过程控制与检测仪表课程设计报告指导书

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过程控制与检测仪表

课程设计指导书

杜玉晓

XX工业大学自动化学院

二００六年十月

实验项目名称：题目一单容水箱液位定值控制系统

实验项目性质：综合性

所属课程名称：《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现单容水箱液位的定值控制。单容液位控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生初步掌握工业控制系统的设计和实现方法。了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用，了解单容液位定值控制系统的结构与组成，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。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、MCGS、西门子200、300PLC编程。三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成单容液位控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）智能控制仪表控制设定；或者西门子PLC程序设计；

（4）M CGS监控界面。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。实验考核方法：随堂考核试验操作能力；评分标准：含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1、智能控制仪表PID控制设定；西门子PLC PID控制实现方法；

2、P，PI，PID调节器的作用，及其对动态与稳态的协调控制；

3、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？

4、如果采用中水箱做实验，其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同？并分析差异原因。

实验项目名称：题目二双容水箱液位定值控制系统

实验项目性质：综合性

所属课程名称：《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现双容水箱液位的定值控制。双容液位控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法，掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、西门子PLC选型及应用技术、MCGS 编程技术。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成双容水箱液位定值控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）编写底层PLC控制程序；

（4）M CGS通信配置、MCGS实时监测界面设计。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根，带有Profibus Dp扩展模块的西门子200系列PLC一套。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。实验考核方法：随堂考核试验操作能力；评分标准：含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1、西门子PLC PID控制实现方法；

2、MCGS网络配置方法，包括数字量I/O口，模拟量输入输出；

3、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？

4、引起双容对象滞后的因素主要有哪些？

实验项目名称：题目三水箱液位串级控制系统

实验项目性质：综合性

所属课程名称：工业数据通信与控制网络、《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现水箱液位的串级控制。水箱液位串级控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生了解水箱液位串级控制系统组成原理，初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法，掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、MCGS、西门子200、300PLC编程。三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成水箱液位串级控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）智能控制仪表控制设定；或者西门子PLC程序设计；

（4）M CGS监控界面。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。实验考核方法：随堂考核试验操作能力；评分标准：含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1．串级控制原理，不同PID参数对系统动态和静态性能的影响；

2、当一次扰动作用于主对象时，试问由于副回路的存在，系统的动态性能比单回路系统的动态性能有何改进？

3、改变副调节器的比例度，对串级控制系统的动态和抗扰动性能有何影响，试从理论上给予说明；

4．评述串级控制系统比单回路控制系统的控制质量高的原因？实验项目名称：题目四单闭环流量比值控制系统

实验项目性质：综合性

所属课程名称：《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控技术》

实验计划学时：1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现单闭环流量比值控制。单闭环流量比值控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生了解单闭环比值控制系统的原理与结构组成，初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，掌握比值系数的计算方法，掌握比值控制系统的参数整定与投运方法。二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、西门子PLC选型及应用技术、MCGS 编程技术。

三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成单闭环流量比值控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）编写底层PLC控制程序；

（4）M CGS通信配置、MCGS实时监测界面设计。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根，带有Profibus Dp扩展模块的西门子200系列PLC一套。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。实验考核方法：随堂考核试验操作能力；评分标准：含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1．单闭环比值控制系统的原理与结构组成；

2．MCGS网络配置方法，包括数字量I/O口，模拟量输入输出；

3、如果Q1（t）是一斜坡信号，试问在这种情况下Q1与Q2能否保持原比值关系？

4、试根据工程比值系数确定仪表比值系数。

实验项目名称：题目五锅炉内胆静（动）态水温定值控制系统

实验项目性质：综合性

所属课程名称：《过程控制系统》、《组态软件技术》、《PLC与电器控

技术》

实验计划学时：1周

一．实验目的

使学生针对典型的工业控制对象，实现锅炉内胆静（动）态水温定值控制。锅炉内胆静（动）态水温定值控制系统设计包括系统的设备选型、控制器设计（智能控制仪表/PLC）和监控界面设计，使学生了解单回路温度控制系统的组成与工作原理，了解PID参数自整定的方法及其参数整定方法，初步掌握工业控制系统的设计和实现方法，研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。二、预习与参考

自动控制原理、过程控制系统、MCGS、西门子200、300PLC编程。三．实验要求和设计指标

按照实验要求，综合运用所学理论知识，通过查阅手册和文献资料，完成锅炉内胆静（动）态水温定值控制系统的综合与设计，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。掌握自动控制系统的综合与设计方法，熟悉控制器的结构、类型及其校正作用。

