过程控制系统课程设计实验报告

一、实训目的通过本次过程控制实验实训，使我对过程控制的基本原理、系统组成、控制策略以及实际应用等方面有一个全面的认识，提高我运用理论知识解决实际问题的能力。

同时，通过实验操作，掌握实验设备的使用方法，培养我的动手能力和团队协作精神。

二、实训内容1. 实验设备本次实验使用的设备包括：过程控制系统实验台、传感器、执行器、控制器、计算机等。

2. 实验内容（1）过程控制系统基本原理及组成（2）传感器特性及测量方法（3）执行器特性及控制方法（4）控制器特性及控制策略（5）过程控制系统设计及应用三、实验步骤1. 观察实验设备，了解其组成及功能。

2. 搭建实验系统，连接传感器、执行器、控制器等。

3. 根据实验要求，设置控制器参数，实现过程控制。

4. 观察实验现象，分析实验结果，调整控制器参数，优化控制效果。

5. 实验结束后，整理实验数据，撰写实验报告。

四、实验结果与分析1. 实验现象通过搭建实验系统，观察实验现象，发现当控制器参数设置合理时，系统能够实现稳定的控制效果。

2. 实验结果（1）传感器输出信号与被测参数之间的关系符合线性关系。

（2）执行器响应速度快，控制精度高。

（3）控制器参数对系统控制效果有显著影响。

3. 实验分析（1）传感器在过程控制系统中起到采集被测参数的作用，其输出信号与被测参数之间的关系符合线性关系，为后续控制策略的制定提供了基础。

（2）执行器作为控制系统的输出环节，其响应速度快、控制精度高，对系统控制效果有重要影响。

（3）控制器参数的设置对系统控制效果有显著影响，合理设置控制器参数可以提高控制效果。

五、实训体会1. 通过本次实训，我对过程控制的基本原理、系统组成、控制策略以及实际应用等方面有了更深入的了解。

2. 实验过程中，我掌握了实验设备的使用方法，提高了自己的动手能力。

3. 实验过程中，我学会了与团队成员沟通协作，提高了自己的团队协作精神。

4. 实验过程中，我认识到理论知识与实际应用之间的联系，为今后学习和工作打下了基础。

过程控制课程设计实验一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握过程控制的基本概念、原理和方法，培养学生运用过程控制理论分析和解决实际问题的能力。

具体目标如下：1.知识目标：（1）了解过程控制的基本概念、分类和特点；（2）掌握过程控制的基本原理，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等；（3）熟悉过程控制系统的组成、设计和应用；（4）了解过程控制在我国的发展现状和趋势。

2.技能目标：（1）能够运用过程控制理论分析和解决实际问题；（2）具备过程控制系统的设计和调试能力；（3）掌握常用的过程控制软件和工具，如MATLAB、Simulink等；（4）具备一定的创新能力和团队协作精神。

3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对过程控制学科的兴趣和热情；（2）树立正确的科学观和价值观，认识到过程控制技术在现代社会中的重要性；（3）培养学生具有良好的职业道德和责任感，关注过程控制技术在环保、安全等方面的应用；（4）培养学生的团队协作意识和沟通能力，提高学生在实际工程中的综合素质。

二、教学内容本课程的教学内容主要包括以下几个方面：1.过程控制的基本概念和分类；2.过程控制的基本原理，如PID控制、模糊控制、神经网络控制等；3.过程控制系统的组成、设计和应用，包括温度控制系统、压力控制系统、流量控制系统等；4.过程控制技术的最新发展，如智能控制、自适应控制等；5.过程控制软件和工具的使用，如MATLAB、Simulink等；6.过程控制技术在实际工程中的应用案例分析。

三、教学方法本课程采用多种教学方法，以激发学生的学习兴趣和主动性：1.讲授法：通过讲解基本概念、原理和实例，使学生掌握过程控制的基本知识；2.讨论法：学生分组讨论，培养学生的思考能力和团队协作精神；3.案例分析法：分析实际工程案例，使学生能够将理论知识应用于实际问题；4.实验法：安排实验课程，让学生亲自动手操作，提高学生的实践能力；5.互动教学法：鼓励学生提问、发表见解，教师引导学生进行思考，形成良性互动。

