锅炉内胆温度二位式控制实验
锅炉自动控制实验系列指导书.docx
锅炉自动控制实验系列实验一锅炉内胆动态水温定值控制系统一、实验目的1、 进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2、 研究P 、PI 、PD 和PID 四种调节器分別对温度系统的控制作用。
3、 掌握好PID 参数自整定的方法。
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、上位机MCGS 组态软件、RS232-485转换器1只、申口线1根3、 力用表1只三、实验原理图2为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。
贮水箱图2锅炉内胆动态水温控制系统的结构示意图其中锅炉内胆•为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆•组成循环水系统。
而被控的参数为锅炉内胆•水温，即要求锅炉内胆水温等于给定值。
实验前先通过变频器、磁力泵支路给 F1-5F1-13— F1-2 电动调节阀 F1-1内胆益........... Q模拟锯炉央F2-12锅炉内胆打满水，然肩关闭锅炉内胆的进水阀门Fl・13。
待系统投入运行以厉，变频器■磁力泵再以凶定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。
在内胆水为静态时，由于没冇循环水加以快速热交换，而三相电加热管功率为4.5KW,使内弭水温上升相对快速，散热过程乂相对比较缓慢，而且调节的效來受对象特性和环境的限制，导致系统的动态性能较差，即超调大，调节时间长。
但当改变为循环水系统后，便于热交换及加速了散热能力，相比于静态温度控制实验，在控制的动态精度，快速性方而有了很人地提高。
系统采用的调节器为工业上常用AI智能调节仪。
图3锅炉内胆动态水温控制系统的方框图四、实验内容与步龙1、按图2要求，完成实验系统的接线。
2、接通总电源利相关仪表的电源。
3、打开阀Fl-1> Fl・2、Fl・5和F1-13,关闭其它与本实验无关的阀。
用变频器•磁力泵支路给锅炉内胆打满水。
待实验投入运行以后，变频器■磁力泵再以固泄的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。
4、手动操作调节器输出，用计算机记录锅炉内胆屮水温的响应Illi线，并由该Illi线求得K、T和T值，据此查表确定PI调节器的参数8和Ti，并整定5、设置好温度的给定值，先用手操作调节器的输出，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热，等锅炉水温趋于给定值H不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。
过程控制实验(测控、智能)
第一节锅炉内胆温度特性的测试一、实验目的1．了解锅炉内胆温度特性测试系统的组成原理。
2．掌握锅炉内胆温度特性的测试方法。
二、实验设备（同前）三、实验原理图2-13 锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图 (b)方框图由图2-13可知，本实验的被测对象为锅炉内胆的水温，通过调节器“手动”输出，控制三相电加热管的端电压，从而达到控制锅炉内胆水温的目的。
锅炉内胆水温的动态变化过程可用一阶常微分方程来描述，即其数学模型为一阶惯性环节。
可以采用两种方案对锅炉内胆的温度特性进行测试：（一）锅炉夹套不加冷却水将锅炉内胆加适量水，手动操作调节器的输出，使三相可控硅调压模块的输出电压为80～100V左右。
此电压加在加热管两端，内胆中的水温因而逐渐上升。
当内胆中的水温上升到某一值时，水的吸热和放热过程趋于平衡，从而使内胆中的水温达到某一值。
（二）锅炉夹套加冷却水当锅炉夹套中注满冷却水，这相当于改变了锅炉内胆环境的温度，使其散热作用增强。
显然，要维持内胆原有的水温，则必须提高三相调压模块的输出电压，即增加调节器的输出值。
四、实验内容与步骤本实验仅以智能仪表控制为例，其余几种控制方案可仿照智能仪表控制自行设计系统、组态和实验。
1．本实验选择锅炉内胆水温作为被测对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-13全开，将锅炉出水阀门F2-12、F2-11关闭，其余阀门也关闭。
将变频器的A、B、C三端连接到三相磁力驱动泵（220V），手动调节变频器频率，给锅炉内胆贮一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13，打开阀F1-12，为夹套供水作好准备。
2．将SA-12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，并按照下面的控制屏接线图2-14连接实验系统。
智能仪表1常用参数设置如下，其他参数按照默认设置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999, dLAL =9999, dF=0, CtrL=1,Sn=21, dIP =1, dIL =0, dIH =100, oP1=4, oPL=0, oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。
