试验3反应温度非自衡过程

1、过程装备与控制技术实验指导书过程装备与控制技术实验指导书刘天霞汤占岐 编北方民族大学化学与化学工程学院过程装备与控制技术实验指导书目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark5 o Current Document 实验1:流量自衡过程 3 HYPERLINK l bookmark19 o Current Document 实验2 :单液位非自衡过程 6 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 实验3:反应温度非自衡过程 7 HYPERLINK l bookmark23 o Current Document 实验4 :一

2、阶惯性通道传递函数模型测试 10实验5:衰减振荡法液位PID控制器参数整定 15实验6:气体压力PID单回路控制系统的设计与整定 19过程装备与控制技术实验指导书实验1:流量自衡过程1、实验目的1） 了解什么是自衡过程及其特点。2）分清过程自衡的原因。3）分析过程自衡的条件及自衡的范围。2、实验原理自衡过程是指系统中存在着对所关注的变量的变化有一种固有的、自然形式的负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡。具有自平衡能力的过程称为自衡过程。反之，不存在 固有反馈作用且自身无法恢复平衡的过程，称为非自衡过程。在出现扰动后，过程能靠自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自衡特性。无论扰动如何变化，过

3、程自身都能在不加控制的条件下，在变量实际允许的量程范围内达到平衡，这种过程称为完全自衡过程。 实际过程中自衡常常是有条件的，并且是在一定的范围内才可以自衡，超出允许范围就无法达到自衡了。依据过程的自衡与非自衡特性，可以将大多数工业过程的特性归类为如下常见类型。1）无振荡自衡过程在阶跃作用下，被作用变量不发生振荡， 且逐渐向新的稳态值靠近。 此类过程的传递函 数模型可表达为如下形式G(s)=Ke-sTs 1、 Ke-sG(s)=(T +1)(丁2+1)(2-1)G(s)=Ke-s(Ts 1)n以上无振荡自衡过程传递函数模型， 可以直接通过阶跃响应曲线用图解法或曲线拟合方 法得到，详见本单元模块（

4、四）。在过程工业中无振荡自衡过程十分常见，并常用第一种模 型表达。第一种模型又称为一阶加纯滞后模型，可以用来近似多容高阶动态模型。2）有振荡自衡过程在阶跃作用下，被作用变量发生衰减振荡，且逐渐向新的稳态值靠近。 此类过程的传递函数模型至少是二阶以上形式，在工业过程中很少见，例如G(s)=(0 - 1)(2-2)Kes_2 2 ,:，1,(T s 2 Ts 1)3）无振荡非自衡过程在阶跃作用下，被作用变量会一直上升或一直下降，不能达到新的平衡状态。 此类过程的传递函数模型常表达为G(s)=Ke-sTs(2-3)G(s)=Ke-ss(Ts 1)(2-4)过程装备与控制技术实验指导书由于积分过程具有

5、非自衡特性，以上传递函数模型中都含有一个积分因子（1/S）。3、实验工艺过程描述流量自衡过程实验选离心泵及液位流程中的泵出口流量F2,具体流程见图2-1。工艺过程的描述详见第一部分，第二单元。为了使实验结果准确，采用单回路液位控制系统通过上 游的阀门V1调节流量F1,控制液位L1稳定。然后，通过手动改变阀门V2的开度，观察流量F2的自衡过程。4、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入离心泵及液位工程。2）在盘台上进行线路连接。如图 2-2所示，用黑色导线将卧圆罐液位L1黑色插孔和液晶显示器下部1号黑色插孔连接，将L1设定为液晶显示器上对应的第一排左数第一个棒图显示。 用黑色导线

6、将离心泵出口流量F2黑色插孔和液晶显示器下部11号黑色插孔连接，将F2设定为液晶显示器上对应的第三排左数第一个数字显示。5、控制系统组态1）将液位L1控制定义为位号 LIC-01 , PID参数设置为：Kc=16、Ti=60秒、Td=0秒、 反作用。变送器集点选 L1。带定位器的控制阀选 V1,阀特性选线性，组态画面见图2-3。2）完成趋势画面组态，选择F2、V2两个变量需要趋势记录。趋势画面见图2-4。3）阀门V1、V2特性选线性。上游流量F14791 Kg/sP2:P.O6O6 MPaF3:0r3090SlzlOO.ODOO %F310.0000 K汕高点排气阀S3： 口, 口口口。D:

