2022年过程控制技术教案

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1、名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院教案部门电气系课程过程控制技术任 课 教 师授 课 班 级电气 S2003-1,2,3,4 2005 年下学期精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年9 月17 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 4 1 4 课题过程控制系统的组成和分类教学准备看书写教案教学目的与 要 求了解过程控制在生活中的认识掌握过程控制的基本概念掌握

2、过程控制系统的框图了解过程控制系统的分类授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 42 页名师精编精品教案前言一、本课程的特点和重要性1自动化专业的重要专业课，是自动化专业区别于其它专业的主要课程。2涉及知识面广，需要计算机、电子技术、自控理论、电气控制技术灯多方面的知识。3能产生比自身成本高几十倍的效益二、学习方法1联系生活实际、增加知识面2多作实验第一章绪论过程控制一般是指冶金、石油、化工、机械、电子、轻工、建材等工业部门的生产过程的自动

3、化，随着经济的发展，高层楼宇不断涌现，过程控制技术在民用行业中应用也越来越广。第一节过程控制系统的组成和分类过程控制系统是指自动控制生产过程中的温度、压力、流量、料位等这样一些变量，且使这些变量稳定在某一范围或按预定的规律变化的系统。一、过程控制系统的组成1冰箱自控系统示意图冰箱的控制系统简图如下：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 42 页名师精编精品教案回风TCM2恒稳室自控系统示意图恒稳室的控制系统简图如下：二、过程控制系统的框图为了能更清楚地表示一个自动控制系统各组成部分之间的相互影响和信号关系，一般都用框图来表示控

4、制系统的组成。一般一个单回路的控制系统可用以下框图表示：精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 42 页名师精编精品教案框图中各部分的解释如下：被控对象：简称对象，指自动控制系统中要进行控制的设备或生产过程的一部分或全部。例如：空调房间，冰箱，锅炉，自来水。被控变量：被控对象中要求实现自动控制的物理量，例如温度、湿度、压力等。设定值：又称给定值，即通过控制作用，使被控变量达到要求的数值。传感器：或称变送器，将被控（测）量按一定的规律转换成便于处理和传输的另一种物理量（一般为电量）的物理量的元件，如热电偶、热电阻等。变送器的作用是

5、将传感器测出的被控量，变换成统一标准的信号形式。如温度变送器、差压变送器。控制器：又称调节器，是将被控变量的实测值信号与设定值信号比较，检测偏差并对偏差进行运算，按照预定的规律发出控制指令的部件。因此，它一般具有设定、比较、指示、运算和操作功能。执行器：将来自控制器的控制信号，转变为操作量的部件，由执行机构和调节机构组成。例如，电动调节阀是由电动执行机构（电动机、减速器）和调节阀组成。操作量：是为了是被控变量受到干扰后，再恢复到新稳定值而需要通过调节机构向对象输入的物理量或能量。干扰：引起被控量发生变化的外部原因。三、过程控制系统的分类根据系统设定值的不同，可分为以下几类：定值控制系统程序控制

6、系统随动控制系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年9 月19 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周5 4 5 5 课题tkgk-1 实验装置的基本操作教学准备看书写教案教学目的与 要 求了解 tkgk-1 实验装置的基本操作掌握 tkgk-1 实验装置的仪表调校授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - -

7、- - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 42 页名师精编精品教案实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1） 、了解本实验装置的结构与组成。2） 、掌握液位、压力传感器的使用方法。3） 、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。二、实验设备1) TKGK-1 型过程控制实验装置：交流变频器 GK-07-2 直流调速器 GK-06 PID 调节器 GK-04 2)万用表三、实验装置的结构框图图 1-1、液位、压力、流量控制系统的结构框图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 42 页名

8、师精编精品教案四、实验内容1、设备组装与检查：1） 、将 GK-07-2、GK-06、GK-04 挂件由左至右依次挂于实验屏上。并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。2） 、检查挂件的电源开关是否关闭。3） 、用万用表检查挂件的电源保险丝是否完好。2、系统接线1） 、直流部分：将一台GK04 的 PID 调节器的自动 /手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK06 的控制电压“输入”；GK06 的“电枢电压”和“励磁电压”输出端分别接GK01 的直流他励电动机的“电枢电压”和“励磁电压”输入端 。2） 、交流部分：将另一台 GK04 的 PID 调节器的自动 /手动切换开关拨到 “手