锅炉内胆静态水温定值控制2
锅炉内胆静态水温定值控制系统一、实验目的1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2．研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
3．了解PID参数自整定的方法及其参数整定在整个系统中的重要性。
二、实验设备THJ-2型高级过程控制系统实验装置、计算机一台、万用表一个、实验连接线若干。
三、实验原理本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻TT1检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。
在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择PD或PID控制。
本实验系统结构图和方框图如图3-9所示。
图3-9 锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图四、实验内容与步骤本实验选择锅炉内胆水温作为被控对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F2-1、F2-6、F1-12、F1-13全开，其余阀门关闭。
给锅炉内胆和夹套贮一定的水量（要求内胆至少高于液位指示玻璃管的红线位置，注意：内胆温度先加热到一定程度时，再加冷却水）。
1．将SA-12挂件挂到屏上，并将挂件的通讯线插头插入THJ-2型高级过程控制系统实验装置RS485通讯口上，将THJ-2型高级过程控制系统实验装置右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口1，并按照下面控制● 参考参数：P=40；I=60-70；D=4；Sn=21；CF=0；ADDR=1； SV=40 ；diH=100;dil=0;变频器频率：F=25Hz2．接通总电源空气开关和钥匙开关，按下启动按钮，合上单相Ⅰ空气开关，给智能仪表上电。
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“实验五、锅炉内胆水温定值控制”，进入实验五的监控界面。
锅炉内胆温度二位式控制实验
实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验一、实验目的1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。
2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。
二、实验设备过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
三、实验原理1、温度传感器温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。
它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。
其电阻值与温度关系式如下： Rt＝Rt[1+α(t-t0)]式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；Rt0——温度为t(通常为0℃)时的电阻值；α——电阻的温度系数。
可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。
这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。
虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。
作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。
但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。
根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。
本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。
铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗氧化能力。
在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：Rt ＝Rt 0(1+At+Bt 2+Ct 3) 式中Rt ——温度为t(如室温20℃)时的电阻值； Rt 0——温度为t 0(通常为0℃)时的电阻值；A 、B 、C 是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。
Rt-t 的关系称为分度表。
不同的测温元件用分度号来区别，如Pt100、C U 50等。
任务一锅炉内胆温度二位式控制任务二锅炉内胆水温PID整.
