过控控制系统综合设计实验

过程计算机控制系统实验报告实验一组合型过程控制系统简介及过程控制演示一、 festo紧凑型过程控制系统介绍festo紧凑型过程控制系统如图1-1所示，在这套系统上，我们可以进行液位、温度、压力、流量的控制。

图 1-1二、组合式过程控制系统介绍结合过程计算机控制系统理论的学习，我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式—单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。

三、主要仪器与设备1、计算机2、接口板pcl-812pgpcl-812pg是一块高性能，高速度的多功能数据采集卡，它适用于ibm pc以及其它兼容机。

pcl-812pg在一块卡上包含了所有的数据采集功能，如：16路a/d，2路d/a，16路di，16路do，1路定时器、计数器通道，其中a/d数据采集为12位。

pcl-812pg板卡的具体布局如图1-2。

图1-2图中：sw1：基地址设定。

（220h）cn1：16位数字输出。

cn2：16位数字输入。

cn3：模拟输入/输出以及记数器/定时器。

jp1、jp2：dma（直接数据传输）通道设定。

（no dma） jp3：中断级别设定。

（5） jp4：时钟源设定。

（外部时钟）jp5：内/外部触发设定。

（内部触发）jp6、jp7：d/a参考电压设定。

（内部参考电压） jp8：内部参考电压设定。

（-10v） jp9：a/d输入范围设定。

(-10v to +10v)cn3接口管脚说明如图1-3所示。

图 1-33、水箱：水箱如图1-4所示。

技术参数见表1-1。

图 1-4表1-14、流量传感器流量传感器如图1-5，主要技术参数见表1-2。

表 1-25、比例阀1094-pmr比例阀如图1-6，主要技术指标见表1-3。

表 1-31094-pmr比例阀接口如图1-7所示。

端子2：+24v，端子3：24v地，端子4：输出控制信号。

r1：最小流量调节，r2：最大流量调节，r3：延迟时间调节。

第一章实验装置说明第一节系统概述一、概述“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。

它是本企业根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。

本装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。

该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。

本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC 远程数据采集，DCS分布式控制，PLC可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统，它既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。

学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：1．传感器特性的认识和零点迁移；2．自动化仪表的初步使用；3．变频器的基本原理和初步使用；4．电动调节阀的调节特性和原理；5．测定被控对象特性的方法；6．单回路控制系统的参数整定；7．串级控制系统的参数整定；8．复杂控制回路系统的参数整定；9．控制参数对控制系统的品质指标的要求；10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。

二、系统特点●真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。

●被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。

●具有广泛的扩展性和后续开发功能，所有I/O信号全部采用国际标准IEC信号。

●具有控制参数和控制方案的多样化。

通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实验项目。

2017-2018（2）“过程控制系统综合实践”报告设计时间： 2018年 6月28日～ 7 月7日课程设计（大型作业）任务书（2017/2018 学年第二学期）老师签名：教研室主任（系主任）签名：一、设计目的1、了解实际控制系统的组成和使用的自动化仪表，掌握被控对象的建模方法，熟悉PID控制律的选择规则和控制器的整定原则；2、了解串级控制系统的结构、工作原理和设计方法，完成水箱液位串级控制的实物实验；3、掌握串级、前馈、比值、S mith预估器、解耦等复杂控制方法的设计和应用原则，能根据复杂被控对象的特点，选择合适的复杂控制手段，完成控制器参数的整定，尽可能提高系统的控制品质；4、尝试高级的、智能的控制算法的应用。

二、设计内容、要求及组织形式1、设计内容（1）实物实验：完成实物实验（实验指导书可在“课程网站→首页-教学公告→点击查看更多→实践教学→更多”中下载）；（2）仿真设计：针对实际生产过程中的复杂对象进行控制系统的设计与仿真，达到预定的控制目标（具体课题由指导老师布置）。

2、要求（1）实物实验：要求画出控制系统原理图和实验系统的设备连接图，详细记录实验过程和数据，打印波形图，并进行系统特性对比和分析；（2）仿真设计：要求分析被控对象的特性，画出控制系统的方框图和P&ID图，记录仿真过程中的典型数据和波形图，对仿真过程中的出现的问题进行说明和总结。