9、动”位置，并将其“输出”端接GK-07-2 变频器的“ 2”与“ 5”接线端；将 GK-07-2变频器的输出“ A、B、C ” 接 GK-01 上三相异步电机的“ A、B、C”输入端；将三相异步电机接成三角形，即“ A”接“Z” 、 “B”接“X” 、 “C”接“Y” ；GK-07-2 的“SD”接“STR”使电机正转打水，（若此时电机为反转则“ SD”接“ STF” ） 。3、启动实验装置：1） 、将实验装置电源插头接到220V 市电电源。2） 、打开电源空气开关与电源总钥匙开关。3） 、按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，交流电压表指示220V。4、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）

10、在 GK-02 装置结构展示屏的左侧， 有五组传感器检测信号输出： LT1、 PT、 LT2、FT、TT（输出标准信号 DC05V） ，它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应的精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 42 页名师精编精品教案输出值。在 LT1、PT、LT2 数字显示器的右边各有二个电位器，可通过这些电位器调整相应传感器的零位和增益，在每次实验进行之前，必须作好这些准备工作。调试步骤如下：1)、将三根 ?6 的橡皮导气管（约0.6m 长）的一端分别竖直地插入上、下水箱底部（上水箱两根，下水箱一根） ，再将它们的另一

11、端接到三个差压传感器（MPX2010DP）的正压室。2） 、打开阀 1、阀 3，关闭阀 7、阀 8， （或者打开阀 7、阀 8，关闭阀 1、阀 3）关闭阀 2、阀 4、阀 5、阀 6，然后开启变频器（或直流调速器） ，启动一个齿轮泵，给上、下水箱供水，使其液面均上升至10cm高度，关闭变频器（或直流调速器） 。3） 、将各增益调节电位器置于中间位置，然后调节零位调节电位器，使LT1 两端的输出电压为3.33V(显示器显示 10.00)，LT2 两端的输出电压为3.33V(显示器显示 10.00)，PT 两端的输出电压为3.33V（显示器显示 980） 。4） 、零位调节a、打开阀 2、阀 4，

12、排空上、下水箱中的水，关闭阀2、阀 4。b、调节“零位调节”电位器，使LT1、LT2 和 PT 输出为零伏，显示器显示为 00.00cm。注：稳定几分钟后进入下一步。5） 、开始增益调节：a、启动齿轮泵，使上、下水箱水位上升至于10cm 高度，然后再关闭齿轮泵。b、调节“增益调节”电位器，使LT1、LT2 显示器显示 10.00cm，Pa显示器显示 980Pa 。6） 、重复实验步骤 4、5，反复调整零位和增益， 使上、下水箱水位为零时， LT1、LT2、PT输出都为 0V（显示器显示 00.00） ；上、下水箱水位上升至于10cm 高度时，精选学习资料 - - - - - - - - - 名

13、师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 42 页名师精编精品教案LT1 两端的输出电压为3.33V(显示器显示 10.00)，LT2 两端的输出电压为3.33V(显示器显示 10.00)，PT 两端的输出电压为3.33V（显示器显示 980） 。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年9 月24 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 5 1 5 课题过程控制参数测

14、量仪表教学准备看书写教案教学目的与 要 求掌握温度测量仪表的原理和使用掌握湿度测量仪表的原理和使用授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 42 页名师精编精品教案第二章过程控制参数测量仪表第一节温度测量仪表一、概述温度是供热、供燃气、通风和空调系统中最普遍而重要的参数之一，许多工艺过程要在一定温度条件下才能顺利进行。选择某一个物体和被测物体相接触来测量它的温度。当两者达到热平衡时，通过测量被选物体随温度变化的物理量，可以定量地测出被测物体

15、的温度数值。1温标2温度测量仪表的分类可分为膨胀式、压力表式、热电阻、热电偶及辐射式五类。二、膨胀式温度计1玻璃管液体温度计2固体膨胀式温度计3压力式温度计三、热电偶温度计1热电偶测温原理热电偶是应用最广泛的一种测温元件，通常与显示仪表和连接导线组成测温系统。热电偶将被测温度t 变换成热电动势E，经连接导线传递给显示仪表进行测量并指示或记录出相应的温度。如果使自由端温度恒定，回路总的热电动势与工作端温度成单值函数关系。只要用仪表测出电动势，就可求出被测温度。2常用热电偶标准热电偶：七种。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共

