过程装备控制技术与应用实验指导书2 (2)
过程装备控制技术及应用实验
实验内容一：单容自衡水箱液位特性测试实验实验学时：2学时实验类型：（验证、综合、设计）实验要求：（必修、选修） 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. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件3. 万用电表一只三、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1-1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=Adtdh(1-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ 1-ΔQ 2=Adthd (1-2) 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 口处的静压也随之变化，Q 2也发生变化。
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1-1 单容自衡水箱特性测试系统 （a ）结构图 （b ）方框图ΔQ 2=R h∆ 或 R=2Q ∆∆h (1-3)式中：R ——阀F1-11的阻力，称为液阻。
将式(1-2)、式(1-3)经拉氏变换并消去中间变量Q 2，即可得到单容水箱的数学模型为 W 0（s ）＝)()(1s Q s H ＝1RCs R +=1s +T K (1-4) 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。
过程控制系统实验指导书02
《过程控制系统》实验指导书目录第一章实验装置说明 (1)第二章实验要求及安全操作规程 (4)实验一单容自衡水箱液位特性测试 (5)实验二双容水箱特性的测试 (9)实验三单容水箱液位定值控制系统 (12)实验四单闭环流量定值控制系统 (15)实验五锅炉内胆水温定值控制系统 (17)实验六锅炉内胆水温位式控制系统 (19)第一章实验装置说明实验对象总貌图如图1-1所示：图1-1 实验对象总貌图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，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=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。
水箱结构独特，由三个槽组成，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。
储水箱由不锈钢板制成，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（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由不锈钢精制而成，可利用它进行温度实验。
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。
(过程装备控制技术及应用)实验指导书
化学工程学院《过程装备控制技术及应用》实验指导书适用专业：过程装备及控制工程贵州大学二OO 七年八月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的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。
在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、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起着越来越大的作用。
本实验指导书是根据浙江天煌科技实业有限公司推出的全新THJ－2型高级过程控制实验装置的相关内容编写的，THJ－2型过程控制系统是以工业现场工艺设备为背景，以现行教材的教学内容为依据研发出的新一代的实验装置。
