过程控制及仪表实验指导书

过程控制及仪表实验指导书

过程控制系统及仪表

实验指导书

潘岩左利

长沙理工大学

电气与信息工程学院

20XX年4月

1

目录

第一章系统概述第二章实验装置介绍

一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、软件介绍

四、实验要求及安全操作规程第三章实验内容

实验一、单容自衡水箱液位特性测试实验实验二、双容水箱特性的测试实验实验三、单容液位定值控制系统实验

2

第一章系统概述

THSA-1型过程综合自动化控制系统(Experiment Platform of Process Synthetic automation Control system)THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1

型综合自动化控制系统实验平台及上位监控PC机三部分组成。如图1-1所示。

图1-1 THSA-1过程综合自动化控制系统实验平台

该套实验装置紧密结合工业现场控制的实际情况，能够对流量、温度、液位、压力等变量实现系统参数辨识，并能够进行单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、滞后控制、比值控制、解耦控制等多种控制实验，是一套集成了自动化仪表技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术及现场总线技术等的多功能实验设备。

THSA-1型过程综合自动化控制系统能够为在校学生和相关科研人员提供有力帮助。学生通过学习，应对传感器特性及零点漂移有初步认识，同时能掌握自动化仪表、变频器、电动调节阀等仪器的规范操作，并能够整定控制系统中相关参数。

这套实验设备综合性强，所涉及的工业生产过程多，所有部件均来自工业现场，严格遵循相关国家标准，具有广泛的可扩展性和后续开发功能，有利于培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的创新能力.

整套实验装置的电源、控制屏均装有漏电保护装置，装置内各种仪表均有可靠的自保护功能，强电接线插头采用封闭式结构，强弱电连接采用不同结构接头，安全可靠。

3

第二章实验装置介绍

“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。

一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置

实验对象总貌图如图2-1所示：

图2-1 实验对象总貌图

本实验装置对象主要水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路三相磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路变频器、三相磁力驱动泵、涡轮流量计及手动调节阀组成。

被控对象

不锈钢储水箱、三个串接有机玻璃水箱、三相电加热模拟锅炉(不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。

1．水箱

包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱均采用淡蓝色优质有机玻璃，坚实耐用，透明度高，便于直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。水箱结构独特，三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流

4

入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。储水箱不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝，完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。

2．模拟锅炉

是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层和冷却层，均不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。

3．盘管

模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长37米，在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。它可用来完成温度的滞

后和流量纯滞后控制实验。

4．管道及阀门

整个系统管道敷塑不锈钢管连接而成，所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打开将水直接排出。

检测装置

1．压力传感器、变送器

三个压力传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为级。采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。

2．温度传感器

装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管以及上水箱出口的水温。Pt100测温范围：-200～+420℃。经过调节器的温度变送器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。Pt100传感器精度高，热补偿性较好。

3．模拟转换器

三个模拟转换器分别用来对电动调节阀控制的动力支路、变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。

它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二

5

线制传输方式，工作时需提供24V直流电源。流量范围：0～/h；精度：%；输出：4～20mADC。

执行机构

1．电动调节阀

采用智能直行程电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀型号为：QSTP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点，电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。

2．水泵

本装置采用磁力驱动泵，型号为16CQ-8P，流量为30升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。

3．电磁阀

在本装置中作为电动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃；工作电压：24VDC。

4．三相电加热管

三根电加热管星形连接而成，用来对锅炉内胆内的水进行加温，每根加热管的电阻值约为50Ω左右。

二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台

“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”主要控制屏组件、智能仪表控制组件、远程数据采集控制组件、DCS 分布式控制组件、PLC控制组件等几部分组成。

(一)控制屏组件

1．SA-01电源控制屏面板

充分考虑人身安全保护，装有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。图2-2为电源控制屏示意图。接上三相四线电源控制屏两侧的插座均带电，合上总电源空气开关及钥匙开关，此时三只电压表均指示380V左右，定时器兼报警记录仪数显亮，停止按钮灯亮，照明灯亮、此时打开24V开关电源即可提供24V电。按下启动按钮，停止按钮灯熄，启动按钮灯亮，此时合上三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ空气开关即可提供相应电源输出，作为其他组件的供电电源。 2．SA-02 I/O信号接口面板

该面板的作用主要是通过航空插头将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，便于学生自行连线组成不同的控制系统。

6

图2-2 电源控制屏示意图

3．SA-11交流变频控制挂件

SA-11交流变频控制挂件如图2-3所示，采用日本三菱公司的)型变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。有关变频器的使用请参考变频器使用手册中相关的内容。变频器常用参数设置：P30＝1；P53＝1；P62＝4；P79＝0。

图2-3 SA-11交流变频控制挂件

4．三相移相SCR调压装置、位式控制接触器

采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。位式控制接触器和AI-708仪表一起使用，通过AI-708仪表输出继电器触点的通断来控制交流接触器的通断，从而完成锅炉水温的位式控制实验。

(二)智能仪表控制组件

1．AI智能调节仪表挂件

采用上海万迅仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，其中SA-12智能

7

调节仪控制挂件为AI-818型，如图2-4所示。SA-13智能位式调节仪为AI-708型。AI-818型仪表为PID控制型，

输出为4～20mADC信号；而AI-708型仪表为位式控制型，输出为继电器触点型开关量信号。AI系列仪表通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。