过程控制系统课程设计报告报告实验报告成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》名称：单容水箱液位过程控制班级：2011级自动化过程控制方向姓名：学号：目录前言一．过程控制概述 (2)二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3)三．系统组成与工作原理 (5)（一）外部组成 (5)（二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5)（三）其它模块和功能 (8)四．调试过程 (9)（一）P调节 (9)（二）PI调节 (10)（三）PID调节 (11)五．心得体会 (13)前言现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。

首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。

通过对基础训练设施的集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。

其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。

为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。

应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。

第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。

以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。

本次工程实践就是针对单容水箱液位进行恒高度控制通过调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。

通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。

《过程控制系统》实验报告实验报告：过程控制系统一、引言过程控制系统是指对工业过程中的物理、化学、机械等变量进行监控和调节的系统。

它能够实时采集与处理各种信号，根据设定的控制策略对工业过程进行监控与调节，以达到所需的目标。

在工业生产中，过程控制系统起到了至关重要的作用。

本实验旨在了解过程控制系统的基本原理、组成以及操作。

二、实验内容1.过程控制系统的组成及原理；2.过程控制系统的搭建与调节；3.过程控制系统的优化优化。

三、实验步骤1.复习过程控制系统的原理和基本组成；2.使用PLC等软件和硬件搭建简单的过程控制系统；3.设计一个调节过程，如温度控制或液位控制，调节系统的参数；4.通过修改控制算法和调整参数，优化过程控制系统的性能；5.记录实验数据并进行分析。

四、实验结果与分析在本次实验中，我们搭建了一个温度控制系统，通过控制加热器的功率来调节温度。

在调节过程中，我们使用了PID控制算法，并调整了参数，包括比例、积分和微分。

通过观察实验数据，我们可以看到温度的稳定性随着PID参数的调整而改变。

当PID参数调整合适时，温度能够在设定值附近波动较小，实现了较好的控制效果。

在优化过程中，我们尝试了不同的控制算法和参数，比较了它们的性能差异。

实验结果表明，在一些情况下，改变控制算法和参数可以显著提高过程控制系统的性能。

通过优化，我们实现了更快的响应时间和更小的稳定偏差，提高了系统的稳定性和控制精度。

五、结论与总结通过本次实验，我们了解了过程控制系统的基本原理、组成和操作方法。

我们掌握了搭建过程控制系统、调节参数以及优化性能的技巧。

实验结果表明，合理的控制算法和参数选择可以显著提高过程控制系统的性能，实现更好的控制效果。

然而，本次实验还存在一些不足之处。

首先，在系统搭建过程中，可能由于设备和软件的限制，无法完全模拟实际的工业过程。

其次，实验涉及到的控制算法和参数调节方法较为简单，在实际工程中可能需要更为复杂和精细的控制策略。

《过程控制系统》实验报告一、实验目的过程控制系统实验旨在通过实际操作和观察，深入理解过程控制系统的组成、工作原理和性能特点，掌握常见的控制算法和参数整定方法，培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力。

二、实验设备1、过程控制实验装置包括水箱、水泵、调节阀、传感器（液位传感器、温度传感器等）、控制器（可编程控制器 PLC 或工业控制计算机）等。

2、计算机及相关软件用于编程、监控和数据采集分析。

三、实验原理过程控制系统是指对工业生产过程中的某个物理量（如温度、压力、液位、流量等）进行自动控制，使其保持在期望的设定值附近。

其基本原理是通过传感器检测被控量的实际值，将其与设定值进行比较，产生偏差信号，控制器根据偏差信号按照一定的控制算法计算出控制量，通过执行机构（如调节阀、电机等）作用于被控对象，从而实现对被控量的控制。

常见的控制算法包括比例（P）控制、积分（I）控制、微分（D）控制及其组合（如 PID 控制）。

四、实验内容及步骤1、单回路液位控制系统实验（1）系统组成及连接将液位传感器安装在水箱上，调节阀与水泵相连，控制器与传感器和调节阀连接，计算机与控制器通信。

（2）参数设置在控制器中设置液位设定值、控制算法（如 PID）的参数等。

（3）系统运行启动水泵，观察液位的变化，通过控制器的调节使液位稳定在设定值附近。

（4）数据采集与分析利用计算机采集液位的实际值和控制量的数据，绘制曲线，分析系统的稳定性、快速性和准确性。

2、温度控制系统实验（1）系统组成与连接类似液位控制系统，将温度传感器安装在加热装置上，调节阀控制加热功率。

设置温度设定值和控制算法参数。

（3）运行与数据采集分析启动加热装置，观察温度变化，采集数据并分析。

五、实验数据及结果分析1、单回路液位控制系统（1）实验数据记录不同时刻的液位实际值和控制量。

（2）结果分析稳定性分析：观察液位是否在设定值附近波动，波动范围是否在允许范围内。

快速性分析：计算液位达到设定值所需的时间。

《过程控制系统实验报告》院－系：专业：年级：学生姓名：学号：指导教师：2015 年6 月过程控制系统实验报告部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日姓名学号班级成绩实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时课程名称过程控制系统实验与课程设计教材过程控制系统一、实验仪器与设备A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表二、实验要求1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以与震荡曲线。

