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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-072、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。

过程控制实验指导书

过程控制实验指导书THKGK-1过程控制实验装置的组成和各部分使用说明THKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。

该设备可以满足《过程控制》、《自动化仪表》、《工程检测》、《计算机控制系统》等课程的教学实验、课程设计等。

整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、研究性实验，又能提供综合性实验。

本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为科学研究的开发提供实验手段。

本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准，即电压0～5V或1～5V，电流0～10mA或4～20mA。

实验系统供电要求为单相交流220V±10%，10A；外型尺寸为：182×160×70，重量：380Kg。

装置特点本实验装置具有以下特点：1、多种被控参数：液位、压力、流量、温度。

2、多种控制方式：位式控制、PID控制、智能仪表控制、单片机控制、PLC控制、计算机控制等。

3、多种计算机控制软件：西门子PROTOOL-CS组态软件、北京昆仑公司的MCGS组态软件以及本公司开发的上位机监控软件，另外还可以用台湾HITECH公司的ADP6.0软件与PLC 相连进行控制。

4、丰富的计算机控制算法：P、PI、PID、死区PID、积分分离、不完全积分、模糊控制、神精元控制、基于SIMULINK的动态参数自适应补偿控制等。

5、开放的软件平台：在我们提供的软件平台上，学生既可以利用我们所提供的算法程序进行实验，又可以用自己编写的PLC程序、MATLAB`程序等进行实验，还可以利用人机界面（触摸屏）的组态再结合PLC的编程来进行控制实验。

6、灵活多样的实验组合：可以很方便地对控制方式与被控参数进行不同组合，得到自己需要的单回路、多回路等多种控制系统。

系统组成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验一、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、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。

三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定，而调节器只接受一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的参数是液位的给定高度，即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用SUPCON JX-300X DCS控制。

当调节方案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，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，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。

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。

一般言之，用比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度δ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，而且只要参数δ，Ti调节合理，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，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。

但是，并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质，对于容量滞后不大，微分作用的效果并不明显，而对噪声敏感的流量系统，加入微分作用后，反而使流量品质变坏。

过程控制系统实验指导书

过程控制系统实验指导书王永昌西安交通大学自动化系2015.3实验一先进智能仪表控制实验一、实验目的1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用；2．掌握控制系统中PID参数的整定方法；3．熟悉Smith补偿算法。

二、实验内容1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序；2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验；3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。

4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。

三、实验原理1、YS—1700介绍YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。

其外形图如下：YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。

高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。

能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。

标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。

对YS1700编程可直接在PC机上完成。

SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路：（1）基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。

（2）串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。

（3）选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。

当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下：（1）、单回路控制模式单回路控制器具有丰富和灵活可变的运算控制功能；即具有连续控制功能，也具有一定的顺序控制及处理批量生产过程的能力。

1-流程行业DCS仿真操作与控制系统设计实践课程-单回路控制实验指导书

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⑤ 点击左侧“功能组件→信号源”菜单栏里的“控制器输入”模块，然后按住鼠标左键将“控制器输入”模块拖入到右侧的控制器组态空白区域，此时“控制器输入”模块自动命名为数据源，如下图所示：
⑥ 双击“数据源”模块，弹出“数据采集点配置”对话框，点击“数据点采集配置” 对话框里的“BROWSE”按钮，弹出“数据源”列表对话框，点击“数据源”列表对话框里的“仪表”选项，找到 FI101，双击 FI101 向下弹出“仪表数据”，单击选择“仪表数据”，点击“确定”按钮。如下图所示：
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击选择“阀门开度”，点击“确定”按钮，则“数据输出点配置”对话框里“位号”位置显示出“FV101-阀门开度”，如下图所示，点击确定，完成。
⑨ 点击控制器组态工具栏“接线”按钮，然后点击“数据源（FI101-仪表数据）”中心的小黑点，再点击“PID 控制器”PV 旁的小圆圈，则控制器输入和 PID 控制器信号通讯连接完成。点击控制器组态工具栏“接线”按钮，然后点击“PID 控制器”PV 旁的小黑点，再点击“控制输出点（FV101-阀门开度）”中心的小圆圈，则 PID 控制器和控制器输出信号通讯连接完成。如下图所示：
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⑦ 点击左侧“功能组件→控制器”菜单栏里的“PID 控制器”模块，然后按住鼠标左键将“PID 控制器”模块拖入到右侧的控制器组态空白区域，并双击此模块，进行配置。
位号输入 LIC101；由于调节阀 FV101 为气开阀，则调节阀 FV101 为正作用，根据控制回路的负反馈关系，由此判断控制器为反作用，手/自动状态选择“手动”。PID 参数设置， Kc（P-比例）输入 2.5，Ti（积分）输入 10000（Ti 值不能小于 0.1），Td（微分）输入 0，输入的 PID 参数为参考值，可根据 PID 整定方法及 4:1 衰减曲线寻求最佳的 PID 参数。点击 “确定”按钮，则完成 PID 控制器配置。

