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1、热工过程控制工程实验报告专业班级：新能源1402班学生姓名：姜栽沙学 号：1004140220中南大学能源学院2017年1月实验一 热工过程控制系统认识与MCGS应用组号_ 同组成员 李博、许克伟、 成绩_实验时间_ 指导教师(签名)_一、实验目的通过实验了解几种控制系统（基于智能仪表、基于计算机）的组成、工作原理、控制过程特点；了解计算机与智能仪表的通讯方式。了解组态软件的功能和特点，熟悉MCGS组态软件实现自动控制系统的整个过程。掌握MCGS组态软件提供的一些基本功能，如基本画面图素的绘制、动画连接的使用、控制程序的编写、构造实时数据库。二、实验装置1、计算机 一台2、MCGS组态软件 一
2、套3、对象：SK-1-9型管状电阻炉一台；测温热电偶一支（K型）。4、AI818/宇电519/LU-906K智能调节仪组成的温控器 一台。5、THKGK-1型过程控制实验装置（含智能仪表、PLC、变频器、控制阀） 一套6、CST4001-6H电阻炉检定炉（含电阻炉、温度控制器、测温元件、接口） 一套7、电阻炉温度控制系统接线图和方框图如图1-1、1-2所示。三、实验内容1、电阻炉温度控制系统（液位、流量、压力） 被控过程: 电阻炉 被控变量: 电阻炉温度 操纵变量: 电阻炉的功率 主要扰动：环境温度变化，电压值，电流值2、带检测控制点的流程图3、控制系统方框图4、控制系统中所用的仪表名称、型号
3、（检测仪表、控制器、执行器、显示仪表）。检测仪表：CST4001-6H电阻炉检定炉控制器：AI818/宇电519/LU-906K智能调节仪组成的温控器执行器：THKGK-1型过程控制实验装置（含智能仪表、PLC、变频器、控制阀）显示仪表：计算机5、智能仪表与计算机是怎样进行通讯？有哪几种方式？智能仪表与计算机通讯一般有三种方式，分别为USB接口，485接口，232接口，通过这些接口进行信号传输，计算机得以对仪表进行温控。6、什么是组态软件？组态软件是指对系统的各种资源进行配置，达到系统按照预定设置，自动执行特定任务，满足使用者要求的目的的应用软件。 四、MCGS组态界面提供电阻炉温度控制系统一
4、套完整组态界面图（共6个图），包括主界面、运行界面、设备工况、存盘数据、实时曲线、历史数据。五、思考题1、定值控制、随动控制和程序控制有何区别？定值系统是设定值恒定，不随时间而变；随动控制系统是设定值随时间不断变化，而且预先不知道它的变化规律；程序控制系统是设定值在时间上按一定程序变化，被控量在时间上也按一定程序变化。2、组成一个简单控制系统需要哪些基本环节？对象，检测元件及变送器，控制器，执行器。3、说明在计算机上完成232接口、USB接口设置步骤（要配屏幕截图）。232接口用来串口连接USB的数据线，将接口转为USB后，插上USB接口，安装好接线的驱动即可。4、简述智能仪表（宇电519）在
5、MCGS组态软件中设备窗口进行组态配置的方法和步骤（要有屏幕截图）。选择设备构件；设置构件属性；连接设备通道。5、设计两种流量控制系统，分别画出两个控制系统的原理图、方框图，比较说明两种控制系统的优劣。典型工业加热炉燃烧过程流量控制系统有以下两种：比值串级控制系统优：比值系数可以预先设定，在系统稳定运行的情况下，通过分析烟气含氧量计算热效率，人工调整比值器的设定值，可以使燃烧处于较佳状态。缺：在动态过程中，不能保持适当的空气燃料比。交叉限幅控制系统优：发生扰动时，由于高低值选择器的限幅作用，使得系统能在一定的范围内维持空气-燃料比，克服了一般比值调节方式的局限性。6、对电阻炉温度进行温度控制时
6、，常用的执行器有哪几种？各有什么特点？气动执行器：结构简单，输出推力大，动作可靠，性能稳定，维护方便，价格便宜，本质安全防爆。控制精度较低，双作用的气动执行器，断气源后不能回到预设位置。单作用的气动执行器，断气源后可以依靠弹簧回到预设位置。电动执行器：能源取用方便，信号传输速度快，传送距离远，便于集中控制，灵敏度和精度较高，与电动调节仪表配合方便，安装接线简单。结构复杂，体积较大，推力小，价格贵。实验二 对象动态特性测试与识别组号_ 同组成员 李博、许克伟、 成绩_实验时间_ 指导教师(签名)_一、实验目的了解飞升曲线法（即阶跃法）测量对象动态特性的方法，并根据飞升曲线识别对象的动态特性，通过
7、数据处理建立对象的数学模型。二、实验仪器及设备1、计算机 一台2、MCGS组态软件 一套3、对象：SK-1-9型管状电阻炉一台；测温热电偶一支（K型）。4、AI818/YD519/LU-906K智能调节仪组成的温控器一台。三、预习填空1、在实际工作中，常常用 实验 的方法来研究对象的特性。通常采用 飞升曲线 （即阶跃法）测量对象动态特性，通过数据处理建立对象的 动态特性 。表征对象动态特性的通常用 微分方程式 或传递函数。2、对象特性的实验测取法有 响应曲线法 、 矩形脉冲法 、 正弦波法 和 随机信号法 四种。3、表征对象特性的参数有 放大系数K 、 时间常数T 和 滞后时间 。4、对象特性