7、:0,0000电机功率N：2后631KW泵总压头H: 30,4148 m泵 电机开 关S20000图1-1离心泵及液位流程图画面6、实验步骤1）将测试软件选定为运行状态。2）按照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到正常工况。此时，手动调整V2的开度为45%, L1设定值设为50%。3）手动调整V2的开度为55%,观察流量F2按一阶非周期特性上升，大约 25秒钟后达 到新的平衡。4）手动调整V2的开度为60%,观察流量F2仍按一阶非周期特性上升，大约 20秒钟后 达到新的平衡。5）本实验可以继续下去，无论如何改变V2的开度（增加或减少），F2总能经过一个一阶非周期特性的变化达到新的平衡点。过

8、程装备与控制技术实验指导书1-2盘台上的黑线连接图1-3液位单回路控制系统组态图7、实验结果记录详见图4所记录的F2和V2随时间变化的历史曲线，及实验记录表2-1。表2-1测试实验案例001实验记录实验步骤V2初始开度V2新开度F2初始值F2新平衡值1234过程装备与控制技术实验指导书裆势向i叵区旭庄HIU!I I市中!里寇骋鹭藤M3.518A-02= 5.299 MJh第门 39n1nc 4内44n4为 ，弧可初峭qmq 510 小FI-Q2302图1-4 趋势记录画面8、实验分析与结论9、思考题1）什么是自衡过程？有何特点？2）简要解释过程自衡的原理。3）什么原因能导致流量自衡？举例说明。

9、实验2:单液位非自衡过程1、实验目的1）了解什么是单液位非自衡过程及其特点。2）分清单液位非自衡过程非自衡的原因。3）分析单液位非自衡过程非自衡的条件。2、实验原理见实验1。3、实验工艺过程描述工艺过程同实验1,所不同的是固定出口流量 F2（即固定V2开度），改变入口流量F1, 观察液位L1的非自衡现象。4、实验设备及连接同实验1。5、控制系统组态同实验1。6、实验步骤1）设定趋势回零状态，启动测试软件为运行模式。2）按照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到正常工况。此时，手动调整V2的开度为30%, L1设定值设为50%。3）将控制器LIC-01置手动，将控制器输出提升到80%,实现方法

10、是：在控制器图标中点击 配置”，弹出“PID控制器配置”画面，修改输出为 80%,并进行 确认”。过程装备与控制技术实验指导书4）观察液位持续上升，最后液位达到100%,即满罐，由于本罐通大气，继续下去则发生溢流事故，液位将维持100%不变。5）本实验可以继续下去，发现 V1的开度只要偏离使流量 F1等于F2的位置，当F1大 于F2时，液位L1则持续上升直到满罐；当F1小于F2时，液位L1则持续下降直到抽空。系统再也无法达到平衡。7、实验结果记录详见图2-5,测试软件按趋势画面组态自动记录L1和V1随时间变化的历史曲线。口 20 w。 囱 演 】pg ijg iw。180 a)o 公口 一口

11、aeo aso moo mao 34口 %o 利Ll-ai趋势画面1区在器噩P I I电弋髭套噩噩黯图2-1趋势记录画面8、实验分析与结论9、思考题1.什么原因能导致液位自衡？举例说明。实验3:反应温度非自衡过程1、实验目的了解什么是反应温度非自衡过程及其特点。2）分清反应温度非自衡的原因。3）分析反应温度非自衡的条件。2、实验原理见实验1。3、实验工艺过程描述连续反应温度非自衡过程实验流程见图3-1。工艺过程的描述详见第一部分，第五单元。首先通过手动将连续反应过程从冷态开车达到正常工况，采用单回路控制系统TIC-01稳定反应温度，用单回路控制系统 LIC-01稳定反应器内的液位。当反应稳定后

