过程控制综合实验报告

1、 过程控制综合实验报告 目录1、流量比值控制系统22、液位和进口流量串级控制53、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序号位号或代号设备名称用途原始信号类型工程量1FT-1011#流量计测量管路1流量420mADCAI0-3m3/h2FT-1022#流量计测量管路2流量420mADCAI0-3m3/h3U-101变频器频率控制，手动控制1#流量210VDCAO01004FV-101调节阀控制跟踪的流量210VDCAO01

2、00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

3、，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。FT1022#调节阀FV101FT101比值器调节器Q2Q11#图1.2 比值控制系统原理图SPPVMV1.3 操作过程和调试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。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

4、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。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。启动调节器，设置各项参数，将调节器切换到自动控制。7、启动水泵P102。8、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数，这里不限制使用的方法。具体可以参考2.4节。1.4 实验结果及记录流量比值控制曲线如图1.3所示，比值系数3，P=24，I=2.5秒。图1.3 流量比值控制曲线2 液

5、位和进口流量串级控制2.1 液位和进口流量串级控制描述液位和进口流量串级控制流程图如图2.1所示：图2.1 液位和进口流量串级控制流程图液位和进口流量串级控制测点清单如表2.1所示：表2.1 液位和进口流量串级控制测点清单序号位号或代号设备名称用途原始信号类型工程量1FT-1022#流量计测量管路2流量420mADCAI0-3m3/h2LT-103V103液位变送器测量液位420mADCAI0-2.5kPa3FV-101调节阀控制流量210VDCAO0100水介质二路（II路）由泵P102（工频）从水箱V104中加压获得压头，经流量计FT-102、电动阀FV-101、水箱V-103、手阀QV-

6、116回流至水箱V104而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV-116来调节；其中，水箱V103的液位由液位变送器LT-103测得，给水流量由流量计FT-102测得。本例为串级调节系统，调节阀FV-101为操纵变量，以FT-102为被控变量的流量控制系统作为副调节回路,其设定值来自主调节回路以LT-103为被控变量的液位控制系统。以FT-102为被控变量的流量控制系统作为副调节回路流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。下水箱V103为主对象，流量FT-102的改变需要经过一定时间才能反应到液位，时间常数比较

7、大，时延大。由上分析知：副调节器选纯比例控制，反作用，自动。主调节器选用比例控制或比例积分控制，反作用，自动。2.2 控制算法和编程串级控制系统方框图如图2.2所示。X主调节器LIC101副调节器LIC102下水箱液位LT103LT103主回路干扰给定值+-图2. 2 液位流量串级控制系统框图X-调节阀FV101流量计FT102流量FT102下水箱液位副回路干扰以串级控制系统来控制下水箱液位，以第二支路流量为副对象，右边水泵直接向下水箱注水，流量变动的时间常数小、时延小，控制通道短，从而可加快提高响应速度，缩短过渡过程时间，符合副回路选择的超前，快速、反应灵敏等要求。下水箱为主对象，流量的改变

8、需要经过一定时间才能反应到液位，时间常数比较大，时延大。将主调节器的输出送到副调节器的给定，而副调节器的输出控制执行器。由上分析副调节器选纯比例控制，反作用（要想流量大，则调节阀开度加大），自动。主调节器选用比例控制或比例积分控制，反作用（要想液位高，则调节阀开度加大），自动。1.2.3 操作过程和调试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，打开手动调节阀QV-102、QV-105，调节QV-116具有一定开度(闸板高度6毫米左右)，其余阀门关闭。3、在控制系统上，将流量计（FT-102）连到控制器AI0输入端，下水箱

9、液位（LT-103）连到控制器AI1输入端，电动调节阀FV-101连到控制器AO0端。注意：具体那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，则必须按照已经接线的通道来编程。4、打开设备电源，包括调节阀电源。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。启动调节器，设置各项参数，将调节器切换到自动控制。7、启动水泵P102。系统开始运行。8、首先将主调节器置手动状态，调整其输出为某个输出值，将它作为副调节器的SP值。9、在上述状态下，整定副调节器的P参数。10、预置主调节器的P、I参数（不要设置的

