DDC控制概述及相关的几个实验

目录TOC\o"1-3"\h\zHYPERLINK\l"_Toc59860478"一、DDC控制概述2HYPERLINK\l"_Toc59860479"二、系统实验11HYPERLINK\l"_Toc59860480"实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验11HYPERLINK\l"_Toc59860481"实验二、上水箱液位PID整定实验17HYPERLINK\l"_Toc59860482"实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验22HYPERLINK\l"_Toc59860483"实验四、锅炉内胆温度控制实验（动态）28HYPERLINK\l"_Toc59860484"实验五、锅炉夹套温度控制实验（动态）32HYPERLINK\l"_Toc59860485"实验六、电磁流量计流量PID整定实验36HYPERLINK\l"_Toc59860486"实验七、涡轮流量与小流量比值控制实验39HYPERLINK\l"_Toc59860487"实验八、上水箱下水箱液位串级控制实验43一、DDC控制概述自动化技术是当今举世瞩目的高技术之一，也是今后实现工业高度自动化重点要发展的一个高科技领域。现代科学技术领域中，计算机技术和自动化技术被认为是发展最为迅速的两个分支，计算机控制技术是这两个分支相结合的产物，是工业自动化的重要支柱。计算机控制可分为集中控制、分布式控制和直接数字控制等。直接数字控制（DDC）系统是用一台工业计算机配以适当的输入输出设备，从生产过程中经输入通道获取信息，按照预先规定的控制算法（如PID、内回流等）计算出控制量，并通过输出通道，直接作用在执行机构上，实现对整个生产、实验过程的闭环控制，通常它有几十个控制回路。图1-1DDC系统结构框图它的框图如图1-1所示，从上图可看出：实验过程中的各种物理量（如温度、压力、流量、液位等），由一次仪表（如温度变送器、压力变送器等）测量放大，统一变换为4~20mA（或1-5V）信号，通过ICP7017模数转换，作为DDC的输入，计算机按照预定的控制程序，对被测量进行必要的处理、分析和比较，并按一定的规律（如PID控制规律）进行运算，从而得出控制量的改变值，输出到ICP7024数模转换直接控制执行机构。ICP7017是带通讯功能的AD采集卡，ICP7024是带通讯功能的DA输出卡。作为工控机AD采集卡的延伸产品在工控领域得到了广泛的应用。图1-1DDC系统结构框图一）、ICP7017模块的功能介绍：ICP7017模块：8通道模拟量输入模块。工作电源：直流24V输入类型：电压、电流。输入范围：150~150mv,-500~500mv,-1~1v,-5~5v,-10~10v,-2~20mA通讯方式：485通讯任一通道接线图：ICP7017模块外部接线图：任一通道接线图：ICPICP图1-3ICP7017某一通道接线图图1-2ICP7017接线图ICP7024模块：4路电压型模拟量输出，4路电流型模拟量输出。工作电源：直流24V电流输出范围：0~20mA,4~20mA电压输出范围：-10v~10v,0~10v,-5~5v,0~5v通讯方式：485通讯ICP7024模块外部接线图：任一通道接线方式：图1-5ICP7024接线图ICP图1-5ICP7024接线图ICP图1-4ICP7024接线图二）、7000Utility软件的使用说明，如图所示：图1-67000Utility软件启动界面图1-77000Utility软件设置界面图1-87000Utility软件通讯检测界面7000Utility软件主要是为7000系列的模块提供以下功能：检测与主机相连的7000系列模块。设置7000系列的配置。对7000系列各个模块执行数据输入或数据输出。保存检测到模块的信息(文件格式为*.map)三）、MCGS组态软件的介绍：MCGS组态软件的安装盘只有一张光盘。具体安装步骤如下：启动Windows；在相应的驱动器中插入光盘；插入光盘后会自动弹出MCGS安装程序窗口（如没有窗口弹出，则从Windows的“开始”菜单中，选择“运行...“命令，运行光盘中AutoRun.exe文件），MCGS安装程序窗口如下图所示：在安装程序窗口中选择“安装MCGS组态软件通用版”，启动安装程序开始安装；随后，安装程序将提示你指定安装目录，用户不指定时，系统缺省安装到D:\MCGS目录下，如下图所示：安装过程大约要持续数分钟；MCGS系统文件安装完成后，安装程序要建立象标群组和安装数据库引擎，这一过程可能持续几分钟，请耐心等待；安装过程完成后，安装程序将弹出“安装完成”对话框，上面有两个复选框，重新启动计算机和不启动计算机。一般在计算机上初次安装时需要选择重新启动计算机。按下“完成”按钮，将结束安装程序的运行，如下图所示：安装完成后，Windows操作系统的桌面上添加了如下图所示的两个图标，分别用于启动MCGS组态环境和运行环境：同时，Windows开始菜单中也添加了相应的MCGS程序组，如下图所示；MCGS程序组包括五项：MCGS组态环境、MCGS运行环境、MCGS电子文档、MCGS自述文件以及卸载MCGS组态软件。