该系统设计本着工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才的培养原则出发。
实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉。
仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。
学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境进入角色。
同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发平台。
本实验指导书分别叙述了实验的原理、步骤及注意事项等。
通过对实验装置各个仪表的原理、工作情况及实验原理、软硬件的详细介绍，既使教师和学生对THJ-2型、THJ-3型高级过程控制实验装置有一个充分的认识，又有益于他们对工业生产现场控制系统的了解。
学生在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。
实验过程的基本程序：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。
《过程装备与控制工程专业毕业设计》指导书_1
《过程装备与控制工程专业毕业设计（论文）》指导书第一章总论毕业设计是过程装备与控制工程专业应届毕业生在毕业前接受课题任务，进行实践过程及取得成果。
毕业论文为应届毕业生在毕业前所撰写学位论文，表明作者在科学研究工作中取得新成果或提出新见解，反映作者具有科研能力和学识水平。
毕业设计（论文）是人才培养过程中一个重要环节，是整个教学过程总结。
过程装备与控制工程专业毕业设计（论文）一般为12—18周，其所占学时在本科教学中没有哪一门课或哪个教学环节能与其相提并论。
毕业设计（论文）对学生能否毕业和能否获得学士学位提供必要依据。
若毕业设计（论文）不通过则不能毕业，不发毕业证和学位证书；如毕业设计（论文）不及格，可允许学生在一年内补做，并经过答辩通过后，方可补发毕业证，但不发学位证书。
1.1 毕业设计（论文）目1.使学生进一步巩固加深对所学基础理论、基本技能和专业知识掌握，使之系统化、综合化。
2.使学生获得从事科研工作初步训练，培养学生独立工作、独立思考和综合运用已学知识解决实际问题能力，尤其注重培养学生独立获取新知识能力。
3.培养学生设计计算、工程绘图、实验方法、数据处理、文件编辑、文字表达、文献查阅、计算机应用、工具书使用等基本工作实践能力，使学生初步掌握科学研究基本方法。
4.使学生树立具有符合国情和生产实际正确设计思想和观点；树立严谨、负责、实事求是、刻苦钻研、勇于探索、具有创新意识、善于与他人合作工作作风。
1.2 毕业设计（论文）要求1.毕业设计（论文）应该在教学计划所规定时限内完成。
2.毕业设计说明书和毕业论文框架及字数应符合规定。
3.按教育部规定，学生需上交3000汉字（或4-5万英文字符）译文，并附交原文，译文内容应与课题紧密相关。
1.3 毕业设计（论文）经费来源1.毕业设计（论文）经费由教务处按不同科类及学生人数核算后一次性划拨给各学院，由各学院根据有关规定掌握使用。
各学院要专款专用，不得挪作他用。
过程装备设计过程装备设计实验指导书
《石油化工过程装备设计》实验指导书杨启明过程装备与控制工程教研室2012年6月20日实验一换热器综合实验装置系统实验一、实验目的1、通过测定换热器冷、热流体的流量，测定换热器的进、出口温度，熟悉换热器性能的测试方法；2、了解套管换热器，板式换热器和列管式换热器的结构特点及其性能的差别。
3、通过测定参数计算换热器流体的热量；计算换热器的传热系数及效率；分析换热器的传热状况，加深对顺流和逆流两种流动方式换热器换热能力的差别。
4、学习掌握换热器智能仪表控制系统及DCS控制系统的软硬件控制知识。
二、基本原理1、概述本换热器性能测试实验装置，主要对应用较广的间壁式中的三种换热：套管式换热器、板式换热器和列管式换热器进行其性能的测试。
其中，对套管式换热器、板式换热器和列管换热器可以进行顺流和逆流两种方式的性能测试。