三、设计进度及安排（时间及地点）四、考核形式及成绩评定办法1、考核形式采用分项考核方式，通过综合实验表现、答疑情况、中期检查结果、答辩表现、报告质量等多个环节来共同确定成绩。

2、成绩评定方向实物实验部分成绩仿真部分成绩实验内容成绩比例自动化（火电、核电方向）双容水箱串级控制系统实验50%50%首次出勤、实验时的表现、中期检查情况、答辩和报告均计入本次课程设计考核内容。

目录第一部分双容水箱液位串级PID控制实物实验一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验步骤 (3)四、数据记录及处理 (8)五、结果分析 (10)六、思考题 (11)七、分析与总结 (12)第二部分催化裂化再生器压力控制系统设计与仿真一、设计内容和要求 (13)二、设计原理 (15)三、仿真记录 (17)四、结果分析 (19)五、改进设计 (19)六、总结 (22)第一部分双容水箱液位串级PID控制实物实验时间： 2018年7月2日同组人：顾思远一、实验目的1、进一步熟悉PID调节规律；2、学习串级PID控制系统的组成和原理；3、学习串级PID控制系统投运和参数整定。

控制系统设计实验报告本实验旨在设计并验证一个基本控制系统，通过对系统的各种参数进行调整，以实现对被控对象的控制。

在本实验中，我们将尝试使用PID控制器来控制一个由电机驱动的转动物体的角度。

通过调整PID控制器的参数，我们将研究不同参数对系统性能的影响，以及如何优化控制系统以实现更精确的控制。

1. 实验设备与原理我们使用的控制系统由以下几个部分组成：电机驱动的转动物体、编码器、PID控制器、电机驱动器以及PC这几个基础模块。

电机驱动的转动物体作为被控对象，编码器用于检测物体的实际角度，PID控制器根据检测到的角度与期望角度之间的误差来调整控制信号，电机驱动器根据PID控制器输出的信号驱动电机进行运动，PC用于设置期望角度、监控系统运行情况以及调整PID控制器的参数。

2. 实验步骤首先，我们需要连接各个模块，确保他们能够正常工作。

然后，在PC上设置期望角度，并将PID控制器初始参数设为0，0，0。

启动系统后，我们可以观察到被控对象的实际角度逐渐接近期望角度。

接下来，我们开始调整PID控制器的参数，首先逐步增大比例系数Kp，观察系统响应速度以及超调量的变化。

然后，我们继续增大积分系数Ki，观察系统的稳定性和静差的变化。

最后，我们调整微分系数Kd，观察系统对干扰的抑制能力。

通过这一系列操作，我们可以找到最佳的PID控制器参数组合，使系统表现出最优的性能。

3. 实验结果与分析经过多次实验，我们得到了一组最佳的PID控制器参数：Kp=1.2，Ki=0.5，Kd=0.1。

使用这组参数，系统能够在较短的时间内将被控对象的实际角度调整到期望角度，且幅度较小的超调量。

同时，系统对干扰的抑制也表现出较好的效果，能够快速回到期望角度。

4. 结论与展望通过本实验，我们成功设计并验证了一个基本的控制系统，并找到了最佳的PID控制器参数组合。

在今后的研究中，我们可以进一步优化控制系统，尝试其他类型的控制器，如模糊控制器、神经网络控制器等，以实现更加精确和高效的控制。

2017-2018（2）“过程控制系统综合实践”报告设计时间：2018年6月28日～7 月7日课程设计（大型作业）任务书（2017/2018 学年第二学期）老师签名：教研室主任（系主任）签名：一、设计目的1、了解实际控制系统的组成和使用的自动化仪表，掌握被控对象的建模方法，熟悉PID控制律的选择规则和控制器的整定原则；2、了解串级控制系统的结构、工作原理和设计方法，完成水箱液位串级控制的实物实验；3、掌握串级、前馈、比值、S mith预估器、解耦等复杂控制方法的设计和应用原则，能根据复杂被控对象的特点，选择合适的复杂控制手段，完成控制器参数的整定，尽可能提高系统的控制品质；4、尝试高级的、智能的控制算法的应用。