运行环境和组态环境为软件的主体程序，自述文件描述了软件发行时的最后信息，MCGS电子文档则包含了有关MCGS最新的帮助信息。MCGS系统的运行方式MCGS系统分为组态环境和运行环境两个部分。文件McgsSet.exe对应于MCGS系统的组态环境，文件McgsRun.exe对应于MCGS系统的运行环境。此外，系统还提供了几个组态完好的样例工程文件，用于演示系统的基本功能。MCGS系统安装完成后，在用户指定的目录（或系统缺省目录D:\MCGS）下创建有三个子目录：Program、Samples和Work。组态环境和运行环境对应的两个执行文件以及MCGS中用到的设备驱动、动画构件及策略构件存放在子目录Program中，样例工程文件存放在Samples目录下，Work子目录则是用户的缺省工作目录。分别运行执行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe，就能进入MCGS的组态环境和运行环境。安装完毕后，运行环境能自动加载并运行样例工程。用户可根据需要创建和运行自己的新工程。四）、ICP7000计算机组态介绍ICP7000通过RS485转232通讯硬件和组态软件进行设备通讯组态，可采集到ICP7017输入模块送来的（如：液位、温度、流量）检测信号，在组态软件里编写（液位、温度、流量）PID控制算法，由计算机送出输出控制信号到ICP7024再经由他们送出到执行机构的控制端，即可组成闭环控制。通过画面组态，动画组态和策略组态等，可以良好的完成计算机动态实时监控对象的运行情况。并作出丰富的动态实时、历史图形曲线。1、组态说明：组态一共可以分主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库、运行策略5大块内容，完成这五项，即完成的组态的全过程。在用户窗口选项菜单里，所有的计算机监控界面组态窗口都在用户窗口菜单项里建立。如下图所示：ICP7017和ICP7024数据采集是通过下图所示的设备窗口组态来完成的。详细设置请参看组态软件的帮助文档。根据不同的实验需要采集的数据不同，设置不同的通道，本装置同时提供4路电压输入通道。若实验中只要用到一个通道，则不同的实验可以共用一个通道。比如:通道AD0上的数据对象为pv1,那么流量、温度、液位等都可以通过这个通道采集上来，只是需要在用户窗口里的控制脚本中把pv1转化为流量、温度、液位的对应值即可。通道组态连接表：实验名称ICP7017通通道值ICP7024通通道值接入信号数据对象对应通道号数据对象通道号实验一、一阶单容容系统对象特特性测试实验验上水箱液位pv1AD0OP2DA0实验二、上水箱液液位PID整定实验上水箱液位pv1AD0OP2DA0实验三、锅炉内胆胆二位式控制制实验锅炉水温pv1AD0OP2DA0实验四、锅炉内胆胆温度控制实实验锅炉水温pv1AD0OP2DA0实验五、锅炉夹套套温度控制实实验夹套水温pv1AD0OP2DA0实验六、电磁流量量计流量控制制实验电磁流量pv1AD0OP2DA0实验七、涡轮流量量与小流量比比值控制实验验电磁流量涡轮流量pv1pv2AD0AD1OP2DA0实验八、上下水箱箱液位串级控控制实验下水箱液位上水箱液位pv1（主控）pv2（副控）AD0AD1OP4DA1下图所示是主画面的组态界面：包括对象的动力支路演示、实时液位的跟踪、给定值的设定、参数的调节、实时曲线和历史曲线的记录、通讯状态的指示等。下图所示的是实时数据库选项：在实时数据库里建立数据对象名称，组态里需要用到的变量（如液位、温度、流量、中间变量、比例、积分、微分等）均在此定义，且一个变量对应一个点，点数不能超过128点，若超过128点，运行将出错。在组态环境运行组态好的程序可以直接按F5或点击按钮即可进入运行环境。二、系统实验实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一、实验目的1）、熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。2）、根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。二、实验设备1）、AE2000过程控制实验装置：配置：ICP-7017、7024模块、万用表、上位机软件、计算机、实验连接线。三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：图1-1、单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。同时，记录对象的输出数据或阶跃响应曲线，然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。如图1-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2*C，K=R2为过程的放大倍数，R2为V2阀的液阻，C为水箱的容量系数。