2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

三、实验原理(1)控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。

被调量为水位H。

使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

测量或控测量或控制量使用PLC端使用ADAM端四、实验内容与步骤1、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。

这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。

3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。

注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。

对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。

包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。

5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。

6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。

过程控制系统课程设计报告题目：温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：温度控制系统设计一、设计任务设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。

二、预期实现目标通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。

三、设计方案（一）系统数学模型的建立要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。

数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。

在本系统中，被控量是温度。

被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。

在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。

在整个实验过程中，水量是不变的。

经过试验，得到下表所示的时间-温度表：表1 采样时间和对应的温度值以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线：图1 时间-温度曲线采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。

将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。

从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。

因此我们选用()1ske G s Ts τ-=+（式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。

（1）k 的求法：k 可以用下式求得：()(0)y y k x ∞-=（x ：输入的阶跃信号幅值）（2）过程时间常数T 和滞后时间τ可用两点法求得：T=)](1ln[)](1ln[2*1*12t y t y t t ----τ=)](1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2*1*2*11*2t y t y t y t t y t ------选取系统终值100℃，t 1=90s ，对应)(1*t y =0.36，t 2=300s ，对应)(2*t y =0.86得到K=0.8，T=138.1, τ=28.3系统开环传递函数：K=11388.0+S（二）基于MATLAB 的PID 仿真(1)PID 控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID 控制算法，PID 控制是比例—积分—微分控制，PID 控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。

南京工程学院实验报课程名称：过程控制系统 ____________ 实验项目名称：单容对象的控制及参数整定双容对象的控制及参数整定串级系统的控制及参数整定实验学生班级：________________________________ 实验学生学号：________________________________ 实验时间：____________________________________ 实验地点：____________________________________实验成绩评定：________________________________ 指导老师签字：________________________________自动化学院实验一单容对象的控制及参数整定、实验目的1、熟悉单容对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

2、根据由实际测得的单容对象的阶跃响应曲线，用相关的方法确定对象参数。

3、根据经验整定法确定单容对象控制器参数。

、实验设备PC机、MatLab软件三、实验原理一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如下图所示。

当由实验求得图中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，就是单容对象的时间常数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 o同样的，输入输出的比值就可以确定对象增益。

从而确定单容对象的参数。

经验整定法，书本p110。

四、实验内容和步骤1、使用MatLab 进行模拟仿真。

仿真图如下:“乐骗咼寧*斥闵国Reddy11 1 1I15s+1►iode452、系统稳定后（测量值基本不变化），改变操作量值，获取单容对象的响应曲线如下图。

3、根据经验整定方法，确定系统的P, PI, PID控制器。

在实验界面中控制器部分设置相应参数，同样获取系统的阶跃响应曲线。

①P控制器ScopeOS e A□务®►■阿下［瓯mJ―3畀瞪国总射团阖曝五、实验结果分析1、从实验结果分析单容对象控制中P, PI,PID控制器的特点?2、实验的收获和体会实验二双容对象的控制及参数整定一、实验目的1、熟悉双容对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