过程控制系统实验指导书第二版

式中：K——仪表常数。由式（3）可知，当仪表常数 K 确定后，感应电动势 E 与流量 Q 成正比。 E 通常为流量信号，将流量信号输入转换计，经过处理，输出与流量成正比的 4～20mADC 信号，可与单元组合仪表配套，对流量进行显示、记录、计算、调节等。注意事项： 1、电磁流量计为贵重仪器，接线正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确。 2、将传感器前后阀门打开，让传感器测量管内冲满被测介质。（二）对象特性测试工业过程动态数学模型的表达方式很多，其复杂程度相差悬殊。对于数学模型，应根据实际应用情况提出适当的要求。一般说来，用于控制的数学模型并不要求十分准确。闭环控制本身具有一定的鲁棒性，模型本身的误差可视为干扰，而闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰的能力。实际生产过程的动态特性非常复杂，往往需要作很多近似处理。有些近似处理需要作线性化处理、降阶处理等，但却能满足控制的要求。建立数学模型有两个基本方法，即机理法和实验法。实验法一般只用于建立输入输出模型。它的特点是把被研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态性质，因此不需要深入掌握其内部机理。通过简单的测试获得被被控对象的阶跃响应，进一步把它拟合成近似的传递函数，是建立被控对象数学模型简单有效的方法。用实验法建立被控对象的数学模型，首先要选定模型的结构。典型的工业过程的传递函数可以取为各种形式，例如： 1、一阶惯性环节加纯延迟一阶惯性环节的传递函数：
过程控制系统实验指导书
引言
浙江求是科教设备有限公司生产的 PCT 系列过程控制实验系统装置，可以非常好地满足过程控制课程实验的要求。在这套设备由被控对象和控制台组成，通过手动或计算机控制，可以将被控对象转变成不同特性的过控对象，因此，在此基础上可以进行简单的温度、压力、流量、液位的单回路控制，而且也可以进行一系例复杂控制系统实验如：变比值控制、Simth 预估控制、解耦控制、三容液位控制、换热器温度控制等。一、PCT 系列过程控制实验装置特点:

过程控制实验指导书

第三章对象特性测试实验第一节测试对象特性的方法工业过程动态数学模型的表达方式很多，其复杂程度相差悬殊。

对于数学模型，应根据实际应用情况提出适当的要求。

一般说来，用于控制的数学模型并不要求十分准确。

闭环控制本身具有一定的鲁棒性，模型本身的误差可视为干扰，而闭环控制在某种程度上具有自动消除干扰的能力。

实际生产过程的动态特性非常复杂，往往需要作很多近似处理。

有些近似处理需要作线性化处理、降阶处理等，但却能满足控制的要求。

建立数学模型有两个基本方法，即机理法和测试法。

测试法一般只用于建立输入输出模型。

它的特点是把被研究的工业过程视为一个黑匣子，完全从外部特性上测试和描述它的动态性质，因此不需要深入掌握其内部机理。

一、测试法求取传递函数通过简单的测试获得被被控对象的阶跃响应，进一步把它拟合成近似的传递函数，是建立被控对象数学模型简单有效的方法。

用测试法建立被控对象的数学模型，首先要选定模型的结构。

典型的工业过程的传递函数可以取为各种形式，例如：1、一阶惯性环节加纯延迟一阶惯性环节的传递函数：1)(+=Ts Ks G 延迟环节的传递函数为：τs )(-=e s G一阶加纯滞后对象的传递函数1)(τs+=-Ts Ke s GtXΔx阶跃信号一阶惯性环节阶跃响应KΔxT图 3.1.1对于有纯滞后的一阶对象，滞后时间可直接由图中测量出纯滞后时间τ。