换热器性能实验的内容主要为测定换热器的总传热系数，对数传热温差和热平衡误差等，并就不同换热器，不同量两种流动方式，不同工况的传热情况和性能进行比较和分析。
2、实验装置参数本实验台的热水加热采用电加热方式，冷—热流体的进出口温度采用pt100加智能多路液晶巡检仪表进行测量显示，实验台参数如下：（1）换热器换热面积（F）套管式换热器： 0.53㎡板式换热器：0.65㎡列管式换热器： 1.05㎡（2）点加热管总功率：6KW（3）冷热水泵：允许工作温度：<80℃，额定流量：1800l/h，扬程：8m电机电压：220V 电机功率：120W（4）涡轮流量计型号：型号：LWGY-6流量：100-600l/h允许工作温度：0-80℃三、实验装置与流程1．实验装置流程：本实验装置采用冷水和用阀门换向进行顺逆流实验；工作流程如图2-1所示，换热形式为热水—冷水换热式。
图2-1 换热器综合实验装置流程示意图2．仪表控制板图2-2 仪表控制板1-反应釜仪表电源开关2-传热仪表电源开关3-指示灯4-传热热水流量手自动切换5-传热冷水流量手自动切换6-反应釜热水流量手自动切换7-反应釜内胆温度控制仪8-反应釜热水流量控制仪9-传热热水流量控制仪10-反应釜转速控制仪11-传热温度巡检仪12-电加热锅炉电压指示13-传热冷水流量控制仪14-浴套温度、内胆压力巡检仪15-锅炉温度控制仪16-反应釜内胆温度控制切换17-反应釜电机转速控制手自动切换18-锅炉温度控制手自动切换19-锅炉加热管电源启动按钮20-锅炉加热管电源停止按钮21-反应釜22-反应釜热水泵电源开关23-传热冷水泵电源开关24-传热热水泵电源开关四、实验步骤及注意事项（一）实验前准备：1．熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和功能。
过程装备与控制工程专业实验指导书
1.3 实验装置
过程装备与控制工程专业基本实验综合实验台。
图 2-7 薄壁容器应力测定实验流程图
主水泵从低位水箱中将水打入实验内压容器，内压容器中的压力由 P3 进行测 量。内压容器由椭圆封头、在型封头和筒体三部分构成。实验容器的材料为 304， 容器筒体内径 Di 400 mm，筒体及封头的壁厚 4 mm。 椭圆形封头的应变片布置如图 2-8 所示， 椭圆型封头各测点距封头顶点距离如 表 2-10。锥形封头布片如图 2-9，锥形封头各测点距封头顶点距离如表 2-11。 应变片的布置方案是根据封头的应力分布特点来决定的。封头在轴对称载荷 作用下可以认为是处于二向应力状态，而且在同一平行圆上各点受力情况是一样
2.6 数据记录和整理
将爆破片的实测爆破压力 PS 值填入表 2-14，观察爆破片爆破后的形状；
2.7 实验报告要求
⑪写出实验目的、实验内容、爆破片爆破压力的实验步骤； ⑫填写实验数据； ⑬回答思考题。
表 2-13 爆破片参数表 泄放口径 设计爆破压力 设计爆破温度 爆破允差 制造范围 DN PB TB △PB %PB MPa MPa 50 mm 0.4 MPa 22℃ ± 10% 0% 允许最大爆破压力 PBmax 允许最小爆破压力 PBmin 初选爆破片类型 材 料 爆破片 夹持器 0.44 MPa 0.36 MPa LP 铝 304
图 2-21 爆破片的爆破压力测定实验流程图
爆破片如图 2-22 所示，爆破片装置由爆破片和夹持器组成如图 2-23 所示。
2.4 实验原理
当容器内压力超过爆破片的爆破压力时，爆破片破裂使压力泄放，从而达到 保护容器不会因超压而破坏。爆破片装置主要用于介质为气体或饱和蒸汽的压力容 器，出于安全方面的考虑，本实验用水作为实验介质。
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第一部分绪论一、本课程实验的作用与任务过程装备控制技术及应用是一门专业课, 过程装备控制技术及应用实验是过程装备控制技术及应用的重要的教学内容。
过程装备控制技术及应用实验教学设备，函盖了检测技术与传感器、变送器、控制器、简单与复杂控制系统、PLC控制系统、计算机控制系统。
过程装备控制技术及应用资料
y Ki
x Kf
8
上述分析表明，采用单个放大器的仪表具有如下特点： 在满足 KKf>>1 的条件时，仪表的输入输出关系仅取决
