过程控制实训报告

过程控制实训报告

班级：电子A1532班

姓名：万懿锋

学号：3Z_______________

指导教师：曾伟

才报告成绩：________________________________

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

目录

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

实训报告

实

训

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

仪

器

算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个：

材

料

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、视器明锦析网线出I根A-RR拄件一个、羊桂生市一个、泄照内

5.SA-41挂件一个、

6.SA-42挂件一个、CP5611专用网卡及网

线；

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组学号37

专业自动化号姓名万懿锋屯了信息实验楼405

实训名

实训一三容水箱液位控制

称

实

训1•了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。

目

的2•掌握三阶系统调节器参数的整定与投运方法。

求

要

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、PkPDPID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。

实

训

原

理

图1-1三容液位定值控制系统

（a）结构图（b）方框图

本实训系统结构图和方框图如图1-1所示。不实训以上、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

1

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。

2

实训报告

始

实

训

数

据

记

录

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

实储水箱中贮足水量，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。

过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口的相

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

程自动切换的时间为：当上、中水箱液位基本稳定不变（一般约为3s5cm）且下水箱的液位趋于

给定值时切换为最佳。

思考题

结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>F1-11o

果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

及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；

分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，积分作用人强，系统的稔定性变差，超调量增

*匚大；积分时间大，枳分作用太弱，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。

3

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班级A1532组学号37

专业自动化号姓名万魏锋电子信息实验楼405

实训名

实训二下水箱液位与进水流量串级控制系统

称

实

训

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

仪

器

算机一台（DCS需两台计算机）、力用表一个：

材

料

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、嫁邮被叁刑!唧、4卷即33挂件一个、主控单元一个、数据交

5.SA-41挂件一个、

电缆根。CP5611专用网卡及网线；6.SA-42挂件一个、PC/PPI通讯

1•了解液位-流曼串级控制系统的组成原理。

实

训

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。

目

的

要

求3•了解阶跃扰句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-流量审级控制系统来用小同控制方案的实现过程。

匕

rrdj

图2-1下水箱液位与进水流量率级控制系统

（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,

关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

训

虞求系统的主控制量h等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。

咽

.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，

一

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FI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。

4

实训报告

始

实

训

数

据

记

录

本实训选择下水箱和电动调节阀支路组成审级控制系统（也可采用变频器支路）。实训之前

实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。

训

、思考题

过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：

程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.如果用二步整定浜整定主、副调节器的参数,其整定步骤怎样？

结答：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

果调节器？

答：因为主回路是一个定值控制系统，不允许有静杰误差，所以应该要有积分调

及节器,

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

分明。

答：说明如下：

析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，共至造成系统的不稳定。

②当副调节器的比例度改变时，会加强整个事级控制系统的抗干扰能力。

5

实训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

仪器算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个：

材料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、换般杼今洲网级四柢AWR拄件一个.土秒单元一个、和据书

5.SA-41挂件一个、

6.SA-42挂件一个、CP5611专用网卡及网

线；

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组学号37

专业自动化号姓名万懿锋电了信息实验楼435

实训名

实训三盘管出水口温度滞后控制系统

称

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。

实

训

原

理

6

实训报告

(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，将盘管出口钳电阻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

热强座，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。

实训I

目的

要求

7

始

实

训

数

据

记

录

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

实控对象，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

训都关闭。将变频器A、BC三端

、寸连接到三相磁力驱动泵（220V）,打开变频器电源并手动调4变频器频率，给锅炉内胆贮适量水

建（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、

程F26F1-13.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.试分析纯滞后环行对系统动态性能的影响？

结答：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卜，会比较晚的作用到被控量上。

果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。

及2.纯滞后环节的弓I人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。

分

8

实训报告

院（系）：电子工程学院课程名称：过程控制实训日期：2018.11/9

班级A1532组学号37

专业自动化号姓名万魏锋电子信息实验楼405

实训名

实训四盘管出小口水温与热水流量的串级控制系统

称

实训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

仪器算•机一台（DCS需两台计算机）、力用表一个：

材料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、斑骷胶卷押唧3卷A-33挂件一个、主控单元一个、数据交

5.SA-41挂件一个、

电缆根。级控制系统的结构G瞬段J专用网卡及网线；6.SA-42挂件一个、PC/PPI通讯

2•掌握温度-流量串级控制系统的参数整定与投运方法。

实训3•研究阶跃扰可分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

目的4•主、副调节器参数的改变对系统性能的影响。

要求

（8）结构图（b）方框图

关

训本实训系统的主控量为卜水箱的液位高度h,副控量为电动调由阀支路流量Q,

虞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

咽

，求系统的主控制量h等于给定值，因而系统的主调节料应为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、快速地复现主诵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4-1

o

9

原

始

实

训

数

据

记

录

实本实训选择盘管水温和热水流虽组成中级控制系统。实训之前先将储水箱中贮

足水量,然后将阀门F2-1、F26F1-12,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最有

影响。

2、力什么本立川中的副.I调行黑为PI洲皆黑.如里琳什为PM分桁对东绿的世

果能有什么影响？

答：影响如下：

及

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，昧而副调节器可米用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

比例控制作用偏弱，为此播引入积分作用，即采用PI控制规律。引入枳分作用的目

析的不是消除静差，而是增强控制作用。

10

实训报告

院（系）：电子工程学院课程名称：过程控制实训日期：2018.11/9

班级A1532组学号37

专业自动化号姓名万懿锋电子信息实验楼405

实训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〜个、计

仪器算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个:

材料2.SA-12挂件一个、RS485/232转换器-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、换解两集则网缴目根A-RR拄件一个.全棒单元一个、和据书

5.SA-41挂件一个、

专用网上及网

6.SA-42挂件一个、CP5611

线；

实训1.熟悉温度串级控制系统的结构与组成。

目的2.掌握温度串级控制系统的参数整定与投运方法。

要求3•研究阶跃扰为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。

(b

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

实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

训

原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

理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捽制规律.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。

11

实训名

实训五盘管出口与锅炉内胆的水温串级控制系统

称

12

原

始

实

训

数

据

记

录

本实训诜择席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

实

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

训

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、、、打开阀、

过F2-1F2-6F2-9F2-10,F2-2F2-

7、F2-8,为给就管供热水作好准备。

程思考题

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%什么木立川中的副.I谓节舞为PI曲节舞.加I里港计■为P状外桁对系膝的神

能有什么影响?

结

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。

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

及

比例控制作用偏弱，为此需引入枳分作用，即采用PI控制规律。引入枳分作用的目

的不是消除鄢差，而是增强控制作用。

分

析

13

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组学号37

专业自动化号姓名万懿锋电子信息实验楼405

实训名

实训六单闭环流量定值控制系统

称

实训1.实训对象及控制屏、SA-11挂件-个、SA-13挂件•个、SA-14挂件•个、计

仪器算机一台（DCS需两台计算机）、万用衣一个：

材料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SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交

个、换器两个，网线四

根:CP5611专用网卡及网线;6.SA-42挂件一个、PC/PPI通讯

电缆根。

实训1•了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理。

目的2•掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法。

要求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。

5.掌握同•控制系统采用不同控制方案的实现过程。

图6-1单闭环流鼠定值控制系统

结构图（方框图

实（8）b）

训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

原

理用变频常支路）的流量，实训要求电动阀支路流量稳定至给定值。