路上水箱液位控制系统。单回路调节系统一般指在一个调

27、节对 象上用一个调节器来保持一个参数的恒定， 而调节器只接受一个测量信号，其输 出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的参数是液位的给定高度， 即控制的 任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。 根据控制框图，这是一个闭环 反馈单回路液位控制，采用DCSS统控制。当调节方案确定之后，接下来就是整 定调节器的参数，一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器 参数选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之， 控制器参数选择得不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。一个控制系 统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。一般言之，用比例（P）调节器的

28、系统是一个有差系统，比例度S的大小 不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI） 调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数S, Ti调节 合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（ PID）调节器是在PI 调节器的基础上再引入微分 D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而 对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。对于我们的实5-2中图5-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、

29、实验内容和步骤1）设备的连接和检查：（1）将实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至右上水箱的出 水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。（3）打开右上水箱的出水阀至适当开度。2）实验步骤1）启动动力支路电源。2）启动DCS与 Advantrol PRO2.5上位机组态软件，进入主画面，然后进入实 验五画面。3）在上位机软件界面用鼠标点击调出 PID窗体框，用鼠标按下自动按钮，在 “设定值”栏中输入设定的上水箱液位。4）比例调节控制（1）设定给定值，调整P参数。（2）、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可

30、通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后， 系统有稳态误差， 并记录余差大小。（3）、减小P重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。（4）、增大P重复步骤4,观察过渡过程曲线，并记录余差大小。（5）、选择合适的P,可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定 值由50%变为60%），同样可以得到一条过渡过程曲线。（6）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。五、实验报告要求1）、作出P调节器控制时，不同P值下的阶跃响应曲线。2）、作出PI调节器控制时，不同P和Ti值时的阶跃响应曲线。3）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分 D的作用。4）、比

31、较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。六、思考题1） 、试定性地分析三种调节器的参数 P、（P、Ti）和（P、Ti和Td）的变化 对控制过程各产生什么影响？2）、如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？实验六、双容水箱液位 PID整定实验、实验目的1）、熟悉单回路双容液位控制系统的组成和工作原理。2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的控制性能。3）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。、实验设备CS400C型过程控制实验装置、计算机、DCS控制系统与监控软件图6-1、双容水箱液位控制系统的方框图图6-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单

32、回路控制系统，它与实验五 不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期 望的高度，具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响功能。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器 Gc（ S）的结构和参数的合理选择。由于双 容水箱的数学模型是二阶的，故系统的稳定性不如单容液位控制系统。对于阶跃输入（包括阶跃扰动），这种系统用比例（P）调节器去控制，系统 有余差，且与比例度成正比，若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无 余差，而且只要调节器的参数S和 Ti调节得合理，也能使系统具有良好的动态 性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分 D的控

33、制 作用，从而使系统既无余差存在，又使其动态性能得到进一步改善。四、实验内容与步骤1、设备的连接和检查：（1）、将实验对象的储水箱灌满水（至最咼咼度）。（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至下水箱的出水 阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。（3）、打开下水箱的出水阀至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭。2、启动实验装置（1）打开电源，启动DCS与 Advantrol PRO2.5上位机组态软件，进入主画 面，然后进入实验六画面。（2）在上位机软件界面用鼠标点击调出 PID窗体框，用鼠标按下自动按钮， 在“设定值”栏中输入设定的下水箱液位。（3）在参数调整中反复

34、调整P，I，D三个参数，控制上水箱水位，同时兼顾 快速性，稳定性，准确性。（4）待系统的输出趋于平衡不变后，加入阶跃扰动信号（一般可通过改变设 定值的大小或打开旁路来实现）五、实验报告要求1）、画出双容水箱液位控制实验系统的结构图。2）、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分 D对系统性能的影响。六、思考题1）、为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定？2）、试用控制原理的相关理论分析 PID调节器的微分作用为什么不能太大？3） 、为什么微分作用引入必须缓慢进行？这时比例P是否要改变？为什么？4）、调节器参数（P、Ti和Td）的改变对整个控制过程有什么影响？实验七、加热水箱温度 P

35、ID控制实验一、实验目的1）、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。2）、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。3）、改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。二、实验设备CS400C型过程控制实验装置，PC机，DCS系统与监控软件。三、实验原理图7-1、温度控制系统原理图本系统所要保持的恒定参数是加热水箱温度给定值，即控制的任务是控制加热水箱温度等于给定值。根据控制框图，采用 DCSK制系统。四、实验内容与步骤1）、开通以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计以及加热水箱进水阀所组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀。2）、将加热水箱的出水阀关闭。3

36、）、检查电源开关是否关闭。4）、开启相关仪器和计算机软件，进入相应的实验七。5）、点击上位机界面上的“点击以下框体调出 PID参数”按钮，设定好给定值, 并根据实验情况反复调整P、I、D三个参数，直到获得满意的的测量值。6）、比例调节（P）控制待基本不再变化时，加入阶跃扰动（可通过改变调节器的设定值来实现） 观察并记录在当前比例P时的余差和超调量。每当改变值P后，再加同样大小的 阶跃信号，比较不同P时的ess和c p，并把数据填入表一中。表一、不同比例P时的余差和超调量P大中小essc p记录实验过程各项数据绘成过渡过程曲线。（数据可在软件上获得）7）比例积分调节（PI）控制（1）、在比例调节