过程控制实验报告过程控制实验报告引言：过程控制是一种通过监测和调节系统中的变量，以保持系统稳定运行的技术。

在工业生产中，过程控制对于提高生产效率、降低成本、确保产品质量至关重要。

本实验旨在通过对一个简单的过程控制系统进行实验，探索过程控制的基本原理和应用。

实验目的：1. 理解过程控制的基本原理和方法；2. 学习使用控制器进行过程调节；3. 掌握过程控制系统的参数调节方法。

实验器材和材料：1. 过程控制实验装置；2. 控制器；3. 传感器；4. 计算机。

实验步骤：1. 搭建过程控制实验装置：将传感器与被控对象连接，将控制器与传感器连接，将计算机与控制器连接。

2. 设置控制器参数：根据实验要求，设置控制器的比例、积分和微分参数。

3. 开始实验：启动实验装置，并记录被控对象的初始状态。

4. 监测和调节：通过传感器实时监测被控对象的状态，并将数据传输给控制器。

控制器根据设定的参数，计算出相应的控制信号，通过执行器对被控对象进行调节。

5. 数据记录和分析：记录实验过程中的数据，并分析控制效果。

6. 结束实验：实验结束后，关闭实验装置并整理实验数据。

实验结果：通过实验，我们观察到被控对象在开始时处于不稳定状态，随着控制器的调节，被控对象逐渐趋于稳定。

我们还发现，不同的控制器参数会对控制效果产生不同的影响。

比例参数的增大可加速系统的响应速度，但可能引起过冲；积分参数的增大可减小稳态误差，但可能引起系统的超调；微分参数的增大可提高系统的稳定性，但可能引起系统的震荡。

因此，在实际应用中，需要根据具体的要求和系统特性来选择合适的控制器参数。

实验总结：通过本次实验，我们深入了解了过程控制的基本原理和方法。

过程控制在工业生产中起着至关重要的作用，能够提高生产效率、降低成本，并确保产品质量。

在实际应用中，我们需要根据具体的系统要求和特性来选择合适的控制器和参数，以实现系统的稳定运行。

实验的局限性：本实验是基于一个简单的过程控制系统进行的，实际应用中的过程控制系统可能更加复杂。

1.概述课程设计的目的了解具体过程控制系统设计的基本步骤和方法，加深对过程控制系统基本原理的理解和对S7-300PLC与S7-200PLC编程的实际应用能力，培养运用WINCC组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。

课程设计的内容用S7-300PLC与S7-200PLC主-从站进行单回路流量过程控制。

要实现的目标（1）明确控制要求，设计出系统结构图、方框图、电气接线图、程序流程图等。

（2）S7-200PLC从站程序设计①采用模块程序设计，控制程序包括主程序OB1、子程序SBR_0和中断程序INT_0。

②流量给定700升。

③采用定时中断SMB35，来调用流量采样定时中断程序INT_0，把实时检测的管路流量反馈到S7-200PLC的模拟量输入口，与流量给定量进行比较算出误差e。

④采用指令系统中的PID控制算法，整定好PID参数，计算出的实时控制量通过S7-200PLC的模拟量输出口输出，来控制电动执行器和阀门的开度。

⑤所有信号要转换为4-20mACD信号，并与流量物理量0-2500升建立对应关系。

⑥采用状态表进行各变量的监视与修改，系统有启动、停止按钮操作功能。

（3）S7-300PLC主站程序设计①要求采用SFC14和SFC15指令进行主-从站的数据交换，通过S7-300PLC 主站进行写操作（如系统启动/停止等），并能读取S7-200PLC从站的参数；S7-200PLC能接受S7-300PLC主站的指令；实现主-从站读/写（接收/发送）操作。

（4）性能指标要求无超调量，稳态误差为3%，加随机扰动能克服掉。

（5）上位监控要求：采用WINCC上位监控软件，设计出单回路流量一阶的上位监控系统，包括建立通讯，数据变库组态、工艺图形组态、数据组态与显示、趋势组态与显示、报表组态与显示等功能。

2.S7-300PLC与200PLC主-从站单回路流量系统硬件设计方案2.1主-从站单回路流量过程控制系统硬件组成原理该实验过程控制系统的控制器选用S7—300PLC作为主站控制器，由电源模块307—1BA00—00AA00、CPU模块315—2AG10—0AB0、模拟量输入模块331—5HF02—0AB0、模拟量输出模块332—5HF02—0AB0、数字量输入/输出模块323—1BH01—0AA0组成，PC机与300PLC采用MPI(CP5611)通讯。

实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。

2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。

二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件3. 万用电表一只三、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。

根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0 (1)动态时，则有Q1-Q2=dv/dt (2)式中V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与H 的关系为dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3)A 为水箱的底面积。

把式(3)代入式(2)得Q1-Q2=Adh/dt (4)基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为Q1-h/RS=Adh/dt即ARsdh/dt+h=KQ1或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5)式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。

式(5)就是单容水箱的传递函数。

对上式取拉氏反变换得(6)当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T 时，则有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)式(6)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2-2 所示。

当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,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,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。