（1）、打开以丹麦泵、变频器、涡轮流量计以及锅炉内胆、 夹套进水阀（阀22、阀11、阀18、阀15）所组成的水路 系统，关闭通往其他对象的切换阀。 （2）、先把锅炉内胆和夹套的水装至适当高度，然后关闭 阀18。 （3）、将锅炉内胆的进水阀：阀11至适当开度。 （4）、将锅炉内胆的出水阀：阀14关闭。 （5）、将锅炉内胆的溢流口出水阀: 阀15全开。 （6）、检查电源开关是否关闭。
八、课后作业布置
试述串级控制系统为什么对主扰动具有很强的抗扰动能 力？如果副对象的时间常数不是远小于主对象的时间常数 时，这时副回路抗扰动的优越性还具有吗？为什么？ 串级控制系统投运前需要做好那些准备工作？ 主、副调 节器的内、外给定如何确定？正、反作用如何设置？ 改变副调节器比例放大倍数的大小，对串级控制系统的 抗扰动能力有什么影响？试从理论上给予说明。
任务四 锅炉夹套和内胆温度串级控制 正确设置PID调节器： 副调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC2 （副回路的开环增益）较大。 主调节器：比例积分（PI）控制，反作用，自动，KC1 〈 KC2（其中KC1为主回路开环增益）。 待系统稳定后，类同于单回路控制系统那样，对系统加 扰动信号，扰动的大小与单回路时相同。 通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具 有较满意的动态响应和较高的控制精度。 （注）：可参照前已做过的实验，详细列出本次实验的实 验方法与步骤。
能力目标 :1．能够正确操作温度控制系统。 2．能够对串级控制进行PID参数整定。
知识目标 :1．PID参数整定方法。 2．响应曲线分析。 3．串级控制系统分析。
素质目标 :培养自主学习能力，挖掘潜在创造力，激发设计才 能，培养团队意识、组织协调能力、创新思维能力，培养分析 和解决问题的能力。
锅炉内胆水温PID自动控制控制实验
第五节锅炉内胆水温PID 控制实验一、实验目的1.根据实验数据和曲线 ,分析系统在阶跃扰动作用下的动、静态性能。
2.比较不同 PID 参数对系统的性能产生的影响。
3.分析 P、 PI、PD、 PID 四种控制规律对本实验系统的作用。
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、实验原理本实验以锅炉内胆作为被控对象，内胆的水温为系统的被控制量。
本实验要求锅炉内胆的水温稳定至给定量，将铂电阻 TT1 检测到的锅炉内胆温度信号作为反馈信号，在与给定量比较后的差值通过调节器控制三相调压模块的输出电压（即三相电加热管的端电压），以达到控制锅炉内胆水温的目的。
在锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量时延较大，所以其控制过渡时间也较长，系统的调节器可选择 PD 或 PID 控制。
本实验系统结构图和方框图如图 5-1 所示。
估）（bJ图5-1 锅炉内胆温度特性测试系统（a）结构图（b）方框图可以采用两种方案对锅炉内胆的水温进行控制：（一）锅炉夹套不加冷却水（静态）（二）锅炉夹套加冷却水（动态）显然，两种方案的控制效果是不一样的，后者比前者的升温过程稍慢，降温过程稍快。
无论操作者采用静态控制或者动态控制，本实验的上位监控界面操作都是一样的。
四、实验内容与步骤1.先将储水箱贮足水量，将阀门 F1-1、F1-4、F1-5、F1-13全开，打开电磁阀开关，其余阀门关闭，启动380伏交流磁力泵，给锅炉内胆贮存一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的红线位置），然后关闭阀F1-13、F1-4及电磁阀，打开阀F1-12，为给锅炉夹套供冷水做好准备。
2.接通控制系统电源，打开用作上位监控的的 PC机，进入的实验主界面,在实验主界面中选择本实验项即“锅炉内胆水温 PID控制实验”。
3.合上三相电源空气开关，三相电加热管通电加热，适当增加减少输出量，使锅炉内胆的水温稳定于设定值。
锅炉内胆温度控制系统过程实训 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 3 月19 日目录前言 ...................................................................................... - 2 -第1章、控制系统组成...................................................... - 2 -1.1系统外部组成................................................................ - 2 -1.2 ICP-7033模块和ICP-7024模块 ................................. - 2 -第2章、实训内容 .............................................................. - 5 -2.1 了解过程控制系统的有关知识................................... - 5 -2.2 搜集资料....................................................................... - 5 -2.3 单容水箱液位控制调试............................................... - 5 -2.4 锅炉内胆温度控制系统调试....................................... - 6 -2.5 思想总结....................................................................... - 7 -第3章、实训心得 .............................................................. - 8 -前言这次工程实训的任务是单容水箱液位控制调试和锅炉内胆温度控制系统调试。
锅炉内胆水温控制讲解
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (17)4 实验内容与步骤 (21)4.1 实验准备工作 (21)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象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)1．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。