（1）根据选定的典型系统类型、选择合适的控制器型号；

（2）确定控制系统控制算法以及实现方法；

（3）智能控制仪表控制设定；或者西门子PLC程序设计；

（4）M CGS监控界面。

四.实验（设计）仪器设备和材料清单

实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；

SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。

五．调试及结果测试

根据题目指标，实验教师对每个指标进行现场验收。

六.考核形式

实验完成后，交实验报告一份，包括计算与系统设计说明。实验考核方法：随堂考核试验操作能力；评分标准：含各项目成绩、参考平时成绩和实验报告成绩，分为优、良、中、及格、不及格五级打分。

七.实验报告要求

每位同学根据自己的实验数据和结果，根据给定的格式，独立完成实验报告。

八．思考题

1．智能控制仪表PID控制设定；西门子PLC PID控制实现方法；

2．P，PI，PID调节器的作用，及其对动态与稳态的协调控制；

3．在温度控制系统中，为什么用PD和PID控制，系统的性能并不比用PI控制时有明显地改善？

4．为什么内胆动态水的温度控制比静态水时的温度控制更容易稳定，动态性能更好？

附录“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”

实验装置说明

1 系统概述

“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。本装置结合了当今工业现场过程控制的实际，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，PLC可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统，它既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。

学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：

（1）传感器特性的认识和零点迁移；

（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）电动调节阀的调节特性和原理；

（5）测定被控对象特性的方法；

（6）单回路控制系统的参数整定；

（7）串级控制系统的参数整定；

（8）复杂控制回路系统的参数整定；

（9）控制参数对控制系统的品质指标的要求；

（10）控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；

（11）各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。

2 THSA-1型过控综合自动化控制系统对象

实验对象总貌图如图1-1所示：

本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）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；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及手动调节阀组成。

（一）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。

（1）水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。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。储水箱由不锈钢板制成，能满足上、中、下水箱的实验供水需要。

（2）模拟锅炉：是利用电加热管加热的常压锅炉，包括加热层（锅炉内胆）

图1-1 实验对象总貌图

和冷却层（锅炉夹套），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（43圈），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：整个系统管道由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。

（二）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。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。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。

（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。输出：4～20mADC。

（三）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。

（2）水泵：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。

（4）三相电加热管：由三根1.5KW电加热管星形连接而成，用来对锅炉内

胆内的水进行加温。

3 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”主要由控制屏组件、智能仪表控制组件、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

图1-2为电源控制屏示意图。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。此时打开照明开关、变频器开关及24V开关电源即可提供照明灯，变频器和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，作为其他设备的供电电源。

（2）SA-11交流变频控制挂件

采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH(R)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。

（3）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。

（二）智能仪表控制组件

（1）AI智能调节仪表挂件

采用XX万迅仪表XX生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，仪表为PID 控制型，输出为4～20mADC信号；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。

（2）PLC控制组件

本装置采用了S7-200、S7-300PLC两套控制系统。

方案一、S7-200PLC控制系统：S7-200是一种叠装式结构的小型PLC。本实验系统包括一个CPU224主机模块和一个EM235模拟量I/O模块，以及一根

图1-2 电源控制屏示意图

PC/PPI连接线。其中CPU224模块带有14点开关量输入和10点开关量输出，EM235模拟量扩展模块带有4路模拟量输入和1路模拟量输出。图1-7所示为S7-200PLC控制系统结构图。

图1-7 S7-200PLC控制系统框图图1-8 S7-300PLC控制系统框图

方案二、S7-300PLC控制系统：S7-300是采用模块化结构的中小型PLC，包括一个CPU315-2DP主机模块、一个SM331模拟量输入模块和一个SM332模拟量输出模块，以及一块西门子CP5611专用网卡和一根MPI网线。其中SM331 为8路模拟量输入模块，SM332为4路模拟量输出模块。图1-8所示为S7-300PLC 控制系统结构图。

4软件介绍

（一）MCGS组态软件

本装置中智能仪表控制方案、S7-200PLC控制方案均采用了昆仑公司的MCGS组态软件作为上位机监控组态软件。MCGS（Monitor and Control Generated System）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/2000等操作系统。

MCGS 5.1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。

有关MCGS软件的使用请参考配套的手册及光盘。

（二）MACS系统软件

本装置中DCS控制方案采用了和利时公司的MACS Ⅱ系统。MACS系统给用户提供了一个通用的系统组态和运行控制平台，应用系统需要通过工程师站软件组态产生，即把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来，形成一个能完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。

MACS系统具有功能：数据采集、控制运算、闭环控制输出、设备和状态监视、报警监视、远程通信、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事件顺序记录、事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算、组态、调试、打印、下装、诊断。

有关MACS系统的使用请参考配套光盘。

（三）西门子S7系列PLC编程软件

本装置中PLC控制方案采用了德国西门子公司的S7-200和S7-300PLC，其中西门子S7-200PLC采用的是Step 7-MicroWIN 32编程软件，而西门子S7-300PLC采用的是Step 7编程软件。利用这两个软件可以对相应的PLC进行编程、调试、下装、诊断。