令输入流量Q1（S）=RO/S，RO为常量，则输出液位的高度为：当t=T时，则有：h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)即h(t)=KR0(1-e-t/T)当t—>∞时，h（∞）=KR0，因而有K=h（∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入上式表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的图1-2、阶跃响应曲线阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：图1-2、阶跃响应曲线上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）/T恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（∞）。五、实验内容和步骤设备的连接和检查：（1）、关闭阀22，将AE2000A实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀7，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀6、阀11、阀18、阀21。（3）、打开上水箱的出水阀：阀9至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭系统连线图：图1-3、实验接线图1）、关闭电源控制板上的所有电源开关。2）、按照上图1-3所示进行接线。3、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到380V的三相交流电源。2）、打开电源三相带漏电保护空气开关。4、实验步骤1）、打开电动调节阀、24VDC电源开关。2）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图1-4所示：图1-4、实验软件界面2）、点击启动模块按钮后，双击设定输出按钮，进行设定输出值的大小，这个值根据阀门开度的大小来给定，一般初次设定值<5。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参数液位高度控制在20%处（一般为5cm）。3）、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录输出值，以及水箱水位的高度h1和测量显示值并填入下表。亚当模块输出值（0~100）水箱水位高度h11（mm）组态显示值（mmm）4）、迅速增加亚当模块手动输出值，增加5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数，均可在上位软件上获得，以此数据绘制变化曲线。t（秒）水箱水位h1(mm)组态读数(mm)5）、直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入下表：亚当模块输出值（0~100）水箱水位高度h11（mm）组态显示值（mmm）6）、将亚当模块输出值调回到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响应过程参数与曲线。重复上述实验步骤。填入下表：t（秒）水箱水位h1(mm)组态读数(mm)六、实验报告要求（1）作出一阶环节的阶跃响应曲线。（2）根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。七、注意事项（1）做本实验过程中，阀8不得任意改变开度大小。（2）阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。（3）在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。八、思考题（1）在做本实验时，为什么不能任意变化阀9的开度大小？(2)用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点?实验二、上水箱液位PID整定实验实验目的1）、通过实验熟悉单回路计算机PID调节控制算法。2）、分析DDC的P、PI和PID调节过程图形曲线。3）、编制数字PID算法实验设备1）、AE2000A型过程控制实验装置：配置：万用表、上位机软件、计算机、ICP7017、ICP7024模块、实验连接线。扰动三、实验原理扰动给定给定液位上小水箱电动调节阀PID控制器液位上小水箱电动调节阀PID控制器─+─+液位变送液位变送图2-1、实验原理图图2-1、实验原理图图2-1为单回路上水箱液位控制系统，单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。