10、太大），再将主调节器切换到自动状态。11、依据记录曲线，调整主调节器的P、I参数、副调节器的P参数，一般是副调节器较大，主调节器较小。副调节器：一般纯比例(P)控制，反作用，自动，KC2(副回路的开环增益)较大。主调节器：比例积分(PI)控制，反作用，自动，KC1 KC2(KC1主回路开环增益)。12、待系统稳定后，类同于单回路控制系统那样，对系统加扰动信号，扰动的大小与单回路时相同。13、通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具有较满意的动态响应和较高的静态精度。1.2.4 实验结果及记录液位流量串级控制曲线如图2.3所示：图2.3 液位流量串级控制曲线3 流量-液位前馈反馈控制3.

11、1 流量-液位前馈反馈控制描述前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节快。但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。流量-液位前馈反馈控制流程图如图3.1所示： 图3.1 流量-液位前馈反馈控制流程图流量-液位前馈反馈控制测点清单如表3.1所示：表3.1流量-液位前馈反馈控制测点清单序号位号或代号设备

12、名称用途原始信号类型工程量1FT-101涡轮流量计给水流量I420mADCAI0-3m3/h2LT-103液位变送器下水箱液位420mADCAI2.5kPa3FV-101电动调节阀阀位控制210VDCAO0100水介质二路（II路）由泵P102（工频）从水箱V104中加压获得压头，经电动阀FV-101、水箱V-103、手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环，另一路（I路）经泵P101(变频器驱动)、涡轮流量计FT-101、水箱V103、手阀QV-116回流至水箱V104而形成水循环，负荷的大小通过手阀QV-116来调节；其中，水箱V103的液位由液位变送器LT-103测得，给水流量由流

13、量计FT-101测得。本例为前馈调节系统，调节阀FV-101为操纵变量，在LT-103为被控变量的定值液位控制系统中，接收由I路流量的前馈信号参予到定值系统中，整体构成前馈反馈控制系统。如果I路流量出现扰动，经过流量计FT-101测量之后，测量得到干扰的大小，然后在II路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。3.2控制算法和编程前馈控制又称扰动补偿，它与反馈调节原理完全不同，是按照引起被调参数变化的干扰大小进行调节的。在这种调节系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现而能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量作相应的变化，使两者抵消。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节

14、快。但是前馈控制是开环控制，其控制效果需要通过反馈加以检验。前馈控制器在测出扰动之后，按过程的某种物质或能量平衡条件计算出校正值。如果没有反馈控制，则这种校正作用只能在稳态下补偿扰变化用。如图3.2所示。下水箱是用两个水泵注水，设法保持下水箱液位。图3. 2 前馈反馈控制系统原理图如果支路一出现扰动，经过流量计测量之后，测量得到干扰的大小，然后在第二个支路通过调整调节阀开度，直接进行补偿。而不需要经过调节器。如果没有反馈，就是开环控制，那么这个控制就会有余差。增加反馈通道，使用PI进行控制。我们进行了部分简化。前馈控制不考虑控制通道与对象通道延迟，则根据物料平衡关系，简单的前馈控制方程为：Qu

15、=dF。也就是两个流量的和保持稳定。但是有两个条件，一是准确知道第一个支路的流量，二是准确知道调节阀控制输入与流量对应关系，如图3. 3所示：调节阀输入（%）1#，2#流量（%）图3.3 调节阀控制输入与流量比例关系被调量为调节阀，控制量是支路2流量，控制目标是下水箱液位。首先实现前馈控制，通过测量支路1、2流量，控制调节阀，使得支路2流量变化跟踪支路1流量变化。然后实现反馈控制，通过测量水箱液位，控制调节阀，从而把前馈控制不能修正的误差进行修正。3.3 操作过程和调试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。2、在现场系统上，打开手阀QV102、QV105，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AI0，将下水箱液位变送器（LT-103）输出连接到控制器AI1，变频器控制端连接到AO0，调节阀FV-101控制端连接到A