有关软件使用请参考光盘中相应的内容。

（四）西门子WinCC监控组态软件

S7-300PLC控制方案采用WinCC软件作为上位机监控组态软件，WinCC是结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能的产物。作为一个国际先进的人机界面(HMI)软件和SCADA系统，WinCC提供了适用于工业的

图形显示、消息、归档以及报表的功能模板；并具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据；WinCC还为用户解决方案提供了开放的界面，使得将WinCC集成入复杂、广泛的自动化项目成为可能。

关于WinCC软件的使用请参考配套光盘中的电子文档。

5实验要求及安全操作规程

（一）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：由面板上的图形、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。

（二）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）在进行温度试验前，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，无水空烧易造成电加热管烧坏。

过程控制课程设计报告

1．绪论 过程控制通常是指连续生产过程的自动控制，是自动化技术最重要的组成部分之一。其应用范围涵盖石油、化工、制药、生物、医疗、水利、电力、冶金、轻工、核能、环境等许多领域，在国民经济中占有重要的地位。 1．1过程控制系统的组成及特点 过程控制系统通常由被控对象和过程检测仪表组成。 被控对象是指被控制的工艺生产设备装置。常见的有：锅炉、加热炉、分馏塔、反应釜、干燥炉、压缩机、旋转窑等生产设备或储存物料的槽，罐以及传递物料的管段等。 过程检测控制仪表是指检测变送器，控制器以及执行器。 过程控制系统的特点包括：1）被控过程复杂多样，具有非线性、时变、时滞及不确定等特点，难以获得精确的过程数学模型。2）控制过程多属缓慢过程，具有一定的时间常数和时滞，控制并不需在极短时间完成。3）控制方案多样。统一被控过程，因受扰动不同，需采用不同的控制方案；同一控制方案可适用于不同的生产过程控制，控制方案适应性强。4）过程控制的常用控制形式为定值控制。5）过程能够控制实施手段多样性。可以方便地在计算机控制装置上实现，可以方便地在控制室或现场获得仪表的信息，可以直接进行仪表的校验和调整。

1．2 过程控制设计的发展概况 近几十年来，随着自动化技术工具的发展以及新型过程控制系统的出现，设计工作的内容、程序和方法有了较大的变化。尤其当进入20世纪80年代以后，微电子技术推动了计算机的迅猛发展，使得过程控制所采用的仪表、设备等发生了根本性的改变。这些更促使控制工程设计工作进行全曲的调整。 在20世纪50、60年代，当时在工业过程中，尤其在石油、化工生产过程中，大量使用气动仪表，以满足防爆的要求。而常用的控制系统仅仅是单回路反馈控制系统(简单调节系统)或少量的串级、均匀和比值控制系统。因此控制工程设计工作相对来说较为简单。随着电动单元组合仪表的出现，一直到DDZ—Ⅲ型仪表问世，本质安全防爆的性能，根本上满足了工业过程的防爆要求：于是，在控制工程设计中，电动仪表逐步取代气动仪表。然而，无论是气动仪表或是电动仪表，都属于常规仪表。因此，在控制工程设计，基本的程序和方法内容是相似的。中国在70、80、90年代分别制定了有关控制工程设计的施工图内容深度规定，作为控制专业使用常规仪表进行工程设计的指导性文件。 20世纪80年代中期，分散控制系统(Distributed Control System , DCS也称集散控制系统)开始在工业过程中得到了应用。分散控制系统与传统常规仪表的控制有着决然不同的方式与内涵，控制工程设计工作也发生了很大的变化。为适应改革、开放的经济政策，我国的工程设计必须与国际接轨。因此，在进入21世纪前，总结了国内外控制工程设计的经验，开始推行国际通用设计体制和方法，使得控制工程设计工作更为规范有序。

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，

过程控制仪表课程设计论文报告-液位控制系统

中南大学《过程控制仪表》课程设计报告设计题目液位控制系统 指导老师 设计者 专业班级 设计日期2011年6月

目录 第一章过程控制课程设计的目的和意义 (3) 1.1课程设计的目的 (3) 1.2课程设计的意义 (3) 1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3) 第二章液位控制系统的设计任务 (4) 2.1设计内容及要求 (4) 2.2课程设计的要求 (4) 第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (5) 3.1实验目的 (5) 3.2实验内容 (5) 3.2.1流量单闭环控制系统 (5) 3.2.2流量比值控制系统 (7) 3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (8) 第四章液位控制系统总体设计方案 (9) 4.1液位控制系统在工业上的应用 (9) 4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (11) 4.3控制算法 (11) 4.4系统控制主机的选择 (12) 4.5系统的硬件设计（单纯的逻辑控制） (13) 4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13) 4.5.2 I/O接口的分配 (14) 4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14) 4.5.2 控制系统硬件介绍 (15) 第五章系统软件设计 (17) 5.1系统软件设计1（单纯的逻辑控制） (17) 5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (17) 5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (18) 5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19) 5.2系统控制的程序 (20) 5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20) 5.3.1PID控制系统梯形图 (21) 5.3.2PID控制系统的指令： (24) 第六章收获、体会和建议 (25) 参考文献 (26)