本系统所要保持的恒定参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制上小水箱液位等于给定值所要求的高度。根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用DDC控制。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-2中的曲线①、②、③所示。图2-2、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、实验步骤（1）、将AE2000A实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门：阀1、阀4、阀7，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门:阀2、阀6、阀11、阀18、阀21。（3）、打开上水箱的出水阀：阀9至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭。2、系统连线如图2-3所示：图2-3、上水箱液液位PID参数整定控控制接线图1）、关闭电源控制制板上的所有有电源开关。2)、按照上图2-33所示进行接接线。3、启动实验装置1）、将实验装置电电源插头接到到380V的三相交流流电源。2）、打开电源三相相带漏电保护护空气开关。4、实验步骤1）、打开亚当模块块、电动调节节阀、24VDC电源开关。2）、启动计算机MMCGS组态软件，进进入实验系统统相应的实验验如图2-4所示：图2-4、实验软件件界面（一）、比例调节节1）、打开单相电源源泵开关，开开始实验。2）、设定给定值，调调整P参数。3）、待系统稳定后后，对系统加加扰动信号（在在纯比例的基基础上加扰动动，一般可通通过改变设定定值实现）。记记录曲线在经经过几次波动动稳定下来后后，系统有稳稳态误差，并并记录余差大大小。4）、减小P重复步步骤5，观察过渡渡过程曲线，并并记录余差大大小。5）、增大P重复步步骤5，观察过渡渡过程曲线，并并记录余差大大小。6）、选择合适的PP，可以得到到较满意的过过渡过程曲线线。改变设定定值（如设定定值由50％变为660％），同同样可以得到到一条过渡过过程曲线。7）、注意：每当做做完一次试验验后，必须待待系统稳定后后再做另一次次试验。（二）、比例积分分调节器（PPI）控制1）、在比例调节实实验的基础上上，加入积分分作用，即在在界面上设置置I参数不为0，观察被控控制量是否能能回到设定值值，以验证PPI控制下，系系统对阶跃扰扰动无余差存存在。2）、固定比例P值值（中等大小小），改变PPI调节器的的积分时间常常数值Ti，然后观观察加阶跃扰扰动后被调量量的输出波形形，并记录不不同Ti值时的超超调量σp。表二、不同Ti时时的超调量σp积分时间常数Tii大中小超调量σp3）、固定于某一中中间值，然后后改变P的大小，观观察加扰动后后被调量输出出的动态波形形，据此列表表记录不同值值Ti下的超调调量σp。表三、不同δ值下下的σp比例P大中小超调量σp4）、选择合适的PP和Ti值，使系系统对阶跃输输入扰动的输输出响应为一一条较满意的的过渡过程曲曲线。此曲线线可通过改变变设定值（如如设定值由550%变为60%）来获获得。（三）、比例积分分微分调节（PID）控制1）、在PI调节器器控制实验的的基础上，再再引入适量的的微分作用，即即把软件界面面上设置D参数，然后后加上与前面面实验幅值完完全相等的扰扰动，记录系系统被控制量量响应的动态态曲线，并与与实验（二）PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的PP、Ti和Td，使系统统的输出响应应为一条较满满意的过渡过过程曲线（阶阶跃输入可由由给定值从550%突变至至60%来实现现）。3）、在历史曲线中中选择一条较较满意的过渡渡过程曲线进进行记录。五、实验报告要求求1）、画出单容水箱箱液位控制系系统的方块图图。2）、用接好线路的的单回路系统统进行投运练练习，并叙述述无扰动切换换的方法。3）、作出P调节器器控制时，不不同δ值下的阶跃跃响应曲线。4）、作出PI调节节器控制时，不不同δ和Ti值时的阶阶跃响应曲线线。5）、画出PID控控制时的阶跃跃响应曲线，并并分析微分DD的作用。6）、比较P、PII和PID三种调调节器对系统统无差度和动动态性能的影影响。六、注意事项1）、实验线路接好好后，必须经经指导老师检检查认可后方方可接通电源源。七、思考题1）、实验系统在运运行前应做好好哪能些准备备工作？2）、为什么要强调调无扰动切换换？3）、如何实现减小小或消除余差差？纯比例控控制能否消除除余差？实验三、锅炉内胆胆温度二位式式控制实验实验目的1）、熟悉实验装置置，了解DDC的二位式温温度控制系统统的组成。2）、掌握位式控制制系统的工作作原理、控制制过程和控制制特性。实验设备1）、AE2000A型型过程控制实实验装置配置：万用表、上上位机软件、计计算机、ICP70017、ICP70024模块、实验验连接线。