如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A 点。

目录1. 单容水箱设备组成及其工艺 (1)1.1. 单容水箱设备的组成 (1)1.2. 单容水箱设备的工作原理 (1)2. 单容水箱控制系统的硬件设计 (2)2.1. 电气原理图的设计 (2)3. 单容水箱控制系统的软件设计 (3)3.1. 通信组态 (3)3.2. 变量组态 (4)3.3. 画面组态 (5)4. 调试 (7)4.1. 单容水箱控制系统调试 (7)4.2. 液位、流量串级控制系统调试 (8)5. 技术小结 (9)参考文献 (10)附录.................................................................................................. 错误！未定义书签。

1.单容水箱设备组成及其工艺1.1. 单容水箱设备的组成单水水箱设备的基本组成有：控制器，调节器，被控对象，测量变送。

基本器件有储水箱，下水箱，水泵，电磁流量计，阀门，管道等,电磁调节阀。

1.2. 单容水箱设备的工作原理（a）机构图（b）方框图本实验系统结构图和方框图如上图所示。

被控量为上小水箱的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。

将压力传感器LT1检测到的上小水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的。

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PID控制。

采用计算机PID算法控制。

首先由差压传感器检测出水箱水位，水位实际值通过A/D转换，变成数字信号后，被输入计算机中，最后，在计算机中，根据水位给定值与实际输出值之差，利用PID程序算法得到输出值，再将输出值经过D/A模块转换成模拟信号，进而控制电机转速，从而形成一个闭环系统，实现水位的计算机自动控制。

2.单容水箱控制系统的硬件设计2.1. 电气原理图的设计1.根据选定的拖动方案及控制方式设计系统的原理框图，拟订出各部分的主要技术要求和主要技术参数。

目录第一章概述 (1)1.1 设计目的 (1)1.2 具体任务 (1)1.3 氧化铝生产的意义 (2)第二章氧化铝高压溶出工序介绍 (3)2.1 铝工业的国内外现状 (3)2.2 氧化铝生产过程 (4)2.3 高压溶出工序 (9)第三章氧化铝高压溶出工序生产设备及控制要求 (12)3.1 双程预热器 (12)3.2 溶出器 (12)3.3 自蒸发器 (13)3.4 蒸汽缓冲器 (14)第四章氧化铝高压溶出工序3#溶出器温度控制系统设计 (16)4.1 方案论证 (16)4.2 硬件设计 (17)4.3 控制算法 (20)4.4 软件设计 (21)第五章总结 (24)5.1 方案评价及改进方向 (24)5.2 收获及体会 (24)参考文献 (26)第一章概述现代工业生产过程，随着生产规模的不断扩大，生产过程的强化，对产品质量的严格要求，以及各公司的激烈竞争，人工操作与控制已远远不能满足现代化生产的要求，工业过程控制系统已成为工业生产过程必不可少的设备，因为，它是保证现代企业安全、优化、低功耗和高效益生产的主要技术手段。

