《過程控制實驗》

實驗報告

第一章、過程控制實驗裝置的結(jié)識

一、過程控制實驗的基本內(nèi)容及概述

本次過程控制實驗重要是對實驗室的水箱水位進行控制。水箱液位控制系統(tǒng)是一個簡樸

控制系統(tǒng)，所謂簡樸液位控制系統(tǒng)通常是指由一個被控對象、一個檢測變送單元（檢測元件

及變送器）、以個控制器和一個執(zhí)行器（控制閥）所組成的單閉環(huán)負反饋控制系統(tǒng)，也稱為單回

路控制系統(tǒng)。

簡樸控制系統(tǒng)有著共同的特性，它們均有四個基本環(huán)節(jié)組成，即被控對象、測量變送裝

置、控制器和執(zhí)行器。

圖1—1水箱液位控制系統(tǒng)的原理框圖

這是單回路水箱液位控制系統(tǒng)，單回路調(diào)節(jié)系統(tǒng)一般指在一個調(diào)節(jié)對象上用一個調(diào)節(jié)

器來保持一個參數(shù)的恒定，而調(diào)節(jié)器只接受一個測量信號,其輸出也只控制一個執(zhí)行機構(gòu)。

本系統(tǒng)所要保持的恒定參數(shù)是液位的給定高度，即控制的任務(wù)是控制水箱液位等于給定值所

規(guī)定的高度。

二、重要設(shè)備

1）水路裝置的結(jié)識

過程控制實驗用的水路裝置圖如下

圖1-2水路圖

由水路裝置圖我們看到，裝置重要有水箱，交流電動泵，熱爐,管道，電動閥，電

磁閥，流量計，液位傳感器，溫度傳感器組成，可以構(gòu)成一個完整的過程控制實驗平臺。

從上圖我們可以看出，裝置重要分為兩大部分，第一水路，管道，熱爐，水箱等等物理對

象，第二是傳感器,執(zhí)行機構(gòu)等等的控制部分的裝置。

實驗裝置具體介紹如下：

裝置簡介

加熱控制器功率1500W電源220V（單相輸入）

泵Q：40-150L/min50HzHz:50

H：2.5-7。8rpm:2550

Hmax:2.5m。kw：1.1

Qmax:l5OL/minHp：1.5

V：380oIn:2.8A

VL:450V。。01cL:B

IP:44MODELBLC

120/110S

全自動微型家用增壓泵型號：15WZ-10單相電容運轉(zhuǎn)馬達

最高揚程10m。最大流量20L/min

極數(shù)：2。轉(zhuǎn)速:2800rpm

電壓:220V電流:0.36A

功率:80W。絕緣等級E

SBWZ溫度傳感器PT1O0量程0—100攝氏度

精度0.5%FS

輸出：4-20MADC

電源:24VDC

智能電動調(diào)節(jié)閥型號:2DYP-16P。口徑2.5mm

壓力：1.6Mpas。電源:220VAC

輸入信號:4-20mA反饋信號：4—20

mA

閥門控制精度：0.1%—8%可調(diào)

電磁閥MODELUW-15V0LTS:220V

ORIFICE:15CYCLES:60

Hz

PIPESIZE:l/2,OPERATINGPRESS

URE:MINI0KG/cm八2-MAX8K

G/cmA2

2WY-C型渦街流量計防護等級:IP54

ADONIS+TAMAIDINSTRUME

NT壓力傳感器

YMC303P-1-A-3RANGE:0

-6kPa

0UT：4-20MA

SUPPLY:24VDCoRED：SUP+

IP65。oBLUE:OUT+/V-

b）電氣連接圖

由電氣裝置的圖我們可以看到，所有的電器連接都在這里，重要是一些傳感器信號，電

動驅(qū)動信號，用于電動裝置的驅(qū)動。

見附件

c）操作面板圖：

從操作面板上我們可以看到重要是由四個表，由P909構(gòu)成,用于測量控制壓力、流量、

液位、溫度的測量以及控制,PV代表反饋測量，外給定可以用于串級控制，OUT用于輸

出信號，以上接口均使用4-20mA標(biāo)準(zhǔn)