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。
2．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。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，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。
锅炉内胆温度实训实习 2
目录前言 (1)一、实验装置简介 (2)二、系统的组成与工作原理 (3)(一)温度检测 (4)(二)温度变送 (4)(三)输入模块ICP-7033 (5)(四)输出模块ICP-7024 (5)(五)三相SCR调压模块 (5)(六) MCGS组态环境及PID整定介绍 (5)1、PID控制器的参数整定 (6)(七)控制系统接线 (6)三、调试分析 (7)(一)操作介绍 (7)(二)三种控制参数设定比较 (7)四、总结体会 (10)五、系统总图 (11)前言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，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。
在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、压力、液位成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”系统。
过程控制就是对过程装备及其系统的状态和工况进行监测、控制，以确保生产工艺有序稳定运行，提高过程装备的可靠度和功能可利用度。
过程控制不仅在传统工业改造中起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且已成为新建的规模大，结构复杂的工业生产过程中不可或缺的组成部分。
随着计算机控制装置在控制仪表基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。
在现代工业控制中，过程控制技术正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效率、改善劳动条件、保护生态环境等起到越来越大的作用。
本次实训实习就是利用THJ-2型高级过程控制实验装置为硬件基础对锅炉内胆水温控制系统进行调试，并采用MCGS组态软件在上位机上实现显示和控制。
目前，锅炉温度控制主要采用PID控制。
PID控制由于具有简单、直观、鲁棒性好的特点，成为过程控制中最为常用的控制方式。
在工程实际中，调节器控制规律为比例、积分、微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
PID控制器问世至今已有近70年历史，它以其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制的主要技术之一。
锅炉内胆温度过控实训报告 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日一、概述过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。
他是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。
过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。
由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。
诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。
他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。
另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。
往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。
随着现在工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。
锅炉内胆水温控制
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (16)4 实验内容与步骤 (20)4.1 实验准备工作 (20)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象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)1．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。
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。
2．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。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，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。
锅炉夹套和内胆温度串级控制实验相关知识
（二零一二年三月化工学院 科研训练报告 学生姓名：岳超系 别：过程装备与控制工程系专 业：过程装备与控制工程班 级：过控08--1班实习地点：薛家湾热电厂指导教师：白竞平学校代码： 10128学 号： 200820506086锅炉夹套和内胆温度串级控制实验相关知识一串级控制系统：串级控制系统-----两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
1.基本概念即组成结构2.串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
3前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
一次扰动：作用在主被控过程上的，而不包括在副回路范围内的扰动。
二次扰动：作用在副被控过程上的，即包括在副回路范围内的扰动。
2.串级控制系统的工作过程3.当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。