12、，将TIC-01切手动，人为改变夹套冷却水阀门V8开度，即加大或减小冷却水流量，观察反应温度的非自衡过程。4、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入连续反应工程。过程装备与控制技术实验指导书2）在盘台上进行线路连接。用黑色导线将丙烯进料流量 F4黑色插孔和液晶显示器下部 8号黑色插孔连接，将F4设定为液晶显示器上对应的第二排右数第三个数字显示。用黑色导线将己烷进料流量 F5黑色插孔和液晶显示器下部 9号黑色插孔连接，将F5设定为液晶显示器上对应的第二排右数第二个数字显示。用黑色导线将催化剂与活化剂混合物进料流量F6黑色插孔和液晶显示器下部10号黑色插孔连接，将 F6设定为液晶显

13、示器上对应的第二排右数第一个数字显示。用黑色导线将反应温度 T1黑色插孔和液晶显示器下部13号黑色插孔连接，将他设定为液晶显示器上对应的第三排右数第三个数字显示。用黑色导线将反应器液位 L4黑色插孔和液晶显示器下部14号黑色插孔连接，将L4设定为液晶显示器上对应的第三排右数第二个数字显示。 用黑色导线将夹套冷却水流量F8黑色插孔和液晶显示器下部15号黑色插孔连接，将F8设定为液晶显示器上对应的第三排右数第一个数字显示。搅拌开关S3二1口口.口口0075:20.0000 %76:0.0000 %催化剂口 Kg小-100,0热水阀96 ：o.oooaV8:0.0000 %冷却水F8 ：o.iooa

14、 T/h79:24.2710 %V7:0.0000 % 冷却水F7：CL ll00 T/tl丙烯同 KQ/h 74:29,0523 %己烷5:901,7000 Kg/h图3-1连续反应过程流程图画面图3-2控制系统组态画面反应压力口5752 MPa 反应温度TL 20,UK口 C 反应液位L4:50/3乃日% 聚丙烯浓度口口口口 19 %5、控制系统组态1）将液位L4控制定义为位号 LIC-04 , PID参数设置为：Kc=1.5、Ti=50秒、Td=0秒、正作用。变送器集点选 L4。带定位器的控制阀选V9,阀特性选线性，组态画面见图3-2。2）将反应温度 T1控制定义为位号 TIC-01 ,

15、 PID参数设置为：Kc=6、Ti=90秒、Td=10秒、正作用。变送器集点选T1。带定位器的控制阀选V8,阀特性选线性，组态画面见图3-2。过程装备与控制技术实验指导书3）完成趋势画面组态，选择 T1、V8、F8三个变量需要趋势记录。趋势画面见图3-3。4）阀门V4、V5、V6选线性特性。6、实验步骤1）设定趋势回零状态，启动测试软件为运行模式。2）按照第一部分，第五单元操作规程将本系统开车到稳定工况。此时，手动调整V4的开度为55%, V5的开度为55%, V6的开度为60%,反应器液位LIC-01的设定值为70%, 反应温度TIC-01的设定值为70 C。系统工况稳定时，F4=718 K

16、g/h , F5=1505 Kg/h , F6=88.8 Kg/h , T1=70 C, L4=70%。3）将反应温度控制器 TIC-01切手动，将控制器的输出减小10%左右，使当前反应的冷却量不足，反应温度按指数规律上升得越来越快，大约200多秒钟温度上升到报警限，见图2-16记录曲线。此时如果不采取紧急措施，将发生爆炸事故。这是连续反应温度的正向 非自衡现象。4）当T1上升到接近100c时，及时将TIC-01切自动，控制器立即加大夹套冷却水流量， 经过自动控制，T1回到70C,并稳定在70 c上。5）将反应温度控制器 TIC-01切手动，将控制器的输出加大10%左右，使当前反应的冷却量超出