2、二阶或高阶惯性环节加纯延迟ns1)(Ts )(+=-τKe s G 在确定传递函数的形式后，要对函数中的各个参数与测试的响应曲线进行拟合。

如果阶跃响应是如图3.1.2所示的S 形单调曲线，就可以用一阶惯性加纯延迟对象的传递函数去拟合。

增益K 由输入输出的稳态值直接算出，而τ和T 则可以用作图法确定。

tABpCy y(∞)τT图 3.1.2在曲线的拐点p 作切线，它与时间轴交于A 点，与曲线的稳态渐进线交于B 点。

0A 段的值即为纯滞后时间τ，CB 段的值即为时间常数T ，这样就确定了τ和T 的数值。

过程控制系统实验指导书

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；3．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备1．实验对象及控制屏，SA-11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，3. SA-44-1挂件一个4. SA-24-1 挂件一个5. SA-21 挂件一个 SA-22挂件一个 SA-23挂件一个三、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2-1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Q 1，改变电动调节阀V 1的开度可以改变Q 1的大小，下水箱的流出量为Q 2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q 2。

液位h 的变化反映了Q 1与Q 2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。

若将Q 1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Q 1之间的数学表达式。

根据动态物料平衡关系有Q 1-Q 2=A dtdh (2-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adt h d ∆ (2-2) 式中：ΔQ 1，ΔQ 2，Δh ——分别为偏离某一平衡状态的增量；A ——水箱截面积。

在平衡时， Q 1=Q 2， dtdh ＝0；当Q 1 发生变化时，液位h 随之变化，水箱出图2-1 单容自衡水箱特性测试系统口处的静压也随之变化，Q 2也发生变化。

（a ）结构图（b ）方框图由流体力学可知，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Q 2与h 成正比关系，而与阀F1-11的阻力R 成反比，即ΔQ 2=Rh ∆ 或 R=2Q ∆∆h (2-3) 式中：R ——阀F1-11的阻力，称为液阻。

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过程控制系统实验指导书信息与控制学院实验一PID 参数整定与单回路过程控制系统仿真一、实验目的(1) 熟悉Simulink 的常用界面以及常用的功能模块； (2) 掌握C-C 工程整定参数的方法； (3) 掌握Z-N 工程整定参数的方法。

二、实验内容已知被控广义对象的传递函数为：采用工程整定参数的方法，利用PID 控制器，完成P 、PI 、PID 控制时的参数整定、系统仿真图、单位阶跃响应。

三、实验原理由题目可知系统的增益K 、时间常数T 和纯迟延时间τ分别为：K =8、τ=180s 、T =360s 。

1、C-C 工程整定参数方法根据C-C 工程整定方法的计算公式，可得 ① P 控制时：Kc=(T/τ+0.333)/K=0.2916利用图1.1所示的Simulink 系统方框图，将仿真时间设置为2000，启动仿真，便可在示波器中看到如图1.1所示的系统在P 控制时的单位阶跃响应曲线。

sp e s s G 180)1360(8)(-+=图1.1 系统仿真图及阶跃响应曲线（P控制）② PI控制时：K c=(0.9*T/τ+0.082)/K=0.2353；T i =(3.33*τ/T+0.3*(τ/T)^2)/(1+2.2*τ/T)*T=298.2857利用图1.2所示的Simulink系统方框图，将仿真时间设置为2000，启动仿真，便可在示波器中看到如图1.2所示的系统在PI控制时的单位阶跃响应曲线。

图1.2 系统仿真图及阶跃响应曲线（PI控制）③ PID控制时：Kc=(1.35*T/τ+0.27)/K=0.3713；Ti =(2.5*τ/T+0.5*(τ/T)^2)/(1+0.6*τ/T)*T= 380.7692Td=(0.37*τ/T)/(1+0.2*τ/T)*T=60.5455图1.3 系统仿真图及阶跃响应曲线（PID控制）由图1.3可知，根据C-C工程整定方法得到的控制器参数，系统在PID控制时阶跃响应的超调量大约为60%，上升时间大约为300s；过渡过程时间大约为2000s。

