1、重慶科技學院學生實習（實訓）總結報告 院（系）:_電氣與信息工程學院_ 專業班級:_測控普2007-01_學生姓名:_王立發 _ _ 學 號:_2007440768 實習(實訓)地點:_I501/I506 _ _報告題目: 關于過程控制系統與裝置綜合實訓總結 報告日期： 2010年 12 月 25 日 指導教師評語: _ _ 成績（五級記分制）:_ _ 指導教師（簽字）:_目 錄1 實驗任務書12 溫度單回路控制系統22.1溫度單回路控制系統22.2溫度檢測設備22.3執行機構32.4 智能儀表33 復雜控制系統的組成43.1液位-流量的串級控制系統43.11液位-流量的串級控制系統原理43.

2、12液位-流量的串級控制系統試驗結果53.2下水箱液位的前饋-反饋控制系統63.21下水箱液位的前饋-反饋控制系統試驗原理73.22下水箱液位的前饋-反饋控制系統試驗結果83.3單閉環流量比值控制系統93.31單閉環流量比值控制系統試驗原理93.32單閉環流量比值控制系統試驗結果114 對象傳遞函數測試114.1單容水箱特性的測試114.11單容水箱特性的測試試驗原理124.12單容水箱特性的測試試驗結果124.2雙容水箱特性的測試144.21雙容水箱特性的測試試驗原理144.22 雙容水箱特性的測試測試結果155 心得體會161 實驗任務書報告題目：關于過程控制系統與裝置綜合實訓總結學生姓名

3、王立發課程名稱過程控制系統綜合實訓專業班級測控普2007地 點I501/I506起止時間10.12.1310.12.24設計內容及要求過程控制系統與裝置綜合實訓內容有4類。內容及要求如下：1. 用protel 繪制實驗平臺的電氣接線圖，對每個部分的I/O端子進行標注。2. 對象傳遞函數測試(1) 單容水箱特性的測試(2) 雙容水箱特性的測試3. 復雜控制系統的組成，干擾源的加入，參數整定。(1) 液位-流量的串級控制系統(2) 單閉環流量比值控制系統(3) 下水箱液位的前饋-反饋控制系統4. 典型過程控制系統的投運、關閉操作(1) 間歇反應過程(2) 連續反應過程(3) 熱交換過程進度要求第1

4、天：講解任務；第2天：溫度單回路控制系統電氣連接原理圖；第3天：串級控制系統；第4天：前饋控制系統；第5天：比值控制系統；第6天：單容雙容水箱模型建立；第7天：間接反應的過程與操作；第8天：連續反應過的；第9天：熱交換系統的的過程投運與交換；第10天：撰寫設計報告.教研室主任： 指導教師：唐德東、彭宇興2010 年 12月 13 日2 溫度單回路控制系統2.1 溫度單回路控制系統溫度單回路控制系統由溫度傳感器、智能儀表（AS3010）、調壓模塊、三項加熱爐、PC機組成。溫度傳感器將溫度信號轉換成420mADC電流信號。傳給智能儀表，智能儀表經過運算后，送出控制信號控制調壓模塊，改變加熱器的電壓

5、。其系統框圖如圖2.10所示。系統的電氣接線圖如圖2.11所示。智能儀表調壓模塊加熱器PC機溫度傳感器+-給定值T溫度鍋爐圖2.10 系統框圖圖2.11 系統電氣接線圖2.2 溫度檢測設備溫度傳感器為PT100，Pt100傳感器精度高，熱補償性較好。如圖2.2所示。圖2.2 溫度傳感器為PT100溫度變送器為兩線制，24V直流供電。經過調節器的溫度變送器，可將溫度信號轉換成420mADC電流信號。2.3 執行機構1)調壓模塊調壓模塊是根據控制信號來控制加熱器的電壓。電流控制信號為4-20mA，調壓器到加熱管采用380V三相交流供電。如圖2.3所示。圖2.3 調壓模塊如果采用電壓控制，則從2號端