图2-4 SA-12智能调节仪控制挂件

AI仪表常用参数设置：

：控制方式。

＝0，采用位式控制；

＝1，采用AI人工智能调节/PID调节；

＝2，启动自整定参数功能；＝3，自整定结束。

：输入规格。＝21，Pt100热电阻输入；＝32，～1VDC。电压输入；＝33，1～5VDC电压输入。

DIL：输入下限显示值，一般DIL＝0；热电阻输入不用设置此项。

DIH：输入上限显示值。输入为液位信号时，DIH＝；输入为流量信号时，DIH＝；热电阻输入不用设置此项。

OP1：输出方式，一般OP1＝4为4～20mA线性电流输出。

CF：系统功能选择。CF＝0为内部给定，反作用调节；CF＝1为内部给定，正作用调节；CF＝8为外部给定，反作用调节；CF＝9为外部给定，正作用调节。

：通讯地址。单回路实验

闭环实验主控为相同。

P、I、D参数可根据实验需要调整，其他参数请参考默

认设置。有关AI系列仪表的使用请参考说明书上相关的内容。

＝1，副控为

＝1；串级实验主控为＝2，内环为

＝1，副控为

＝2；三

＝3。实验中各仪表通讯地址不允许

(三)远程数据采集控制组件

远程数据采集控制即我们通常所说的直接数字控制，它的特点是以计算机代替模拟调节器进行控制，并通过数据采集板卡或模块进行A/D、D/A转换，控制算法全部在计算8

机上实现。在本装置中远程数据采集控制系统包括SA-21远程数据采集热电阻输入模块挂件、SA-22远程数据采集模拟量输入模块挂件、SA-23远程数据采集模拟量输出模块挂件。如图2-5所示。

图2-5远程数据采集控制组件

其中R-8017是8路模拟量输入模块，R-8024是4路模拟量输出模块， R-8033是3路热电阻输入模块。RemoDAQ8000系列智能采集模块通过RS485等串行口通讯协议与PC相连，PC中的算法及程序控制并实现数据采集模块对现场的模拟量、开关量信号的输入和输出、脉冲信号的计数和测量脉冲

频率等功能。图2-6所示即为远程数据采集控制系统框图。图中输入输出通道即为RemoDAQ8000智能采集模块。关于RemoDAQ8000智能模块的具体使用请参考装置附带的光盘中的相关内容。

图2-6远程数据采集系统框图

三、软件介绍

本装置中智能仪表控制方案、远程数据采集控制方案和S7-200PLC控制方案均采用了

北京昆仑公司的MCGS组态软件作为上位机监控组态软件。MCGS是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows95/98/NT/20XX/XP等操作系统。

MCGS 软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

9

有关MCGS软件的使用，参考配套的手册及光盘。

四、实验要求及安全操作规程

实验前的准备

实验前应复习教科书有关章节，认真研读实验指导书，了解实验目的、项目、方法与步骤，明确实验过程中应注意

的问题，并按实验项目准备记录等。

实验前应了解实验装置中的对象、水泵、变频器和所用控制组件的名称、作用及其所在位置, 以便于在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图，要求做到：面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。

认真作好实验前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。

实验过程的基本要求

1．明确实验任务； 2．提出实验方案； 3．画实验接线图；

4．进行实验操作，做好观测和记录； 5．整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。

在操作实验时，上述要求应尽量让学生独立完成，老师给予必要的指导，以培养学生的实际动手能力，要做好各主题实验，就应做到：实验前有准备；实验中有条理，实验后有分析。

实验安全操作规程

1．实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置。

2．接线或拆线必须在切断电源的情况下进行，接线时要注意电源极性。完成接线后，正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确，并请指导老师确认无误后，方能

通电。

3．在投运之前，请先检查管道及阀门是否已按实验指导书的要求打开，储水箱中是否充水至三分之二以上，以保证磁力驱动泵中充满水，磁力驱动泵无水空转易造成水泵损坏。

4．在进行温度实验前，请先检查锅炉内胆内水位，至少保证水位超过液位指示玻璃管上面的红线位置，以免造成实验失败。

5．实验之前应进行变送器零位和量程的调整，调整时应注意电位器的调节方向，并分清调零电位器和满量程电位器。

6．仪表应通电预热15分钟后再进行校验。 7．小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表。 8．严格遵守实验室有关规定。

10

第三章实验内容

实验一单容自衡水箱液位特性测试实验

一、实验目的

1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线；

2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数；

二、实验设备

1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台、万用表一个；

2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-21挂件一个、SA-22挂件一个、SA-23挂件一个；

4．SA-31挂件一个、SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交换器一个，网线两根；

5．SA-41挂件一个、CP5611专用网卡一个、MPI编程电缆一根； 6．SA-42挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根。

三、实验原理

所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图3-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。

根据动态物料平衡关系有:

Q1-Q2=A

将物料平衡关系表示为增量形式有：

ΔQ1-ΔQ2=A

式中：ΔQ1，ΔQ2。

dh dtdh dt——分别为偏离某一平衡状态的增量； A——水箱截面积。

11

图3-1 单容自衡水箱特性测试系统

在平衡时，Q1=Q2。

dh＝0；当Q1发生变化时，液位h随之变化，水箱出口处的静压也dt随之变化，Q2也发生变化。流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h与流量之间为非线性关系。但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q2与h成正比关系，而与阀F1-11的阻力R成反比，即：

ΔQ2=

hh 或 R= RQ2式中：R——阀F1-11的阻力，称为液阻。

将以上几个方程经拉氏变换并消去中间变量Q2，即可得到单容水箱的数学模型为

G0＝

H(s)KR＝= (3-1) Q1(s)RCs1Ts1式中T为水箱的时间常数，T＝RC；K为放大系数，K＝R；C为水箱的容量系数。若令Q1作阶跃扰动，即Q1=

x0，x0=常数，则式(3-1)可改写为： sH=

x0x0Kx0K/T×=K-

11ssssTT-t/T

对上式取拉氏反变换得:

h(t)=Kx0(1-e

当t—>∞时，h-h=Kx0，因而有

K=当t=T时，则有

h(T)=Kx0(1-e)==(∞) (3-3)