三、实验原理1、温度传感器温度测量量通常采用热热电阻元件（感温元件）。它它是利用金属属导体的电阻阻值随温度变变化而变化的的特性来进行行温度测量的的。其电阻值值与温度关系系式如下：Rt＝Rt0[11+α(t-t0)]式中Rt——温度度为t(如室温20℃)时的电阻值值；RRt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值值；α——电阻的温度系数。可见，由于温度的的变化，导致致了金属导体体电阻的变化化。这样只要要设法测出电电阻值的变化化，就可达到到温度测量的的目的。虽然大多数金属导导体的电阻值值随温度的变变化而变化，但但是它们并不不能都作为测测温用的热电电阻。作为热热电阻的材料料一般要求是是：电阻温度度系数小、电电阻率要大、热热容量要小；；在整个测温温范围内，应应具有稳定的的物理、化学学性质和良好好的重复性；；并要求电阻阻值随温度的的变化呈线性性关系。但是，要完全符合合上述要求的的热电阻材料料实际上是有有困难的。根根据具体情况况，目前应用用最广泛的热热电阻材料是是铂和铜。本本装置使用的的是铂电阻元元件PT100，并通过温温度变送器（测测量电桥或分分压采样电路路或者AI人工智能工工业调节器）将将电阻值的变变化转换为电电压信号。铂电阻元件是采用用特殊的工艺艺和材料，具具有很高的稳稳定性和耐震震动等特点，还还具有较强的的抗污染能力力。在0~650℃的温度范范围内，铂电电阻与温度的的关系为：Rt＝Rt0((1+At++Bt2+Ct3)式中Rtt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值值；Rt0——温度为为t0(通常为0℃)时的电阻值值；A、B、C是常常数，一般AA=3.900802*110－31/℃，B=-5.8802*100－71/℃，C=-4.22735*110－121/℃。Rt-t的关系称称为分度表，用用分度号来表表示。2、二位式温度控制制系统二位控制是位式控控制规律中最最简单的一种种。本实验的的被控对象是是1KW电加热管，被被控制量是复复合小加温箱箱中内套水箱箱的水温T，智能调节节仪内置继电电器线圈控制制的常开触点点开关控制电电加热管的通通断，图3-1为位式控制制系统的方块块图。图3-1、位式调节器的特特性图由图3-1可见，在在一定的范围围内不仅有死死区存在，而而且还有回环环。因而图3-2所示的系统统实质上是一一个典型的非非线性控制系系统。执行器器只有“开”或“关”两种极限工工作状态，故故称这种控制制器为两位调调节器。该系统的工作原理理是当被控制制的水温T小于给定值值时，即给定定值>测量值，且且当e=VS--VP≥dF时，调节器器的继电器线线圈接通，常常开触点变成成常闭，电加加热管接通380V电源而加热热。随着水温温T的升高，Vp也不断增大大，e相应变小。若若T高于给定值值，即Vs〈Vp，e=Vg--Vi=负值，若e≤-dF时，则两位位调节器的继继电器线圈断断开，常闭触触点变成常开开，切断电加加热管的供电电。由于这种种控制方式具具有冲击性，易易损坏元器件件，只是在对对控制质量要要求不高的系系统才使用。图3-2位式控制系统的方方块图如图3-2位式控制系系统的方框图图所示，温度度给定值在智智能仪表上通通过设定获得得。被控对象象为锅炉内胆胆中的三相电电热管，被控控制量为内胆胆水温。它由由铂电阻PT100测定，输入入到智能调节节仪上。根据据给定值加上上dF与测量的温温度相比较向向继电器线圈圈发出控制信信号，从而达达到控制水箱箱温度的目的的。由过程控制原理可可知，双位控控制系统的输输出是一个断断续控制作用用下的等幅振振荡过程，如如图4-3所示。因此此不能用连续续控制作用下下的衰减振荡荡过程的温度度品质指标来来衡量，而用用振幅和周期期作为品质指指标。一般要要求振幅小，周周期长，然而而对同一双位位控制系统来来说，若要振振幅小，则周周期必然短；；若要周期长长，则振幅必然大。因此通过过合理选择中中间区以使振幅在限定范围围内，而又尽尽可能获得较长的周期。3-3双位控系统统的过程曲线线四、实验内容与步步骤设备的连接和检查查：（1）、开通以丹麦泵泵、电动调节节阀、涡轮流流量计以及锅锅炉内胆进水水阀1、阀4、阀11、阀15所组成的水水路系统，关关闭通往其他他对象的切换换阀6、阀7、阀18、阀21。（2）、将锅炉内胆的的出水口阀14至适当高度度。（3）、检查电源开关关是否关闭。2、系统连线接线如图3-4所所示：图3-4、系统连线线图1）、按图3-4所所示，利用AE20000A型实验装装置组成控制制系统。2）、把锅炉里的水水加满至溢流流口。3）、启动电源，在在软件里调节节好各项参数数以及设定值值和回差dF的值。4）、在锅炉内胆中中给以恒定的的进水，用于于冷却。5）、启动计算机，进进入MCGS组态环境运运行软件，进进入相应的实实验。如图3-5所示：图3-5、实验软件件界面6）、系统运行后，组态软件自自动记录控制制过程曲线。待待稳定振荡2~3个周期后，观观察位式控制制过程曲线的的振荡周期和和振幅大小，记记录实验曲线线。实验数据记录如下下：S（秒）T（℃）7）、适量改变给定定值的大小，重重复实验步骤骤4）。