于输入部分的特性和反馈部分的特性。
此类仪表分析方法：
（1）分析依据：
y KiK x 1 KK f
y Ki x Kf
（2）划分三部分：输入、放大、反馈
（3）对各部分进行分析，重点分析输入部分和反馈部分
s
KITI s KD
20
调节器工作原理
➢输出电路：
I0
I0'
24V U f Rf
U03 Rf
➢指示电路:
I0
I
' 0
节器工作原理
➢手动操作
软手动：调节器的输出电流随手动输入时间而逐渐改变， 呈积分关系。 硬手动：调节器的输出电流随手动输入而立即改变，呈比例关 系。
22
U01 2(Us Ui )
➢ 比例微分电路：
U02 (s)
a KD
1 1
TD s TD
U
01
(
s)
KD
19
调节器工作原理
➢比例积分电路：
CI [1 1 ]
U03(s) CM 1
Ts 1
U02 (s)
KITI s
➢Ⅲ型调节器传递函数
1 1 TD s
W (s) KPF 1
FTI s F 1 TD
数字控制器由以处理器（CPU）为核心构成的硬件电路 和由系统程序、用户程序构成的软件两大部分组成
其功能主要是由软件所决定
可以实现各种不同的控制功能
调节器工作原理
除上述基本功能外，为了提高控制器的性能，有的控制 器还增加了一些附加功能，如：输出限幅、输入报警、偏差 报警、停电对策等。
《过程装备设计》课程实验指导书
《过程装备设计》课程实验指导书适用于四年制机电系过程装备与控制工程本科专业实验一：粉体工程技术设备与工艺（4学时）一、实验简介及目的要求粉体工程中心是洛阳理工学院根据长期的工程专科教学实践，根据材料科学与工程系、机械工程系、电气自动化系等各工科专业的教学需要，为有效解决工程实践教学环节而建设的。
粉体工程中心是一条完整的普通粉磨生产线，全部采用厂矿企业使用的机电设备，是一个建材工厂粉磨生产系统的集粹与浓缩，它不仅能够进行生产，能够方便地对各个设备的工艺参数进行调整，而且能够很好地完成实践教学工作。
学生在粉体工程中心实训可以亲自动手操作和调试，对工艺、设备和电气控制都能有直观的认识，通过在生产一线的实训，学生的工程意识将会提高。
粉体工程中心粉体工程中心目前主要由三个部分组成：一是立磨破粉碎系统，主要由破碎、立式粉磨、输送、筛分、通风、除尘等设备组成的连续工艺生产线，是由我校教工自己规划、自己设计、自己采购设备、自己安装调试而建立起来的；二是球磨机粉磨系统，该系统由我院机械工程系设计定制；三是流化床气流超细磨系统，该系统是我院西班牙贷款购置设备。
通过本次实验，要求学生了解和掌握粉体生产工艺流程；了解和掌握粉体生产工艺设备的结构、原理和操作方面有关知识；了解粉体加工产品质量的检测、分析方面知识。
二、实验主要的机械设备及各设备的性能参数（一）破碎系统和立式粉磨系统1. PEX150×750细碎颚式破碎机PEX150×750细碎颚式破碎机适用于中、细碎，对物料的要求为抗压强度极限不超过2000kg/cm2的各种矿石、岩石。
其主要参数如下：给料口尺寸为150毫米(宽)×750毫米(长)；最大给料尺寸为120毫米；排料口间隙为10毫米至40毫米；生产率为8~35吨/小时；电动机功率不大于15千瓦。
2. 2PG-400S型双辊破碎机2PG-400S型双辊破碎机可供选矿、化工、水泥、耐火材料、建筑材料等工业部门中、细碎各种高、中等硬度以下的矿石和岩石之用。
过程装备控制技术及应用02-第二章-2.1节
d 2 h2 dh2 T1 T 2 2 (T1 T 2) h2 K qv1 dt dt
(2-18)
K —被控对象的放大系数，又称静态增益。 被控对象重新达到平衡状态时，输出变化量 与输入变化量之比。
水槽液位在阶跃干扰作用下产生变化，当它重新达到平
衡状态时，液位H稳定在一个新的数值上。
1．单容液位对象
(1) 有自衡特性的单容对象
水槽输入量：qv1 水槽输出量：H
H---液位 (输出变量) qvl---水槽的进水流量， 由管路上的阀1来调节； qv2---水槽的出水流量， 由管道上阀2的开度来控制， 为操纵变量。
qvl、qv2---体积流量
在任何时刻水位的变化均满足下面的物料平衡关系：
