自动化仪表与过程控制实验指导书

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1、调节器位式电磁阀上水箱液位变送器 （上水箱） 自动化仪表与过程控制实验指导书实验一 位式控制一、实验目的 1、了解简单控制系统的构成及仪表的应用（熟悉仪表的操作） 2、掌握简单过程控制的原理及仪表使用 二、 实验设备及参考资料 1、PCS 过程控制实验装置（使用其中：位式电磁阀、AI818 智能调节仪一台、 上水箱液位传感器、水泵 1 系统等） 。 2、AI-818 仪表的操作说明书和液位变送器的调试（一般出厂之前已调试好） 方法。 三、 实验系统流程图：增压泵调节仪HT上水箱下水箱电磁阀1V21V10V4V5储水箱四、 实验原理 本实验采用位式控制原理进行液位的范围控制，即，将液位控制在一定

2、 的上下限范围内。水箱液位变送器输出信号，经 AI-818 仪表进行处理后与 设定上下限水位值进行比较。控制仪表内继电器触点状态，对位式电磁阀 进行控制，以达到控制目的。控制系统结构如图 1-1设定值 e反馈值图 1-1五、实验步骤 1、按附图位式控制实验接线图接好实验导线。2、将手动阀门 1V2、1V10、V4、V5 打开，其余阀门全部关闭。 3、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表电源。 4、设置智能调节器参数，其需要设置的参数如下：（未列出者用出厂默认值）HIAL=30 （参考值） LOAL=20 （参考值）dHAL=9999dlAL=9999dF=0.5 （参

3、考值）Ctrl=0Sn=33Dip=1 （参考值）dIL=0dIH=50Alp=2OP10 具体请详细阅读调节器使用手册 5、在控制板上打开水泵 1、位控干扰。 6、在信号板上打开上水箱输出信号。 六、 思考建议 在什么样的情况下适合采用位式控制。实验二 电动阀支路单容液位控制一、实验目的 1、了解简单过程控制系统的构成及仪表的应用（熟悉仪表的操作） 2、掌握简单过程控制的原理及仪表使用二、 实验设备及参考资料 1、PCS 过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、AI818 智能调节仪一台、 上水箱及液位变送器、水泵 1 系统等） 2、AI-818 仪表的操作说明书，智能电动调节阀使用手册和液

4、位变送器的调试 （一般出厂之前已调试好）方法。 三、 实验系统流程图：增压泵调节仪HT上水箱下水箱电动阀1V11V10储水箱V4V5四、 实验原理 本实验采用仪表控制,将液位控制在设定高度。根据上水箱液位信号输出给仪表,仪 表根据 P、I、D 参数进行 PID 运算，输出信号给电动调节阀，然后由电动调节阀控制 水泵 1 供水系统的进水流量，从而达到控制液位恒定的目的。调节器电动阀上水箱液位变送器单容水箱液位过程控制的方块原理图：如图 1-2扰动设定值 e反馈值上水箱图 1-2五、实验步骤1、按附图单容液位控制实验接线图接好实验导线和通讯线。2、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连

5、接。3、将手动阀门 1V1、1V10、V4、V5 打开，其余阀门全部关闭。 4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表电源。5、整定参数值的计算 设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为 4：1，整定参数值可按下列 “阶跃反应曲线整定参数表” 。表 1 阶跃反应曲线整定参数表控制器参数控制规则 TI TDP sPI 1.2s 0.5TsPID 0.8s 0.3Ts 0.1Ts6、设置智能调节器参数（可在仪表上直接设置，也可在计算机上设置） ，其需要 设置的参数如下：（未列出者用出厂默认值）SV=20 （参考值） dF=0.3 （参考值）CtrL=1P=7 （参考值）I=2

6、0 （参考值）d=0 （参考值）Sn=33Dip=2 （参考值）dIL=0dIH=50OP1=4OPL=0OPH=100CF=0Addr=1 run=1 具体请详细阅读调节器使用手册 7、 在控制板上打开水泵 1、电动调节阀。8、 在信号板上打开电动调节阀输入信号、上水箱输出信号。 9、 打开计算机上的 MCGS 运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用 户。 10、选择单回路控制实验的电动阀支路单容液位控制实验。 11、选择仪表控制方式。 12、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。 13、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。14、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液

7、位变化曲线。15、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于 表中。阶跃响应曲线数据处理记录表液位 1 液位 2 参数值 测量情况K1 T1 1 K2 T22 阶跃 1阶跃 2平均值按常规内容编写实验报告，并根据 K、T、 平均值写出广义的传递函数。 六、 思考建议 根据经验设定 PID 控制与仪表自整定 PID 有什么区别。实验三 液位串级控制一、实验目的 1、了解复杂过程控制系统的构成及仪表的应用（熟悉仪表的操作） 2、掌握复杂过程控制一串级控制方法。二、 实验设备及参考资料 1、PCS 过程控制实验装置（使用其中：电动调节阀、AI818 智能调节仪二台、上 下水箱