过程控制实验指导书

出流量 G 成正比。本装置的调节阀采用线性的理想特性，当水源压力 P 稳定的情况下，由于管道压力损失很小，因此调节阀在系统中 S 接近于 1，其工作特性基本上是线性的。所以系统的广义对象是线性的，所构成的控制系统为线性控制系统。 2 控制面板： 1) O 为插座孔。 2) C1、C2、C3 为三个控制器，框中的 PV、SP、OUT 分别为控制器的测量值、外给定、输出值； 3) 流量变送器 1、流量变送器 2 分别为两套管路的流量检测变送值经 F/I 转换后的标准电流输出信号； 4) 电气转换器 1、电气转换器 2 分别为两套管路的调节阀输入信号插座孔，接收来自控制器的标准电流输出信号并经电气转换器转换成标准气信号后送到气动调节阀； 5) 比值器，即乘除运算器，左插孔、中插孔连结二个输入信号，右插孔将乘除运算结果信号输出。乘法运算由比值模块控制器设置参数，当 AB=0 时为乘法，当 AB=1 时为除法。本装置的气动调节阀采用线性理想特性，s=1，系统的广义对象是线性的，故本装置是线性控制系统。
符号
名称
说明 .无禁锁 (可修改一、二级参数)。 .禁锁 (设定参数不可修改)。 .可进入修改仪表日期及时间。 .无禁锁（可进入修改三级参数设定）。 .显示程序比例带的设定值。 .显示程序积分时间的设定值。 .解除比例控制所产生的残留偏差。 .显示程序微分时间的设定值。
00
50 200
D
微分时间积分
B. 控制器的操作方式
1. 仪表的上电打开控制器上端的红色电源开关按钮,指示灯点亮，即控制器进入工作状态。 2. 仪表设备号及版本号的显示仪表在投入电源后，可立即确认仪表设备号及版本号。3秒种后，仪表自动转入工作状态，PV显示测量值，SV显示控制目标值或输出量的百分比。如要求再次自检，可按一下面板右下方的复位键，仪表将重新进入自检状态。

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。

图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图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、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。

过程控制实验指导书(求是12.3.15)

过程控制系统实验指导书林宝全陈秀菊编电气学院实验中心一、实验目的1、了解调节器的功能和操作方法，学会使用调节器。

通过实验了解对象特性曲线的测量的思路和方法，掌握对象模型参数的求取方法。

2、通过实验掌握单回路控制系统的构成。

阶跃反应曲线法和整定单回路控制系统的PID参数，熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用调节器仪表进行PID参数的自整定和自动控制的投运。

二、实验设备水泵、变频器、压力变送器、调节器（708型）、主回路调节阀、上水箱、液位变送器、调节器（818型）。

图1 液位单闭环实验接线图三、实验步骤1、液位系统建模1．1系统框图实验采用调节器手动输出控制调节阀，计算机采集并记录数据。

图2 上水箱特性测试（调节器控制）系统框图图3 恒压供水（调节器控制）系统框图1．2将上水箱特性测试（调节器控制）实验所用的设备，参照流程图和系统框图接线。

1.3 确认接线无误后，接通总电源、各仪表的电源，打开上水箱进水阀(V3)和下水箱排水阀。

1.4 变频器开关置”外控”,调节器Ⅲ设定”50”。

1.5 设置调节器Ⅰ参数(DIH为”400”)，使用手动输出功能(run为”0”)。

（注意：更改调节器参数时，严禁用指甲按调节器面板，为防止损坏面板上的按钮，应用手指均匀用力）按调节器的增/减键改变输出值(如40)，使上水箱的液位处于某一平衡位置，记下此时手动输出值。

1.6 按调节器的增/减键增加调节器手动输出（或用上位机调节手动输出），给系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号约20%)，使系统的输出产生变化，在液位较高处达到新的平衡状态。

1.7 观察计算机采集的上水箱液位的阶跃响应和历史曲线。

1.8 调节器的手动输出回到原来的输出值，记录液位下降的曲线。

1.9曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，处理结果记录于表格1，根据实验结果求取P、I值（参照附录）。

2、测试分析扰动下液位控制系统的性能(闭环)计算所得的PID参数值置于控制器中。

单回路控制系统的整定实验模板

实验单回路控制系统参数整定一、实验目的1、了解被控对象的特性对控制系统控制品质的影响。

2、掌握不同调节规律的调节器( P、PI、PID) 对控制系统控制品质的影响。

3、熟悉MATLAB软件中Simulink工具箱的使用方法及在控制系统设计仿真中的应用。

4、掌握单回路控制系统中不同调节规律的调节器的参数整定方法。

二、Simulink工具箱简介1、Simulink工具箱的启动与主要模块介绍启动MATLAB软件, 在主程序窗口中点击”Simulink按钮”, 能够打开Simulink工具箱的主窗口, 如下图所示:Simulink图1－1 MATLAB主程序窗口图1－2 Simulink工具箱主窗口在Simulink工具箱的主窗口中点击”新建按钮”, 能够打开一个未命名的Simulink控制系统仿真界面, 在界面中能够如图1－3所示:图1－3 未命名的Simulink控制系统仿真界面在上图所示的界面中能够根据需要, 使用Simulink工具箱中的各功能模块组成控制系统方框图, 对控制系统进行仿真研究。