二、设计内容、要求及组织形式1、设计内容（1）实物实验：完成实物实验（实验指导书可在“课程网站→首页-教学公告→点击查看更多→实践教学→更多”中下载）；（2）仿真设计：针对实际生产过程中的复杂对象进行控制系统的设计与仿真，达到预定的控制目标（具体课题由指导老师布置）。

2、要求（1）实物实验：要求画出控制系统原理图和实验系统的设备连接图，详细记录实验过程和数据，打印波形图，并进行系统特性对比和分析；（2）仿真设计：要求分析被控对象的特性，画出控制系统的方框图和P&ID图，记录仿真过程中的典型数据和波形图，对仿真过程中的出现的问题进行说明和总结。

三、设计进度及安排（时间及地点）四、考核形式及成绩评定办法1、考核形式采用分项考核方式，通过综合实验表现、答疑情况、中期检查结果、答辩表现、报告质量等多个环节来共同确定成绩。

2、成绩评定方向实物实验部分成绩仿真部分成绩实验内容成绩比例自动化（火电、核电方向）双容水箱串级控制系统实验50% 50% 首次出勤、实验时的表现、中期检查情况、答辩和报告均计入本次课程设计考核内容。

目录第一部分双容水箱液位串级PID控制实物实验一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)三、实验步骤 (3)四、数据记录及处理 (8)五、结果分析 (10)六、思考题 (11)七、分析与总结 (12)第二部分催化裂化再生器压力控制系统设计与仿真一、设计内容和要求 (13)二、设计原理 (15)三、仿真记录 (17)四、结果分析 (19)五、改进设计 (19)六、总结 (22)第一部分双容水箱液位串级PID控制实物实验时间：2018年7月2日同组人：顾思远一、实验目的1、进一步熟悉PID调节规律；2、学习串级PID控制系统的组成和原理；3、学习串级PID控制系统投运和参数整定。

实验六控制系统综合实验实验报告班级：化工卓越1201姓名：***学号：********实验内容1、执行器气开气关选择和控制器正反作用选择；要求液体不溢出，并写下选择结果。

执行器：气开控制器：反作用2、装置运行1）出水阀开在50%；2）控制器手动操作，调节MV信号，手动将液位调在40%；3）在手动操作下将液位再次调在60%，思考如何操作才能完成？并观察液位稳定时进水量和出水量之间的关系。

答：不断调节MV，直到选取的MV值能使液位稳定在60%。

液位稳定时进水量和出水量基本相等。

4）PID参数调整在Kc=2，Ti=5s，Td=0s，切换到自动。

5）在自动操作下改变给定值，观察一会，再切换到手动操作，观察手自动切换是否无扰动？手自动切换过程中给定值发生什么变化？答：手自动切换无干扰。

手自动切换时给定值基本无变化6）转换控制器正反作用，观察控制器正反作用选择错误会出现什么情况？答：液面将很快溢出液罐3、纯比例控制作用下的过渡过程测试1）出水阀开在50%，先手动操作，将液位稳定在50%左右。

2）调整PID参数：Kc=1，Ti>5000s，Td=0s。

3）切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。

4）再切换到手动操作，将液位稳定在50%左右，调整Kc=3，切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。

5）再切换到手动操作，将液位稳定在50%左右，调整Kc=5，切换到自动，将Sv由50%变化到60%，观察过渡过程，将图存下。

回答：1）纯比例作用是否存在余差？答：存在余差。

2）随着Kc增加，控制器输出发生什么变化？过渡过程会出现什么变化？余差如何变化？答：随Kc增加，控制器输出增大。

过渡过程变化：液位波动增大，波动频率变快，达到稳定所需时间变长，且稳定后显示偏离给定值程度较大。

余差增大。

4、PI作用下的过渡过程测试1）出水阀开在50%，先手动操作，将液位稳定在50%左右。

一、实验目的1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。

2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。

3、重点掌握使用DCS系统组态软件进行组态的工作流程。

4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成水箱液位自动控制系统的设计与分析。

5、深入理解控制器参数的调整原理。

二、实验内容1、组态系统运行及调试熟悉过程实训装置，了解其工作原理，找出所有输入输出量；熟悉DCS控制系统，设置I/O端口；在组态中进行I/O组态、控制方案组态、流程图、趋势图组态等。