17、所需量，反应温度则不断下降，直到停止反应，大约460秒钟后回到常温。这是连续反应温度的反向非自衡现象，见图 2-17记录曲线。此种情况虽然没有危险，但反应会 减弱直到停止，即工厂减产或停工，也是不允许的。7、实验结果记录详见图3-3和图3-4所记录的T1、V8和F8随时间变化的历史曲线，图3-3是连续反应温度的正向非自衡过程的记录；图3-4是连续反应温度的反向非自衡过程的记录。图3-3趋势记录画面之一过程装备与控制技术实验指导书图3-4 趋势记录画面之二8、实验分析与结论9、思考题1）什么是非自衡过程？有何特点？2）简要解释过程非自衡的原理。3）举例说明何种液位系统无法自衡。4）各写两种自衡过

18、程和非自衡过程的传递函数模型，说明其特征。5）导致连续反应温度非自衡的原因是什么？可能导致什么危险？6）为什么非自衡过程需要安全保护控制？常用哪些保护控制方法？实验4: 一阶惯性通道传递函数模型测试1、实验目的：1）正确应用阶跃响应法测试通道动态特性。2）通过阶跃响应曲线判别通道传递函数表达方式。3）应用作图法测定通道一阶惯性传递函数的增益K和时间常数To4）应用作图法测定通道一阶惯性加纯滞后传递函数的增益K、时间常数T和纯滞后时间t。2、实验原理1）通道模型建立工业过程的数学模型是对通道影响关系的深入揭示，在过程控制中，建立通道模型的用途主要是：辅助控制系统方案的分析和研究； 直接用来作为先

19、进控制系统中的数学模型； 辅助控制系统的调试；进行PID控制器的参数整定；辅助安全评价和决定安全保护控制方案；用于故障诊断；用于仿真训练等。工业过程的数学模型主要分为静态模型和动态模型。通道动态模型是表达输入变量和输出变量之间随时间变化的数学描述。数学模型的结构为微分方程，常用传递函数表示，以便采用代数方法分析动态系统。10过程装备与控制技术实验指导书常见的通道传递函数模型如下: 一阶惯性模型，例如一阶惯性加纯滞后模型，例如二阶惯性加纯滞后模型，例如高阶惯性加纯滞后模型，例如G(s)352=6.17 s 1G(s)=G(s)=(2-7)10.9/0s120s 1(2-8)56e2s(32 s

20、1)(68s 1)(2G(s)=73 s2.8e-(10s 1)6(2-10)2）阶跃响应法测试通道模型本方法测试简便，在工业控制中应用广泛。测试的前提是过程处于稳定状态，且所有的控制器置手动，防止系统的变化被控制作用所掩盖。为了确保系统处于稳定状态，先利用自动控制稳定工况， 然后置手动也是有效的方法。当确认系统稳定后， 将所选定通道的输入变量（一般是用阀门调整）快速变化一个幅度，相当于输入一个阶跃变化。记录输入和输出随时间变化的曲线。当输出变量达到一个新的稳态值并保持稳定时，即完成一次测试。显然，本方法仅适用于自衡过程，而且，应当在输入变量处于不同负荷（高、中、低）下各重复数次，一方面要确认

21、在相同负荷下的测试数据是否准确，应取平均值；另一方面要确认不同负荷下响应规律是否有变化，如果有变化，系统特性是非线性的。利用所测试的阶跃响应曲线可以得到通道传递函数模型，可有如下三种情况。一阶惯性特性如果阶跃响应曲线没有纯滞后或纯滞后时间相对很小，且响应曲线起始变化率很大可看成一阶惯性特性。可直接从曲线上用作图法测得时间常数T和通道开环增益 K。见图4-1所示，T等于从起始稳态变化到新的稳态63.2%处的时间，K等于前后两个稳态值 y1、y2的差与输入阶跃变化的增幅之比。k=3u2 一 U111过程装备与控制技术实验指导书图4-1作图法测量T和K一阶惯性加纯滞后特性如果阶跃响应曲线有明显的纯滞