根据扰动施加点的位置不同，分种情况进行分析：1）扰动作用于副回路2）扰动作用于主过程3）扰动同时作用于副回路和主过程4.分析可以看到：在串级控制系统中，由于引入了一个副回路，不仅能及早克服进入副回路的扰动，而且又能改善过程特性。
副调节器具有“粗调”的作用，主调节器具有“细调”的作用，从而使其控制品质得到进一步提高。
5.系统特点及分析1*改善了过程的动态特性，提高了系统控制质量。
2* 能迅速克服进入副回路的二次扰动。
3* 提高了系统的工作频率。
4* 对负荷变化的适应性较强二串级控制系统的设计1. 主回路的设计串级控制系统的主回路是定值控制，其设计单回路控制系统的设计类似，设计过程可以按照简单控制系统设计原则进行。
过程控制系统课程设计7：锅炉内胆动态水温PID控制实验doc
摘要温度是工业生产过程中最常检测和控制的热工参数之一，本设计是以西门子S7-200PLC为主控制器，以WINCC为上位机监控软件来实现对锅炉内胆水温的DCS自动控制。
系统主要由一台带有WINCC组态软件的上位机和应用于STEP7-MicroWIN V4.0软件、西门子S7-200PLC下位机以及PC/PPI电缆、RTGK-2型过程控制系统构成。
通过对下位机S7200PLC的软件编程，完成锅炉内胆温度信号采集、处理以及PID控制，分别对上位机以及下位机进行了详细设计，并运用工程整定方法，整定出满足系统要求的锅炉内胆水温PID控制参数，得到比较理想的PID控制曲线，实现了对锅炉内胆水温控制的目的，达到了设计要求。
关键词：锅炉内胆；水温；PID；S7200目录1系统总体方案分析 (1)1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析 (1)1.2上位机组态与程序设计 (2)2系统调试 (13)2.1流程图绘制 (13)2.2电源连接 (14)2.3测试步骤 (14)3参数整定与系统分析 (17)3.1锅炉内胆水温定值控制实验的结构框图 (17)3.2调节器相关参数整定过程 (17)3.3系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能 (20)3.4不同PID参数对系统的性能产生的影响。
(22)3.5 P、PI、PID控制方式的控制效果 (26)4结论 (30)参考文献 (32)1系统总体方案分析1.1锅炉内胆动态水温PID控制系统总体方案分析锅炉内胆水为动态循环水，变频器、磁力泵与锅炉内胆组成循环水系统。
如图1所示：图1.1锅炉内胆温度特性测试系统(a)结构图(b)方框图本实验系统组态软件进行，由于自动控制的时候考虑到机械及机器会出现故障，设置的调节阀可在及其出现故障时，非自动的情况下，手动进行调节开度，是锅炉内胆保持给定值，运用在大型生产过程中采用手动和自动模式替换操作达到整个生产的能耗最低，效益最大化。
被控变量为锅炉内胆水温，要求锅炉内胆水温等于给定值。
锅炉内胆水温控制
目录1 系统组成介绍 (1)1.1 被控对象 (1)1.2 检测仪表 (1)1.3 执行机构 (2)1.5 控制屏组件 (2)1.6 实验控制系统流程图 (3)1.7 控制原理框图 (4)2 上位机组态与程序设计 (6)2.1 组态软件介绍 (6)2.2 WinCC的发展及应用 (6)2.3 Wincc监控组态与程序设计 (7)2.4 WiNCC组态软件的通讯 (14)3 PLC300控制程序 (16)4 实验内容与步骤 (20)4.1 实验准备工作 (20)4.2 控制规律选择参数调节 (21)5 实验结果显示 (23)总结 (26)参考文献 (27)1 系统组成介绍本实验装置对象主要由锅炉和盘管三大部分组成。
供水系统：一路由三相（380V 恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。
1.1 被控对象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)1．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。
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。
2．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。
3．管道及阀门：整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，所有的阀门均采用优质阀，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。
09.锅炉内胆水温与循环水流量串级控制
锅炉内胆水温与循环水流量串级控制一、强电连线三相电源输出端U、V、W对应连接三相SCR移相调压装置的三相电源输入端U、V、W；三相SCR移相调压装置的三相调压输出端U0、V0、W0接三相电加热管输入端U0、V0、W0；三相电源输出端U、V、W对应连接三相磁力泵（～380V）的输入端U、V、W；电动调节阀～220V输入L、N端接单相电源Ⅲ的3L、3N；二、实验结构图三、实验步骤1. 按上述要求连接实验系统，打开对象相应的水路（打开阀F1-1、F1-2、F1-5、F1-13，其余阀门均关闭）。
2. 用电缆线将对象和DCS控制台连接起来。
3. 手动控制电动阀支路将锅炉内胆和夹套打满水。
4. 合上DCS控制屏电源，启动服务器和主控单元。
5. 在工程师站的组态中选择“DCSsystem”工程进行编译下装。
6. 启动操作员站，选择运行界面中的实验15，进入实验十五流程图。
7. 启动对象总电源，并合上相关电源开关（三相电源、24V电源、变频器），开始实验（如果是控制柜，打开三相电源总开关、三相电源、单相开关，并同时打开三相调压模块和三相磁力泵电源开关、电动调节阀电源开关、控制站电源开关）。
8. 手动调节SCR调压输出，使锅炉内胆恒温加热至设定值并保持平衡。
9. 在流程图的各测量值上点击左键，弹出主控和副控PID窗口，按经验数据预先设置好副调节器的比例度。
10.用反应曲线法整定主调节器的PI参数（具体见THJ-2高级过程控制系统实验指导书相关部分）。
11. 手动操作主调节器的输出，控制电动阀的开度来改变流入内胆水的流量Q的大小，当内胆的水温趋于给定值并稳定不变时，把主调节器由手动切换为自动。
12. 当系统稳定运行后，给温度设定值加一个适当阶跃扰动，观察系统的输出响应曲线。
13. 通过反复对主、副调节器参数的调节，使系统具有较满意的动、静态性能。
14. 在实验中可点击窗口中的“趋势”下拉菜单中的“综合趋势”，可查看相应的实验曲线。
锅炉内胆动态水温定值控制系统调试.