8、的类型有 自衡非振荡 、 无自衡非振荡 、 自衡振荡 和 反向特性 四种。5、时间常数可以通过 响应曲线 和 实验测定 求出。四、实验装置示意图电阻炉特性测试原理图、接线图、数据采集MCGS组态界面图。电阻炉特性测试原理图：接线图：数据采集MCGS组态界面图：五、实验数据对象飞升曲线测试数据见表1.表1 对象飞升曲线测试记录时间（分）012345炉温（）100132190270300320炉温变化值 （）03258803020加阶跃前电炉初始电压（V）50加阶跃前电炉温度0（）100加阶跃后电炉电压（V）120注：=n-0; n每分钟读得的温度值（）。五、实验数据处理 根据对象飞升曲线测试数据
9、，绘制响应特性曲线（要求用坐标纸画准，或者用作图软件绘制）。 六、实验结论1、简述实验原理实验测取时，就是在所研究的对象上加上一个人为的干扰，然后测取表征对象特性的物理量，即输出参数随时间变化的规律，得出一系列实验数据或曲线，并对这些数据或曲线加以处理，便得到表征对象动态特性的微分方程式或传递函数。2、根据飞升曲线，求取放大系数、时间常数和滞后时间。 放大系数：曲线上A点的切线斜率值。时间常数：T。滞后时间：3、通过数据处理，求出对象特性的数学模型。对于一阶有纯滞后的则为实验三 电阻炉温度的检测与控制综合实验组号_ 同组成员 李博、许克伟、 成绩_实验时间_ 指导教师(签名)_一、实验目的本实
10、验是通过对电阻炉的温度测量与控制系统的设计及安装、调试，加深已学过知识的掌握及应用能力。二、实验仪器及设备列出实验中用到的主要设备的名称、型号、规格、技术指标1、控制器：智能控制仪表、计算机、PLC、单片机、温度变送器2、执行器：可控硅调压主回路、中间继电器、交流接触器3、检测元件： K分度热电偶、K分度铠装热电偶、Pt100热电阻三、预习填空1、调节器基本控制规律有 P 、 PI 、 PID ，对应设置的三个参数为 比例带 、积分时间TI 、 微分时间TD 。2、比例度增大，调节器输出信号 减小 。积分时间增大，调节器输出信号 减小 。微分时间增大，调节器输出信号 增大 。3、智能仪表的通讯
11、接口是 USB ，在控制时计算机用的通讯接口有485和232两种。4、在对电阻炉进行温度控制时，如果要连续稳定控温，执行器应选用 可控硅调压回路 ；如果对温度采用位式控制，执行器可选用 中间继电器 。四、实验装置示意图 请画出电阻炉温度控制系统原理图、方框图，电阻炉温度控制系统主要设备如图1 所示，请画出设备接线图。图2电阻炉温度控制系统主要设备原理图：方框图：五、实验内容1、设计电阻炉温度控制系统，完成电阻炉温度控制系统方框图、接线图、设备组态图。方框图和接线图如四、实验装置示意图所示。设备组态图：2、描述智能仪表控制组态（包括设定值改变、检测元件设定、输入信号确认、控制参数（P、I、D）设
12、定与查询）的过程。检测元件将生产工艺参数检测出来，通过信号调节电路处理，传输给A/D转换器，转换为计算机所能接收的数据，组态软件对其所采集的数据进行显示，运算与输出控制等，处理结果可通过ODBC、DDE及OPC等被其它应用程序使用，并传送到远程终端。3、电阻炉温度控制MCGS主界面、运行界面六、实验结论1、 根据实验观察，概括PID控制特性。理想PID控制的特性方程可以用如下微分方程表示。由比例单元P、积分单元I和微分单元D组成。PID控制的基础是比例控制；积分控制可消除稳态误差，但可能增加超调；微分控制可加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势。2、分析电阻炉温度变化曲线特点，说明电阻炉温度控
13、制系统采用什么控制规律。比例微分控制规律不能消除余差，为使电阻炉温度能够稳定，比例微分系统的控制质量仍不够理想，为了消除余差，得到更合适的控制质量，所以应采用PID控制规律。实验四、单容水箱液位PID控制系统组号_ 同组成员_ 成绩_实验时间_ 指导教师(签名)_一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。3、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。4、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。二、实验仪器及设备列出实验中用到的主要设备的名称、型号、规格、技术指标1、液位传感器：THKGK-1型过程控制实验装置LWGY-42、控制器： THKGK-1型过程控制实验装置GK-043、变频器： THKGK-1型过程控制实验装置GK-074、控制阀： THKGK-1型过程控制实验装置GK-03三、预习填空1、在阶跃信号输入作用下，一般希望控制过渡过程衰减比n为 410 。常用的单项品质指标还有 超调量 、 余差 及 过渡时间 。2、对于阶跃扰动作用的系统，若将比例度减小，则过渡过程最大偏差 减小 ，衰减比减小 ，振荡频率 减小 。3、采