22、后，且响应曲线呈现S形，通道为高阶特性，常用一阶惯性加纯滞后近似。即需要得到纯滞后时间。、时间常数T和通道开环增益 K,可直接从曲线上用作图法测得。见图4-2所示，在S形曲线的中间拐点处作切线，与前后两个稳态值yi、y2的交点对应的时间差为通道时间常数T,从阶跃扰动起始时刻到切线与yi水平线交点所对应时刻的时间差为t , K等于前后两个稳态值 yi、y2的差与输入阶跃变化的增幅之比。二阶或n阶惯性加纯滞后当阶跃响应是S形单调曲线，也可以用两个或多个一阶惯性环节近似，可望得到更好 的拟合精度。通道增益 K的求取方法同前。从阶跃干扰产生时刻沿响应曲线没有变化到刚 开始变化的时刻确定纯滞后时间t。余

23、下的工作是决定如何用二阶或n阶惯性环节拟合截去纯滞后部分的阶跃响应特性。依据阶跃响应曲线上的两个点的数据，可以确定二阶或n阶惯性环节的时间常数。例如，可在响应曲线总变化范围的40%和80%处测定出时间 内和t2,见图4-3所示。求取各环节时间常数的方法如下。当0.32 ti/t2 0.46时，可用二阶惯性环节拟合，两个时间常数Ti和T2由下公式求得。司归期03sM 4国0 4LDQ aam 4300 MCQ 4S00辆 DO41Q0图4-2作图法测量K、T、TI2过程装备与控制技术实验指导书TiT21216ti t2Ti T2ti2 0.46时，该阶跃响应特性具有更高的阶次。为了便于计算，令所

24、有的惯性环节时间常数相等，确定惯性环节阶次n和时间常数T的方法是，先计算t” t2从数据表4-1查得阶次n,然后用下式计算时间常数 To(2-13)t1 t22.16 n表4-1模型阶次t1/ t20.320.460.530.580.620.650.670.6850.710.7350.75n123456781012142、实验工艺过程描述工艺过程同实验 1,流程图见图1-1。通过自动控制液位 L1维持上游稳定，手动调整V2的开度产生阶跃扰动，记录泵出口流量 F2的变化趋势曲线，通过记录曲线得出V2对F2的通道传递函数模型。3、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入离心泵及液位工

25、程。2）盘台上线路连接。同实验1。4、控制系统组态1）保留液位L1控制系统，以便尽快进入测试前的稳定工况。13过程装备与控制技术实验指导书2）完成趋势画面组态，选择F2需要趋势记录。趋势画面见图2-31。3）阀门VI、V2选线性特性。5、实验步骤1）将测试软件选定为运行状态。2）参照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到稳定工况。此时，手动调整V2的开度为50%, L1给定值设为50%,通过自动控制将 L1稳定在50%。3）为了计算V2至F2通道静态增益 K,需要F2在V2最大开度（100%）的流量。手动将V2开大到100%,记录稳定后的 F2=17.7 kg/so4）手动将V2的开度关小到

26、60%,等系统达到稳定状态， 记录此时的流量 F2=10.64 kg/s。5）手动快速将 V2开度提升到65%,等系统达到稳定状态，记录此时的流量F2=11.53 kg/so6）重复4）和5）两次，记录F2在V2变化开度前后的稳态值，用三次测试的平均值为最 终结果。7）在高负荷，例如，V2从85%变化到90%;在低负荷，例如，V2从30%变化到35%, 重复以上试验，记录测试结果。6、实验结果记录详见图4-4记录的V2变化引起F2变化趋势。测试得到的一组数据如表4-2。表4-2测试实验案例012实验记录V2 (%)1006065F2 (kg/s)17.710. 6411. 53在记录曲线上得到

27、时间常数为T=4.5s。计算通道静态增益（1153 -10.64）K_17.7 二一照 _10，、K -（65 -60）- 0.050（2-14）100通道传递函数模型为7、实验分析与结论G(s)=1.04.5s 1(2-15)14过程装备与控制技术实验指导书图4-4通道模型测试记录曲线实验5:衰减振荡法液位PID控制器参数整定1、实验目的1）掌握衰减振荡法 PID控制器参数整定技能。2）熟悉控制器参数整定的常用标准。3）掌握衰减振荡法 PID控制器参数估算方法。4） 了解衰减振荡法 PID控制器参数整定的适用范围。2、实验原理由于工业生产安全稳定性要求，不允许进行等幅振荡试验，或者对象特性无