在主控制卡组态完成之后，控制站I/O组态的顺序为数据转发卡组态、I/O卡件组态、I/O点组态以及控制方案组态四个部分。

组态顺序依次为：数据转发卡组态——I/O卡件组态——I/O点组态——控制方案组态。

I/O 卡件是和现场直接相连的设备，现场信号通过电缆到达 I/O 卡件，I/O 卡件处理后将数据送给数据转发卡，数据转发卡再送到主控制站进行运算。

而主控制卡就算出来的控制结果则通过数据转发卡到达 I/O 卡件，通过 I/O 卡件送到现场执行机构，每个 I/O 卡件必须隶属于某个数据转发卡，而每个数据转发卡可以转发多个I/O卡件的数据。

2、对象特性测试（1）熟悉工艺流程，绘制装置流程图（2）机理建模 一阶水箱： 只考虑下水箱，经线性化处理有：1211()()()Q S Q S A S H S ∆-∆=∆ )(2S Q ∆=)(1S H ∆/R 2 考虑滞后，所以可得：)(1S H ∆/)(1S Q ∆=K*s e ⋅-τ/(Ts+1) 其中T=A 1R 2 二阶水箱：该系统控制的是有纯延迟环节的二阶双容水箱，其中12A A 分别为水箱的底面积，123q q q 为水流量，12R R 为阀门1、2的阻力，称为液阻或流阻。

则根据物料平衡对水箱1有：拉式变换得：1211()()()Q S Q S A S H S ∆-∆=∆ 212)()(R S H S Q ∆=∆ 对水箱2： dth d A q q 2232∆=∆-∆ 323R h q ∆=∆dt h d A q q 1121∆=∆-∆212R h q ∆=∆212R h q ∆=∆dth d A q q 1121∆=∆-∆拉式变换得： )()()(2232S H S A S Q S Q ∆=∆-∆ 223)()(R S H S Q ∆=∆ 则对象的传递函数为：)()()(120S Q S H S W ∆∆=)1)(1(32213++=S R A S R A R )1)(1(21++=S T S T K 其中211R A T =为水箱1的时间常数，322R A T =水箱2的时间常数，K为双容对象的放大系数。

实验一了解实验系统一、实验目的1、了解实验装置结构和组成。

2、了解信号的传输方式和路径。

3、掌握实验装置的基本操作。

4、了解仪表控制系统的使用二、实验设备THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、实验平台介绍本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。

供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。

一、被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。

1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。

上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。

上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。

水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。

水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。

上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。

储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝，完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。

储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。

2．模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。

做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。

过程控制系统综合设计实验报告项目：过程控制系统综合设计班级：自动化133姓名：学号：指导老师：一：实验目的及要求目的：1.结合比值控制系统、串级控制系统、前馈反馈控制系统、解耦控制系统的实施，掌握DDC系统应用，以及安装；2.掌握P900系列智能调节器的参数整定与操作；3.掌握各类标准信号的测定方法；4.掌握传感器、执行器的使用；5.掌握数学建模方法以及PID参数的整定方法。

要求：1、按照实验指导书上的任务完成实验内容；2、记录数据以及实验结果，保存实验结果图；3、完成实验报告的设计，撰写，分析并处理实验结果；4、进行答辩。

二：实验过程及实验结果实验一、长滞后环节温度PID 控制实验 一、实验目的1、熟悉纯滞后（温度）对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