6、子的CON端輸入2-10V。如果采用電流控制則從3號端子輸入4-20mA。調壓器到加熱管采用380V三相交流供電。2.4 智能儀表智能儀表是整個系統的重要部分，它是控制中心，它將測量信號運算后，得出控制信號并傳給控制器。儀表的測量信號為傳感器的輸出信號，此處經過電阻將電流信號轉換成15V（0.21V）的電壓信號，即AI0+、AI0-為15V信號輸入；AI1+、AI1-為0.21V信號輸入。AO0+( AO1+)、AO0-( AO1-)為儀表的控制信號輸出端，420mA的電流控制執行器的輸出。如圖2.4 所示。儀表外給定是通過外部輸入的15V電壓信號來設定儀表設定值的。其它報警等端子為擴展備用。

7、圖2.4 智能儀表3 復雜控制系統的組成3.1 液位-流量的串級控制系統液位-流量的串級控制系統采用了液位變送器、流量變送器、電動調節器、智能儀表。其實驗線路按照圖3.10接好。將下水箱液位變送器的輸出端接到智能儀表一的模擬輸入端，智能儀表一的模擬輸出端接智能儀表二的外給定端，流量變速器的輸出端接到智能儀表二的輸入端，智能儀表二的模擬輸出端接到電動調節閥。下水箱液位變送器將測的信號傳送給智能儀表一，智能儀表一經過運算后，輸出調節信號作為智能儀表二的給定值，智能儀表二將流量值和給定值結合運算后，輸出控制信號傳給調節閥。控制電動調節閥開度，控制下水箱的進水量，達到或保持給定的液位。智能儀表通過RS

8、485與PC機通信，將液位值和調節閥的開度傳送給PC機，PC機實時顯示數據。操作人員可以在PC機上實時修改各個參數。3.11 液位-流量的串級控制系統原理本實驗系統的主控量為下水箱的液位高度H，副控量為電動調節閥支路流量Q，它是一個輔助的控制變量。系統由主、副兩個回路所組成。主回路是一個恒值控制系統，使系統的主控制量H等于給定值；副回路是一個隨動系統，要求副回路的輸出能正確、快速地復現主調節器輸出的變化規律，以達到對主控制量H的控制目的。圖3.10 液位-流量串級控制系統的結構圖不難看出，由于主對象下水箱的時間常數較大于副對象管道的時間常數，因而當主擾動（二次擾動）作用于副回路時，在主對象未受

9、到影響前，通過副回路的快速調節作用已消除了擾動的影響。圖3.10為實驗系統的結構圖，圖3.11為該控制系統的方框圖。圖3.11 液位-流量串級控制系統的方框圖3.12 液位-流量的串級控制系統試驗結果液位-流量的串級控制系統的參數整定方法有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法。本實驗采用的是兩步整定法。在工況穩定，主、副控制器都在純比例作用運行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如41）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期，分別用2s和T2s表示。在副控制器比例度等于2s的條件下，逐步減小主控制器的比例度，直至得到同樣衰減比下

10、的過渡過程，記下此時主控制器的比例度1s和操作周期T1s。按查表所得的PI參數對主調節器的參數進行整定。副回路PID參數比例帶為10.0%,積分時間為999S，微分時間為0S，副回路調節好后，不改變參數。調節主回路，經調節后主回路PID參數的比例帶為10.0%，積分時間為50S，微分時間為0.0S。對進入副回路的干擾有很強的克服能力； 改善了被控過程的動態特性，提高了系統的工作頻率；對進入主回路的干擾控制效果也有改善；對負荷或操作條件的變化有一定自適應能力。圖3.120 串級控制系統圖圖3.121 串級控制系統圖3.2 下水箱液位的前饋-反饋控制系統下水箱液位的前饋-反饋控制系統主要用了液位變

11、送器、流量變送器、電動調節閥、智能儀表。其實驗線路按照圖3.20接好。將流量變送器一的輸出端接到智能儀表一的模擬輸入端，流量變速器二的輸出端接到智能儀表二的輸入端，智能儀表二的模擬輸出端接到電動調節閥。流量變送器一將測的信號傳送給智能儀表一，智能儀表二將流量變送器一的值按比值運算后，輸出控制信號傳給調節閥。控制電動調節閥開度，控制進水流量，達到或保持給定的流量。智能儀表通過RS485與PC機通信，將液位值和調節閥的開度傳送給PC機，PC機實時顯示數據。操作人員可以在PC機上實時修改各個參數。3.21 下水箱液位的前饋-反饋控制系統試驗原理圖3.20 前饋-反饋控制系統的結構圖反饋控制是按照被控