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。

过程控制课程设计报告

一份好的课程设计报告，需要组员配合完成，下面是过程控制课程设计报告，为大家提供参考。 一、课程设计目的： 二、组态王简介： “组态王”是运行于 Microoft Window 200/NT4.0.某P 中文平台的中文界面软件，充分利用了 window 图形功能完备、界面一致性好、易学易用的特点，并且采用 了多线程。 COM 组件等新技术，实现了实时多任务，软件运行稳定可靠。 “ 组态王” 软件包括由工程浏览器 (TouchE某plorer) 、工程管理器(Proj-Manager)和画面运行系统〔TouchVew〕三大局部组成。在工程浏览中可以 查看工程的各个组成局部，也可以完成数据库构造、定义外部设备等工作；工程 管理器中内嵌了画面管理系统，用于新工程的创立和已有工程的管理。画面的开 发和运行由工程浏览器调用画面制作系统 touchMak 和运行系统 touchVew 来完成。 三、锅炉设备的的控制原理及工艺流程： 锅炉是过程工业中不可缺少的动力设备，它所产生的蒸汽不仅能够为蒸馏、 化学反响、枯燥、蒸发等过程提供热源，而且，还可以作为风机、压缩机、泵类 驱动透平的动力源。随着石油化学工业生产规模不断强化，生产设备不断革新， 作为全厂动力和热源的锅炉，亦向着大容量、高参数、高效率方向开展。为确保 平安，稳定生产，对锅炉设备的自动控制就显得十分重要。为实现调节任务，将 锅炉设备控制划分为假设干个控制系统，主要控制系统有： 〔1〕给水自动控制系统〔即锅炉汽包水位的控制〕操纵变量是给水流量， 它主要考虑汽包内部的物料平衡，使给水量适应蒸汽量，维持汽包中水位在工艺 允许范围内。维持汽包中水位在给定范围内是保证锅炉、汽轮机平安运行的必要条件，使锅炉正常运行的主要标志之一。由于锅炉是一个多输入、多输出、多回路、非线性的、相互关联的复杂控制系统，汽包液位控制与给水控制、蒸汽压力控制、送风控制、炉膛负压控制等有关。汽包水位在外界扰动作用下的变化过程与蒸汽 流量 D、补充给水量 W、补充水温 T、炉膛热负荷〔燃料量 M〕、汽包蒸汽压力PD 等参数有关，其中影响作用较大的主要是蒸汽流量 D、炉膛热负荷〔燃料量M〕、补充给水量 W。汽包液位控制分为三种：单冲量控制、双冲量控制、三冲 量控制。 〔2〕锅炉燃烧的自动控制有三个被控变量，蒸汽压力〔或负荷〕、烟气成分〔反映燃烧经济性指标〕和炉膛负压。而操纵变量亦有三个：燃料量、送风量和 引风量。这三个被控变量和操纵变量互相关联，需要统筹兼顾，从而组成适宜的 燃烧系统控制方案，以满足燃料燃烧所产生的热量适应蒸汽负荷的需要；保证燃 烧的经济性和锅炉的平安性。炉膛负压保持在一定的范围内。

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

过程控制课程设计报告

前言 过程控制系统课程设计是测控技术与仪器专业的实践教学环节。其教学目的是:运用所学专业知识，结合工业生产实际，以仪表控制系统的工程设计为核心,是学生初步了解生产过程检测与控制系统的设计方法、设计规范和设计步骤,并通过实践设计、绘图等环节,培养学生的工程意识，掌握一定的工程设计技能，初步具备独立承接科研课题或工程设计的能力，受到一次工程师的基本训练。 本次过程控制系统课程设计主题为均热炉仪表检测控制系统，要求同学们选用DDZ-III型仪表,实现均热炉温度控制。整个设计过程大概分为五部分。 首先,查阅资料,整理笔记,了解均热炉的生产工艺及控制要求。 第二步，根据设计要求,初步设计均热炉温度检测控制系统，并绘制系统原则图。 第三步,按要求通过计算选择仪表类型,并绘制系统框图。 第四步，绘制系统接线图。 第五,撰写设计报告。