16、42 页名师精编精品教案3热电偶构造4热电偶的冷端温度补偿四、热电阻温度计1热电阻测温原理2常用金属热电阻3半导体热敏电阻五、温度测量仪表的选择与安装精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年9 月30 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周5 6,8 5 7,10 课题单容水箱液位控制教学准备看书写教案教学目的与 要 求掌握 P、PI 和 PID 调节器的参数变化对系统性能的影响授

17、课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 42 页名师精编精品教案单容水箱液位PID 控制系统一、 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、 实验设备1） 、THGK-1 型过程控制实验装置：GK-04 GK-0

18、6 GK-07-2 2） 、万用表一只3） 、秒表一只4） 、计算机系统三、实验原理1、单容水箱液位控制系统图 6-1、单容水箱液位控制系统的方块图图 6-1 为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 42 页名师精编精品教案的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的

19、选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏， 甚至使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。一般言之，用比例（ P）调节器的系统是一个有差系统，比例度的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差

20、，而且只要参数，Ti 选择合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（ PID）调节器是在 PI 调节器的基础上再引入微分 D 的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善图 6-3、P、PI 和 PID 调节的阶跃响应曲线系统的动态性能（快速性、稳定性等） 。在单位阶跃作用下， P、PI、PID 调节系统的阶跃响应分别如图6-3 中的曲线、所示。t(s)T( c).10ess231精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 42 页名师精编精品教案四、实验内容与步骤（一） 、比例（ P）调节器控制1） 、按图 6-1 所示，将

21、系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。2） 、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。3） 、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线作好准备。4） 、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处） 。5） 、观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调节器切换到纯比例自动工作状态（积分时间常数设置于最大，积分、微分作用的开关都处于“关”的位置，比例度设置于某一中间值，“正-反”开关拔到“反”的位置，

22、调节器的“手动”开关拨到“自动”位置） ，让系统投入闭环运行。6） 、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差， 并记录余差大小。7） 、减小 ，重复步骤 6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。8） 、增大 ，重复步骤 6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。9） 、选择合适的 值就可以得到比较满意的过程控制曲线。10） 、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。（二） 、比例积分调节器（ PI）控制1） 、在比例调节实验的基础上，加入积分作用（即把积分器“I”由最大处“关” 旋至中间某

23、一位置，并把积分开关置于“开”的位置），观察被控制量是否能回到设定精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 42 页名师精编精品教案值，以验证在 PI 控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2） 、固定比例度 值（中等大小），改变 PI 调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti 值时的超调量 p。表二、 值不变、不同 Ti 时的超调量 p 积分时间常数 Ti 大中小超调量 p 3） 、固定积分时间 T i 于某一中间值， 然后改变 的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，并列表记录不同值下的

24、超调量 p。表三、 Ti 值不变、不同 值下的 p 比例度 大中小超调量 p 4） 、选择合适的 和 Ti 值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为 60%）来获得。（三） 、比例积分微分调节（ PID）控制1） 、在 PI 调节器控制实验的基础上， 再引入适量的微分作用，即把D 打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验步骤（二）所得的曲线相比较，由此可看到微分D 对系统性能的影响。2） 、选择合适的 、Ti 和 Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从5

25、0%突变至 60%来实现） 。3） 、用计算机记录实验时所有的过渡过程实时曲线，并进行分析。五、实验报告要求1） 、绘制单容水箱液位控制系统的方块图。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 42 页名师精编精品教案2） 、用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。3） 、P 调节时，作出不同 值下的阶跃响应曲线。4） 、PI 调节时，分别作出Ti 不变、不同 值时的阶跃响应曲线和 不变、不同 Ti值时的阶跃响应曲线。5） 、画出 PID 控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D 的作用。6） 、比较 P、PI 和

26、PID 三种调节器对系统余差和动态性能的影响。六、注意事项1） 、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后方可接通电源。2） 、必须在老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。3） 、若参数设置不当，可能导致系统失控，不能达到设定值。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年10 月30 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 10 1 10 课题简单控制系统的设计教学准备看书写