由于工业生产过程各种各样而且非常复杂，工业生产过程可分连续的生产过程和离散的生产过程。

因此，在设计工业生产过程控制系统时，必须花大量的时间和精力了解该工业生产过程的基本原理、操作过程和过程特性，这是设计和实现一个工业生产过程控制系统的首要条件。

工业生产过程由简单到复杂，规模由小到大。

至今，已有各种各样的生产工业过程，生产出各种各样的产品满足人们的生活需要。

作为工业生产过程的一部分的工业过程控制系统也在不断发展和提高。

在工业生产过程中，通常需要测量和控制变量有：温度、压力、流量、物位（液位）、物质成分和物性（PH值）等。

1.1 设计目的经过一个学期的过程控制系统课程的学习，对过程控制有了一个基本的了解。

然而仅仅在理论方面是远远不够的，需要将所学的应用于实际生产过程中，只有这样才能真正的对过程控制有一个比较深入的认识，为以后的学习和工作打下一个良好的基础。

过程控制系统课程设计报告书过程控制系统课程设计报告书课设小组:第四小组目录摘要 1第一章课程设计任务及说明 21.1课程设计题目 21.2 课程设计内容 31.2.1 设计前期工作 31.2.2 设计工作 4第二章设计过程 42.1符号介绍 42.2水箱液位定制控制系统被控对象动态分析 62.3压力定制控制系统被控对象动态分析72.4串级控制系统被控对象动态分析7第三章压力 P2 定值调节83.1 压力定值控制系统原理图83.2 压力定值控制系统工艺流程图 8第四章水箱液位L1定值调节94.1 水箱液位控制系统原理图94.2 水箱液位控制系统工艺流程图 9第五章锅炉流动水温度T1调节串级出水流量F2调节的流程图105.1串级控制系统原理图105.2串级控制系统工艺流程图11第六章控制仪表的选型126.1 仪表选型表126.2现场仪表说明136.3 DCS I/O点位号、注释、量程、单位、报警限及配电设置表14 第七章控制回路方框图15总结15参考文献16摘要过程控制课程设计是过程控制课程的一个重要组成部分。

通过实际题目、控制方案的选择、工程图纸的绘制等基础设计和设计的学习,培养学生理论与实践相结合能力、工程设计能力、创新能力,完成工程师基本技能训练。

使学生在深入理解已学的有关过程控制和DCS系统的基本概念、组成结构、工作原理、系统设计方法、系统设计原则的基础上,结合联系实际的课程设计题目,使学生熟悉和掌握DCS控制系统的设计和调试方法,初步掌握控制系统的工程性设计步骤,进一步增强解决实际工程问题的能力。

关键词:过程控制设计 DCS第一章课程设计任务及说明1.1课程设计题目:附图为某过程控制实验装置的P&ID图,该图为一示意图,并不完全符合规范。

根据该图,请完成以下任务:不完全符合规范的P&ID图1、指出该图不符合“自控专业工程设计用图形符号和文字代号(HG/T20637.2)”的地方。

过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。

本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人材为出发点。

实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。

仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS 工控组态软件。

对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开辟，如PLC 控制、DCS 控制开辟等。

学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境并进入角色。

同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开辟的平台。

本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC 三部份组成。

由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接， 4.5 千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成)，压力容器组成。

用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。

水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。

二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。

锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层(内胆)和冷却层(夹套)。

做温度定值实验时，可用冷却循环水匡助散热。

加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。

采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。

整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。

为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。

检测上、下二个水箱的液位。

其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0~1.6KPa，精度：0.5 。

输出信号：4~20mA DC。

LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4~20mA DC本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。

实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。

二．实验设备AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

图解法是确定模型参数的一种实用方法。

不同的模型结构，有不同的图解方法。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。

根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，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。

《过程控制系统实验报告》院－系：专业：年级：学生姓名：学号：指导教师：2015 年6 月过程控制系统实验报告部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日姓名学号班级成绩实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统一、实验仪器与设备A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表二、实验要求1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。

2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

三、实验原理(1)控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。

被调量为水位H。

使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

(2)控制系统接线表使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端口锅炉液位LT101 AI0 AI0调节阀FV101 AO0 AO0四、实验内容与步骤1、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。

这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。

3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。

注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。

对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。

包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。

5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。

过程控制实验报告第一篇：过程控制实验报告电子科技大学自动化学院标准实验报告（实验）课程名称：过程控制系统学生姓名：学号：指导教师：庄朝基实验地点：清水河主楼 C2-110实验时间：2011年11月实验报告一、实验室名称：智能控制实验室二、实验项目名称：三、实验学时：四、实验原理：五、实验目的：六、实验内容：七、实验器材（设备、元器件）：八、实验步骤：九、实验数据及结果分析：十、实验结论：十一、总结及心得体会：十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：第二篇：模糊控制实验报告模糊控制系统实验报告学院：班级：姓名：学号：一、实验目的1.通过本次实验，进一步了解模糊控制的基本原理、模糊模型的建立和模糊控制器的设计过程。

2.提高有关控制系统的程序设计能力；3.熟悉Matlab语言以及在智能控制设计中的应用。

设计一个采用模糊控制的加热炉温度控制系统。

被控对象为一热处理工艺制作中的加热炉，加热设备为三相交流调压供电装置，输入控制信号电压为0-5V，输出相电压为0-220V，输出最大功率180kW，炉内变化室温~625℃。

三、实验过程及步骤1.用Matlab中的Simulink工具箱，组成一个模糊控制系统，如图所示2.采用模糊控制算法，设计出能跟踪给定输入的模糊控制器，对被控系统进行仿真，绘制出系统的阶跃响应曲线。