28、法达到等幅 振荡的场合，可以采用衰减振荡法进行PID控制器参数整定。与临界比例度法比较而言，参数整定步骤完全相同，唯一的区别是采用纯比例作用得到4:1衰减的阶跃干扰的响应曲线为参数整定计算依据。令 Ks为4:1衰减振荡时的纯比例 增益，Ts为4:1衰减振荡周期，PID参数估算方法参见表 5-1。表5-1衰减振荡法PID控制器参数整定计算表控制规律P (Kc)I （）秒D (Td)秒PKsPI0.83Ks0.5TsPID1.25Ks0.3Ts0.1Ts衰减振荡法控制器参数整定的优点是，整定质量较好、对工艺过程干扰较小、安全可靠。缺点是，对于时间常数小的系统不易测取衰减振荡周期Ts,干扰频繁的系统

29、也不宜使用。3、实验工艺过程描述衰减振荡法PID控制器参数整定选三级液位流程中的第二级液位L3,具体流程见图3-1。工艺过程的描述详见第一部分，第二单元。为了防止L1和L4超限，分别采用 PID单回路控制。本试验针对 L3进行衰减振荡法PID控制器参数整定。15过程装备与控制技术实验指导书Fl：e.l785Kg V 1:53.0000 %V2：7L.DDDO %F2:B.17B8 Kg/sPkdiQOQ MPaIFt IL1： 45.0651 %P2 ：0：,05S6 MPaP3;0,2436 MPa用 口000口 Kg总S3:0.0000 %N：3.Q4CO KWH:24.25B0 m51:

30、100.0000 %2:100.0000 %F9:0.2O22 Kg/B图5-1三级液位流程图画面流程说明见图5-2,第一级液位系统为卧式储罐，其上游设双效阀V1 ,入口流量F1,储罐液位L1 ,储罐下部出口快开阀 S1 （开关），离心泵，离心泵入口压力 P2,离心泵出口压力 P3, 离心泵出口流量 F2,离心泵高点排气阀 S3 （开关），排气完成指示灯 D1,离心泵出口双效 阀V2。第一级液位系统和离心泵另设独立的实验项目，系统结构及所有内容与三级液位的 第一级完全相同。离心泵一般由电动机带动。启动前须在离心泵的壳体内充满被输送的液体。当电机通过联轴结带动叶轮高速旋转时，液体受到叶片的推力同

31、时旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外沿，以高速流入泵壳，当液体到达蜗形通道后，由于截面积逐渐扩大， 大部分动能变成静压能，于是液体以较高的压力送至所需的地方。当叶轮中心的流体被甩出后，泵壳吸入口形成了一定的真空，在压差的作用下，液体经吸入管吸入泵壳内，填补了被排出液体的位置。离心泵若在启动前未充满液体，则离心泵壳内极易存在空气，由于空气密度很小，所产生的离心力就很小。此时在吸入口处形成的真空不足以将液体吸入离心泵内，因而不能输送液体，这种现象为“气缚”。所以离心泵在开动前必须首先将被输送的液体充满泵体，并进 行高点排气。第二级液位系统，高位非线性计量罐，该罐的上部是直圆桶型，下

32、部为圆锥型，液位 L3 ,罐出口流量 F5,出口双效阀 V5;第三级液位系统，釜式反应器，反应器液位 L4,出口流量F9,出口双效阀V9。在三级液位实验中，三个储水罐都通大气， 即都为敞口设备。设备尺寸和阀门选型如下：31）卧式储罐，直径 1000 mm,长度1000 mm,体积0.785 m2）卧式储罐上游自来水管公称直径Dg100 mm （108X4无缝钢管）3）调节阀V1,选吴忠仪表厂 HT邪座调节阀，公称通径 Dg100 mm ,阀座直径65 mm,高精 度流量特性阀芯，流通能力Kv= 58.3 （Cv= 68）16过程装备与控制技术实验指导书4）卧式储罐出口到离心泵入口水管长度2 m