本次实验中用到的主要功能模块如下:增益模块( Gain)在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations功能模块组, 会在窗口右边出现对应的各功能模块, 用鼠标选择其中的增益新建按功能模块组功能模模块( Gain) 并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中, 即能够得到一个增益模块( Gain) 。

单击增益模块( Gain) 下方的模块名称”Gain”, 能够对其名称进行修改, 双击增益模块( Gain) , 能够打开增益模块( Gain) 的参数设置对话框如下图所示:增益值图1－4 增益模块( Gain) 参数设置对话框增益模块( Gain) 的功能为将输入值与增益值相乘, 并将乘积输出, 在对话框中能够对增益值Gain进行修改。

加( 减) 法模块( Sum)在图1－2所示的Simulink工具箱主窗口的功能模块组列表中点击Math Operations功能模块组, 会在窗口右边出现对应的各功能模块, 用鼠标选择其中的加( 减) 法模块( Sum) 并按住左键将其拖到图1－3所示的Simulink控制系统仿真界面中, 即能够得到一个加( 减) 法模块( Sum) 。

过程控制实验指导书(DOC)

实验系统认知A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念，而不是对象系统。

现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器(包括电动调节阀、变频器及调压器)、以及半模拟屏，从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。

1、A3000特点(1)现场系统通过一个现场控制机柜，集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器，所有驱动电力由现场系统提供。

它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即能完成所有实验功能。

从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。

(2)现场控制机柜内有工业标准接线端子。

这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。

(3)现场系统的设计另外的优势是保证动力线与控制线的电磁干扰隔离。

(4)现场系统的设计保证了控制系统只需要直流低压就可以了，使得系统设计更模块化，更安全、具有更大的扩展性。

A3000-FS现场及系统结构原理图如图2-1，图2-2所示。

图2-1 A3000现场实物图图2-2 A3000现场系统结构图现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件联锁保护系统。

传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力，1个电磁流量计，1个涡轮流量计，1个电动调节阀，两个电磁阀，2个液位开关。

2、现场系统机柜面板Ø 电源：220V AC单相总电源空开，380V AC三相总电源空开。

Ø 开关：两个两位自锁旋钮开关，分别是加热器电源开关和变频器电源开关。

四个三位自锁旋钮开关，分别是1#、2#电磁阀手自动以及关闭开关。

变频器手自动启动信号以及关闭开关，2#水泵手自动运行以及关闭开关。

Ø 电压表：显示24VDC开关电源的电压值。

Ø 变频器：对于A3000FBS系统，则具有Profibus DP控制端子。

过程控制仿真实验

过程控制实验实验一用临界比例度法整定单回路反馈控制系统一实验目的1熟悉临界比例度法的整定方法。

2了解阶跃响应的一般规律。

二实验原理临界比例度法是目前应用比较广泛的一种整定方法，这种方法的特点是：不需要对被控对象单独求取响应曲线，而直接在闭环反馈控制系统中进行整定(实验框图见实验指导书末)。

这种方法的要点是：使调节器对被控对象起控制作用，但调节器先要当作比例调节器(Ti=∞，Td=0)，从较大的比例度δ开始作实验，逐步减小比例度δ，每改变δ一次，作一次定值干扰实验，观察控制过程曲线，看看被控参数是否达到临界振荡状态，如果控制过程波动是衰减的，则应把比例度继续减小, 如果控制过程波动是发散的, 则应把比例度放大一些，一直实验到比例度减小到被控参数作临界振荡为止。