锅炉内胆动态水温定值控制系统调试 实验目的1、进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
3、掌握好PID参数自整定的方法。
实验设备1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根3、万用表 1只实验原理图1为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。
图1单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图图2 锅炉内胆动态水温控制系统的方框图实验内容与步骤1、按图1要求，完成实验系统的接线。
2、接通总电源和相关仪表的电源。
3、打开阀F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13，关闭其它与本实验无关的阀。
用变频器-磁力泵支路给锅炉内胆打满水。
待实验投入运行以后，变频器-磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。
4、手动操作调节器输出，用计算机记录锅炉内胆中水温的响应曲线，并由该曲线求得K、T 和τ值，据此查表确定PI调节器的参数δ和TI，并整定之。
5、设置好温度的给定值，先用手操作调节器的输出，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热,等锅炉水温趋于给定值且不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。
6、打开计算机，运行MCGS组态软件，并进行如下的实验：当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增加5%～15%），观察并记录系统的输出响应曲线。
7、通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。
用计算机记录此时系统的动态响应曲线。
实验报告1、用实验方法整定PI调节器的参数。
2、作出比例P控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线，并记下它们的余差ess。
3、比例积分调节器（PI）控制1) 在比例调节控制实验的基础上，加上积分作用“I”，即把“I”（积分）设置为一参数，根据不同的情况，设置不同的大小。
观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统的阶跃扰动无余差产生。
锅炉内胆温度过控实训报告 2
湖南工程学院系统综合训练报告课题名称过程控制系统专业班级姓名学号指导教师2007年 4 月9 日一、概述过程控制一般是指连续生产过程的自动控制。
他是通过各种检测仪表、控制仪表（包括电动仪表和气动仪表，模拟仪表和智能仪表）和电子计算机（看作一台仪表）等自动化工具，对整个生产过程进行自动检测、自动监督和自动控制。
一个过程空话子系统是由被控制过程和过程检测控制仪表两部分组成的。
过程检测控制仪表包括检测元件、变送器、调节器（包括计算机）、调节阀。
过程控制系统的设计是根据工业过成的特性和工艺要求，通过选用过程检测控制仪表构成系统，再通过PID参数的整定，实现对生产过程的最佳控制。
在现代工业生产过程中，工业过程很复杂。
由于生产规模大小不同，工艺要求各异，产品品种多样，因此过程控制中的被控过程是多种多样的。
诸如石油化工过程中的精馏塔、化学反应器、流体传输设备；热工过程中的锅炉、热交换器；冶金过程中的转炉、平炉；机械工业中的热处理炉等。
他们的动态特性多数具有大惯性、大滞后、非线性特性。
有些机理复杂（如发酵、生化过程等）的过程至今尚未被人们认识，所以很难用目前过程辩识方法建立其精确的数学模型，因此设计能适应各种过程的控制系统并非易事。
由于被控过程具有大惯性、大滞后（大延时）等特性，因此决定了过程控制多属慢过程。
另外，在石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、制药等工业生产过程中。
往往采用一些物理量和化学量（如温度、压力、流量、液位、成分、PH 等）来表征其生产过程是否正常，因此需要对上述参数进行自动检测和自动控制，故过程控制多半为参数控制。
随着现在工业生产的迅速发展，工艺条件越来越复杂，对过程控制的要求越来越高。
过程控制系统的设计是以被控过程的特性为依据的。
由于工业过程的复杂、多变，因此其特性多半属多变量、分布参数、大惯性、大滞后和非线性等等。
为了满足上述特点与工艺要求，过程控制中的控制方案是十分丰富的。
通常有单变量控制系统，也有多变量控制系统；有仪表过程控制系统，也有计算机集散过程控制系统；有复杂控制系统，也有满足特定要求的控制系统。
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实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验
一、实验目的
1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。
2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。
二、实验设备
