过程控制基础G

《过程控制基础》实验指导书

谢成祥徐绍芬编写

适用专业：自动化

电气工程及其自动化江苏科技大学电子信息学院

2007．9

前言

本课程主要介绍工业过程中常见的控制系统设计的基本要求，控制系统结构组成、控制元件的选择何控制器参数的整定，包括单回路控制系统、串级控制系统、前馈控制系统、比值控制系统、均匀控制系统和分程控制系统，此外，还结合工业过程的典型单元设备如泵和锅炉的控制，介绍了这些控制系统类型的具体应用。通过本课程的学习，学生应掌握各种典型控制系统的特点和应用场合，控制器参数的整定方法，并对具体的工业对象，定性分析对象特性，选择合适的被控参数和控制参数，设计合理的控制方案，整定出合适的控制器参数。

为了使学生更好地理解和深刻地把握这些知识，并在此基础上，训练和培养学生将控制理论应用于过程控制领域中的技能，本课程设置了三个实验：单回路控制系统的参数整定、串级控制系统的参数整定和前馈—反馈控制系统的参数整定，其中前馈—反馈控制系统的参数整定是综合性实验。

实验一：单回路控制系统的参数整定主要了解控制系统的组成和方框图、被控参数和控制参数的选择、被控对象的特性测试以及控制器参数的工程整定方法，训练学生如何从实验数据中获得对象的数学模型，从模型中用经验方法获取控制器参数。

实验二：串级控制系统的参数整定主要了解串级控制系统的组成和方框图，副回路的设计原则以及控制器参数一部整定的方法，并比较串级控制系统和单回路控制系统的控制性能，培养学生在设计控制系统时如何更好地抑制干扰的能力。

实验三：前馈—反馈控制系统的参数整定主要了解前馈控制的作用，前馈—反馈控制系统的结构，掌握对象静态特性的定性分析方法和前馈控制作用投入运行时应当注意的事项，训练学生在设计控制系统时对主要干扰的处理能力。

本指导书首先介绍了控制对象的工艺流程，然后结合实验项目给出了在DCS上各种控制系统的组态画面以及组态画面中各部分的功能，详细给出了实验的操作步骤，同时提出了一些思考提供实验预习时参考。

目录

实验一：单回路控制系统参数整定 (4)

实验二：串级控制系统参数整定 (7)

实验三：前馈—反馈控制系统参数整定 (10)

附录：过程控制实验装置简介 (13)

实验一：单回路控制系统参数整定

实验学时：2

实验类型：验证

实验要求：必修

一、实验目的：

1、了解单回路控制系统的组成和结构。

2、掌握单回路控制系统的调节器参数整定方法。

二、实验设备：

1、过程控制对象统一套。

2、JX—300集散控制系统一套。

三、实验内容与方法

内容：

1、测取对象的阶跃响应曲线。

2、利用飞升曲线方法整定调节器参数。

方法：

锅炉水位单回路控制，在实验系统中设置了两个控制回路，一是出水流量控制回路，一是水位控制，通过改变进水阀门的开度来达到控制水位的目的。出水流量控制回路始终设置为手动方式，保持出水阀门开度不变。

四、实验组织运行

以学生自主训练为主的模式集中组织实验教学。

每批分20组，每组1人。学生必须完成所规定的实验内容，记录相应的实验数据，经教师认可后才视为完成实验。

五、实验步骤

1．按图一流程图设置水路。

2．进入JX300组态软件，在输入组态文件名对话框中输入E:\dcsdata\单回路\电信过控实验\Run\电信过控实验.idx，然后点击确认。编译下载。

3．开启计算机，在提示密码窗口键入：supcondcs。

4．在桌面上双击jx300监控快捷方式，在输入组态文件名对话框中输入E:\dcsdata\单回路\电信过控实验\Run\电信过控实验.idx，然后点击确认。

5．点击流程图按钮（左起第7个），出现流程图画面，在画面右下角点击试验一按钮，进入到本次实验的流程画面。

6．本实验中有两个回路：出水流量控制回路和液位单回路控制回路，其中出水流量控制回路始终保持位手动方式。点击下面阀门（红色）上方MV2:后的白色区域，在弹出的对话框中键入40后回车，将出水阀门开度设为40%，关闭该对话框。

7．单击LIC_1方框中MV1:后的白色区域，在窗口中单击LIC_1按钮，则出现调整画面，在此画面中可进行参数设置和手动/自动方式的切换。手形按钮按下表示是出于手动方式，否则处于自动方式。

8．令系统处于手动方式，改变阀门开度（MV1）使得液位稳定（此时，进水流量和出水流量近似相等）。

9．将进水阀门开度增加5%，记录改变时间；观察液位的变化过程，等到液位再次稳定时，通过历史趋势曲线从中读取相应的T0，τ和K。

10．根据T0，τ和K，采用PI或PID控制，用响应曲线法计算相应的比例度、积分时间和微分时间，并在调整画面中设置好参数，将系统投入自动运行。

11．改变系统的给定值（减少或增加50mm），观察系统的过渡过程曲线，衰减比是否满足要求，如不满足，适当改变PID参数，再次改变给定值，观察过渡过程曲线，直到衰减比满足要求。

12．对出水流量施加干扰，将出水阀门开度增大10％，并记录过渡过程曲线。

六、实验报告要求：

1．分析PID参数的不同对系统动态响应的影响。

2．认真书写实验报告。

3．绘制实验曲线。

图一锅炉液位单回路控制流程图

实验二：串级控制系统参数整定

实验学时：3

实验类型：验证

实验要求：必修

一、实验目的：

1、了解串级控制的组成和结构。

2、掌握串级控制系统的整定方法。

二、实验设备：

1、过程控制对象统一套。

2、JX—300控制系统一套。

三、实验内容

一步法整定串级控制系统的调节器参数

四、实验组织运行

以学生自主训练为主的模式集中组织教学。

每批分20组，每组1人。学生必须完成所规定的实验内容，记录相应的实验数据，经教师认可后才视为完成实验。

五、实验步骤：

1．按图二流程图设置水路。

2．进入JX300组态软件，在输入组态文件名对话框中输入E:\dcsdata\串级\电信过控实验\Run\电信过控实验.idx，然后点击确认。编译下载。

3．启计算机，在提示密码窗口键入：supcondcs。

4．在桌面上双击jx300监控快捷方式，在输入组态文件名对话框中输入E:\dcsdata\串级\电信过控实验\Run\电信过控实验.idx，然后点击确认。

5．点击流程图按钮（左起第7个），出现流程图画面，在画面右下角点击试验三按