12

-1

)

hh输出稳态值＝(3-2)

阶跃输入x0

一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图3-2所示，该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间，就是水箱的时间常数T。也可坐标原点对响应曲线作切线OA，切线与稳态值交点A所对应的时间就是该时间常数T，响应曲线求得K和T后，就能求得单容水箱的传递函数。

图3-2 单容水箱的阶跃响应曲线

如果对象具有滞后特性，其阶跃响应曲线则为图3-2，在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点，与响应稳态值的渐近线交于A点。图中OB即为对象的滞后时间

τ，BC为对象的时间常数T，所得的传递函数为：H(S)Kes G(S)Q1(S)1Ts四、实验内容与步骤

本实验选择下水箱作为被测对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-8全开，将下水箱出水阀门F1-11开至适当开度，其余阀门均关闭。试验采用智能仪表控制,具体实验内容如下:

1．将“SA-12智能调节仪控制”挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上，将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照图3-3所示的控制屏接线图连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

图3-3 “单容水箱特性测试”实验接线图

13

2．接通总电源空气开关和钥匙开关，打开24V开关电源，给压力变送器上电，按下启动按钮，合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关，给电动调节阀及智能仪表上电。

3．打开上位机MCGS组态环境，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS运行环境，在主菜单中点击“实验一、单容自衡水箱对象特性测试”，进入“实验一”的监控界面。

4．通过调节仪将输出值设置为一个合适的值。

5．合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适

当增加/减少智能仪表的输出量，使下水箱的液位处于某一平衡位置，记录此时的仪表输出值和液位值。

6．待下水箱液位平衡后，突增智能仪表输出量的大小，使其输出有一个正阶跃增量的变化，于是水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段时间后，水箱液位进入新的平衡状态，记录此时的仪表输出值和液位测量值，液位的响应过程曲线将如图3-4所示。

图3-4仪表输出值和液位测量值

7．根据前面记录的液位值和仪表输出值，按公式计算K 值，再根据图3-2中的实验曲线求得T值，写出单容水箱的传递函数。

五、实验报告要求

1．画出“单容水箱液位特性测试”实验的结构框图。

2．根据实验得到的数据及曲线，分析并计算出单容水箱液位对象的参数及传递函数。

六、思考题

1．做本实验时，为什么不能任意改变出水阀F1-11开度的大小？ 2．用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？

14

实验二双容水箱特性的测试实验

一、实验目的

1．掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法；

2．根据实验测得双容液位的阶跃响应曲线，确定其特征参数K、T1、T2及传递函数；

二、实验设备同前。三、原理说明

本实验系统结构图和方框图如图3-5所示。

图3-5 双容水箱对象特性测试系统

被测对象两个不同容积的水箱相串联组成，故称其为双容对象。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。根据本章第一节单容水箱特性测试的原理，可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积，即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述：

G(s)=G1(s)G2(s)=

k1k2K T1s1T2s1(T1s1)(T2s1)式中K＝k1k2，为双容水箱的放大系数，T1、T2分别为两个水箱的时间常数。

本实验中被测量为下水箱的液位，当中水箱输入量有一阶跃增量变化时，两水箱的液位变化曲线如图3-6所示。图3-6可见，上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数；而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线，即下水箱的液位响应滞后了，它滞后的时间与阀F1-10和F1-11的开度大小密切相关。

15

过程控制系统及仪表

实验指导书

潘岩左利

长沙理工大学

电气与信息工程学院

20XX年4月

1

目录

第一章系统概述第二章实验装置介绍

一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、软件介绍

四、实验要求及安全操作规程第三章实验内容

实验一、单容自衡水箱液位特性测试实验实验二、双容水箱特性的测试实验实验三、单容液位定值控制系统实验

2

第一章系统概述

THSA-1型过程综合自动化控制系统(Experiment Platform of Process Synthetic automation Control system)THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1型综合自动化控制系统实验平台及上位监控PC机三部分组成。如图1-1所示。

09自动化《过程控制系统》实验指导书

实验1 用曲线拟合法估计模型参数 实验目的： 1) 掌握用曲线拟合法测试对象动态特性； 2) 熟悉MATLAB 仿真平台。 实验原理： 图1.1 输入-输出过程模型 在如图1.1 所示的过程模型中，可以通过实验测试或依据积累的操作数据，用数学方法得出过程的经验模型。 在获取了输入输出数据后，进行曲线拟合，可采用计算机和相关的软件实现。首先根据实验数据和其它验前知识，假定对象的模型结构，然后最小化模型输出)(t y 和实际输出y(t)在采样点上的误差平方和，即 ∑=-=n i i i t y t y J 1 2))()((min 进行搜索时，当J 最小时相应的对象参数即为最优参数。式中，n 为计算数据的个数。优化的算法很多，如共轭梯度法、最速下降法、Powell 法、单纯型法、罚函数法等。 本实验利用MA TLAB 优化工具箱中的“lsqcurvefit”函数对过程阶跃响应曲线进行拟合，用户假定模型的结构，编写相应的fun 函数，即ym=fun (x , t )，其中x 为模型的参数向量，待确定，t 为时间向量。给出待估计参数的初始值x0，调用曲线拟合函数计算模型参数向量的估计值x ，格式为x = lsqcurvefit (fun , x 0, t , y )，其中y 为与时间向量t 对应的输出实验数据。 实验要求： 1) 用SIMULINK 工具箱搭建如图1.2所示的开环对象测试系统，模拟实验测试环节 获取输入输出数据，此处输入采用单位阶跃信号。设置合适的“start time”和“stop time”，使得能够得到一个完整的动态过程。仿真类型设置为“Fixed -step”，并设置合适的计算步长（0.01～0.1）。 输入输出数据保存在dataty.mat 文件中，设置变量名为ty ；run 之后，可在命令窗口中输入load dataty.mat 将数据文件中的数据读入工作空间中，然后用size(ty)查看