过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。
三、实验原理
1、温度传感器
温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。
它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。
其电阻值与温度关系式如下： Rt＝Rt
[1+α(t-t0)]
式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；
Rt
0——温度为t
(通常为0℃)时的电阻值；
α——电阻的温度系数。
可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。
这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。
虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。
作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。
但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。
根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。
本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。
铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗氧化能力。
在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：
Rt ＝Rt 0(1+At+Bt 2+Ct 3)
式中Rt ——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；
Rt 0——温度为t 0(通常为0℃)时的电阻值；
A 、
B 、
C 是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。
Rt-t 的关系称为分度表。
不同的测温元件用分度号来区别，如Pt100、C U 50等。
2、二位式温度控制系统
二位控制是位式控制规律中最简单的一种。
本实验的被控对象是1.5KW 电加热管，被控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T ，智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点开关控制电加热管的通断，图3-1为位式调节器的工作特性图，图3-2为位式控制系统的方块图。
图3-1、位式调节器的特性图
由图3-1可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环。
因而图3-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。
执行器只有“开”或“关”两种极限输出状态，故称这种控制器为两位调节器。
该系统的工作原理是当被控制的水温测量值V P =T 小于给定值V S 时，即测量
值〈给定值，且当e=VS-VP ≥dF 时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常闭，电加热管接通380V 电源而加热。
随着水温T 的升高，Vp 也不断增大，e 相应变小。
若T 高于给定值，即Vp 〉Vs ，e 为负值，若e ≤-dF 时，则两位调节器的继电器线圈断开，常开触点复位断开，切断电加热管的供电。
由于这种控制方
式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。
给定值
智能调节仪电加热管锅炉内胆对象温度变送器
T（温度）
+
图3-2位式控制系统的方块图
如图3-2位式控制系统的方框图所示，温度给定值在智能仪表上通过设定获得。
被控对象为锅炉内胆，被控制量为内胆水温。
它由铂电阻PT100测定，输入到智能调节仪上。
根据给定值加上dF 与测量的温度相比较向继电器线圈发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。
由过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图3-3所示。
因此不能用连续控制作用
下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，
而用振幅和周期作为品质指标。
一般要求
振幅小，周期长，然而对同一双位控制系
统来说，若要振幅小，则周期必然短；若
要周期长，则振幅必然大。
因此通过合理
选择中间区以使振幅在限定范围内，而又 尽可能获得较长的周期。
图3-3 双位控系统的过程曲线
四、实验内容与步骤
1、设备的连接和检查
1）、开通以变频器、丹麦泵、电磁流量计以及锅炉内胆进水阀12、阀20、阀25组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀6、阀8、阀10、阀16、阀18、阀19。
2）、将锅炉内胆的出水阀24开至适当开度。
3）、检查电源开关是否关闭。
2、系统连线 t(s)T( c).1
0─。