33、,公称直径 Dg80 mm （89X 3.5无缝钢管）5）离心式水泵，型号2B31 ,流量30m3/h,扬程24 m,功率3.07 kw ,电机4.0 kw ,允许吸入 高度5.7 m,叶轮直径162 mm （离心式水泵特性可直接在本实验系统测得）6）离心泵出口至高位非线性计量罐水管长度8 m,公称直径 Dg50 mm （57 X 2.5无缝钢管）7）调节阀V2,选吴忠仪表厂 HTSI座调节阀，公称通径 Dg50 mm ,阀座直径50 mm,高精度 流量特性阀芯，流通能力Kv= 37.7 （Cv= 44）8）高位非线性计量罐（第二级液位） ，直径600 mm,圆筒型部分高度1000 mm,圆锥

34、型部 分高度520 mm,体积0.33 m339）釜式反应器（第二级液位），直径1000 mm,图度1600 mm,体积1.26 m图5-2离心泵与三级液位流程图10）高位非线性计量罐至釜式反应器顶部高差1000 mm,连接水管长度 2 m,公称直径Dg100 mm （108X4无缝钢管）11）调节阀V5,选吴忠仪表厂 HT邪座调节阀，公称通径 Dg100 mm ,阀座直径100 mm,高 精度流量特性阀芯，流通能力Kv= 150 （Cv= 175）12）釜式反应器底部排水管向大气排水，高差500 mm,水管长度2 m,公称直径 Dg100 mm（108X4无缝钢管）13）调节阀V9,选吴忠仪

35、表厂 HT邪座调节阀，公称通径 Dg100 mm ,阀座直径100 mm,高 精度流量特性阀芯，流通能力Kv= 150 （Cv= 175） 4、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入三级液位工程。2）在盘台上进行线路连接。1号黑色插孔连接，将L12号黑色插孔连接，将L45号黑色插孔连接，将L3用黑色导线将卧圆罐液位 L1黑色插孔和液晶显示器下部 设定为液晶显示器上对应的第一排左数第一个棒图显示。用黑色导线将反应器液位 L4黑色插孔和液晶显示器下部 设定为液晶显示器上对应的第一排左数第二个棒图显示。用黑色导线将第二级液位L3黑色插孔和液晶显示器下部17过程装备与控制技术实验指导书

36、设定为液晶显示器上对应的第一排右数第一个棒图显示。用黑色导线将流量 F2黑色插孔和液晶显示器下部14号黑色插孔连接，将 F2设定为液晶显示器上对应的第三排右数第二个数字显示。用黑色导线将流量 F5黑色插孔和液晶显示器下部15号黑色插孔连接，将 F5设定为液晶显示器上对应的第三排右数第一个数字显示。5、控制系统组态1）将液位L1控制定义为位号 LIC-01 , PID参数设置为：Kc=16、Ti=60秒、Td=0秒、 反作用。变送器采集点选L1。带定位器的控制阀选V1,阀门特性为线性，组态画面见图5-3。2）将液位L4控制定义为位号 LIC-04 , PID参数设置为：Kc =2、Ti =50秒

37、、Td =0秒、 正作用。变送器采集点选L4。带定位器的控制阀选V9,阀门特性为线性，组态画面见图2-57。3）将液位L3控制定义为位号 LIC-03 , PID参数设置为：Kc =1、Ti =99999秒、Td =0 秒、正作用。变送器采集点选L3。带定位器的控制阀选V5,阀门特性为线性，组态画面见图2-57。4）完成趋势画面组态，选择 L3、V5两个变量需要趋势记录。趋势画面见图 2-58。5）阀门V1、V2、V5、V9选线性特性。图5-3控制器参数整定控制系统组态6、实验步骤1）设定趋势回零状态，启动测试软件为运行模式。2）按照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到稳定工况。此时，L1

38、给定值设为50%投自动；L4给定值设为1.0 m投自动。手动调整 V2及V5,使L3稳定在1.0 m左右, 将LIC-03投自动。3）将LIC-03设为纯比例作用，增益Kc从1.0到大以1.0为增量逐渐变化，每变化一次增益Kc,观察一次阶跃响应曲线，直到出现4:1衰减振荡曲线为止。测量并记录此时的增益Ks=2.2,振荡周期Ts=73秒，记录曲线见图 5-4。此时的余差大约为0.08m。4）参考计算公式表计算得到：Kc=2.75 , Ti=22秒，Td=7.3秒。5）将计算得到的数据设置为LIC-03的PID参数，手动调整V2将流量F2拉偏引入阶跃干扰，观察响应曲线，阶跃响应曲线见图 5-5。7