• 通道---被控对象输入变量与输出变量之间的 联系; 控制通道: 操纵变量与被控变量之间的联 系通道； 干扰通道: 干扰作用与被控变量之间的联 系通道。
通常所讲的对象特性指得是控制通道的对象特性。
以水槽液位为例，分析推导被控对象的数学描述形式。
建立被控对象的数学模型（输入
输出）
物料平衡和能量平衡（在连续生产过程中）
H K qv1(1 e(t t0 )/ T )
在初始阶段，由于qvl突然增加而流出量qv2还没 有变化，因此液位H上升速度很快；随着液位的上升， 水槽出口处的静压增大，qv2随之增加，qvl与qv2之间 的差值就越来越小，液位H的上升速度逐渐变慢。
由式(2—7) 看出：
H K qv1(1 e(t t0 )/ T )
要选用适当的复杂控制系统。
2.1 被控对象的特性
控制质量的优劣取决于自动控制系统的结构及各个 环节的特性。 被控对象的特性由生产工艺过程和工艺设备决定。 为设计出合适的控制方案，必须深刻了解被控对象 的特性，以取得良好的控制质量。
过程装备控制技术及应用02-第二章-2.2节
(3) 采用直接指标作为被控变量。当无法获得直接指标信号，
或其测量和变送信号滞后很大时，可选择与直接指标有单 值对应关系的间接指标作为被控变量。
(4) 被控变量应能被测量出来，并具有足够大的灵敏度。
(5) 考虑工艺合理性以及是否满足国内仪表产品现状。 (6) 被控变量应是独立可控的。
2．操纵变量的选择 操纵变量：在控制系统中，用来克服干扰 对被控变量的影响，实现控制作用的变量。 在化工和炼油生产过程中，最常见的操纵 变量有流量，压力、转速等。 选择操纵变量时应考虑以下问题：
e>0 通 设定值 断 e<0
1---加热炉
被控对象
2---热电偶为检测元件； 3---二位调节器； 4---继电器为执行机构； 5---电热器为加热装置。
被控变量
操纵变量
二位炉温自动控制系统
炉温
电热器
当测量值低于给定值 e＞0 时，调节器输出的极限 状态，使继电器闭合，触点导通给加热器供电，被 控温度上升；
按实际情况采用基地式仪表，消除信号传递上的
误差。
4.执行器的影响 执行器 ---- 接受调节器送来的控制信号， 调节管道中介质的流量 ( 改变操纵变量 ) ，从而 实现生产过程的自动控制。
执行器通常为调节阀，包括执行机构和阀
两个部分。如果执行器选择不当会使系统不能
可靠工作。
二．调节器的调节规律
的问题。
①纯滞后的影响：
纯滞后 0 —检测元件安装位置不适当而产生纯滞后。
由于检测电极不能放置在流速较大的主管道，只能安 装在流速较小的支管道上，使得pH的测量引入纯滞后。
L1 L2 0 u1 u2
式中： L , L ----主管道、支管道的长度 1 2
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1、手轮2、手摇泵3、活塞4、被校压力表5、6、7、针形阀8标准压力表9、贮油杯工作原理如图1所示：往油杯内注入传压工作介质（变压器油），打开针形阀 6，关闭针形阀5和7,逆时针方向旋转手轮 1，将工作介质吸入手摇泵内，然后关闭针形阀 6，打开针形阀5和7,顺时针方向旋转手 轮，使手摇泵内的活塞3移动所产生的压力经工作介质传递至压力表4和8上。
过程装备控制基础过程装备控制技术及应用
1 被控对象的特性
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1 被控对象的特性
另外，还有频域测定法、统计分析法等。
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1 被控对象的特性
对象特性时域测定注意事项： a.测试时采取一切措施防止其他干扰发生； b.必须在对象平稳后加入激励； c.必须注意过渡过程起始阶段的测量和记录； d.每次测量应进行到被测参数足够稳定时为止； e.阶跃值不能太大、也不宜太小，通常取正常生产 值的5~15%。对于更大的激励，应采用矩形脉冲法; f.最好在同一工况下，通过重复测试，剔除偶然误差 g.一般应在对象工作范围内，选取多个工况，进行 多次测试，求取多组特性参数再进一步加以处理。
22
1 被控对象的特性