27、教案教学目的与 要 求掌握简单控制系统参数的设置授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 42 页名师精编精品教案第四节简单控制系统的设计简单控制系统由被控对象、检测变送元件、调节器和执行器等环节组成，是对被控变量进行控制的单回路反馈闭环控制系统。其结构简单、投资少、易于调整和投运，能满足一般工业生产过程的控制要求。简单控制系统分析、设计方法是其他各类控制系统分析和设计的基础。在选择控制方案时，只有当简单控制系统不能满足控制要求时，才考虑采

28、用其它教复杂的控制方案。一、过程控制系统设计概述首先要确定控制过程，然后才进行系统设计。控制过程是由工艺决定的，必须结合过程特性的分析，明确被控变量、操纵变量及主要扰动。控制系统设计时，从设计任务的提出到系统投入运行，一般都要经过从理论设计到实践，再根据实践修正设计方案的多次反复。1过程控制系统设计的主要内容A控制方案的设计包括带控制点的工艺流程图、设计说明书。带控制点的工艺流程图是描述生产过程控制系统的图纸文件。在工艺流程图上反映出被控变量、测量点的位置和控制手段的实现方法，以及各个控制系统相互之间的关系。设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环境特征、自动化水平和控制方案的确定、安全技术措

29、施等内容。B工程设计包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电系统设计、信号及连锁保护系统设计。工程设计时要结合实际经济情况、从简单、实用出发。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 42 页名师精编精品教案C工程安装和仪表调校过程控制系统中，仪表和电气设备的安装、信号线路的连接必须正确。D调节器参数整定必须将调节器参数整定合适，保证系统运行在最佳状态。2过程控制系统设计步骤A建立系统的数学模型被控过程的数学模型是过程控制系统设计的基础。B选择控制方案C建立系统框图D进行系统静态、动态特性分析计算E实验和仿真二、控制方案设计1

30、被控变量的选择2操纵变量的选择控制通道特性对控制质量的影响：A放大系数 K0 的影响B时间常数 T0 的影响C纯滞后的影响操纵变量选择的原则：A操纵变量应是控制通道的放大系数K0 教大者。B应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通道的时间常数适当小一些。C控制通道纯滞后的时间越小越好。D须考虑工艺上的合理和方便。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 42 页名师精编精品教案3检测变送环节对控制系统的影响检测元件及变送器在控制系统中是测量结果获取和传送的重要环节。4控制器调节作用的选择A控制规律的选择主要根据过程特性和要求来选

31、择：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制。B调节器作用方向三、调节器参数的工艺整定简单控制系统可以看作由广义过程和控制器所构成。调节器参数整定主要有理论整定法和工程整定法。1经验法首先把比例作带确定，待过渡过程基本稳定，再加入积分作用消除静差，最后加入微分作用提高控制质量。大致步骤为：A在 TI=无穷大、 TD=0 时，比例适当时投入运行。B曲线震荡频繁，则减少比例度；否则增大比例度。C加入积分作用。D加入微分作用。2衰减曲线法3邻界比例度法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 23 页，共 42 页名师精编精

32、品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年11 月05 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 11 1 11 课题计算机在过程控制中的应用教学准备看书写教案教学目的与 要 求了解计算机在过程控制中的技术授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页，共 42 页名师精编精品教案第五章计算机在过程控制中的应用计算机在过程控制中承担控制系统中控制器（调节器）的任务

33、，实现全天候地对生产中的各种参数，如温度、压力、流量、液位等进行采样，迅速进行复杂的数据处理、打印和显示生产工艺过程的统计数据和参数，输出各种控制命令。一、过程控制系统设计概述首先要确定控制过程，然后才进行系统设计。控制过程是由工艺决定的，必须结合过程特性的分析，明确被控变量、操纵变量及主要扰动。控制系统设计时，从设计任务的提出到系统投入运行，一般都要经过从理论设计到实践，再根据实践修正设计方案的多次反复。3过程控制系统设计的主要内容A控制方案的设计包括带控制点的工艺流程图、设计说明书。带控制点的工艺流程图是描述生产过程控制系统的图纸文件。在工艺流程图上反映出被控变量、测量点的位置和控制手段的