見附件

第二、三章、實驗系統(tǒng)的認知（涉及力控軟件，P909,實驗裝置）

a）力控軟件的安裝

一方面使用光盤里的Setup.exe安裝力控軟件的主題部分,然后將IOServers文

獻夾拷到力控軟件的安裝目錄下，安裝IOServers驅(qū)動

然后打開力控軟件，尋找到力控軟件的目錄，點擊開發(fā)模式，然后找到COM設(shè)立的部

分，如圖

:文件更）硝⑥查看9工具9強作?特殊功能童）格助包）

心除密髭GC合圜/國?圖10H叼旨★?B泌立自

林均狎拈

lolanagcr

i工程項目

文件0）視困電）幫助出）

二1退出系線

為選擇菜用E0&

稱

名

sJ變量aw描述類型

4否

jj數(shù)據(jù)摩祖交Fl10流量和智能儀表PAN-GLOBE-

+JKSKIP<否

兇I澈備犯態(tài)Li液位表1智能儀表PANYLOBE

否

=?冷

土」動作王■UPSpr

;壓力表1智能儀表PANfUIBE

常%:板卡否

任菜單4Te

Q溫度表1智能儀表PAN-GLOBE

」自定義函數(shù)土治吏軟器一

3KT4%：稱重儀黑

+」物據(jù)表管理+%:電力設(shè)各

<___|彳?:短信模塊

K工程項目喀薪tN：附埼

?.ORACLE數(shù)據(jù)庫

+：筋并口設(shè)備

i星性設(shè)置

?勵單片機

圜外晅區(qū)印+做定時設(shè)備

+育口屋性?曲仿真驅(qū)動

中筋數(shù)據(jù)庫

基本JK性

■腐口名林頓葡?凰數(shù)籌庫同步

窗口說明.”，—Q

以1/微備「

背景藪色□192

,仲曾十，kMH?7

就諸

然后點開相應(yīng)的目錄，然后配置串口參數(shù)，即可進行通信測量和控制。

J'CiXProgra*Files\PCAuto6\Project\力控鐵學(xué)實驗平臺-本級控制_gX

［文件耍）邸§堡）查看9工具CD操作⑥杼殊功能⑤）幫助如

款揭理拈囹

王程項目

二］退出系線

二］選擇菜單

氏,口交量

設(shè)置

口數(shù)據(jù)彘組態(tài)

能底布PAH-GLOBE

DOE樂儀電-

向I玻備組態(tài)電儀表

EMERS0MOJSPAK-GLOBE

由」朝E

15儀表PKM-GLOBEP1D控制

￡口菜單ENRAF

EUROTHERH(￡18儀表FAK-GLOBE

_J自定義函數(shù)：測值：

況61用電%

口粉淀值：

+」數(shù)據(jù)表苜理GREAT夠銳)

}?NEnELL(ii出值：

17工程項目省蒜IMFIC0MG51

KEITHLET￡

；星性設(shè)置MITSUBISHI?

WKS

圈外畫3H

HTS)3-

廠連接采集失敗|3次后重新初始化串口

+finSttCfflRO耳儂挺W

基本屆處PM-GLOBE

［圖□名稱_IODP909過刊

窗口說明ELcnoocgk〈上一步@）|弟成|取消

背景顏色□192。I/O設(shè)備I

保存后編譯工程文獻。

然后我們就可以開始使用力控軟件八

匕楚

加

I業(yè)自￡

一一

---一一報警記錄_一封t記錄退出系統(tǒng)

用

理

管

■戶

制

液

控

?位

制

溫

控

,度

捌

壓

控

??■力

制

流

控

?重

續(xù)

超

曲

*經(jīng)

詢

歷

查

由

史

：

數(shù)

表

報

?據(jù)

報

錄

記

.警

事

錄

記

?■件

電.

退

晚

軍

出

由

率

.制

斐

級

由

實驗須知：測試階段密碼均為123

篁鐲『7

運營接界面。

力控軟件的功能相稱之強大，可以監(jiān)控各個窗口儀表的狀態(tài)，并且具有繪制歷史曲線的功能。

用

性

廠e

位控

液

制

度

控

溫

制

力

控

壓

制14,0410467取值葩圍

700.ocyri

余

控

流

制液位曲線

於

曲

趨

妓700.00T(0.00]?i?tI

：

查Tip.00000000]

史

歷

詢525.00,

報

據(jù)

數(shù)

表-漉蛾

..T[0.00]

記

警

報

錄,I[0.00000000]I

記

件

事

錄350.00.溫度曲線

-1(0.00]

系

出

退

統(tǒng)

no.00000000]

控

級

率

制—|

壓力曲鏤

17500,

-T1000]

.1(0.00000000]_曲線縮放

0.00.倍數(shù)

1.00

14:04-1046714:04:2546714:04:4046714:045S467U0510.487

”I

時間設(shè)定曲線設(shè)苴雙擊設(shè)置曲線

起始時像011年9月1時0癡秒曲線名Ase曲域1限。

時間箝用0時0分0曲線下限600

這個功能可以很方便我們使用，繪制飛升曲線，觀測系統(tǒng)模型。

b）液位控制系統(tǒng)的結(jié)識:

液位控制系統(tǒng)有水箱、進水閥、分水閥、氣泵、壓力表、電動閥構(gòu)成。系統(tǒng)原理框圖如下

c）系統(tǒng)模型的結(jié)識

我們整個實驗的目的就是在于控制液位，所以我們需要水箱液位的模型來幫助我們整定參

數(shù)。而對于實際模型最佳的建模方式就是實驗建模，給予模型一個階躍信號后，觀測系統(tǒng)的反

映，然后建立出模型的傳遞函數(shù)。同時，需要注意到系統(tǒng)不僅僅是液位有一個模型，電動閥

的模型也會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。

電動閥20%-90%

有上述的飛升曲線我們可以看出電動閥的模型也是一個一階環(huán)節(jié)，曲線上出現(xiàn)的一個個階梯

狀的重要是由于采樣周期的影響，由于電動閥的反映速度相對于液位而言是比較快的，所以

采樣的效果還是很明顯的。由于電動閥的時間常數(shù)遠小于液位，實際參數(shù)調(diào)整的時候可以忽

57

略調(diào)節(jié)閥的參數(shù)。

0.45+1

液位飛升曲線

一方面建立增益系數(shù)K,由最初與最終的穩(wěn)態(tài)結(jié)果可知,K=5.625

然后是時間常數(shù),當(dāng)液位飛升曲線到達67.5%的時候，此時的時間就是我們的時間常數(shù)，所以

可得我們的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)。三”.

135+1

得到了傳遞函數(shù)對我們整定PID參數(shù)有極大的益處。

d)P909的結(jié)識

我們實驗的重要控制器就是P909高精度微電腦控制器，它重要具有如下特點:

控制精度高，最高可達0.1度

雙PID控制功能,可以控制加熱和冷卻

通用輸入，可以輸入56種不同的信號

輸出信號種類多,可以滿足各種需要。

有外部設(shè)定SV功能呢，用于多機同步設(shè)定

可選配RS-485通信功能或主副控制器

抗干擾能力強，可用于各種工控場合

輸出比例控制，手動/自動切換

自整定、自診斷功能。

由上可見，P909功能十分強大，可以用來實現(xiàn)實驗中的種種功能。

我們重要使用的功能有：

1、設(shè)定輸出值的比例：按SET鍵到OUTL顯示后，使用光標(biāo)確認輸出的比例。

2、確認控制器的SV設(shè)定值，按下〈鍵直到SV值在閃爍，使用光標(biāo)修改SV的數(shù)值。

3、設(shè)定顯示的高點低點:按下set鍵5秒之內(nèi)按下V鍵進入第三層，按下set鍵找到AN

LI和ANH1,同時輸入相應(yīng)的電流信號，然后設(shè)定想要顯示的數(shù)值即可。

P909具體功能圖:

各陪盾示意ia

“60眇內(nèi)未接任何H

LEVEL1自勵回到Level［閔戶用)

傭戶用)

?任何聆候播邁

按恥T按國健能之內(nèi)同貸同到Jv.11(ffl戶第)

-----------1u搜r一-下r

pH

LEVEL2

(PIDJB)(I?人周)------>

按K償陽之內(nèi)同疇

按一下

系統(tǒng)總框圖

LEVEL1(用戶府)

百分比PftSM

(OutputLimit)

ri魴*w

(AutoTuning)

第一ttl胃楷松定值

(Alarm1set)

笫二CH胃程皎定值

(Alarm2set)

笫三例期設(shè)定值

(Alarm3set>

第一層

LEVEL2(PID>)

<M：0.0~200.0%

物?明，血用。肝控?

?M：0-360O?

81■困,也分■網(wǎng)

??0-9000

20?，9分?網(wǎng)

Wm：0'USPL

**0750|>

SSRHMI-1,4-20mA*|H-Ot

RelayHih?■必定在10以I:

OCO(ON/OFFW-用)

PVAWSV*HYS1hOFF

PV小旅等于(SVHYS1),ON

即>1相問

,11和月

MD1MM

MCYT1IHM

AHYSIffiH

%IM，&卻■■）&￡I（MSV-GAP1

（熨■出『才■我宜）

第卻■底定WSVFAP2

（■■網(wǎng)時才田復(fù)定）

第二層

LEVEL3獺人盾)

在■人MS!避押課務(wù)者情人短洞?寅表

(Input1)

m■比，人俏■.抵黠”校比>1999-9899

CII(AnalogInputLowLimitCalibration)

IB比?人信或校王?H：0-9999

(AnalogInputHighUmitCalibration)

小It黠位置?鐵MflWOOD,000.0.00.00,0000

(Decimalpoint)(育INP1=AN1-AN5flf使用)

段定M/?不值抵酷^定

(Lowerset-pointBmit)

股定位/■小值高貼改定

(Upperset-pointHmit)

遙控翰人他重“抵站”校正物畫：-1999*9999

(RemoteinputLowLimitCalibration)

逼技一人情*-MIT校正KM：0-9999

(RemoteInputHighLimitCalibration)

第一曾■人鑄帽澳式?■：00*19

(AlarmmcdoofAL1)（也?考客收模式附l?表）

Itn：0T9分:5汕

第一■督彳畤網(wǎng)■豪

其它M：**蛇逆（del”）勤作畤罔

(Alarm1timeset)（It