2、根据由实际测得的纯滞后（温度）阶跃响应曲线，分析加热系统的飞升特性。

二、实验器材CS4100型过程控制实验装置配置：C3000过程控制器、实验连接线。

三、实验原理整个纯滞后系统如图4-1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 、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τ约为4分钟，H 区间的水温T3滞后时间常数τ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。

AB C D E F G H I t2t3六号纯滞后水箱五号加热水箱调压模块手动设定Qt1图3-1 纯滞后系统示意图四、实验过程及实验结果记录1、打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、加热、检测设备电源开关。

控制系统综合实训实践教学设计书一、教学目标1．掌握较复杂顺序系统的PLC编程、运行和调试能力；2．能根据调速要求进行变频器功能、参数设置的操作；3．能用PLC控制变频器实现各种功能，完成PLC程序设计，电器元件的选用和变频器功能、参数设置；4．具有利用网络、数据手册、厂商名录等获取和查阅技术资料的能力；5．培养学生良好的沟通能力和团队协作精神，规范操作和安全文明生产的职业习惯。

二、教学内容情境一用PLC控制的化工混料应工艺流程一、控制要求：图1-1中SQ1、SQ2、SQ3为液面传感器开关，YV1、YV2、YV3为电磁阀，M为搅拌电动机。

1）初始状态：即启动搅拌器之前，容器是空的，各电磁阀YV1=YV2=YV3=OFF关闭，传感器开关SQ1=SQ2=SQ3=OFF，电机M=OFF，温度传感器ST=OFF，电偶加热器EH=OFF；2）工艺流程：搅拌器开始工作时，先按一下SB1启动按钮，YV1打开，开始注入液体A，当液面达到SQ3时，SQ3=ON，继续注入液体A。

当液面达到SQ2时，SQ2=ON，电磁阀YV1=OFF关闭，YV2=ON打开,开始注入液体B。

当液面达到SQ1时，SQ1=ON，电磁阀YV2=OFF关闭，停止注入液体B，电机M=ON开始搅拌，10S后，M=OFF搅拌停止，电偶加热器EH=ON开始加热，当温度升到工艺设定值时，温度传感器ST=ON，EH=OFF停止加图1-1 化工混料应工艺流程示意图热，电磁阀YV3=ON打开，放出混合液体，当液面低于SQ3，SQ3=OFF时，延时5S，待液体放空，电磁阀Y3=OFF关闭，自动开始下一个操作循环。

3）停止控制：若在工作中按下停止按钮SB2，只能停在初始状态上，即只有混合液体处理完毕后，工艺系统才能停止工作。

二、PLC 程序设计1．选择PLC 型号并画出I/O 接线图 1）选择PLC 型号。

根据PLC 的I/O 点数确定，选择PLC 型号为FX 2N -48MR 主机完全可以满足控制要求。

过程控制综合实验报告目录1.流量比值控制系统 (2)2.液位和进口流量串级控制 (5)3.流量-液位前馈反馈控制91 流量比值控制系统1.1 流量比值控制系统描述流量比值控制系统控制流程图如图1.1所示:图1.1 流量比值控制流程图流量比值控制测点清单如表1.1所示:表1.1流量比值控制控制测点清单水介质一路（简称为I路）由泵P101（变频器驱动, 手动控制作为给定值）从水箱V104中加压获得压头, 经电磁阀XV-101进入V103, 水流量可通过变频器或者手阀QV-106来调节；另一路（简称为II路）由泵P102从水箱V104加压获得压头, 经由调节阀FV-101.水箱V103.手阀QV-116回流至水箱V104形成水循环, 通过调节阀FV-101调节此路的水流量；其中, I路水流量通过涡轮流量计FT-101测得, II 路水流量通过电磁流量计FT-102测得。

本题为比值调节系统, 调节阀FV-101为操纵变量, FT-102的测量值与FT-101的测量值经除法器运算后结果作为FTC-101的测量值, FT-102是被控变量。