39、、实验结果记录详见图5-4和图5-5所记录的L3、V5随时间变化的历史曲线。8、实验分析与结论18过程装备与控制技术实验指导书起势M面I, | C | X:忸匹：3网P I I原个虺餐幽塞LF-03; m图5-4衰减曲线趋势记录画面档弟再而1E1。口V-051 %图5-5 最终趋势记录画面9、思考题1）如何将控制器衰减振荡的比例度折算到增益值？2）衰减振荡法控制器参数整定是如何进行的？3）衰减振荡法控制器参数整定有何优点和缺点？4）列出衰减振荡法 PID控制器参数整定的估算方法。实验6:气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1、测试实验目的19过程装备与控制技术实验指导书1）掌握压力PID单

40、回路控制系统的常用方法。2）熟悉压力PID单回路控制系统组态。3）掌握压力PID控制器参数整定方法。2、实验原理1）压力作用于单位面积上的垂直力，工程上称为压力，物理学中称为压强。 压力依据零点参考压力的不同，分为绝对压力、表压力、压力差、负压力（真空）和真空度。绝对压力：以完全真空为零标准所表示的压力。表压力：以大气压为零标准所表示的压力，等于高于大气压力的绝对压力与大气压力之差。2大气压力：一个标准大气压是在纬度 45度，温度为0C,重力加速度为 9.80665m/s 海平面上，空气气柱重量所产生的绝对压力，其值是101325Pa。压差：除大气压力以外的任意两个压力的差值。负压：绝对压力小

41、于大气压时， 大气压力与绝对压力之差为负压。负压的绝对值称为真空。真空度：绝对压力小于大气压时的绝对压力。压力测量常用的单位有：帕斯卡（Pa）,其物理意义是，1牛顿的力作用于1平方米的面积上的压强（力）。工程中常用 MPa表示压力，1 MPa=106 Pa,工程大气压（kgf/cm2）,垂直作用于每平方厘米面积上的力，以公斤数为计量单位。工程上常用 kg/cm 2 表示。1 kgf/cm 2=9.80665 x 105 Pa=0.980665 MPa。物理大气压（atm）,即上面所述的标准大气压。毫米汞柱（mmHg）、毫米水柱（mmH?。），垂直作用于底面积上的水银柱或水柱的高度为计量单位。

42、1 atm=760 mmHg。许多生产过程都是在不同的压力下进行的，有些需要很高的压力，例如，高压聚乙烯、 合成氨生产过程等， 有些需要很高的真空度。压力是化学反应的重要参数，不但影响到反应平衡关系，也影响到反应速率。 生产过程中的其它参数也经常通过压力间接测量，例如，流量、液位、温度等可以转换为压力进行测量。2）压力的测量压力（压差）的测量方法主要有，液体式、弹性式、活塞式、电动式（电感、电容、电 位、应变、压电、霍尔、力平衡、电涡流等）、气动式、光学式（光纤、光干涉、光电、激 光等）。压力控制系统的检测部件通过压力变送器，输出统一标准的4-20mA信号。3）压力的动态特性压力控制在工业中主要有气体、液体和蒸汽三种。对象的类型常见有两类，其一是具有一定容量的气罐，此种情况，体积和容量较大，表征动态特性的时间常数较大，即惯性较大。其二是管道的压力，由于管段的容积较小，所以时间常数较小，控制比较灵敏。以上两种情况与温度对象相比都是比较快的过程，时间常数不大，都大致呈现单容特性，在控制中一般不用微分作用。4）压力的控制方案一个系统的热力学状态可以用其压力、热烙和体积加以描述。当仅有气相存在时， 气体的压力和体积成反比，热焰相对而言起次要作用。本实验系统的气体