34、实现方法，以及各个控制系统相互之间的关系。设计说明书包括设计指导思想、工艺流程和环境特征、自动化水平和控制方案的确定、安全技术措施等内容。B工程设计包括仪表选型、控制室和仪表盘设计、仪表供电系统设计、信号及连锁保护系统设计。工程设计时要结合实际经济情况、从简单、实用出发。C工程安装和仪表调校过程控制系统中，仪表和电气设备的安装、信号线路的连接必须正确。D调节器参数整定精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页，共 42 页名师精编精品教案必须将调节器参数整定合适，保证系统运行在最佳状态。4过程控制系统设计步骤A建立系统的数学模型被控过

35、程的数学模型是过程控制系统设计的基础。B选择控制方案C建立系统框图D进行系统静态、动态特性分析计算E实验和仿真二、控制方案设计5被控变量的选择6操纵变量的选择控制通道特性对控制质量的影响：A放大系数 K0 的影响B时间常数 T0 的影响C纯滞后的影响操纵变量选择的原则：A操纵变量应是控制通道的放大系数K0 教大者。B应使扰动通道的时间常数越大越好，而控制通道的时间常数适当小一些。C控制通道纯滞后的时间越小越好。D须考虑工艺上的合理和方便。7检测变送环节对控制系统的影响检测元件及变送器在控制系统中是测量结果获取和传送的重要环节。8控制器调节作用的选择精选学习资料 - - - - - - - -

36、- 名师归纳总结 - - - - - - -第 26 页，共 42 页名师精编精品教案A控制规律的选择主要根据过程特性和要求来选择：位式控制、比例控制、比例积分控制、比例微分控制、比例积分微分控制。B调节器作用方向三、调节器参数的工艺整定简单控制系统可以看作由广义过程和控制器所构成。调节器参数整定主要有理论整定法和工程整定法。4经验法首先把比例作带确定，待过渡过程基本稳定，再加入积分作用消除静差，最后加入微分作用提高控制质量。大致步骤为：A在 TI=无穷大、 TD=0 时，比例适当时投入运行。B曲线震荡频繁，则减少比例度；否则增大比例度。C加入积分作用。D加入微分作用。5衰减曲线法6邻界比例度

37、法精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 27 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年11 月8 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周5 11,13 5 12,14 课题单片机 PID 控制教学准备看书写教案教学目的与 要 求了解单片机与上位机的通讯过程授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

38、 - -第 28 页，共 42 页名师精编精品教案实验十四、单片机控制系统一、实验目的1） 、熟悉单片机与计算机的操作。2） 、了解单片机与上位机的通讯过程。二、实验设备TKGK-1 型过程控制实验装置：单片机控制屏 GK-03 计算机及监控软件变频器 GK-07-2 三、实验原理图 14-1 单片机的单回路控制系统由检测变送元件输出的检测信号，进入单片机的模拟量输入口，然后由单片机对检测信号与给定值进行比较和运算，得到输出控制信号。单片机在过程控制中:一是作为控制器与参数监测元件、变送器及执行机构组成一个直接数字控制系统(DDC)，对多个被控量进行巡回监控；二是依靠串行口COM1 数据通讯与

39、计算机连接，实现计算机数据采集与显示。虽然单片机控制是断续的，但对于时间常数较大的系统来说，它的控制效果近似于连续控制，因此，用数字PID 完全可以代替模拟PID，同样可得到比较满意的控制效果。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 29 页，共 42 页名师精编精品教案四、实验步骤1、熟悉单片机的操作（具体操作，见本书第一部分产品使用说明的GK-03单片机控制屏的使用说明） 。2、按图 14-1 连接系统：将液位检测信号送至单片机，再用单片机输出的模拟信号控制交流变频器，进而控制电机的转速，从而形成一个闭环系统，实现水位自动控制。3、 利