37、器控制实验的基础上，待被调量平稳后，加入积分（I ）作 用，观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在 PI调节器控制下没 有余差。（2） 、固定比例P值，然后改变积分时间常数I值，观察加入扰动后被调量 的动态曲线，并记录不同I值时的超调量c p。表二、不同Ti值时的超调量c p积分时间常数I大中小超调量c P（3）、固定I于某一中间值，然后改变比例 P的大小，观察加扰动后被调量 的动态曲线，并记下相应的超调量c P。表三、不同S值时的超调量c P比例P大中小超调量c P（4）、选择合适的P和I值，使系统瞬态响应曲线为一条令人满意的曲线。 此曲线可通过改变设定值（如把设定值由50%曾加到

38、60%来实现。8）比例微分调节器（PD控制在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入微分作用（ D） 固定比例P值，改变微分时间常数D的大小，观察系统在阶跃输入作用下相应的 动态响应曲线。表四、不同D时的超调量和余差D大中小essc p9）比例积分微分（PID）调节器控制（1）、在比例调节器控制实验的基础上，待被调量平稳后，引入积分（ I ）作 用，使被调量回复到原设定值。减小 P,并同时增大I，观察加扰动信号后的被 调量的动态曲线，验证在PI调节器作用下，系统的余差为零。（2）、在PI控制的基础上加上适量的微分作用 “D”然后再对系统加扰动（扰 动幅值与前面的实验相同），比较所得的动

39、态曲线与用PI控制时的不同处。（3）、选择合适的P、I和D，以获得一条较满意的动态曲线。五、实验报告要求。1）、作比例调节器控制时，不同P值时的阶跃响应曲线，得到的结论是什么？2）、分析PI调节器控制时，不同P和I值对系统性能的影响？3）、绘制用PD调节器控制时系统的动态波形。4）、绘制用PID调节器控制时系统的动态波形。六、思考题1）、在阶跃扰动作用下，用PD调节器控制时，系统有没有余差存在？为什 么？2） 、在温度控制系统中，为什么用 PD和 PID控制，系统的性能并不比用 PI 控制有明显地改善？3）、连续温控与断续温控有何区别？为什么？实验八、短滞后温度PID控制实验一、实验目的1）、

40、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。2）、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。3）、改变P、PI、PD和PID的相关参数，观察它们对系统性能的影响。二、实验设备CS400C型过程控制实验装置，PC机，DCS系统与监控软件。三、实验原理图8-1、温度控制系统原理图整个纯滞后系统如图8-1所示，加热水箱为纯滞后水箱提供热水，在加热水 箱的出水口即纯滞后水箱的进水口装有温度传感器。纯滞后水箱，中间固定有一根有机玻璃圆柱，9块隔板呈环形排布在圆柱周围，将整个水箱分隔为9个扇形区间，热水首先流入A区间，再由底部进入B区间，流过B区间后再由顶部进 入C区间，如此再依次流过D、

41、E、F、G、H最后从I区间流出，测温点设在E、 H区间，当A区间进水水温发生变化时，各区间的水温要隔一段时间才发生变 化，当进水水流流速稳定在1.5L/Min时，与进水水温T1相比E区间的水温T2 滞后时间常数t约为4分钟，H区间的水温T3滞后时间常数t约为8分钟。各 隔板的上沿均低于水箱的外沿，这样如果水流意外过大则会漫过各隔板直接进入 I区间再流出。调压模块手动设定五号加热水箱 iIIICGA六号纯滞后水箱亡III Iit3t2iiiIi图8-1纯滞后系统示意图四、实验内容和步骤此实验以纯滞后水箱的水温为检测对象，循环水流量恒定。1、打开储水箱进水阀，主管路泵阀，副管路泵阀，旁路阀，关闭其

42、他手阀，将 储水箱灌满水。打开五号加热水箱进水阀。2、打开控制台及实验对象电源开关，启动 DCS系统，连接好通讯线，将组态文 件下载至现场控制器中，打开主管路泵、检测设备电源开关。启动上位软件, 进入实验八，如下图所示。3、 点击输出的设置按钮，设定输出值的大小，设定值为一个01的小数，对应 调压模块。首先设定一个初始开度，如 0.5。观察水温变化，当水温趋于平衡 时，将调压模块开度(输出值)及水温填入下表。调压模块开度进口水温t1C)短滞后水温t2(C)4、点击输出的设置按钮，改变输出值的大小，如0.9,记录阶跃响应得过程参数, 填入下表，以此数据绘制变化曲线，上位软件上亦可得到此曲线。t (s)t2C)5、观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度(输出值)及水温填入 下表。调压模块开度进