目录 1．概述 (4) 1.１均热炉的结构与生产工艺?4 1.2均热炉检测控制系统概述 (4) ２.均热炉的生产工艺参数与检测控制系统分析?5 2.1均热炉工艺参数与检测控制系统分析 (5) ２.2仪表选型 ...................................................................................... ６2．3均热炉控制系统分析 . (7) 2.3．１双交叉限幅燃烧控制系统?错误!未定义书签。 ２.3．２炉膛压力控制系统?错误!未定义书签。 2．3.３换热器保护控制系统?7 ２.3.４热风超温放散控制系统 (7) ２．3.5煤气压力低限报警、切断控制 (8) ３.空燃比控制用比值器比值系数的计算及气体流量的温差修正 (8) 3.１空燃比控制用比值器比值系数的计算?8 3.2热风流量的温度压力修正及乘除器运算系数的计算?8 3.３煤气流量的压力修正及乘除器运算系数的计算 (8) 4．结束语?9 5.参考文献?错误!未定义书签。 6.指导教师评语………………………………………………………………………………..１０??

过程控制系统及仪表第三版课程设计

过程控制系统及仪表第三版课程设计 一、课程设计背景 过程控制系统是工业自动化的重要组成部分，以实时控制、监测和执行的方式实现工业生产的自动化。而仪表则是过程控制系统中的重要组件，用于对工艺参数进行测量、控制和记录。由于过程控制系统及仪表在工业生产中的重要性，各大高校纷纷开设相应的课程。本文将围绕过程控制系统及仪表这一课程设计展开。 二、课程设计要求 本次课程设计要求学生能够： 1.掌握过程控制系统的原理和组成； 2.熟悉仪表的基本结构和工作原理； 3.能够设计并实现一个简单的过程控制系统； 4.能够使用现代工具进行系统测试和调试。 此外，本次课程设计要求学生能够充分发挥团队合作精神和实践操作能力，全面提升学生的综合实践能力。 三、课程设计内容 1. 过程控制系统 1.1 过程控制系统基础 在过程控制系统中，控制器是核心设备，负责对生产过程中的各种参数进行检测，并采取相应的措施进行调节和控制。在控制器的帮助下，过程控制系统可以充分的实现自动化生产。

1.2 控制器的种类与参数测量 在本次课程设计中，我们将介绍PLC、DCS两种常用控制器，并详细介绍各种 参数的测量方法和技术。 1.3 过程控制系统的建立 在此次课程设计中，我们将使用PLC和DCS两种设备进行系统建立，并采用符 号图和逻辑图进行模拟，实现进水压力、出水压力等参数的自动调节。 2. 仪表系统 2.1 仪表系统基础 仪表系统是过程控制系统中的重要组成部分，是实现自动化生产的重要工具。 在本次课程设计中，我们将讲述仪表系统的基本原理，以及有关温度、流量、压力等参数的检测和控制方法。 2.2 仪表系统的应用 在此次课程设计中，我们将使用现代仪表系统进行温度、流量、压力等参数的 检测和调节，并且使用虚拟仪表对系统进行模拟和调试。 3. 课程设计实践 在本课程设计中，学生需要根据所学知识进行现场勘探、系统设计和实施工作。课程设计实践将重点突出实现过程、控制和检测的全过程展示，学生可以根据自己的理解和想法设计和执行整个过程。 四、课程设计总结 过程控制系统及仪表是不可或缺的工业自动化组成部分。本次课程设计是将基 础理论知识与实战操作技能相结合，不仅提高学生的思维能力和实践能力，同时也为未来的工业自动化实践奠定了基础。课程设计的过程需要充分发挥探索精神和团队合作能力，体现学生的多维发展能力，全面提升学生的能力水平和竞争力。

《检测与过程控制技术》实验指导书

《检测与过程控制技术》八个实验 1.实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验（前三个实验相关章 节：压力检测） (1) 2.实验二金属箔式应变片半桥性能实验 (3) 3.实验三金属箔式应变片全桥性能实验 (5) 4.实验十四电容式传感器的位移实验（相关章节：物位检 测） (6) 5.实验三十五热电偶测温性能实验（相关章节：温度检测） (7) 6.实验三十七热电阻测温特性实验（相关章节：温度检 测） (8) 7.实验三十九气体流量的测定实验*（相关章节：流量检测） (9) 8.温度测量控制实验（相关章节：PID控制规律） (10) ①实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。 金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。

四、实验步骤： 1、根据图（1-1），应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=1KΩ，加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零，方法为：①接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档），完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7在模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入），检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。

过程控制工程课程设计报告书

过程控制工程课程设计-----------------------作者：

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过程控制工程 课程设计任务书 设计名称：扬子烯烃厂丁二烯装置控制模拟设计设计时间： 2006.2.20~2006.3.10 姓名：毛磊 班级：自动化0201 学号： 05号