1.2 控制算法和编程这是一个单闭环流量比值控制系统, 流量计FT-101流量与流量计FT-102成比例控制, 如图1.2所示。

1.3 操作过程和调试编写控制器算法程序, 下装调试；编写测试组态工程, 连接控制器, 进行联合调试。

2.在现场系统上, 打开手阀QV-102.QV-105, QV115, QV106, 电磁阀XV101直接打开（面板上DOCOM接24V, XV101接GND）。

3.在控制系统上, 将支路1流量变送器（FT-101）输出连接到控制器AI1, 将支路2流量变送器（FT-102）输出连接到控制器AI0, 变频器控制端连接到AO0, 调节阀FV-101控制端连接到AO1, 且变频器手动控制。

4.打开设备电源, 包括调节阀电源, 变频器电源, 变频器设为外部信号操作模式。

过程控制工程实验报告实验一 单回路控制系统一、实验目的1、 掌握A3000过程试验装置的结构和管路流程，掌握SUPCON DCS 的操作使用方法。

2、掌握对象特性测试方法。

2、了解单回路控制的特点和调节品质，掌握PID 参数对控制性能的影响。

3、学会分析执行器风开风关特性的选择及调节器正反作用的确定。

4、初步掌握单回路控制系统的投运步骤以及单回路控制器参数调整方法。

二、实验设备A3000过程对象的下水箱V103，SUPCON DCS ，支路系统1，支路系统2。

三、实验原理和流程（一）实验原理1． 单容自衡对象动态特性测试所谓单容指只有一个贮蓄容器。

自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。

如图1.1，水流入量Qi 由调节阀u 控制，流出量Qo 则由用户通过闸板开度来改变。

被调量为水位H 。

通过物料平衡推导出的公式： LT103图1.1单容水箱液位数学模型的测定Q o h Q iFV101u k Q H k Q u i O ==,，则 )(1H u k A dt dH u α-=，其中，A 是水槽横截面积，u k 是调节阀系数，α为流量系数，在工作点处进行线性化和增量化，得：u R k H dt H d RA u ∆=∆+∆，其中，α02H R =就是水阻。

进行拉普拉斯变换，得该系统的传递函数数学模型为：1)()()(+=∆∆=TS K s U s H S G 如果对象具有滞后特性时，传递函数为：s e TS K s U s H S G τ-+=∆∆=1)()()( 模型中τ、、T K 分别为对象增益、时间常数、纯滞后时间，这三个参数可以根据对象的阶跃相应曲线进行求取，如图1.2，一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T ，也可由坐标原点对响应曲线作切线OA ，切线与稳态值交点A 所对应的时间就是该时间常数T 。

过程控制系统综合设计报告班级：姓名：学号：学期：一、实验目的与要求1．掌握DDC控制特点；2．熟悉CS4100实验装置，掌握液位控制系统和温度控制系统构成；3．熟悉智能仪表参数调整方法及各参数含义；4．掌握由CS4100实验装置设计流量比值控制、液位串接控制、液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制等设计方法；5．掌握实验测定法建模，并以纯滞后水箱温度控制系统作为工程案例，掌握纯滞后水箱温度控制系统的建模，并用DDC控制方案完成控制算法的设计及系统调试。

以水箱流量比值控制、水箱液位串接控制、水箱液位前馈反馈控制及四水箱解耦控制为被被控对象，完成系统管路设计、电气线路设计、控制方案确定、系统调试、调试结果分析等过程的训练。

以纯滞后水箱作为被控对象，以第二个水箱长滞后温度作为被控量，完成从实验测定法模型建立、管路设计、线路设计、控制方案确定、系统调试、结果分析等过程的训练。

具体要求为：1）检索资料，熟悉传感器、执行器机械结构及工作原理。

2）熟悉CS4100过控实验装置的机械结构，进行管路设计及硬件接线；3）掌握纯滞后水箱温度控制系统数学模型的建立方法，并建立数学模型；4）掌握智能仪表参数调节方法；5）进行控制方案设计，结合具体数学模型，计算系统所能达到性能指标，并通过仿真掌握控制参数的整定方法；6）掌握系统联调的步骤方法，调试参数的记录方法，动态曲线的测定记录方法。