讨论：此法是一种比较简单的对象特性实验测定 方法，但由于实际生产过程中的干扰因素较多，而 且一般不允许输入量变化太大，通常为额定值的 5%—10%，因此这种方法的精度较差、应用受限。
实际常用矩形脉冲，矩形 脉冲输入信号作用下，测 其输出量随时间的变化规 律。
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讨论：用矩形脉冲干扰来测 取对象特性时，由于加在对 象上的干扰经过一段时间即 被除去，因此干扰的幅度可 取的较大，以提高实验的精 度;同时，对象输出量又不至 于长时间地偏离给定值，因 而对正常生产影响较小。所 以，这种方法是测定对象特 性常用的方法之一。
30
2 单回路控制系统
（2）操纵变量的选择 在控制系统中，用来克服干扰对被控变量的影
响，实现控制作用的变量就是操纵变量。在化工和 炼油生产过程中，最常见的操纵变量是流量，也有 电压、转速等。
？
T:被控 变量
？
31
2 单回路控制系统
选择操纵变量的基本原则： • 操控角度：放大系数较大，时间常数较小，滞 后时间越小越好;（灵敏、快捷） • 克服干扰角度：抑制效果好； • 综合考虑工艺的合理性和实现的成本。
《过程装备控制技术2》课程教学大纲
过程装备控制技术及应用实验
根据动态物料平衡关系有Q-Q 2=A dhdt将式（2-1）表示为增量形式小 〜d 也h△ Q- △ Q=A ----(1-2)(1-1)雄力骤动泵1式中：△ Q , △ Q, △ h ---- 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=Q , dh = 0;当Q 发生变化时，液位⑺口处的静压也随之变化， Q 也发生变化。
由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位-匚'量之间为非线性关系。
但为了简化起见，经线性化处理后 而与阀F1-11的阻力R 成反比，即系,1-1 单容自衡水箱特性测试系统（a ）结构图 （b ）方框图实验内容一：单容自衡水箱液位特性测试实验实验学时：2学时实验类型：（验证、综合、设计） 实验要求：（必修、选修） 、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 和传递函数；二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件3. 万用电表一只三、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1-1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 ,改变电动调节阀V 的开度可以改变 Q 的大小，下水箱的流出量为 Q,改变出水阀F1-11的开度可以 改变Q 。
液位h 的变化反映了 Q 与Q 不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。
若将 Q 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 之间的数学表达式。
K 、T智能制节器手动輸Qi1hF1-11:诘水辅电动调节阀山FIThh△ Q 2=或 R=(1-3)R：Q 2式中：R ――阀F1-11的阻力，称为液阻。
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过程装备控制技术与应用实验指导书（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年五月前言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。
二、实验设备：1、活塞式压力计一台型号YU ~ 60010 ~ 600Kgf/cm 20.05级2、弹簧管压力表标准表一只0 ~ 25Kgf/cm20.4级标准表一只0 ~ 10Kgf/cm2 1.5级或0 ~ 25Kgf/cm2 1.5级三、实验装置1、与标准表比较的压力计，如图161、手轮2、手摇泵3、活塞4、被校压力表5、6、7、针形阀8、标准压力表9、贮油杯工作原理如图1所示：往油杯内注入传压工作介质（变压器油），打开针形阀6，关闭针形阀5和7，逆时针方向旋转手轮1，将工作介质吸入手摇泵内，然后关闭针形阀6，打开针形阀5和7，顺时针方向旋转手轮，使手摇泵内的活塞3移动所产生的压力经工作介质传递至压力表4和8上。