过程控制实验指导书

过程控制实验指导书 实验一：对象动态特性 实验目的： 1、学习被控对象动态特性的工程测试方法。 2、掌握被控对象动态特性特征参数的求取方法。 实验要求： 1、预习被控对象有关章节；安排好实验计划；作好前期准备。 2、依据实验曲线求取被控对象动态特性的特征参数。 实验内容： 1、对象的动态特性： 下图为单位阶跃时输入系统输出测试曲线： 曲线1.1

实验报告： ⑴依据曲线1.1、1.2和1.3 求取对象动态特性的特征参数（K 、T 、τ）。由此确定闭环系统模型。 ⑵ 分别确定系统开环传递函数，并分别画出单位负反馈时系统动态结构图。 ⑶用SIMULINK 构建系统，比较仿真曲线与输出测试曲线。 ⑷比较曲线1.1、1.2和1.3，说明不同系统的动态特性在运动形态、特征参数等方面的异同。 实验二：调节器控制规律 实验目的： 1、熟悉SIMULINK 调节器模块的使用方法。 2、掌握调节器控制规律特征参数的整定方法。 实验要求： 1、预习调节器有关章节；安排好实验计划；作好前期准备。 2、用工程测试法绘制调节器的输出特性，求取PID 参数。 实验内容： 被控对象分别为)11.0)(1(2)(1++= s s s G p 和) 11.0(2 )(2+=s s s G p 分别对以上系统，构建下述调节器，研究调节器对输出特性的影响： 1、比例调节器的输出特性： ⑴ 用SIMULINK 构建比例控制系统。 ⑵ 设定值为单位阶跃信号，改变比例调节器的大小，观察对系统的影响。 2、比例积分调节器的输出特性： ⑴用SIMULINK 构建比例积分控制系统。 ⑵设定值为单位阶跃信号，改变比例积分调节器的大小，观察对系统的影响。注意调节器的整定顺序。 3、比例微分调节器的输出特性： ⑴用SIMULINK 构建比例微分控制系统。 ⑵改变比例微分调节器的大小，观察对系统的影响。注意调节器的整定顺序。 4、比例积分微分调节器的输出特性：

过程控制系统实验指导书

过程控制系统 实 验 指 导 书 自动化工程学院自动控制系

实验一实验装置* 学时数：2 实验目的： (1)了解过程控制系统实验装置的总体组成部分。 (2)了解各部分的主要构件及作用。 (3)特别应知道以下内容：各种被控对象的位置、检测元件的位置及 用途、执行器件(动力器件) 的位置及用途、供水管线各阀门与供 水方式间的关系、智能仪表的调节方式及含意。 实验原理: 一概述 “THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC远程数据采集，DCS分布式控制，PLC 可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统。 被控对象 实验对象总貌图如图1-1所示： 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW 三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。 检测装置 (1)压力传感器、变送器：三个压力传感器分别用来对上、中、下三个 水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5级。采用工业 用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技 术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作 时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。 (2)温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用 来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出 口的水温。Pt100测温范围：-200～+420℃。经过调节器的温度变送 器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。Pt100传感器精 度高，热补偿性较好。 (3)流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控 制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行 检测。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，

过程控制实验指导书

过程控制及仪表实验指导书 襄樊学院

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、掌握压力变送器的使用方法。 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、THKGK-1型过程控制实验装置 GK-02 GK-03 GK-04 GK-07 2、万用表一只 三、实验装置的结构框图 图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图 四、实验内容 1、设备组装与检查： 1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。 2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。 3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。 4）、关闭各个挂件的电源进行连线。

2、系统接线： 1）、交流支路1：将GK-04 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GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”与“STF” 短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STR”短接）。 2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5” 两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。 3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节） 在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：L T1、PT、L T2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。（标有ZERO的是调零电位器，标有SP AN的是调增益电位器） 4、调试步骤如下： 1)、首先我们在水箱没水时调节零位电位器，使其输出显示数值为零。 2）、用交流支路1打水（也可以用交流支路2打水）：打开阀1、阀3、阀4，关闭阀5、阀6、阀7，然后开启GK-07变频器及GK-04给定启动三相磁力泵给上、下水箱打水，使其液面均上升至10cm高度后停止打水。 3）、看各自表头显示数值是否与实际水箱液位高度相同，如果不相同则要调节增益电位器使其输出大小与实际水箱液位的高度相同，同法调节上、下水箱压力变送器的零位和增益。 4）、按上述方法对压力变送器进行零点和增益的调节，如果一次不够可以多调节几次，使得实验效果更佳。 五、预习 熟读本书第一部分THKGK-1型过程控制实验装置产品使用说明书的相关内容。 六、实验报告 自行绘制表格测出压力变送器的特性。

化工仪表及自动化实验手册

化工仪表及自动化 实验指导书 化工教研室 绪论 生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求得目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。 随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化已经进入了计算机控制装置时代。自动化技术的进步推动了工业生产的飞速发展，在促进产业革命中起着十分重要的作用.特别是在石油、化工、冶金、轻工等部门，由于采用了自动化仪表和集中控制装置,促进了连续生产过程自动化的发展，大大地提高了劳动生产率，获得了巨大的社会效益和经济效益。 为了适应社会发展的需要，同时满足应用型本科院校的教学要求，本实验教材全面系统地介绍了化工过程检测仪表的基本知识，重点介绍工业生产过程中的压力、流量、物位、温度的检测原理及相应的仪表结构选用、实验装置和实验方法、注意事项以及数据处理等。同时除介绍工业生产过程中的自动控制系统方面的应用知识，还分别介绍了构成自动控制系统的被控对象、控制仪表及装置,在简单、复杂控制系统的基础上,介绍了高级控制系统与计算机控制系统。 目录 实验1 实验安全教育、配备实验仪器 0 实验2 常见化工仪表的认知 (1) 实验3 压力表校验 (3) 实验4 流量计的校核 (4) 实验5 热电偶的校验 ............................................................................................................... .。。7