（1）模糊集合及论域的定义对误差E、误差变化EC机控制量U的模糊集合及其论域定义如下：E、EC和U的模糊集合均为：{NB、NM、NS、0、PS、PM、PB}E和EC的显示范围为：[-66]结果如下图所示打开Rule编辑器，并将49条控制规则输入到Rule编辑器中利用编辑器的”View→Rules”和”View→Surface”得到模糊推理系统的模糊规则和输入输出特性曲面，分别如下图所示从图中可以看出，输出变量U是关于两个输入变量E、EC的非线性函数，输入输出特性曲面越平缓、光滑，系统的性能越好。

将FIS嵌入SimulinkR（t）=400℃时系统阶跃响应系数Ke变小时的系统阶跃响应通过本设计可以知道，模糊控制具有能够得到良好的动态响应性能，并且不需要知道被控对象的数学模型，适应性强，上升时间快。

过程控制系统实习报告学院：班级：学号：姓名：小组成员：指导老师：实习日期：1、前言这学期我们主要学习了可编程控制器S7-200，熟悉了plc的编程。

在学期最后的四周时间里，我们进行的是过程控制系统实习。

首先第一周我们用S7-200的实训装置进行实验，本次实习我们主要学习的西门子S7-200系统有小皮带线单元、机械手单元、小车定位单元、小锅炉单元，主要包括PLC与传感器综合实训、PLC与步进电机定位实训。

这些小实验的目的主要是实训前对设备的熟悉，以及编程实现相关功能，以让我们对过程温度控制系统的编程有所了解。

接下来就是用S7-300实现对过程温度控制系统的控制了。

所以我们开始自学S7-300的内容，和同伴一起慢慢摸索，解决问题。

就这样，从零开始用S7-300编程去实现简单功能。

2、S7-200实训介绍西门子S7-200系列PLC是一种小型整体结构形式的PLC,主要应用于小型系统中，它的编程软件是STEP 7 MICRO\ WIN第一章小皮带线单元本系统各单元采用西门子CPU226作为控制部件，各单元之间可以互相通讯。

在系统中采用了大量的气动原件、传感器、步进电机和异步电机等。

CPU226简介:CPU226 集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

26K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适用于一些复杂的中小型控制系统。

第二章机械手单元本系统各单元采用西门子CPU226作为控制部件。

在系统中采用了气动元件、电磁阀、传感器、直流电机、继电器等。

第1篇一、实训背景随着工业自动化技术的飞速发展，过程控制系统在各个领域的应用越来越广泛。

为了让学生更好地理解和掌握过程控制系统的基本原理、设计方法和实际应用，我们进行了为期两周的过程控制系统实训。

本次实训旨在通过理论学习和实际操作，提高学生对过程控制系统的认识，培养其动手能力和分析问题、解决问题的能力。

二、实训目的1. 理解过程控制系统的基本概念和组成。

2. 掌握过程控制系统的基本原理和设计方法。

3. 学会使用过程控制系统仿真软件。

4. 通过实际操作，提高学生对过程控制系统的实际应用能力。

三、实训内容1. 过程控制系统基本原理实训首先介绍了过程控制系统的基本概念，包括控制对象、控制器、执行器、传感器等组成部分。

通过理论讲解和案例分析，使学生了解不同类型的过程控制系统及其工作原理。

2. 过程控制系统设计方法接着，实训重点讲解了过程控制系统的设计方法，包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。

通过实例分析，让学生掌握不同控制策略的适用条件和设计步骤。

3. 过程控制系统仿真软件使用为了让学生更好地理解过程控制系统的设计和实现，实训安排了仿真软件的使用培训。

学生通过仿真软件搭建控制模型，进行参数调整和系统分析，从而加深对过程控制系统的理解。

4. 实际操作在理论学习和软件操作的基础上，实训安排了实际操作环节。

学生分组进行实验，通过搭建实验平台，对实际过程控制系统进行调试和优化。

四、实训过程1. 理论学习实训开始，教师通过讲解和演示，使学生了解过程控制系统的基本概念、原理和设计方法。

学生认真听讲，做好笔记，积极提问。

2. 软件操作培训教师详细讲解了过程控制系统仿真软件的使用方法，包括软件界面、功能模块、操作步骤等。

学生跟随教师进行操作练习，逐步熟悉软件。

3. 实际操作学生分组进行实验，根据实验指导书搭建实验平台。

在教师的指导下，学生进行系统调试、参数调整和性能分析。

4. 成果展示与讨论实验结束后，各小组展示实验成果，分享经验教训。