8）、把动力水路切切换到锅炉夹夹套，启动实实验装置的供供水系统，给给锅炉的外套套加流动冷却却水，重复上上述的实验步步骤。五、注意事项1）、实验前，锅炉炉内胆的水位位必须高于热热电阻的测温温点。2）、给定值必须要要大于常温。3）、实验线路全部部接好后，必必须经指导老老师检查认可可后，方可接接通电源开始始实验。4）、在老师指导下下将计算机接接入系统，利利用计算机显显示屏作记录录仪使用，并并保存每次实实验记录的数数据和曲线。六、实验报告1）、画出不同dFF时的系统被被控制量的过过渡过程曲线线，记录相应应的振荡周期期和振荡幅度度大小。2）、画出加冷却水水时，被控量量的过程曲线线，并比较振振荡周期和振振荡幅度大小小。3）、综合分析位式式控制特点。七、思考题1）、为什么缩小ddF值，能改善善双位控制系系统的性能？？2）、为什么实际的的双位控制特特性与理想的的双位控制特特性有着明显显的差异？实验四、锅炉内胆胆温度控制实实验（动态）一、实验目的1）、了解单回路温温度控制系统统的组成与工工作原理。2）、研究P、PII、PD和PID四种调节器器分别对温度度系统的控制制作用。3）、改变P、PII、PD和PID的相关参数数，观察它们们对系统性能能的影响。4）、了解PID参参数自整定的的方法及参数数整定在整个个系统中的重重要性。二、实验设备1）、AE2000A型型过程控制实实验装置：配置：万用表、上上位机软件、计计算机、ICP70017、ICP70024模块、实验验连接线。三、实验原理图4-1、温度控制制系统原理图图本系统所要保持的的恒定参数是是锅炉内胆温温度给定值，即即控制的任务务是控制锅炉炉内胆温度等等于给定值。根根据控制框图图，采用PID调节。四、实验内容与步步骤（一）、比例调节节器（P）控制1）、按图4-1所所示方块图的的要求接成实实验系统，系系统接线和实实验三一致。2）、开通以丹麦泵泵、电动调节节阀、涡轮流流量计以及锅锅炉内胆进水水阀1、阀4、阀11、阀15所组成的水水路系统，关关闭通往其他他对象的切换换阀6、阀7、阀18、阀21。3）、将锅炉内胆的的出水口阀14至适当高度度。4）、打开ICP模模块、电动调调节阀、24VDC电源开关。5）、开启相关仪器器和计算机软软件，进入相相应的实验，如如图4-2所示：图4-2、实验软件件界面7)、运行MCGS组组态软件，进进入相应的实实验，把输出出置于“手动”，输出值为为小于等于10，把温度设设定于某给定定值（如：将将水温控制在在40。C），设置各各项参数，使使调节器工作作在比例（P）调节器状状态，此时系系统处于开环环状态。8）、观察实时或历历史曲线，待待水温基本稳稳定于给定值值后，将调节节器的开关由由“手动控制”点击至“自动运行”状态，使系系统变为闭环环控制运行。待待基本不再变变化时，加入入阶跃扰动（可可通过改变设设定值来实现现）。观察并并记录在当前前比例P时的余差和和超调量。每每当改变值P后，再加同同样大小的阶阶跃信号，比比较不同P时的ess和σp，并把数据据填入表一中中。表一、不不同比例度δ时的余差和和超调量P大中小essσp9）、记录实验过程程各项数据绘绘成过渡过程程曲线。（数数据可在软件件上获得）（二）、比例积分分（PI）调节器控控制1）、在比例调节器器控制实验的的基础上，待待被调量平稳稳后，加入积积分（“I”）作用，观观察被控制量量能否回到原原设定值的位位置，以验证证系统在PI调节器控制制下没有余差差。2）、固定比例P值值（中等大小小），然后改改变积分时间间常数I值，观察加加入扰动后被被调量的动态态曲线，并记记录不同I值时的超调调量σp。表二、不不同Ti值时的超超调量σpP大中小超调量σp3）、固定I于某一一中间值，然然后改变比例例P的大小，观观察加扰动后后被调量的动动态曲线，并并记下相应的的超调量σp。表三、不同δ值时时的超调量σp比例P大中小超调量σp4）、选择合适的PP和I值，使系统统瞬态响应曲曲线为一条令令人满意的曲曲线。此曲线线可通过改变变设定值(如把设定值值由50%增加到60%)来实现。（三）、比例微分分调节器（PD）控制1）、在比例调节器器控制实验的的基础上，待待被调量平稳稳后，引入微微分作用“D”。固定比例P值（中间值值），改变微微分时间常数数D的大小，观观察系统在阶阶跃输入作用用下相应的动动态响应曲线线。表四、不同D时的的超调量和余余差D大中小essσp2）、选择合适的PP和D值，使系统统的瞬态响应应为一条令人人满意的动态态曲线。（四四）、比例积积分微分（PID）调节器控控制3）、在比例调节器器控制实验的的基础上，待待被调量平稳稳后，引入积积分（“I”）作用，使使被调量回复复到原设定值值。减小P，并同时增增大I，观察加扰扰动信号后的的被调量的动动态曲线，验验证在PI调节器作用用下，系统的的余差为零。4）、在PI控制的的基础上加上上适量的微分分作用“D”，然后再对对系统加扰动动（扰动幅值值与前面的实实验相同），比比较所得的动动态曲线与用用PI控制时的不不同处。5)、选择合适的P、I和D，以获得一一条较满意的的动态曲线。五、实验报告要求求。1）、画出温度控制制系统的方块块图。