40、用 GK-03 的控制键盘设定单片机系统参数 （包括给定值 SP、 PID 参数(Pb、Ti、Td) 、采样周期 St、标尺上限 CH、标尺下限 CL、正反作用 UA、手动/自动 AN、输出通道 OP等） 。4、通过衰减曲线法找到最佳参数（可利用交流电机作为执行机构，直流电机作为干扰源）。1） 、置调节器积分时间Ti 到最大值（ Ti=） ，微分时间 Td 为零(Td=0)，比例度为较大值，让系统投入闭环运行。2） 、待系统稳定后，作设定值阶跃扰动，并观察系统的响应。若系统响应衰减太快，则增大比例度；反之，系统响应衰减过慢，应减小比例度。如此反复直到系统出现如图 14-2 所示 4:1 衰减振

41、荡过程。图 14-2 4:1 衰减响应曲线记下此时的比例度 s 和振荡周期Ts的数值。3） 、利用所得 s 和 Ts值，按表 14-1给出的经验公式，求调节器整定参数、Ti 和 Td 数值。表 14-1 4:1 衰减曲线法整定计算公式调节器参数调节器名称TiTdt(s)y0Ts精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 30 页，共 42 页名师精编精品教案P sPI 1.2s0.5Ts PID 0.8s0.3Ts 0.1Ts 五、实验要求实验报告内容包括实验目的要求、实验原理框图、实验简要步骤、实验结果（包括数据曲线）以及对实验结果的分析，得

42、出的结论。六、注意事项1） 、实验线路连好，需经指导老师检查认可后方可接通电源。2） 、实验前必须熟练GK-03 单片机控制屏的使用说明。七、思考问题试对模拟调节器控制、单片机控制、计算机控制做一比较。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 31 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年11 月13 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 12 1 12 课题计算机在参数测量中的应用计算机在过程控制中的应用教学准备看书写教案

43、教学目的与 要 求了解计算机技术在过程控制中的应用授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 32 页，共 42 页名师精编精品教案第三节计算机在参数测量中的应用一、计算机在参数测量中的应用计算机测量系统可以很方便地实现多参数的巡回检测、数据采集和数据处理，其中包括数据输入、模 /数转换、标度变换等。二、信号处理1测试信号的调整传感器测得的典型测试信号一般有以下几种：直流电压信号、直流电流信号和数字信号。在送入计算机处理之前，这些信号要调整为计算机输入输出

44、通道所要求的信号范围内的信号。a. 直流电压信号b. 直流电流信号c.数字信号：主要用于对频率的测量和对转速的测量，频率测量法有计数法和周期测频法。2信号滤波由于控制系统的信号一般是用模拟式传感器测得的，因此这些信号不可避免的要受到噪声干扰的污染。针对不同的干扰源，采取不同的抑制和消除干扰的措施，可以极大地削弱进入系统的各种噪声的强度。如果噪声和有用信号的频谱范围不同，通常采用不同的带通滤波器来分离，但如果噪声和信号的频谱重叠，则采用估计方法来重构信号（如卡尔曼滤波器等） 。一般的模拟滤波器常采用RC 滤波网络来实现。当干扰变化速度较慢时，RC 滤波网络的参数选择会遇到一定的困难。这时，可以利

45、用计算机的信息处理能力，通过数字滤波来实现。所谓数字滤波， 就是利用程序实现的滤波。 这种滤波方法不需要硬件， 只需编制精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 33 页，共 42 页名师精编精品教案滤波算法编制相应的饿程序即可达到目的。数字滤波可以对各种干扰信号，包括频率很低的干扰信号实现滤波。常用的数字滤波方法有：平均值滤波、中值滤波、限幅滤波和惯性滤波。3线性化处理通过模拟量输入通道采集到的数据与该数据所代表的参数不一定呈线性关系，常常需要进行非线性补偿，使非线性关系转化为线性关系，才能用于显示和控制。第四节计算机在过程控制中的应用一、

46、计算机温度测量该系统属于计算机巡回检测数据处理系统，是利用 Z80-CPU 微处理器及其 PIO接口、 A/D 转换器和热敏电阻组成的计算机温度测量系统，用来检测生产过程中的温度及其变化。1参数变换和 A/D 转换电路热敏电阻的温度参数变换和ADC0804 芯片模 /数转换电路如图5-26。2微机热敏电阻温度检测系统的电路组成与程序流程初始化把启动信号送给A/D 转换器等待 1ms 从 A/D 转换器读取数据把 A/D 转换器的数字量转换为温度值准备显示用的数据温度值的显示二、中央空调 DDC 控制系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第