这时比例度就是临界比例度δk，来回波动一次的时间就是临界周期Tk (临界振荡曲线如图1-1 )图1-1这时控制系统已处于“临界状态”。

记下这时的波动周期Tk以及临界比例度δk，再跟据表1-2的经验公式，计算调节器的最佳参数。

表1-2三试验步骤1开机执行c：\ MATLAB(用鼠标双击MA TLAB图标) 进入MATLAB：“Command Windows”。

2在MATLAB命令窗口上键入M文件命令:mainmap0欢迎画面闪动5秒钟后，进入主窗口，如图1-4所示。

进行某一实验点击相应按钮，实验结束后点按退出按钮会回到这个窗口，已进行下一个实验，另外可以点按索引和详细情况进行查询，本实验点击实验一即可进入临界比例度法的演示实验。

图1-43 进入实验一显示窗口如1-5 所示。

先将Ti=∞(MATLAB中inf即为无穷大) Td=0 取一个比较大的δ(1/kp)开始试验。

建议选择参数：给定阶跃幅值 1仿真精度1-e3仿真步距0.1仿真点数1000图像显示点数10001/Kp 0.1图1-5(1)点击运行显示在现在参数下的系统阶跃响应图像如图1-6 。

单回路控制系统实验指导书10_1_.5

单回路控制系统PID参数整定实验指导书一、实验目的：本实验装置以管式电炉为被控对象，用Honeywell通用数字式控制器，依据所提出的技术要求，可以构成不同形式的温度控制系统。

通过实验可进一步了解和掌握控制系统的构成；各单元在控制系统中的作用、要求，调校方法；以及控制系统的参数整定。

通过控制系统实验，进一步加深和巩固过程控制系统课的学习，锻炼和提高分析问题，解决问题的能力。

二、实验中的工艺要求：1.炉中部给定温度200摄氏度。

2.主要干扰因素：①管式电炉加热丝的供电电压、频率的变化②电炉内外的热对流注：以上提出的工艺要求也可以在实验中依据具体条件而有所改变。

三、实验内容：1.设计单回路温度控制系统，并进行正确接线。

2.熟悉数字调节器的使用和参数设置的方法。

3.单回路闭环控制系统的参数整定和分析。

四、实验装置：整套实验装置由管式加热炉，交流调压器，测温元件，控制柜，计算机，台式记录仪组成。

通过控制柜上的接线端子，用导线连接，可构成单回路、串级等控制系统，并可完成对象特性的测定，调节器参数整定等实验。

实验装置仪表选型介绍：⑴主调节器：通用数字控制器Honeywell DC330E-K0-100-20⑵副调节器：通用数字控制器Honeywell DC230B-C0-0A-11⑶数字交流电压表WP-E812-00-N⑷数字交流电流表WP-E814-02-N⑸指针直流电流表2085，4~20mA⑹数字温度变送器WP-C903-02-03-HL⑺可控硅电压调整器ZK-1⑻接触式调压器TDGC2-3, 3KV A⑼热电偶K型，测量范围0~1300摄氏度⑽台式记录仪LM17-2A⑾管式加热炉1000W五、实验主要步骤：1.设计单回路温度控制系统，在实验装置上用导线连接，完成单回路控制系统的构成。

2.熟悉数字控制器（Honeywell DC3300）的使用，了解P、I、D、参数的设置方法，具体操作请参照仪表使用说明进行。

实验22 单回路控制系统实验

实验二单回路控制系统实验
一实验目的
⒈掌握单回路控制系统的组成、结构和设计方法。

⒉掌握单回路控制系统的投运步骤。

⒊掌握控制器参数的整定方法。

⒋掌握变送器和调节阀的概念、使用方法、信号标准和接线。

二实验要求
针对过程控制实验装置，设计单回路控制系统，被控参数为二阶水槽的液位，执行器为电动调节阀。

设计并实施控制方案，进行参数整定。

三实验设备
⒈被控对象：二阶水槽。

⒉控制器：PLC。

⒊仪表：液位变送器。

⒋执行器：电动调节阀。

⒌附属设施：变频器，水泵等。

四实验原理
⒈过程控制实验装置流程图
⒉控制方框图
五实验步骤
⒈根据实验装置工艺流程设计控制方案，确定测量点和控制点。

（课外完成）
⒉设计投运方案。

（课外完成）
⒊按设计方案连接线路，检查无误后，按投运方案投运。

⒋整定控制器参数，加干扰测试，使系统达到4：1衰减过渡过程。

六实验结果及分析要求
⒈控制方案说明，系统方框图和接线图。

⒉参数整定结果及相应过渡过程曲线。

⒊总结PID参数对控制效果的影响。