2）、用临界比例度度法整定三种种调节器的参参数，并分别别作出系统在在这三种调节节器控制下的的阶跃响应曲曲线。3）、作出比例调节节器控制时，不不同δ值时的阶跃跃响应曲线？？得到结论是是什么？4）、分析PI调节节器控制时，不不同P和I值对系统性性能的影响？？六、注意事项1）、实验线路接好好后，必须经经指导老师检检查认可后方方可接通电源源。2）、系统连接好以以后，在老师师的指导下，运运行温度控制制实验。七、思考题1）、在阶跃扰动作作用下，用PD调节器控制制时，系统有有没有余差存存在？为什么么？2）、在温度控制系系统中，为什什么用PD和PID控制，系统统的性能并不不比用PI控制有明显显地改善？3）、为什么要整定定P、I、D参数？4）、连续温控与断断续温控有何何区别？为什什么？实验五、锅炉夹套套温度控制实实验（动态）一、实验目的1）、了解不同单回回路温度控制制系统的组成成与工作原理理。2）、研究P、PII、PID三种调节器器分别对温度度系统的控制制作用。3）、改变P、PII和PID的相关参数数，观察它们们对系统性能能的影响。4）、了解PID参参数自整定的的方法及参数数整定在整个个系统中的重重要性。5）、分析动态的温温度单回路控控制和静态的的温度单回路路控制不同之之处。二、实验设备1）、AE2000A型型过程控制实实验装置：配置：万用表、上上位机软件、计计算机、ICP70017、ICP70024模块、实验验连接线。三、实验原理图5-1、温度控制制系统图5-1为一个闭环环单回路的锅锅炉内胆温度度控制系统的的结构框图，锅锅炉内胆为动动态循环水，变变频器、小单单相泵、锅炉炉内胆组成循循环供水系统统。实验之前前，变频器、单单相泵供水系系统在通过阀阀10将锅炉内胆胆的水装至适适当高度，阀阀13关闭。实验验投入运行以以后，变频器器再以固定的的频率使锅炉炉内胆的水处处于循环状态态。静态闭环环单回路的锅锅炉内胆温度度控制，没有有循环水加以以快速热交换换，而三相电电加热管功率率为4.5KW，加热过程程相对快速，散散热过程相对对比较缓慢，调调节的效果受受对象特性和和环境的限制制，在精确度度和稳定性上上存在一定的的误差。增加加了循环水系系统后，便于于热交换及加加速了散热能能力，相比于于静态温度控控制实验，在在控制的精度度性，快速性性上有了很大大的提高。本本系统所要保保持的恒定参参数是锅炉内内胆温度给定定值，即控制制的任务是控控制锅炉内胆胆温度等于给给定值，采用用工业计算机机DDC调节。四、实验内容与步步骤（一）、比例调节节器（P）控制1）、按图5-1所所示方块图的的要求接成实实验系统，实实验接线如实实验三、把I/O面板上锅炉炉内胆换成夹夹套信号。2）、打开阀1、阀阀4、阀18，关闭阀6、阀7、阀11、阀21，启动单相相泵往锅炉进进水（保证夹夹套有水）。3）、开启相关仪器器和计算机，运运行软件，进进入相应的实实验，如图5-2所示：图5-2、实验软件件界面4)、把输出置于“手手动”，输出值为为小于等于10，把温度设设定于某给定定值（如：将将水温控制在在40。C），设置各各项参数，使使工作在比例例（P）调节状态态，此时系统统处于开环状状态。5）、运行MCGSS组态软件，进进入相应的实实验，观察实实时或历史曲曲线。a、通过改变设定值值来实现。观观察并记录在在当前比例P时的余差和和超调量。每每当改变值P后，再加同同样大小的阶阶跃信号，比比较不同P时的ess和σp，并把数据据填入表一中中。表一、不同比例PP时的余差和和超调量P大中小essσp7）、记录实验过程程各项数据绘绘成过渡过程程曲线。（数数据可在软件件上获得）b、改变变频器的输输出频率，观观察并记录在在当前比例P时的余差和和超调量。待待系统稳定后后，再改变输输出频率，比比较不同输出出频率时的ess和σp，并把数据据填入表二中中。表二、不同频率（Hz）输出时的的余差和超调调量频率大（Hz）中（Hz）小（Hz）Pessσp（二）、比例积分分（PI）调节器控控制1）、在比例调节器器控制实验的的基础上，待待被调量平稳稳后，加入积积分（I）作用，观观察被控制量量能否回到原原设定值的位位置，以验证证系统在PI调节器控制制下没有余差差。2）、固定比例P值值（中等大小小），然后改改变积分时间间常数I值，观察加加入扰动后被被调量的动态态曲线，并记记录不同I值时的超调调量σp。表二、不不同Ti值时的超超调量σpP大中小超调量σp3）、固定I于某一一中间值，然然后改变比例例P的大小，观观察加扰动后后被调量的动动态曲线，并并记下相应的的超调量σp。表三、不同δ值时时的超调量σp比例P大中小超调量σp4）、选择合适的PP和I值，使系统统瞬态响应曲曲线为一条令令人满意的曲曲线。此曲线线可通过改变变设定值(如把设定值值由50%增加到60%)来实现。（三）、比例微分分调节器（PD）控制1）、在比例调节器器控制实验的的基础上，待待被调量平稳稳后，引入微微分作用“D”。固定比例P值（中间值值），改变微微分时间常数数D的大小，观观察系统在阶阶跃输入作用用下相应的动动态响应曲线线。表四、不同D时的的超调量和余余差D大中小essσp2）、选择合适的PP和D值，使系统统的瞬态响应应为一条令人人满意的动态态曲线。