47、 34 页，共 42 页名师精编精品教案用计算机对控制规律的数值计算来取代模拟控制器的控制作用，计算的结果以数字量的形式或变成模拟量的形式直接控制生产过程。通用输入量有以下几种类型：a. 负温度系数热敏电阻b. 电阻 Pt1000-1（-50150）,Pt1000-2（04000）c.直流电信号： DC010V；DC010mA；DC420mA。d. 干接点1C500 型中央空调 DDC 控制系统该控制器可以对中央空调进行焓值控制、最佳启停控制和温度控制等。a. C500 型 DDC 控制器b. C500 型 DDC 控制器的三个控制功能焓值控制空调器最佳启停控制温度控制2XCEL20 型中央空

48、调机组DDC 控制系统a. EXCEL20 控制器简介b. 用 EXCEL20 控制的空调机组3DC-9100 型中央空调机组 DDC 控制系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 35 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年11 月18 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 13 1 13 课题过程控制技术的应用教学准备看书写教案教学目的与 要 求了解过程控制的实际应用授课方式讲授教学过程 （检查复习，教授听课，巩固

49、复习，课堂小结，安排作业）教授听课课堂小结精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 36 页，共 42 页名师精编精品教案第六章过程控制技术的应用随着经济的发展，高层楼宇不断涌现，过程控制技术在楼宇中的空调、制冷、消防、给排水等系统中得到了广泛的应用。第三节消防控制系统高层建筑物一旦发生火灾，火势凶猛且蔓延极快，火灾扑救和人员疏散都十分困难。因此，以建筑物尤其是高层建筑物为被控对象，通过自动控制手段实现火灾的自动报警及自动扑火十分重要，所建立的消防控制系统实际上也是一个典型的闭环控制系统。消防控制系统可由一个简单的结构图来表示，如图6-36

50、所示。一、 火灾报警控制系统根据工程建设的规模、保护对象的性质、火灾报警区域的划分，将火灾报警控制系统分为三种基本形式：区域火灾报警系统、集中火灾报警系统、控制中心报警系统。区域火灾报警装置只用一台通用报警控制器，只能设置一些功能简单的联动设备。集中火灾报警控制系统由一台集中火灾报警控制器、两台以上的区域火灾报警控制器、火灾报警装置和电源组成。集中火灾报警控制器设在消防控制室，区域火灾报警控制器设在各层。对于总线制火灾报警控制系统，区域火灾报警控制器就是重复显示屏。控制中心报警控制系统除了集中火灾报警控制器、区域报警控制器、火灾探测器外，在消防控制室内增加了消防联动设备。被联动控制的设备包括火

51、灾警报装置、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 37 页，共 42 页名师精编精品教案火警电话、火灾应急照明、火灾应急广播、防排烟、通风空调、消防电梯和固定灭火控制装置等。二、消火栓灭火系统室内消火栓灭火系统由高位水箱（蓄水池）、消防水泵（加压泵）、管网、室内消火栓设备、室外露天消火栓以及水泵接合器等组成。室内消火栓设备由水枪、水带和消火栓组成。火灾发生时，需由消防员拿起喷水枪喷水灭火。室内消火栓灭火系统是自动监测、报警、自动灭火的自动化消防系统，该系统一般由消防控制电路、消防水泵、消火栓、管网及压力传感器等构成，主要是对消防水泵进行自

52、动控制。如图6-42 所示。三、喷水灭火系统1闭式自动喷水灭火系统a湿式喷水灭火系统平时无火灾时， 管网压力水由高位水箱提供， 灭火初期水泵未启动之前消防用水也由高位水箱提供。启动水泵是将消防用水从一个低位的水池泵入管网中。b干式喷水灭火系统干式喷水灭火系统是平时无火灾时，管网内充以气体；干湿式喷水灭火系统是在冬季冲气，夏季变成充水。c预作用喷水灭火系统是根据火灾信号的发生来进行干式与湿式的转换，即无火灾信号时是干式， 有火灾时是湿式。火灾发生时， 火灾探测器首先动作， 并将火灾信号送至火灾报警控制器，发出声光报警并显示灭火地址。同时通过电磁阀自动打开预作用阀，并由自动排气阀排出管网中的低压气

