重庆科技学院过程控制实训报告

1、重庆科技学院学生实习（实训）总结报告 学 院:_电气与信息学院 _ 专业班级:_测控 学生姓名:_ _ _ 学 号:_ _实习(实训)地点:_逸夫科技大楼I501 _ _报告题目:_ 过程控制系统综合训练 _ 报告日期： 2015 年 01 月 08日指导教师评语: _ _ _ _ 成绩（五级记分制）:_ _ 指导教师（签字）:_ 目录1  前言2 1.1目的意义21.2主要内容22 实训内容32.1单容水箱液位定值控制系统实训32.1.1单容水箱设备的组成32.1.2单容水箱设备的工作原理32.1.3 单容水箱液位定值控制系统试验结果52.1.4单容水

2、箱液位定值控制调试52.1.5 CAD图72.2液位-流量串级控制系统实训92.2.1智能仪表92.2.2液位-流量的串级控制系统102.2.3液位-流量的串级控制系统原理102.2.4 液位-流量的串级控制系统试验结果112.2.5 液位-流量串级控制系统调试122.2.6 CAD图14 3实训总结16 1  前言 1.1目的意义过程控制系统综合训练是测控技术与仪器专业的一门综合训练性必修非实验课。通过本次实训，学生能理解过程控制系统的基本组成，PID参数的整定方法，检测控制仪表使用，学习过程控制系统设计的硬软件设计方法，具有一定的技术实现能力，进一步

3、提高学生的控制系统应用水平。1.2主要内容 1、单容水箱液位定值控制系统实训通过实验，使用智能仪表、调节阀构成控制系统，熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理，绘制单容水箱液位定值控制系统P&ID图（管道仪表流程图）和仪表回路接线图，使用组态王（Kingview）软件设计单容水箱液位定值控制系统软件，分析分别用P、PI和PID调节时的过渡过程曲线，定性研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。2、液位、流量串级控制系统实训了解串级控制系统的原理，掌握主、副干扰的确定，串级控制系统的组成，绘制液位、流量串级控制系统P&ID图（管道仪表流程图）和仪表回路接线图，使用组态王（

4、Kingview）软件设计液位、流量串级控制系统软件，学习主、副控制器的参数整定；在不同的扰动幅度下，分析响应曲线，比较控制质量。3、撰写实训报告实训报告包括前言、正文、结尾。前言主要描述本次实训的目的意义、要求及实训任务等情况。正文详述实习的基本情况,包括：项目、内容、安排、组织、做法，以及分析通过实习经历了哪些环节，接受了哪些实践锻炼，搜集到哪些资料，并从中得出一些具体认识、观点和基本结论。结尾可写出自己的收获、感受、体会和建议，也可就发现的问题提出解决问题的方法、对策。 2 实训内容2.1单容水箱液位定值控制系统实训2.1.1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

5、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。2.1.2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，

6、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。2.1.3 单容水箱液位定值控制系统试验结果画面组态: 图2.1 电容水箱控制系统图2.1.4单容水箱液位定值控制调试系统由模拟PID控制器和被控对象组成。 PID控制器是一种线性控制器，它是根据给定值r(t)与实际输出值c(t)构成控制偏差将偏差的比例（P）、积分（I）和微分（D）通过线性组合可以构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID控制器。它的控制规律为写成传递函数形式为调试结果:输入p=

7、30.00，i=20.00，d=0.01调试可得到下图。 图2.2 单容水箱控制系统调试图2.1.5 CAD图 图2.3 单容水箱控制系统CAD图 图2.4 单容水箱控制系统电气图2.2液位、流量串级控制系统实训2.2.1智能仪表 智能仪表是整个系统的重要部分，它是控制中心，它将测量信号运算后，得出控制信号并传给控制器。仪表的测量信号为传感器的输出信号，此处经过电阻将电流信号转换成15V（0.21V）的电压信号，即AI0+、AI0-为15V信号输入；AI1+、AI1-为0.21V信号输入。AO0+( AO1+)、AO0-( AO1-)为仪表的控制信号输出端，420mA的电流

8、控制执行器的输出。如图2.5 所示。仪表外给定是通过外部输入的15V电压信号来设定仪表设定值的。其它报警等端子为扩展备用。 图2.5智能仪表2.2.2液位-流量的串级控制系统 液位-流量的串级控制系统采用了液位变送器、流量变送器、电动调节器、智能仪表。其实验线路按照图2.5接好。将下水箱液位变送器的输出端接到智能仪表一的模拟输入端，智能仪表一的模拟输出端接智能仪表二的外给定端，流量变速器的输出端接到智能仪表二的输入端，智能仪表二的模拟输出端接到电动调节阀。下水箱液位变送器将测的信号传送给智能仪表一，智能仪表一经过运算后，输出调节信号作为智能仪表二的给定值，智能仪表二将流量值和给定值结

9、合运算后，输出控制信号传给调节阀。控制电动调节阀开度，控制下水箱的进水量，达到或保持给定的液位。智能仪表通过RS485与PC机通信，将液位值和调节阀的开度传送给PC机，PC机实时显示数据。操作人员可以在PC机上实时修改各个参数。2.2.3液位-流量的串级控制系统原理 本实验系统的主控量为下水箱的液位高度H，副控量为电动调节阀支路流量Q，它是一个辅助的控制变量。系统由主、副两个回路所组成。主回路是一个恒值控制系统，使系统的主控制量H等于给定值；副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H的控制目的。 图2.6 液位-流量串级控制系统

10、的结构图 可以看出，由于主对象下水箱的时间常数较大于副对象管道的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，在主对象未受到影响前，通过副回路的快速调节作用已消除了扰动的影响。图2.6为实验系统的结构图，图2.7为该控制系统的方框图。 图2.7 液位-流量串级控制系统的方框图2.2.4 液位-流量的串级控制系统试验结果 液位-流量的串级控制系统的参数整定方法有逐步逼近法、两步整定法和一步整定法。本实验采用的是两步整定法。在工况稳定，主、副控制器都在纯比例作用运行的条件下，将主控制器的比例度先固定在100的刻度上，逐渐减小副控制器的比例度，求取副回路在满足某种衰减比（如4

11、1）过渡过程下的副控制器比例度和操作周期。 画面组态: 图2.8 串级水箱控制系统图2.2.5 液位、流量串级控制系统调试 水箱液位串级控制系统，它是由主控、副控两会路组成，主控回路的调节器称主调节器，控制对象为水箱，水箱的液位为系统的主控制量，副控制回路中的调节器称副调节器，流入水箱的流量作为副控制量，主调节器的输出作为副调节器的给定，副调节器的输出直接调节电磁阀的转速，改变进入水箱的泵的流量，从而达到控制水箱液位的目的；在该控制系统中，由于水箱存在容积延迟，从而导致该过程的难以控制。串级控制是改善调节过程动态性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系统的容积延迟。通过组

12、态软件对整定过程及液位的平衡过程进行实时监控，直至达到主、副回路的最佳整定参数。 调试结果：输入液位=00.91 主控制回路：p=22.00，i=22.00，d=0.01副控制回路：p=30.00，i=99.00，d=0.00调试可得到下图。 图2.9 串级水箱控制系统调试图 2.2.6 CAD图 图2.10 串级水箱控制系统CAD图 图2.11 串级水箱控制系统电气图 3实训总结 通过这两周的实训，加深了对像串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统等这样的控制系统的结构的理解，以及对这些控制系统的PID参数的调整方法更加的熟悉。虽然只有短短的两周时间，但是它让我真正地理解了复杂控制系统参数的整定方法和系统结构