记录实验数据，采用数值处理方法和相关软件对实验数据进行处理并加以分析，记录实验曲线，与理论分析结果对比，得出有意义的结论。

7）撰写实验设计报告、实验报告，具体要求见：（五）实践报告的内容与要求。

二、实验仪器设备与器件1.CS4100过程控制实验装置2.PC机（组态软件）3.P909智能仪表若干三、实验原理分析3.1系统建模综述3.1.1系统建模的概念工业过程的数学模型分为动态数学模型和静态数学模型。

动态数学模型是输出变量与输入变量之间随着时间而变化的动态关系的数学描述。

过控实验指导本章开始进⾏控制系统设计。

主要是单回路PID设计，其中PID参数的调整是⼀个⾮常⿇烦的⼯作，同学们需要不断总结经验。

实验1 单闭环流量控制实验⼀、实验⽬的1、掌握单回路控制的特点2、了解PI控制特点，以及对控制效果的评价。

3、掌握通过调节阀控制流量的原理和操作。

⼆、实验设备A3000现场系统，任何⼀个控制系统。

三、实验原理与介绍1、单回路控制逻辑调节阀流量控制实验逻辑关系如图5-1所⽰。

FIC指⽤于流量的调节器，这个调节器可能是智能仪表，也可以是计算机上的PID调节器，也可以是PLC中的PID调节器。

类似的TIC就是⽤于温度控制的调节器。

图5-1 流量计流量定值控制实验该控制逻辑是⼀个经典的单回路流量控制系统。

单回路调节系统⼀般指在⼀个调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。

本系统所要保持的恒定参数是管道流量，即控制的任务是控制流量等于给定值所要求的⼤⼩。

根据控制框图，这是⼀个闭环反馈型单回路流量控制，采⽤PID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。

因此，当⼀个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是⼀个很重要的实际问题。

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)调节器的系统是⼀个有差系统，⽐例度δ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δ，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)。

开放性实验项目实验报告学院专业实验人指导教师实验日期南京工业大学自动化学院实验一单回路流量PID控制实验一、实验目的1、学习单回路流量PID控制系统的组成和原理2、进一步掌握PID的调节规律3、进一步掌握PID控制器参数的整定方法二、实验设备1、四水箱实验系统DDC实验软件2、PC机（Windows 2000 Professional 操作系统）三、实验原理单回路调节系统，一般是指用一个控制器来控制一个被控对象，其中控制器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

单回路流量PID控制系统也是一种单回路调节系统，典型的单回路流量PID控制系统如下图所示：图1-1 单回路流量PID控制系统的方框图在单回路流量PID控制系统中，以液位为被控量。

其中，测量电路主要功能是测量对象的液位并对其进行归一化等处理；PID控制器是整个控制系统的核心，控制单回路的流量达到期望的设定值。

四、实验简要介绍：实验中选择“管路1”作为控制回路，此时只有管路1的PID控制器是有效的。

关闭上水箱3的进水和出水阀门，打开下水箱1的进水阀门和出水阀门，调节水箱1的液位平衡。

设置管路1流量控制器的PID参数，给流量控制器设定值，进行参数整定，使测得的流量值较快的、平滑的稳定在设定值，得到理想的控制曲线。

实验界面图如图1-2所示：五、数据处理及实验曲线：图1-3 P=1，I=50图1-4 P=5，I=10该实验的被控变量是管路1的流量。

图1-3的PID参数为：P=1，I=50。

从曲线可以看出，在该参数的调节下，管路1的流量能稳定在设定值，控制阀的调节比较平稳，具有好的稳态性能，但响应时间相对较长，需要长时间的过渡才能达到设定值。

图1-4的PID参数为：P=5，I=10，从图中可看出，在13：30分左右引入此PID参数，控制器设为“自动”，加入一阶跃扰动后，管路1的流量能在2分钟内达到设定值，以后就稳定在设定值，余差为0，所以具有很好的稳态性能，很短的过渡时间，系统响应较快。