53、体，消防水充以管网。待火场温度继续升高，闭式喷头自动打开开精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 38 页，共 42 页名师精编精品教案始喷水灭火，并同时送出火灾报警信号。2开式自动喷水灭火系统所谓开式是指所有的喷头都是开式喷头。按喷水形式可分为：雨淋系统水幕系统第五节给排水系统过程控制建筑物设置屋顶生活水箱，由城市给水管网供水，一般再由两台并联水泵输送到高位水箱。另外，还为空调系统设有高位补水水箱。在建筑物的地下层设置污水池，当污水池水位低于城市排水管网标高时，应设置排污泵。一、 给排水泵的直接数字控制根 DDC 控制器设于水泵房内，按高

54、、低水位控制生活用水箱的给水泵的起停。当某台水泵出现故障时， 控制系统报警并启动备用泵。 DDC 控制器对各台水泵运行状态、事故状态进行监测及高、低水位报警，并在显示屏上显示。楼宇自控系统记录全部报警及操作运行历史，并统计全部生活水泵、补水泵及污水泵的运行时间。在有备用泵时，根据运行时间的统计，启动运行时间最短的设备，平衡有关设备的运行时间，降低维护及保养的费用。二、高层建筑物的给排水系统1. 概述与普通建筑相比，高层建筑物中的给排水系统具有以下特点：人数众多，对生活卫生及保安防火设施要求较为严格，必须具有标准较高的给水排水系统，以保证给排水的安全、可靠。高层建筑的高度较高，给水管道静压较大，

55、所以对于给水系统、热水系统及消精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 39 页，共 42 页名师精编精品教案防给水系统在必要时需进行竖向分区。高层建筑物发生火灾的因数多，一旦着火，具有火势猛、蔓延快、扑救不易、人员疏散也极困难的特点。高层建筑内设备复杂，各种管道交叉、必须搞好综合布置。2. 给水监控系统3. 排水监控系统第六节楼宇自动化系统随着建筑物的规模增大、标准提高，建筑物设备的种类、数量急剧增加，要求的监测控制点可多达几千至上万点。这些设备和测量控制点一般分散在建筑物的各层和各个角落，如采用分散管理、就地监测和操作将占用大量人力资源，

56、有时几乎难以实现。利用计算机和通信技术，对这些设备进行集中管理和自动监测，对节省运行人力，保持设备正常，具有极大的意义。这种计算机系统就称为楼宇自动化系统（BAS） 。一个完整的 BAS 包括以下几个子系统：1电力供应系统各级开关设备的状态监测： 主要回路的电流、电压及功率因数的监测；变压器及一些电缆的温度监测。2照明系统通过在计算机上设定启停时间表、值班人员远控等按照预定的建筑空间使用方式来进行的前馈控制，也可以采用门锁、红外线等方式探测是否无人，从而自动熄灯的反馈控制方式。3空调 系统精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 40 页，共

57、 42 页名师精编精品教案空调系统的良好运行除了对每个设备的良好控制外，还取决于各设备间的有机协调。4给排水系统主要是保证系统能正常运行，基本功能是对各给水泵、 排水泵、污水泵及饮用水泵运行状态的监测，对各种水箱及污水池的水位监测，给水系统压力监测以及根据这些水位及压力状态，启停相应的水泵。5消防系统又称 FAS，有些场合将 FAS从 BAS 中分出来，称为 5A（BAS、FAS、SAS 保安自动化系统、 OAS 办公自动化系统、 CAS 通信自动化系统）的一个主要组成部分。FAS 主要由火灾报警系统和消防联动控制两部分组成。6保安系统包括：出入口控制系统、防盗报警系统、闭路电视监控系统、保安

58、人员巡逻管理系统。7交通系统指对建筑物内电梯扶梯和停车场的控制管理。8BAS 的集中管理与协调上述各系统不是完全独立的，系统间经常需要相互协调。精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 41 页，共 42 页名师精编精品教案湖 南 工 业 职 业 技 术 学 院 教 案教研室主任（签名）备课日期2005 年11 月27 日授 课 班 级电气 S03-3、4 班电气 S03-1、2 班授课日期星期周1 13 1 13 课题考试教学准备看书写教案教学目的与 要 求考试授课方式开卷精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 42 页，共 42 页