实验1 实验安全教育、配备实验仪器 一、化工仪表及自动化实验室学生守则 化工仪表及自动化实验室守则是学生正常进行实验的保证,学生进入实验室必须遵守以下规则： （1）进入实验室，须遵守实验室纪律和制度，听从老师指导。 （2）未穿实验服，未写实验预习报告者不得进入实验室进行实验。 （3）进入实验室后要熟悉周围环境，熟悉防火及急救设备器材的使用方法和存放位置，遵守安全规则。 （4）实验前，清点、检查仪器，明确仪器规范操作方法及注意事项（老师会给予演示），否则不得动手操作。 （5）实验中，保持安静，认真操作,仔细观察，积极思维，如实记录，不得擅自离开岗位. （6）实验室公用物品（包括器材、药品等）用完后，应归放回原指定位置。 （7）爱护公物,注意卫生,保持整洁，节约用水、电、气及器材。 （8）实验完毕后，要求整理，清洁实验台面，检查水、电、气源，打扫实验室卫生. （9）实验记录经教师签字认可后，方可离开实验室. 二、实验课学习方法 （1）预习并写预习报告 认真阅读实验教材及相关参考资料，明确实验目的、理解实验原理、掌握实验方法、熟悉实验内容并简明扼要的写出预习报告。认真听讲。 （2）操作 认真、独立操作，仔细观察现象,做好记录。应按拟定的实验操作计划与方案进行。 做到轻（动作轻、讲话轻）,细（细心观察、细致操作），准（参数调节准、结果及其记录准确）,洁(使用的仪器清洁，实验桌面清洁，实验结束把实验室打扫清洁）。（3）交正式实验报告 做完实验后，应解释实验现象，并作出结论，或根据实验数据进行计算和处理，主要包括：a、目的，b、原理，c、操作步骤及实验性质、现象，d、数据处理，e、经验与教训，f、思考题回答。 三、配备实验仪器

过程控制装置实验指导书

过程控制装置实验指导书 河北理工大学计控学院 实验中心

目录 实验一DBW热电阻温度变送器的调校 (3) 实验二调节器的认识和校验 (5)

实验一DBW热电阻温度变送器的调校 一、实验目的 1．熟悉和掌握变送器的结构及工作原理 2．学会热电阻温度变送器的零点调整量程调整精度检验方 二、实验仪器及设备 1 DBW—1240型热电阻温度变送器 2 直流电源一台 3 ZX54电阻箱一台 4 电流表一块 三、实验步骤及方法 1 接线： + - 温度变送器接线图

2 零点与量程调整 用直流精密电阻箱代替Rt，根据仪表测量范围调节Rt（本仪表在外壳上已表注为0—100°C范围）,调节电阻箱使其值为相应的下限热电阻值.同时调节调零电位器,使输出为4mA或1V.调节电阻箱使其为上限温度所对应的热电阻值,同时调节量程电位器,使输出为20mA或5V,反复进行多次直到“零点”和“满度”都满族要求为止. 3 精度检验 零点和满度调好后,调节Rt(即电阻箱),分别给出(T上-T下)的0％、25％、50％、75％、100％所对应的热电阻值再加上 R t下，其输出分别为4mA、8mA 、12mA、16mA、20mA.。否则应进行调整或检查出故障予以排除。 4 数据处理 附表：铂电阻分度表，分度号：Pt100 R0=100.00Ω

实验二调节器的认识和校验 一、实验目的 1、熟悉调节器的外型结构，掌握调节器的操作方法，从而进一步理解调节器的工作原理及整机特性。 2、熟悉调节器的功能，了解调节器各可调部件的位置及作用。 3、掌握调节器的主要技术性能的调校、测试方法。 二、实验装置 （一）实验所需仪器、设备 1、调节器 2、电流表 3、直流稳压电源 4、250欧姆电阻 （二）接线端子说明 1 2 端1～5V电压输入端， 2 3 端0.2～1V电压输入端， 2 3 4端热敏电阻输入端， 5 7端4～20mA电流输出端， 9 10端220V电源输入端， 17 18端温度变送输出端。 三、实验指导 1、调节器的主要性能技术指标 输入信号：1～5VDC 外给定信号：0.2～1V 输出信号：4～20mADC 负载电阻：250～750Ω 电源：100 ～240VAC 2、实验注意事项 （1）接线时注意电源的种类、极性，严防接错电源。 （2）通电前应请指导老师确认无误后方可通电。 （3）动手调校前，应搞清调节器各部件的作用，凡实验中未设计的可调元件一律不得擅自调整。 （4）调节器在调校前应预热15分钟。 （5）实验前先准备好实验记录数据表2-2和表2-3，并预习数据处理的各项误差计算公式。 四、实验原理 调节器的主要功能是接受变送器送来的测量信号Vi，并将它与给定信号Vs进行比较得出偏差ε，对偏差ε进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变调节器控制作用的