此时，比较标准表和被校表的指示值，从而达到校验压力表的目的。
四、思考与问答1、确定被校压力表的精度等级，它是否符合标示的精度？2、绘出被校压力表的变差曲线。
3、回答下列问题：（1）什么叫绝对误差、相对百分误差、精度、变差及仪表的量程？（2）为什么标准表的精度一定要比被校表的精度高？（3）如果标准表比被校表的精度高，但标准表的量程也比被校表的量程大得多，行否？（4）在升压和降压过程中，对同一压力来说，压力表读数是否相同？为什么？特别提示：1.实验数据需要做正行程（从小到大）和反行程（从大到小）两组。
2.测量点为当被校表指针指在0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5MPA时，读标准表的读数。
3.请从仪表表盘中记录下标准表和被校表的精度。
4.测量完数据之后，一定要将针形阀6的阀门打开，泄压，以防损坏压力表！实验二热电偶与动圈表的配套使用一、实验目的：1、了解热电偶与动圈表的配套使用，以及对冷端温度补偿、线路电阻、补偿导线和分度号等加深理解；2、熟悉XCZ—101型动圈表的结构与校验方法；3、掌握手动电位差计UJ—37的使用方法。
二、实验设备：1、XCZ——101型动圈表1台2、UJ——37型手动电位差计1台3、管式电炉1台4、自藕变压器1台5、热电偶1支6、冰浴1只7、补偿导线、连线导线，双刀双掷开关、玻璃温度计等。
三、实验内容：1、冷端温度补偿采用冰浴时，对XCZ——101型动圈表进行校验。
2、冷端温度采用校正仪表零点法（对XCZ-101而言）和修正法（对UJ—37而言）时，对XCZ—101型动圈表进行校验。
3、外接电阻对XCZ—101型动圈表示值的影响。
四、实验要求：验证XCZ—101型动圈表的精度等级，测试外接电阻R对动圈表测温的影响。
外五、实验步骤：1、按图示原理接好线路；2、检查接线无误后合上电源开关，调节自藕变压器的电压，控制炉温；3、调节UJ—37型手动电位差计的工作电流旋钮，使检流计指针回零点；4、采用冰浴法：将K1和K2扳至热电偶的冷端温度处，进行升温测量，要求XCZ—101和UJ—37同时读取数据；5、采用校正仪表零点法：将K1和K2断开，把XCZ—101的零点指针调到室温后，再将K1和K2扳至热电偶的冷端温度处，进行降温测量（在断开电源后进行降温测量）；6、测试外接电阻R外对XCZ—101的示值影响，在降温过程中，可在某个温度（如200短路，迅速读出XCZ—101的温度值并填入表二中，然后℃）这一点用一根导线将R外比较在同一温度情况下，R对XCZ—101的示值影响。
外六、实验装置实验装置接线图七、思考与问答1、验证XCZ—101的精度等级，被校仪表的精度是否符合标示精度？2、本实验中用到了哪几种热电偶的冷端温度补偿方法？哪一种补偿方法更准确？3、为什么在读数过程中必须始终保持手动电位差计的指针为零？特别提示：1.请记录下被校表（XCZ－101）的型号、精度、分度号。
2.实验数据需要记录正行程和反行程的数据。
测量点为100、200、300、400、500、600℃。
3.正行程如果采用冷端温度为冰浴（把XCZ－101的机械零点调整为0）的补偿方法，则反行程采用室温（把XCZ－101的机械零点调整为室温）的补偿方法。
反之也行。
4.实验过程中一人看XCZ－101的指针变化，另一人始终调整UJ－37的拨盘，让UJ－37检流计的指针保证一直处于0，以保证测量的准确性。
实验三检查电子电位差计的技术指标一、实验目的：1、了解电子电位差计的结构、工作原理及使用方法；2、掌握电子电位差计的校验方法并检验其精度等级是否合格。
二、实验设备：1、XWD1—100电子电位差计1台2、UJ—37型手动电位差计1台3、水银温度计1只三、实验内容：采用手动电位差计代替热电偶来检查电子电位差计的的技术指标。
四、实验要求：1、检查电子电位差计的零点及满度；2、验证精度等级。