8、及液位变送器、水泵 1 系统等） 。 2、AI-818 仪表的操作说明书变送器的调试（一般出厂之前已调试好）方法。 三、 实验系统流程图：增压泵调节仪频器调节仪HTHT上水箱下水箱电动阀1V1V4V51V10储水箱四、 实验原理本实验采用仪表控制,将上水箱液位控制在设定高度。串级回路是由内反馈组成的 双环控制系统，属于复杂控制范畴。根据下水箱的液位信号输出给仪表,作为主调节器 输入，主调节器的输出作为副调节器的输入，在串级控制系统中，两个调节器任务不 同，因此要选择调节器的不同调节规律进行控制，副调节器主要任务是快速动作，迅 速抵制进入副回路的扰动，至于副回路的调节不要求一定是无静差。主调节器

9、的任务 是准确保持下水箱液位在设定值，因此，主调节器采用 PI 调节器也可考虑采用 PID 调 节器。串级控制系统的方块原理图：如图 1-6 PCS 智能调节仪表单元模块干扰（1） 干扰（2） 设定值反馈值 反馈值 图 3-4图 1-6 五、实验步骤1、按附图液位串级控制实验接线图接好实验导线和通讯线。2、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。3、将手动阀门 1V1、1V10、V4、V5 打开，其余阀门全部关闭。 4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开仪表电源。5、设置智能调节器参数（可在仪表上直接设置，也可在计算机上设置） ，其需 要设置的参数如下：（

10、未列出者用出厂默认值）副调电动阀上水箱下水箱主调液位变送器液位变送器（1）主调节器SV=20 （参考值） dF=0.3 （参考值）CtrL=1P=30 （参考值）I=60 （参考值）d=0 （参考值）Sn=33Dip=2 （参考值）dIL=0dIH=50OP1=4OPL=0OPH=100CF=0Addr=2run=1 （2）副调节器 dF=0.3 （参考值）CtrL=1P=36 （参考值）I=15 （参考值）d=0 （参考值）Sn=32Dip=1 （参考值）dIL=0dIH=800OP1=4OPL=0OPH=100CF=8Addr=1run=1具体请详细阅读调节器使用手册 6、在控制板上打开水

11、泵 1、电动调节阀。 7、在信号板上打开电动调节阀输入信号、上水箱输出信号、下水箱输出信号。 8、 打开计算机上的 MCGS 运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用 户。 9、选择串级控制实验的上下水箱双容串级控制实验。 10、选择仪表控制方式。 11、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。 12、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。 13、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。六、实验建议 调节器的 PID 参数可以反复凑试，逐步逼近达到最佳的整定，实际中，采 用串级调节系统是为了提高主被调量（下水箱）精度和改善动态特性而设置的， 因此对副调回路的质量指标

12、没有要求。而对主回路的质量指标要求高。牺牲副 回路的质量，保证主回路的调节质量。所以副调节器比例作用强一些，取消积 分作用，主调节器设置 P、I、D 参数即可。 七、 思考建议 根据经验设定 PID 控制与仪表自整定 PID 有什么区别。 比较串级控制与双容控制区别和控制的难易度，为什么。复杂控制系统的优点 在那里。实验四 温度 PID 连续控制一、实验目的1、了解温度控制系统构成2、学习控制原理及仪表应用二、实验设备及资料 1、 PCS 过程控制实验装置（其中使用：加热器、DDC 控制单元、Pt100 及变 送器等） 三、 实验系统流程图增压泵计算机调压模块 内胆冷却层Pt100加热环1V7

13、V91V10储水箱四、实验原理本实验采用计算机控制,将加热器水的温度控制在设定温度。根据加热器温度变 送输出给计算机，计算机根据 PID 运算，然后控制输出信号。通过调压模块，调整电 加热器的功率，使的加热器里水的温度控制在设定的温度。也可控制加热器外层冷却 水的流量（温度） ，控制热水器里的温度。温度控制原理方块图：如图 2-5图 2-5 五、实验步骤1、按附图锅炉内胆温度控制实验接线图接好实验导线和通讯线。2、将控制台背面右侧的通讯口（在电源插座旁）与上位机连接。3、将手动阀门 1V7、1V10、V9 打开，其余阀门全部关闭。 4、先打开实验对象的系统电源，然后打开控制台上的总电源，再打开

14、 DDC 控制 单元电源。 5、在控制板上打开水泵 1、加热器。 6、在信号板上打开温度输入信号、内胆温度输出信号。过零触发调压模块 电加热棒调节器Pt100 温度变送器 器设定值测 量 值PCS 智能调节仪表单元TY38025XP-220 模块T（温度）e7、 打开计算机上的 MCGS 运行环境，选择系统管理菜单中的用户登录，登录 用户。 8、选择单回路控制实验的锅炉内胆温度控制实验。 9、选择计算机控制方式。 10、整定参数值的计算 设定适当的控制参数使过渡过程的衰减比为 4：1，整定参数值可按下列 “阶跃反应曲线整定参数表” 。表 1 阶跃反应曲线整定参数表控制器参数控制规则 TI TD

15、P sPI 1.2s 0.5TsPID 0.8s 0.3Ts 0.1Ts11、设置参数Ts=1 （参考值）SV=40 （参考值）Kc=20 （参考值）Ti=0.1 （参考值）Td=0 （参考值） 12、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。 13、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。14、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。15、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于 表中。阶跃响应曲线数据处理记录表温度 1 温度 2 参数值 测量情况K1 T1 1 K2 T22 阶跃 1阶跃 2平均值按常规内容编写实验报告，并根据 K、T、 平均值写出广义的传递函数。六、 思考建议温度控制 PID 有什么特点。如何减小超调量和快速达到平衡。