南京工业大学自动化学院 2006年3月 1.课程设计内容： 学习《过程控制工程》课程和下厂毕业实习2周后，在对扬子烯烃厂丁二烯装置的实际过程控制策略、实习环节的控制系统以及相应的组态软件有一定的认识和了解的基础上，针对扬子烯烃厂丁二烯装置，设计一个复杂控制系统（至少包含一个复杂回路和3-5个简单回路），并利用组态软件进行动态仿真设计，调节系统控制参数，使控制系统达到要求的控制效果。 1)独立完成设计任务，每个人根据下厂具体实习装置，确定自己的课程设 计题目，每1-3人/组； 2)选用一种组态软件（例如：采用力控组态软件）绘制系统工艺流程图； 3)绘制控制系统原有的控制回路； 4)利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利用组态软 件，对控制系统进行组态； 5)改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组态； 6)调节控制参数，使性能指标达到要求； 7)写出设计工作小结。对在完成以上设计过程所进行的有关步骤：如设计 思想、指标论证、方案确定、参数计算、元器件选择、原理分析等作出 说明，并对所完成的设计做出评价，对自己整个设计工作中经验教训，

总结收获。 2. 进度安排（时间3周） 1)第1周选用一种组态软件绘制系统工艺流程图；绘制控制系统原有的 控制回路； 2)第2周利用下厂收集的实际数据和工艺要求，选择被控对象模型，利 用组态软件，对控制系统进行组态； 3)第3周(1-3) 改进原有的控制回路，增加1-2个复杂回路，并进行组 态；调节控制参数，使性能指标达到要求； 4)第3周(4) 书写课程设计说明书 5)第3周(5) 演示、答辩 过程控制工程 课程设计报告书

过程控制工程课程设计报告书

目录 一、设计任务书 2 二、设计目标及任务3 三、工艺流程图4 四、设计说明与图纸 1、供热热水锅炉测控系统方案设计图 6 2、设备选型表7 3、仪表盘正面布置图9 4、仪表盘后接线图10 5、端子接线图11 6、仪表供电系统设计图12 五、心得体会13 六、参考文献13 大连工业大学课程设计（论文）任务书

指导教师签字：系（教研室）主任签字： 2012年11月25 日二、设计目标及任务

1、设计目标 金弘基供热锅炉系统由两台40吨热水锅炉构成，负责向大连市西南部的书香园一期、二期、三期住宅小区冬季供暖。为保证锅炉的安全、经济运行，需要设计相应的测量、控制系统。本设计仅包含1#锅炉的测量、控制系统。 2、设计任务 供热热水锅炉测控系统方案设计、扩大初步设计。主要完成以下设计任务： （1）供热热水锅炉测控系统方案设计。 （2）设备选型设计。 （3）仪表盘正面布置设计。 （4）仪表盘盘后接线图设计。 （5）仪表供电系统设计。 1保证锅炉的安全运行。 设计控制参数有：炉膛温度、炉膛负压、出水温度、出水压力、总管温度、总管压力等。 2保证住宅供暖室内温度。 控制回水温度。 3锅炉运行考核管理。 出水温度、出水压力、回水温度、炉膛温度等重要参数的当班记录。煤、水消耗的当班记录，考核评价等其他管理需要。 三、工艺流程图

燃煤锅炉工艺流程图 首先由磨煤机将煤磨制成粉。煤粉由空气携带通过装在炉墙上的燃烧器送入炉膛中燃烧。 在火焰中心处的气体温度达到1500～1600℃。锅炉的蒸发受热面装在炉膛的内壁上，组成水冷壁，吸收炉膛中高温火焰和烟气的辐射热量，使炉膛出口处烟气温度降低到1000～1150℃。后墙水冷壁的上部分（在水平烟道进口）组成排列较稀的数列凝渣管，以防止结渣。为防止锅炉受热面上积灰或结渣，还使用吹灰器。 过热器位于水平烟道中，它的作用是把从锅筒出来的饱和蒸汽加热成具有一定温度的过热蒸汽，目的是提高电站的经济性。烟气通过过热器后温度降低到500～600℃,然后进入尾部烟道。尾部烟道中受热面之一为省煤器。它由很多平行的蛇形管所组成，其作用是使给水在进入锅筒之前预先加热，并降低排烟温度。另一尾部受热面是空气预热器。它的作用是使空气在进

《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/fc19255018.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 -

过程控制系统课程设计指导书

过程控制系统课程设计指南

目录 第一部分课程设计的目的和要求1 第二部分课程设计的一般描述2 实验装置说明2 2 被控对象特性测试示例10 第三部分课程设计题目13 主题1 锅炉夹套和被加热介质的温度控制13话题2双闭环流量比控制20 话题 3 温度的滞后控制27 话题 4 流的滞后控制30