过程控制实验指导书

北方民族大学 Beifang Ethnic University 《过程装备控制技术应用》课程实验指导书 北方民族大学教务处

北方民族大学 《过程控制技术及应用》课程实验指导书 编著姜国平、刘天霞、汤占歧 校审 北方民族大学教务处 二〇一〇年六月

前言 过程装备控制技术实验室是为化工学院过程装备控制工程、化学与化学工程两个专业开设的实验课程。该实验装置主要以MPCE—1000实验系统为主，在实验教学过程中，充分强调培养学生的工艺对象分析能力、现场动手能力、控制方案综合设计能力、系统化思维能力及最新控制技术的应用能力。该实验室目前承担7个综合实验和一个开放实验的任务。实验内容多样且灵活，设备、管道、工艺参数、执行机构、控制点均可自定义，结合化工仿真软件使学生了解和熟悉化工生产过程中常见参数的控制方法及控制中常用的控制器件，如各种仪表的性能、使用方法和使用场合；了解并学会工业控制中仪表、测量、执行器的成套方法，学会按照实际被控系统要求进行实际控制系统的设计和实现；培养学生观察问题，分析问题和实验数据处理的能力，提高相关学科知识的综合运用能力；使学生了解和掌握用科学实验解决工程问题的方法。

目录 第一部分绪论 第二部分实验任务及要求 一、本课程实验的作用与任务 二、本课程实验的基础知识 三、本课程实验教学项目及其教学要求 第三部分基本实验指导 实验一流量自衡过程动态特性测试 实验二流量非自衡自衡过程动态特性测试 实验三液位自衡动态特性测试 实验四反应温度非自衡过程 实验五一阶惯性通道传递函数模型测试 实验六衰减振荡法液位PID控制器参数整定 实验七气体压力PID单回路控制系统的设计与整定

《先进过程控制系统》实验指导书

先进过程控制系统 实验指导书 过程控制系统实验 (2) 实验一组合型过程控制系统简介及过程控制演示 (2) 实验二传感器、执行器实验 (8) 实验三系统动态特性的测试 (10) 实验四液位单回路控制系统的设计及参数整定 (12) 实验五PLC和DCS综合控制演示 (14) 仿真实验 (24) 实验一MATLAB与SIMULINK熟悉实验 (24) 实验二过程参数PID控制仿真 (25) 实验三复杂过程对象PID控制仿真 (26) 实验四非线性控制时滞系统迭代学习控制算法仿真 (27) 实验五利用输入-输出的模型参考自适应控制系统的设计与仿真 (34)

过程控制系统实验 实验一组合型过程控制系统简介及过程控制演示 一、FESTO紧凑型过程控制系统介绍 FESTO紧凑型过程控制系统如图1-1所示，在这套系统上，我们可以进行液位、温度、压力、流量的控制。 图 1-1 二、组合式过程控制系统介绍 结合过程计算机控制系统理论的学习，我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式—单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。

三、主要仪器与设备 1、计算机 2、接口研华 USB-4711A USB-4711A系列包括即插即用数据采集模块，因此无需再打开您的计算机机箱来安装板卡。仅需插上模块，便可以采集到数据，简单高效。USB-4711A 是给任何带有USB端口的计算机增加测量和控制能力的最佳途径。它通过USB 端口获得所有所需的电源，所以它无需连接外部的电源。USB-4711A在一块卡上包含了所有的数据采集功能，如：16路AI，2路AO，8路DI，8路DO，1路32位计数器，其中A/D数据采集为12位。USB-4711A板卡的如图1-2。 图 1-2 USB-4711A板卡

自动化过程控制实验指导书

一、过程控制仪表认识实验 一、实验目的 1、熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。 2、掌握常用传感器的工作原理及使用方法。 二、实验内容 1、水箱 本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。 整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。 打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。 2、微型锅炉、纯滞后系统、热电阻 本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。 热电阻为Pt100，三线制工作。 温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。 系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为4—20mA的标准电流，输出为380V的交流电。 3、液位传感器 本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。 压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。 零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。 满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。

调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。 4、电动调节阀 采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-20—70摄氏度，输入信号为4—20mA的控制信号，输出信号为4—20mA 的阀位信号。 5、变频器 采用日本三菱FR-S520变频器，内控为0—50HZ，外控为4—20mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。 内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。 外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。 内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。 6、水泵 采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。 7、流量计 流量计由流量传感器和转换器组成。 采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为0—0.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，4—20mA 标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。 转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。 它为内置电源。 8、调节器 采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID 控制器。 输入为1、2端子，输入为1—5V。 输出为7、8端子，输出为4—20mA。 主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。

过程检测技术及仪表实验指导书(成教)

实验三扩散硅压力变送器实验 1 实验原理及目的 a) 掌握扩散硅压力变送器工作原理，了解扩散硅压力变送器的外型、结构、组 成，加深对变送器信号转换原理的理解； b) 熟悉变送器的输入、输出特性； c) 熟悉变送器的实验配置、连接及实验仪器的使用等； d) 掌握变送器零点、量程的调整方法及检测方法； e) 掌握检测数据的处理。 2 实验内容 a) 变送器零点、量程调整； b) 变送器基本性能检测：包括基本误差、回差、非线性误差； c) 变送器死区检测； d) 变送器输出交流分量检测。 3实验设备 被测仪表：扩散硅压力变送器 实验仪器：压力发生器、精密电阻箱、万用表 4实验准备 a) 阅读被测仪表说明书，结合实物，了解结构、组成，了解技术参数（包括供 电电源、使用环境、量程范围、测量范围、输出信号、精度等级等），同时 了解零点、量程的调整方法、使用方法和注意事项等； b) 阅读实验仪器说明书，了解其使用和注意事项； c) 按下图进行测试系统的连接

d) 检查线路无误，且电阻箱置于250Ω后，方能打开电源进行测试，取输出 电流在电阻箱（250Ω）上的压降作为输出测量值。 5 实验方法 a) 零点、量程调整 ——输入量程0%信号，调变送器零点调节电位器，使输出满足精度要求； ——输入量程100%信号，调变送器量程调节电位器，使输出满足精度要求； ——输入信号回到量程的0%，观察输出满足精度要求吗？满足，检查输入50%时输出精度是否满足要求？满足，调试结束，否则，重复a、b，直 到满足要求。 一般往返调试三遍，就能使变送器精度满足要求。 b) 基本性能测试 在测试正式开始之前应使被测变送器和试验设备在所允许的规定条件下使其稳定，对所有可能影响试验的条件随时进行观察，并作相应记录。 测试点应包括上、下限值在内的至少五个点，如0％、25％、50％、75％、100％，这些测试点应均匀分布在整个测量范围内。 在测试正式开始之前，变送器应从0％到100％，然后再从100％到0％的全范围内移动三次，测试时输入信号必须按初始输入信号的同一方向