（四四）、比例积积分微分（PID）调节器控控制1）、在比例调节器器控制实验的的基础上，待待被调量平稳稳后，引入积积分（I）作用，使使被调量回复复到原设定值值。减小P，并同时增增大I，观察加扰扰动信号后的的被调量的动动态曲线，验验证在PI调节器作用用下，系统的的余差为零。2）、在PI控制的的基础上加上上适量的微分分作用（D），然后再再对系统加扰扰动（扰动幅幅值与前面的的实验相同），比比较所得的动动态曲线与用用PI控制时的不不同处。3）、选择合适的PP、I和D，以获得一一条较满意的的动态曲线。五、实验报告要求求。1）、画出温度控制制系统的方块块图。2）、用临界比例度度法整定三种种调节器的参参数，并分别别作出系统在在这三种调节节器控制下的的阶跃响应曲曲线。3）、绘制用PIDD调节器控制制时系统的动动态波形。4）、绘制用PIDD自整定控制制时系统的动动态波形。`六、注意事项1）、实验线路接好好后，必须经经指导老师检检查认可后方方可接通电源源。2）、系统连接好以以后，在老师师的指导下，运运行温度控制制实验。实验六、电磁流量量计流量PID整定实验一、实验目的1）、了解电磁流量量计的结构及及其使用方法法。2）、熟悉单回路流流量控制系统统的组成。3）、试比较电磁流流量计和涡轮轮流量计之间间的不同之处处。二、实验设备1）、AE2000A型型过程控制实实验装置：配置：万用表、上上位机软件、计计算机、AE20000A亚当模块块实验柜、实实验连接线。三、实验原理图6-1、流量控制制系统框图四、实验内容与步步骤1）、利用实验装置置,信号接口面面板上电磁流流量计的测量量信号组成图图6-1所示的单回回路流量控制制系统。打开开阀7、阀22随意组一路路通道。2）、启动工艺流程程并开启相关关仪器和计算算机系统，在在开环状态下下，利用调节节器的手动操操作按钮把被被调量管道的的流量调到给给定值（一般般把流量控制制在流量量程程的50%处）。3）、运行MCGSS组态软件，进进入实验系统统相关的实验验,如图6-2所示：4）、设置相关的参参数，运行实实验。图6-2、实验软件件界面5）、观察计算机显显示屏上实时时的响应曲线线，待系统的的流量趋于平平衡不变后，加加入阶跃信号号（一般可通通过改变设定定值的大小来来实现）。经经过一段时间间运行后，系系统进入新的的平稳状态。由由记录曲线观观察并记录在在不同的比例例P下系统的余余差和超调量量。表九、不不同值时的余余差和超调量量P大中小essσp6）、记录录软件中的实实时曲线的过过程数据作出出一条完整的的过渡过程曲曲线，记录表表格自拟。（二）、比例积分分调节器（PI）控制1）、在比例调节控控制实验的基基础上，加上上积分作用（I），即把I（积分）设设置为一参数数，根据不同同的情况，设设置不同的大大小。观察被被控制量能否否回到原设定定值的位置，以以验证系统在在PI调节器控制制下，系统的的阶跃扰动无无余差产生。2）、固定比例P值值（中等大小小），然后改改变调节器的的积分时间常常数I值，观察加加入阶跃扰动动后被调量的的输出波形，并并记录不同I值时的超调调量σp。表十、不同Ti值值时的超调量量σp积分时间常数I大中小超调量σp3）、固定I于某一一中等大小的的值，然后改改变比例P的大小，观观察加阶跃扰扰动后被调量量的动态波形形，并列表记记录不同值的的超调量。表十一、不同P值值下的超调量量σp比例P大中小超调量σp4）、选择合适的PP和I值，使系统统对阶跃输入入（包括阶跃跃扰动）的输输出响应为一一条较满意的的过渡过程曲曲线。此曲线线可通过改变变设定值(如把设定值值由50%变为60%)来获得。五、实验报告1）、画出流量控制制系统的实验验线路图。2）、用临界比例度度法整定P、PI调节器的参参数，并分别别列出系统在在这两种调节节器控制下的的余差和超调调量。3）、作出P调节器器控制时，不不同δ值下的阶跃跃响应曲线。4）、作出PI调节节器控制时，不不同δ和Ti值时的阶阶跃响应曲线线。六、注意事项1）、实验线路接好好后，必须经经指导老师检检查认可后方方可接通电源源。2）、在老师的指导导下进行实验验。七、思考题1）、从理论上分析析调节器参数数(δ、Ti)的变化化对控制过程程产生什么影影响？2）、消除系统的余余差为什么采采用PI调节器，而而不采用纯积积分器？实验七、涡轮流量量与小流量比比值控制实验验一、实验目的1）、了解两种流量量计的结构及及其使用方法法。2）、熟悉单回路流流量控制系统统的组成。3）、试了解比值控控制在工业上上的应用。二、实验设备1）、AE2000A型型过程控制实实验装置：配置：万用表、上上位机软件、计计算机、AE20000A亚当模块块实验柜、实实验连接线。三、比值系统组成成原理在各种生产过程中中，需要使两两种物料的流流量保持严格格的比例关系系是常见的，例例如，在锅炉炉的燃烧系统统中，要保持持燃料和空气气量的一定比比例，以保证证燃烧的经济济性。而且往往往其中一个个流量随外界界负荷需要而而变，另一个个流量则应由由调节器控制制，使之成比比例地改变。保保证二者之比比值不变。否否则，如果比比例严重失调调，就可能造造成生产事故故，或发生危危险。又如，以以重油为原料料生产合成氨氨时，在造气气工段应该保保