第一部分课程设计的目的和要求 一前言 过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续或按一定循环程序对生产过程进行自动控制。自动化技术的重要组成部分。在现代工业生产过程中，过程控制技术在实现各项最优技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面发挥着越来越重要的作用。 二课程设计的目的 在本课程的设计中，通过设计一套完整的生产过程控制系统，在进一步加深对《过程控制系统》课程内容的理解和掌握的基础上，重点培养学生使用《过程检测》与控制仪表》、《自动控制原理》、《微机控制技术》和《过程工程基础》等课程综合运用所学知识。锻炼学生综合知识应用能力，让学生了解设计方法、步骤、通用工程系统的系统集成和运行。 三课程设计要求 根据课程设计指南中提供的主题，根据给定的设计任务，自行设计系统结构，分析系统的特点和系统特性，根据“可选”的受控对象设计相应的控制系统，并连接实验室中的系统组件，构建硬件系统。您可以自己跳线、连接和连接对象、控制器和计算机。通过控制器、监控计算机和实验对象的在线调试、执行和观察结果，达到预期的应用功能和控制目的，比较不同方案的应用效果，完成设计任务书. 1.访问与流程相关的信息。 2.根据工艺要求分析、比较和设计方案（说明其合理性、工作原理和工作流程）。 3.受控对象用仪表来描述。 4.控制方案的选择及其讨论，控制系统框图及其描述。 5.完成了物体特性曲线的测试，建立了物体的数学模型。

仪表与过程控制课程设计—玻璃窑炉温度控制系统设计

仪表与过程控制课程设计—玻璃窑炉温度控制系统设计武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书 目录 摘要 ? 1概述 1 1.1玻璃窑炉简介 1 1.2生产工艺简介 1 2玻璃窑炉的控制对象特性分析 3 3玻璃窑炉温度控制系统设计 4 3.1系统设计方案的选择 4 3.2系统硬件结构设计 5 3.2.1被控变量的选择 5 3.2.2控制变量的选择 5 3.2.3调节阀的选择 6 3.2.4控制器正、反作用选择 7 3.3温度控制原理 7 3.4整定PID控制器的参数 8 4心得体会 12 参考文献 13 1 武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书 摘要 玻璃窑炉是玻璃工厂最重要的热工工艺设备，工厂生产的玻璃制品的质量受到玻璃窑炉温度的直接影响，而窑炉温度与燃油喷嘴喷出燃油量直接相关，可以通过控制燃油流量来控制原理温度。本设计运用过程控制的基本原理，来指导设计玻璃窑炉的温度控制系统，将系统设计为单回路控制系统，选择调节阀为气开式，然后设定具体参数，运用Matlab仿真软件来整定PID控制器的参数，完成设计要求任务。 关键词:玻璃窑炉生产工艺控制对象温度控制 PID 2 武汉理工大学《仪表与过程控制系统》课程设计说明书

玻璃窑炉温度控制系统 1概述 1.1玻璃窑炉简介 玻璃窑炉是玻璃工厂最重要的热工工艺设备，而熔制是玻璃生产中最重要的工序之一，它是将混合均匀的配合料，送往玻璃窑炉，在高温条件下，经过一系列物理的、化学的变化和反应,形成均匀的、无气泡的、符合成形要求的玻璃液。这是一个非常复杂的过程,对硅酸盐形成、玻璃形成、澄清、均化和冷却成形各阶段的温度都有一定的工艺要求。所以，玻璃窑炉温度控制效果的好坏直接关系到成品玻璃液质量的优劣，因此说窑炉温度的稳定极为重要。如果温度控制不理想或受到干扰而不稳定, 就会使一系列的平衡遭到破坏, 特别是玻璃液流轨迹的破坏,严重时, 会造成泡界线偏移、热点位置及温度的改变和熔化带长短的变化, 进而导致结石、气泡、硝水及制品的多种缺陷同时产生, 严重影响产品的质量和产量。 玻璃窑炉是一个时变的、非线性的、多变量耦合的复杂控制对象，其结构及其控制技术将极大的影响着产品的质量、生产的成本。故玻璃窑炉温度系统是一个大惯性、大滞后并具有非线性特征的变参数系统,难以建立精确的数型,而且窑炉在运行过程中要受到多种扰动因素的影响。玻璃窑炉温度控制系统一般运用的控制方法主要是传统的PID控制，这种方法的优点是在工作点附近小范围内能够取得良好的控制效果，但其缺点也很明显，就是在系统运行工况有较大的波动时，由于纯滞后及参数变化的影响，难以稳定及时的对系统进行控制，有较大的局限性。所以玻璃窑炉温度控制系统现在的发展方向是运用计算机来控制。 1.2生产工艺简介玻璃窑炉可以分为蓄热式和换热式两种。大、中型平板玻璃窑炉多是带有蓄热室的。 在玻璃的生产工艺中，最重要的过程之一就是玻璃的熔化。任务是用燃料(一 般为重油或煤气)把混合原料在炉窑中加热、高温熔化，获得化学稳定和热均匀的玻璃液，玻璃液进入成型压机后压制成一系列的玻璃制品。玻璃的熔化分成五