过控实验指导书

过程控制系统实验指导书编制于忠得扬增平 大连轻工业学院信息科学与工程学院

前言 本实验指导书是根据“过程控制系统课程教学大纲”的要求，结合浙江天煌科技实业有限公司提供的“THJ－3型高级过程控制实验装置”的资源情况编制的。旨在满足自动化本科“过程控制系统”课程8～10学时实验需要。 通过实验，希望能够使学生在以下几个方面学习和提高实验技能，加深对本门课程理论知识的掌握。 1、变送器特性的认识及零点迁移与满度调整； 2、自动化仪表的初步使用； 3、变频器的基本原理和初步使用； 4、电动调节阀的流量特性和原理； 5、测定被控对象特性的方法； 6、单回路控制系统的投运与参数整定； 7、串级控制系统的投运参数整定； 8、比值控制回路系统的投运参数整定； 9、控制参数对控制系统控制质量指标的影响； 10、控制系统的设计、计算、分析、接线、投运。

目录 THJ-3型过程控制系统实验装置简介 (3) 实验一过程控制系统操作实验 (12) 实验二单容水箱液位特性测试实验 (13) 实验三液位单回路系统实验 (18) 实验四水箱液位流量串级系统实验 (21) 实验五单闭环流量比值系统实验 (25)

THJ-型过程控制系统实验装置简介 本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。系统动力支路分两路：一路由三（380V交流）磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。 一、被控对象 1、对象组成 由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。 水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝完全能满足上、中、下水箱的实验需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。 模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，由二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度，可完成温度的串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。 盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有三个不同的

单回路控制系统实验(过程控制实验指导书)

单回路控制系统实验 单回路控制系统概述 实验三单容水箱液位定值控制实验 实验四双容水箱液位定值控制实验 实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验 实验三 实验项目名称：单容液位定值控制系统 实验项目性质：综合型实验 所属课程名称：过程控制系统 实验计划学时：2学时 一、实验目的 1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。 2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。 5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。 二、实验内容和（原理）要求 本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制中水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。 三、实验主要仪器设备和材料 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。 四、实验方法、步骤及结果测试 本实验选择中水箱作为被控对象。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。 具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。 （一）、智能仪表控制 1．按照图3-5连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON” 的位置。

宁波工程学院 过程控制系统 CS4000DCS实验指导书 廖远江 201402(4次实验)

过程控制系统 实验指导书 宁波工程学院 电子与信息工程学院 电气工程及其自动化教研室

目录 目录 ................................................................................................................................................. II 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验.. (1) 实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 (5) 实验三、单容水箱液位PID整定实验 (9) 实验四、双容水箱液位PID整定实验 (12)

宁波工程学院过程控制系统实验指导书 实验一、一阶单容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 CS4000型过程控制实验装置，PC机，DCS控制系统与监控软件。 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Q 1，出水量为Q 2 ，水箱的液面高度为h， 出水阀V 2 固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：

《工业自动化仪表与过程控制》实验指导书

《工业自动化仪表与过程控制》实验指导书 授课学时：8课时 授课班级：芙蓉自动化0901、0902 授课学期：2012年上学期 授课教师：敖章洪

工业自动化仪表与过程控制实验项目一览表 实验参考书： https://www.sodocs.net/doc/f819255019.html,GK-1型操作说明书.实验指导书

实验一实验装置的基本操作与仪表调试实验学时：2学时 实验类型：验证 实验要求：必做 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 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） 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DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应的输出值。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，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，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）。

过程控制及仪表实验指导书

过程控制及仪表实验指导书 过程控制系统及仪表 实验指导书 潘岩左利 长沙理工大学 电气与信息工程学院 20XX年4月 1 目录 第一章系统概述第二章实验装置介绍 一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、软件介绍 四、实验要求及安全操作规程第三章实验内容 实验一、单容自衡水箱液位特性测试实验实验二、双容水箱特性的测试实验实验三、单容液位定值控制系统实验 2 第一章系统概述 THSA-1型过程综合自动化控制系统(Experiment Platform of Process Synthetic automation Control system)THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1

型综合自动化控制系统实验平台及上位监控PC机三部分组成。如图1-1所示。 图1-1 THSA-1过程综合自动化控制系统实验平台 该套实验装置紧密结合工业现场控制的实际情况，能够对流量、温度、液位、压力等变量实现系统参数辨识，并能够进行单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、滞后控制、比值控制、解耦控制等多种控制实验，是一套集成了自动化仪表技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术及现场总线技术等的多功能实验设备。 THSA-1型过程综合自动化控制系统能够为在校学生和相关科研人员提供有力帮助。学生通过学习，应对传感器特性及零点漂移有初步认识，同时能掌握自动化仪表、变频器、电动调节阀等仪器的规范操作，并能够整定控制系统中相关参数。 这套实验设备综合性强，所涉及的工业生产过程多，所有部件均来自工业现场，严格遵循相关国家标准，具有广泛的可扩展性和后续开发功能，有利于培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的创新能力. 整套实验装置的电源、控制屏均装有漏电保护装置，装置内各种仪表均有可靠的自保护功能，强电接线插头采用封闭式结构，强弱电连接采用不同结构接头，安全可靠。 3