五、实验装置如图所示：铜导线六、实验步骤1、观察电子电位差计的内部结构，对每个部分的作用有个基本认识；2、调节UJ—37型手动电子电位差计的工作电流旋钮，使检流计指针回零点，然后将UJ—37的“输出”与“测量”开关扳至“输出”位置；3、按图示实验装置接好线路，接通电源；4、根据电子电位差计的分度号查表，用UJ—37分别输入始端电势E ml和终端电势E mh，观察仪表在零点和满度是否符合要求。
（1）零点E ml= - E（t0，0）（2）满度E mh= E（t s，t0）= E（t s，0）-E（t0，0）t0——环境温度，由实验时测得。
5、检查电子电位差计的误差在仪表的量程范围内，均匀地取5 ~ 10点（包括上限值和下限值）进行检查，改变UJ—37的输出电势，记录下电子电位差计指针在各检查点上UJ—37的读数E（t s，t0）。
七、思考与问答（1）若将电子电位差计输入端短接，指针将指在何处？为什么？（2）实际使用中热电偶到电子电位差计输入端的接线应该用什么导线？（3）温度补偿电阻为什么要接在仪表外面的输入端接线柱上？（4）在热电偶测温过程中，突然烧断，相当于本实验电子电位差计输入端断路，问此时指针将指在何处？为什么？特别提示：1.请记录下自动电子电位差计的精度、分度号。
2.实验数据需要记录正行程和反行程的数据。
测量点为0、100、200、300、400、500、600℃。
3.测量数据之前请务必按手动电位差计的标定要求做好工作电流的标定。
手动电位差计的开关拨向输出档。
4.因为自动电子电位差计具有冷端温度自动补偿功能（即能在外部输入电势的基础上增加一个室温对应的电势值）。
因此，要让自动电子电位差计的指针指向零，需要给自动电子电位差计输入一个负的电势值。
即在零点测量时需要把自动电子电位差计的正负极与手动电位差计的正负极反接（正接负，负接正，相当于给自动电子电位差计输入的电势是一个负值）。
做完零点之后再把接线换回，按正确的接法接（正接正，负接负）。
实验四检查电子平衡电桥的技术指标一、实验目的：1、了解电子平衡电桥的结构、工作原理及使用方法；2、掌握电子平衡电桥的校验方法并验证其精度等级是否合格。
二、实验设备1、电子平衡电桥1台2、电阻箱1只3、2.5Ω电阻2只三、实验装置实验装置接线如图所示：四、实验内容：采用电阻箱代替热电阻来检验电子平衡电桥的精度。
五、实验步骤：1、按图示接好线路；2、接通电子平衡电桥的电源，调节电阻箱的电阻值，记录各检验点所对应的电阻值（包括检查零点和满度）。
六、思考与问答1、根据实验数据验证电子平衡电桥的精度等级是否合格。
2、测量过程中为什么热电阻的连接方法要采用三线制接法？3、将热电阻短路，电子平衡电桥的指针应指在何处？若将热电阻断路，指针又应指在何处？为什么？特别提示：1.请记录下自动电子平衡电桥的精度、分度号。
2.实验数据需要记录正行程和反行程的数据。
测量点为0、50、100、150、200、250、300℃。
实验五检查XMZ—102数字显示仪的技术指标一、实验目的：1、熟悉XMZ—102数字显示仪的结构、原理及校验方法；2、掌握XMZ—102数字显示仪的校验方法及验证其精度等级。
二、实验设备1、XMZ—102数字显示仪1台2、电阻箱1只3、5Ω电阻3只三、实验装置实验装置接线如图所示：四、实验内容及要求采用电阻箱代替热电阻来检查XMZ—102数字显示仪的技术指标并验证其精度等级。
五、实验步骤1、按实验装置接线图接好线路。
2、接通XMZ—102的电源，调节电阻箱的阻值，记录各检验点所对应的电阻值（包括检查零点和满度）。
六、思考与问答1、根据记录数据，验证XMZ—102的精度等级合格否。
2、输入短路时仪表指示值为多少？断路时仪表指示值又为多少？为什么？3、XMZ－102数显仪表与XCZ－102仪表有哪些不同？特别提示：1.请记录下被校表的精度、分度号。
2.实验数据需要记录正行程和反行程的数据。
测量点为0、100、200、300、400、500℃。
实验六检查XMZ—101数字显示仪的技术指标一、实验目的：1、了解XMZ—101数字显示仪的结构、原理及使用方法；2、掌握XMZ—101数字显示仪的校验方法并验证其精度等级是否合格。