过程控制与自动化仪表教学设计

过程控制与自动化仪表教学设计 背景介绍 过程控制与自动化仪表主要用于工业领域中的自动化生产控制过程中，通过仪 表测量和控制来实现生产自动化管理。因此该领域的人才非常稀缺，且在目前的技术变革中，亟需培养更多实践操作的专业人才。据此，我们开始进行过程控制与自动化仪表课程设计。 教学目标 •理解过程控制的基本概念和原理； •掌握自动化仪表的结构和原理； •学习使用自动化仪表的技术方法和步骤； •培养学生自我学习和实践操作的能力。 课程内容 •过程控制基础知识介绍：包括过程控制定义、分类、控制对象、控制系统、反馈控制等基础知识； •仪表基础知识介绍：包括仪表的分类、特点、结构、使用说明以及校验方法等基础知识； •传感器与执行机构：包括传感器原理、类型、特点以及执行机构原理、构造和使用等； •仪表信号处理技术：涵盖传感器输出信号处理、信号调理与放大、数字化技术原理以及信号调制和变换等； •自动化控制：详细介绍闭环控制、开环控制、PID控制、自适应控制等方法和工业控制的核心技术。

教学方式 本课程采取“理论学习+实验操作”相结合的教学方式，前期讲授理论知识， 后期进行实验操作。特别是在实验操作中，通过让学生使用仪器设备进行实际工作，提高学生的实践操作能力、分析问题的能力和创新思维。 课程评估方式 •实验报告，记录实验操作过程中发现的问题和解决方案； •课堂小测验，测试学生对理论知识的掌握程度； •过程考核，考核学生对自动化仪表的掌握程度； •期末成绩，由理论考试和实验操作综合评估得出。 总结 过程控制与自动化仪表已经成为现代工业生产的重要组成部分，通过本课程培 养出高素质、应用型人才至关重要。因此我们将不断完善课程内容和教学方法，全面提升学生成为实践操作的掌握者和优秀的自动化生产专业人才。

过程控制系统及仪表第三版教学设计

过程控制系统及仪表第三版教学设计 一、课程概述 本课程是针对自动化专业学生设计的，旨在通过讲授过程控制系统及仪表的基本原理和应用技术，使学生掌握过程控制系统和仪表的基本概念、工作原理和应用方法，培养其在工业自动化领域的应用能力和实际操作能力。 二、教学目标 2.1 知识目标 1.掌握过程控制系统的基本原理和应用技术； 2.理解仪表的工作原理和使用方法； 3.分析过程控制系统在自动化工业中的应用。 2.2 能力目标 1.能够设计和构建简单的过程控制系统； 2.能够使用仪表对过程控制系统进行监测和控制； 3.能够维护和诊断过程控制系统中的故障。 2.3 情感目标 1.培养学生的工程实践能力； 2.提高学生的自主学习能力； 3.培养学生团队协作的意识和能力。

三、教学内容和教学方法 3.1 教学内容 1.过程控制系统的基本概念； 2.过程控制系统的硬件结构和软件结构； 3.过程控制系统的信号传输与处理； 4.仪表的基本原理和分类； 5.仪表在过程控制系统中的应用； 6.过程控制系统的维护和诊断。 3.2 教学方法 1.理论授课：讲授过程控制系统和仪表的基本原理和应用技 术； 2.实验教学：设计和构建简单的过程控制系统，并使用仪表 对其进行监测和控制； 3.课程设计：学生团队完成过程控制系统的设计和实现，并 撰写课程设计报告。 四、教学评价和考核方式 4.1 教学评价 1.课堂参与及作业完成情况，占总评价成绩的30%； 2.实验报告和课程设计报告，占总评价成绩的40%； 3.期末考试，占总评价成绩的30%。

4.2 考核方式 1.课堂评分及作业考核； 2.实验成果及课程设计报告评分； 3.期末笔试。 五、教学参考资料和平台 5.1 参考书 •《过程控制系统及仪表》（第三版），刘雷著； •《现代控制工程》（第三版），奥古斯特·贝库斯著； •《数字信号处理》（第四版），艾伦·维·奥泽著。 5.2 学习平台 •MATLAB及Simulink仿真平台； •PLC和DCS实验平台； •电子信息仿真实验室。 六、教学课时安排 章节内容教学课时第一章过程控制系统的基本概念 2 第二章过程控制系统的硬件结构和软件结构 4 第三章过程控制系统的信号传输与处理 6 第四章仪表的基本原理和分类 2 第五章仪表在过程控制系统中的应用 4