过程控制实验指导书讲解

过程控制实验指导书 授课学时：16课时 授课专业：自动化 授课教师：姜倩倩

目录 过程控制实验项目一览表 ............................................................................................ - 1 - 实验一：一阶系统数学模型的建立 ............................................................................ - 2 - 实验二：PID控制器参数自整定............................................................................... - 4 - 实验三水箱液位PID控制........................................................................................ - 8 - 实验四水箱压力的PID调节控制 .......................................................................... - 14 - 实验五串级水位控制系统设计 ............................................................................ - 17 - 实验六前馈-反馈控制系统仿真实验 .................................................................... - 19 - 实验七单片机液位控制系统 .................................................................................. - 22 - 实验八单容液位PLC控制 ...................................................................................... - 25 -

化工仪表及自动化实验指导书

化工仪表及自动化实验指导书 （过控装备与控制工程教研室） 南昌大学环境与化学工程学院 二0 一0 年五月 本实验指导书系根据《过程装备控制技术与应用》课程及实验室已有设备而设置的实验内容编写的。通过实验操作，使学生增强感性认识，加深对书本理论知识的理解，提高动手能力，熟悉和掌握仪表实验工作的一般方法，为将来的实验工作和科学研究打下基础。 实验要求 在实验过程中，务必做到以下几点： 1、实验前必须预习有关实验内容； 2、进入实验室后，应首先认真听取实验介绍，以提高操作效率； 3、熟悉并检查实验装置的组成部分及连线； 4、按实验要求连接实验装置后，需经老师检查方可进行操作； 5、实验过程中，应遵守实验室的规章制度，爱护设备。在实验过程中未按操作步骤进行而 造成仪器、设备、工具等损坏以及发生事故，待查明原因后，按学校有关规定予以赔偿； 6、实验后，各小组须整理清点实验工具，并交老师核查； 7、按实验具体要求，认真完成实验报告。 在做实验报告时应注意以下几点： 1、明确实验目的； 2、了解实验内容；

3、熟悉实验装置; 4、掌握实验方法; 5、制定实验步骤; 6、处理实验数据（数据准确、表格合理、图形清晰）； 7、得出实验结果； 8、提出分析建议（注意现象，分析误差等原因）。 目录 一、实验一弹簧管压力表的校验 (5) 二、实验二热电偶与动圈仪表的配套使用 (7) 三、实验三自动电子电位差计的校验 (10) 四、实验四自动电子平衡电桥的校验 (12) 五、实验五XMZ-102数显仪表的校验 (13) 六、实验六XMZ-101数显仪表的校验 (14) 七、实验七电容式差压变送器认识与校验 (15) 实验一弹簧管压力表的校验 一、实验目的: 1、熟悉工业用弹簧管压力表的构造、工作原理及校验方法; 2、掌握压力校验器的基本结构原理和操作方法。 实验设备

《过程控制仪表及装置》实训指导

《过程控制仪表及装置》实训指导 实训1 差压变送器的认识与校验 目标1：认识各种差压变送器的外形、结构和信号输入、输出的位置。 操作要领：仔细观察差压变送器的外表、铭牌，学会从外部辨认仪表的类型；查找各变送器输入、输出信号的位置；打开仪表外壳，认识内部结构。 目标2：掌握差压变送器校验的方法。 操作要领：按先接线，再通电，最后通气方式启动实训装置；找到调零点和调量程的档位和调整螺钉；反复调零点和量程使之达到实训要求值，按正反行程校验5等份点（加差压，看变送器输出）。 目标3：掌握数据处理方法。 操作要领：根据校验数据计算被校表的最大绝对误差、最大引用误差和变差，给出校验结论。 实训2 Ⅲ型温度变送器的校验 目标1：熟悉温度变送器的结构。 操作要领：仔细观察温度变送器的外表、铭牌，接线端子；打开仪表外壳，认识内部结构。 目标2：掌握热电偶温度变送器校验的方法。 操作要领：按先接线，再通电的方式启动实训装置；找到调零点和调量程的档位和调整螺钉；用毫伏信号发生器和UJ-36配合，反复调零点和量程使之达到实训要求值，按正反行程校验5等份点（各校验温度点所对应的热电势值为：E(t, t1)=E(t, 0) – E(t1, 0) ；t-被测点温度；t1-热电偶温度（变送器端子排温度）用玻璃棒温度计测得）。 目标3：掌握热电阻温度变送器校验的方法。 操作要领：按先接线，再通电的方式启动实训装置；找到调零点和调量程的档位和调整螺钉；反复调零点和量程使之达到实训要求值，按正反行程校验5等份点（各校验温度点所对应的电阻值由电阻箱获得）。 目标4：掌握数据处理方法。 操作要领：根据校验数据计算被校表的最大绝对误差、最大引用误差和变差，给出校验结论。 实训3 基型控制器的认识与使用 目标1：熟悉基型控制器的外形和基本结构。 操作要领：仔细观察基型控制器的正面板，接线端子；抽出表芯注意辨认侧面板上各旋钮和开关的意义。 目标2：掌握测量、给定双针精度校验方法。 操作要领：将侧面板的开关分别置于正确位置。通电预热后，调整测量输入端或外给定的信号，使之与指示信号对应，超差时，调整相应指示表头的机械零点和量程电位器；将测量/标定开关切换到“标定”位置，双针应同时指到50％，超差时，应调整指示单元中的“标定电压调整”电位器。 目标3：掌握手动操作特性与输出指示校验方法。 操作要领：将侧面板的开关分别置于正确位置。操纵软手动操作键，观察控制器的输出