实验五过程控制综合实验一、简介过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动。

使设计、制造、装配安装等不同程度上自动地进行。

过程装备控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。

因此，过程装备控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器、仪表等相结合而构成的一门综合性应用科学。

而工业生产过程中都是在一定的温度、压力、物位等工艺条件下进行的。

为此必须对这些工艺变量进行控制，使其稳定在保证生产正常运行的范围内。

为了实现控制要求，通常有两种方式可以选择：人工控制和自动控制。

GZS__1型过程控制实验装置，是由实验操作台和控制对象柜两部分组成，由六对航空接头通过专用多芯电缆连线，可实验流量、压力、温度、水位等物理参数自动控制和数学模型搭建实验，供学生定性定量绘制各类特性曲线，实验所需全部仪器、仪表及设备可操作部件均有序安装于面板上，仅专用安全导线插接即可进行实验。

二、实验装置1. 实验台结构实验操作台：采用优质钢板摸压制成，表面双层喷塑，机械强度大，不易变形。

实验操作台底部两侧各装有一对高强度尼龙定向转轮和万向转轮，移动实验操作台灵活方便，总承载能力约300㎏，操作台桌面由防火，耐热，高绝缘性能密度板制成，如7-1图所示。

图7-1 实验操作台2. 实验台操作面板：实验台操作面板由11块仪表模板组成总长1660㎜高570㎜，如图7-2所示。

实验台操作台面板上的模板内容有：1）供电系统设备：三级组合开关，中间继电器钥匙电源开关，交流电压表，指示灯。

2）安全及联锁保护系统设备：热继电器，电流型漏电保护器，差动式触电保护器，专用接地端子。

3）仪器仪表：24VDC直流稳压电源，直流恒流电源组，热继电器，单回路PID连续电动调节器，智能调节器，带伺服放大器，电动操作器，温度变送器，信号转换器，电动加减器，微分器，三相移相触发器，双相可控硅组，状态切换开关，直流复合标准表（电压、电流）。

一、实习背景随着我国经济的快速发展，自动化控制技术得到了广泛应用。

为了提高自身实践能力，更好地将理论知识应用于实际工作中，我于2021年6月至8月在XX公司进行了为期两个月的过控实习。

本次实习让我对过控领域有了更深入的了解，为今后的学习和工作打下了坚实的基础。

二、实习单位简介XX公司成立于1990年，是一家专业从事自动化控制系统研发、生产、销售和服务的高新技术企业。

公司产品广泛应用于石油、化工、电力、冶金、食品等行业，为客户提供优质的解决方案和服务。

本次实习，我主要在公司的过控部进行实习。

三、实习内容1. 过控基础知识学习实习初期，我在过控部负责人的带领下，学习了过控基础知识，包括传感器、执行器、控制器、执行机构等基本概念。

通过学习，我对过控系统的组成和原理有了初步的了解。

2. 过控系统设计在实习过程中，我参与了过控系统的设计工作。

具体内容包括：（1）分析项目需求，确定过控系统的功能、性能指标和设计参数；（2）根据需求，选择合适的传感器、执行器、控制器等元器件；（3）进行电路设计和程序编写，实现过控系统的基本功能；（4）进行系统调试和优化，确保过控系统稳定可靠。

3. 过控系统现场调试在过控系统设计完成后，我参与了现场调试工作。

具体内容包括：（1）根据设计图纸，搭建过控系统；（2）对系统进行功能测试，确保各项功能正常；（3）对系统进行性能测试，优化系统参数；（4）进行现场联调，确保过控系统与现场设备协调运行。

4. 过控系统维护与故障排除实习期间，我还学习了过控系统的维护与故障排除方法。

具体内容包括：（1）掌握过控系统常见故障原因及处理方法；（2）学习使用常用工具和设备，进行过控系统维护；（3）积累现场经验，提高解决实际问题的能力。

四、实习收获1. 理论与实践相结合通过本次实习，我深刻体会到理论知识在实践中的重要性。

在过控系统设计和调试过程中，我充分运用所学知识，将理论知识与实际操作相结合，提高了自己的实践能力。