12、參數與給定值之差進行控制的。它的特點是，調節器必須在被控參數出現偏差后才能對它進行調節，補償干擾對被控參數的影響。基于過程控制系統總具有滯后特性，因而從干擾的產生到被控參數的變化，需要一定長的時間后，才能使調節器產生對它進行調節作用，從而對干擾產生的影響得不到及時地抑止。為了解決這個問題，提出一種與反饋控制在原理上完全不同的控制方法。由于這種方法是一種開環控制，因而它只對干擾進行及時地補償，而不會影響控制系統的動態品質。即當擾動一產生，補償器立即根據擾動的性質和大小，改變執行器的輸入信號，從而消除干擾對被控量的影響。由于這種控制是在擾動發生的瞬時，而不是在被控制量產生變化后進行的，故稱其為前饋

13、控制。前饋反饋控制系統中的主要擾動由前饋部分進行補償，這種擾動能測定，其它所有擾動對被控制量所產生的影響均由負反饋系統來消除。這樣就能使系統的動態誤差大大減小。圖3.20為本實驗的系統結構圖，被控制量是下水箱的液位，擾動為流量F。圖3.21為該控制系統的方框圖。圖3.21 控制系統的方框圖圖中GC（S）調節器 G0（S）電動調節閥、中水箱與下水箱Gf（S）干擾通道的傳遞函數 GB（S）前饋補償器 H（S）液位變送器由圖3.21可知，擾動F（S）得到全補償的條件為F（S）Gf（S）F（S）GB（S）G0（S）0GB（S） （3.21）上式給出的條件由于受到物理實現條件的限制，顯然只能近似地得到滿

14、足，即前饋控制不能全部消除擾動對被控制量的影響，但如果它能去掉擾動對被控制量的大部分影響，則認為前饋控制已起到了應有的作用。為使補償器簡單起見，GB（S）用比例器（KB）來實現，則：由式（13）可知，KB= （3.22）式中 Kf-干擾通道的靜態放大倍數 K0-控制通道的靜態放大倍數3.22 下水箱液位的前饋-反饋控制系統試驗結果下水箱液位的前饋-反饋控制系統經過調節后，其PID參數的比例帶為5.0，積分時間為8.0秒，微分時間為2.0秒。設定值為40.0%，測量值為40.8%，輸出值為58.2%，控制偏差為0.8，實現了控制要求。如圖3.22(a)所示。用變頻器控制水泵2,給控制回路加干擾，

15、變頻器頻率設為15Hz。控制系統失去平衡后，經過一段時間的調節，回到了控制要求值，調節時間很短。其實驗結果如圖3.22(b)所示。當系統出現擾動時，立即將其測量出來，通過前饋控制器，根據擾動量的大小改變控制變量，以抵消擾動對被控參數的影響，快速的將系統調節回穩態。圖3.22(a) 加了干擾實驗圖圖3.22(b) 未加干擾實驗圖3.3 單閉環流量比值控制系統單閉環流量比值控制系統主要用了流量變送器、電動調節閥、變頻器、智能儀表。其實驗線路按照圖3.31接好。將流量變送器一的輸出端接到智能儀表一的模擬輸入端，流量變速器二的輸出端接到智能儀表二的輸入端，智能儀表二的模擬輸出端接到電動調節閥。流量變送

16、器一將測的信號傳送給智能儀表一，智能儀表二將流量變送器一的值按比值運算后，輸出控制信號傳給調節閥。控制電動調節閥開度，控制進水流量，達到或保持給定的流量。智能儀表通過RS485與PC機通信，將液位值和調節閥的開度傳送給PC機，PC機實時顯示數據。操作人員可以在PC機上實時修改各個參數。3.31 單閉環流量比值控制系統試驗原理圖3.31 單閉環流量比值控制系統結構圖在工業生產過程中,往往需要幾種物料以一定的比例混合參加化學反應。如果比例失調，則會導致產品質量的降低、原料的浪費，嚴重時還發生事故。例如在造紙工業生產過程中，為了保證紙漿的濃度，必須自動地控制紙漿量和水量按一定的比例混合。這種用來實現

17、兩個或兩個以上參數之間保持一定比值關系的過程控制系統，均稱為比值控制系統。本實驗是流量比值控制系統。其實驗系統結構圖如圖3.30所示。該系統中有兩條支路，一路是來自于變頻器磁力泵支路的流量Q1，它是一個主動量；另一路是來自于電動閥支路的流量Q2，它是系統的從動量。要求從動量Q2能跟隨主動量Q1的變化而變化，而且兩者間保持一個定值的比例關系，即Q2/Q1=K。圖3.32 單閉環流量比值控制系統方框圖圖3.31為單閉環流量比值控制系統的方框圖。由圖可知，主控流量Q1經流量變送器后為I1（實際中已轉化為電壓值,若用電壓值除以250則為電流值,其它算法一樣），如設比值器的比值為K，則流量單閉環系統的給

18、定量為KI1。如果系統采用PI調節器，則在穩態時，從動流量Q2經變送器的輸出為I2，不難看出，KI1=I2。設流量變送器的輸出電流與輸入流量間成線性關系，當流量Q由0Qmax變化時，相應變送器的輸出電流為420mA。由此可知，任一瞬時主動流量Q1和從動流量Q2所對應變送器的輸出電流分別為I1= (3.31)I2= (3.32)式中Q1max和Q2max分別為Q1和Q2 最大流量值。設工藝要求Q2/Q1=K，則式（7）可改寫為Q1=Q1max (3.33)同理式（8）也可改寫為Q2=Q2max (3.34)于是求得 = (3.35)折算成儀表的比值系數K為:K = K 3.32 單閉環流量比值控

19、制系統試驗結果下水箱液位的單閉環流量控制系統經過調節后，其PID參數的比例帶為35.0，積分時間為10.0秒，微分時間為0.0秒。用變頻器控制水泵2, 變頻器頻率設為50Hz，流量為1 。當比值系數為0.3時，經過比值系數0.3計算后，副回路的設定值為0.358 ，測量值為0.358 ，輸出值為25%，控制偏差為0，實現了控制要求。如圖3.32(a)所示。，測量值為0.844，輸出值為49%，控制偏差為0.007，在控制的范圍內，實現了控制要求。如圖3.32(b)所示。圖3.32(a)圖3.32(b)4 對象傳遞函數測試4.1 單容水箱特性的測試本次實驗主要用了智能儀表、下水箱液位變送器、電動

20、調節閥。其實驗線路按照圖4.10接好。將下水箱液位變送器的輸出端接到智能儀表的模擬輸入端，智能儀表的模擬輸出端接電動調節閥。下水箱液位變送器將測的信號傳送給智能儀表，智能儀表經過運算后輸出調節信號，控制電動調節閥開度，控制下水箱的進水量，達到或保持給定的液位。智能儀表通過RS485與PC機通信，將液位值和調節閥的開度傳送給PC機，PC機實時顯示數據。4.11 單容水箱特性的測試試驗原理圖4.10 單容水箱特性測試結構圖公式： (4.11)是階躍輸入當t>時，h（）=，因而有=h（）/=輸出穩態值/階躍輸入當t=T時，則有式（6）表示一階慣性環節的響應曲線是一單調上升的指數函數，如圖4.1

21、1所示。圖4.11 單容水箱的單調上升指數曲線當由實驗求得圖4.11所示的階躍響應曲線后，該曲線上升到穩態值的63%所對應的時間，就是水箱的時間常數T。該時間常數T也可以通過坐標原點對響應曲線作切線，切線與穩態值交點所對應的時間就是時間常數T，由響應曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數。根據實驗圖4.12和圖4.13得出K和T。如表4.12所示。4.12 單容水箱特性的測試試驗結果檢查實驗線路后，接通總電源和相關的儀表電源，并啟動磁力驅動泵。啟動電腦打開和所選控制裝置配套的軟件工程，給調節閥輸入50%的開度。使水箱的液位處于某一平衡位置。其水箱液位的歷史曲線和階躍響應曲線如圖4.12(

22、a)所示。調節閥增加10%的輸出，經過一段時間下水箱的液位進入新的平衡狀態，如圖4.12(b)所示。調節閥減少10%的輸出，經過一段時間下水箱的液位進入新的平衡狀態，如圖4.12所示。由實驗曲線所得的結果填入下表4.12。表4.12 參數值測量值液位hKT正向輸入88750負向輸入78.75560平均值83.37565.50根據公式4.11，將表4.12中的數據代入式中。得出單容水箱的傳遞函數。圖4.12(a)圖4.12(b)4.2 雙容水箱特性的測試本次實驗主要用了智能儀表、下水箱液位變送器、電動調節閥。其實驗線路按照圖4.20接好。將下水箱液位變送器的輸出端接到智能儀表的模擬輸入端，智能儀

23、表的模擬輸出端接電動調節閥。下水箱液位變送器將測的信號傳送給智能儀表，智能儀表經過運算后輸出調節信號，控制電動調節閥開度，控制下水箱的進水量，達到或保持給定的液位。智能儀表通過RS485與PC機通信，將液位值和調節閥的開度傳送給PC機，PC機實時顯示數據。4.21 雙容水箱特性的測試試驗原理圖4.20 雙容水箱對象特性結構圖 由圖4.20所示，被控對象由兩個水箱相串聯連接，由于有兩個貯水的容積，故稱其為雙容對象。被控制量是下水箱的液位，當輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱的液位變化曲線如圖6所示。由圖6可見，上水箱液位的響應曲線為一單調的指數函數（圖4.21（(a)），而下水箱液位的響應曲線則呈

24、S形狀（圖4.21（(b)）。顯然，多了一個水箱，液位響應就更加滯后。 由S形曲線的拐點P處作一切線，它與時間軸的交點為A，OA則表示了對象響應的滯后時間。至于雙容對象兩個慣性環節的時間常數可按下述方法來確定。圖4.21 雙容液位階躍響應曲線圖4.22 雙容液位階躍響應曲線在圖7所示的階躍響應曲線上求取：(1) h2（t）|t=t1=0.4 h2()時曲線上的點B和對應的時間t1；(2)h2（t）|t=t2=0.8 h2()時曲線上的點C和對應的時間t2。 然后，利用下面的近似公式計算式 (4.21) (4.22) 0.32t1/t20.46 (4.23)由上述兩式中解出T1和T2，于是求得雙

25、容（二階）對象的傳遞函數為G（S）= (4.24)4.22 雙容水箱特性的測試測試結果檢查實驗線路后，接通總電源和相關的儀表電源，并啟動磁力驅動泵。啟動電腦打開和所選控制裝置配套的軟件工程，給調節閥輸入50%的開度。使水箱的液位處于某一平衡位置。其水箱液位的歷史曲線和階躍響應曲線如圖4.20所示。調節閥增加10%的輸出，經過一段時間下水箱的液位進入新的平衡狀態，如圖4.22(a)所示。調節閥減少10%的輸出，經過一段時間下水箱的液位進入新的平衡狀態，如圖4.22(b) 所示。由實驗曲線所得的結果填入下表4.22。表4.22 參數值測量值液位hKT1T2正向輸入8491125.545負向輸入11

26、0.717221281平均值圖4.22(a)圖4.22(b)5 心得體會本次實訓，目的主要在于讓我們對本學期所學過程控制這門專業課進行鞏固并培養我們在控制中膽大、心細。為我們將來畢業后的就業開拓了一條重要的道路。通過四天對典型過程控制系統的投運、關閉操作的訓練。其主要內容是熱交換過程、連續反應過程和間歇反應過程控制系統的投運和操作。在訓練后我感受良多。本次實訓主要是在電腦上仿真操作。讓我知道了這三個過程控制系統的投運和操作。這三個控制系統中熱交換過程系統比較簡單，間歇反映過程控制系統是最難的。首先，我從最簡單的熱交換過程訓練。熱交換器為雙程列管式結構，起冷卻作用，管程走冷卻水（冷流）。含量30的磷酸鉀溶液走殼程（熱流）。工藝要求 ：流量為18441 kg/h的冷卻水，從20上升到30.8,將65流量為8849 kg/h的磷酸鉀溶液冷卻到32。管程壓力0.3MPa，殼程壓力0.5MPa。我感覺熱交換過程是三個過程控制中比較容易控制，而且操作的步驟也比較少。雖然這個控制簡單，但是在手動將磷酸鉀溶液的流量增加至8800 kg/