过程控制与仪表实验报告
北京科技大学过程控制实验报告
实验报告课程名称：过程控制系统实验项目名称：被控对象特性测试实验日期与时间： 2022.07 指导教师：班级：姓名：学号：成绩：一、实验目的要求1．了解控制对象特性的基本形式。
2．掌握实验测试对象特性的方法，并求取对象特性参数二、实验内容本节实验内容主要完成测试对象特性，包含以下两部分内容：1．被控对象特性的实验测定本实验采用飞升曲线法（阶跃向应曲线法）测取对象的动特性。
飞升曲线是指输入为阶跃信号时的输出量变化的曲线。
实验时，系统处于开环状态，被控对象在某一状态下稳定一段时间后，输入一阶跃信号，使被控对象达到另一个稳定状态，得到被控对象的飞升曲线。
在实验时应注意以下的一些问题：1）测试前系统应处于正常工作状态，也就是说系统应该是平衡的。
采取一切措施防止其他干扰的发生，否则将影响实验结果。
2）在测试工作中要特别注意工作点与阶跃幅度的选取。
作为测试对象特性的工作点，应该选择正常工作状态，也就是在额定负荷及正常的其他干扰下，因为整个控制过程将在此工作点附近进行。
阶跃作用的取值范围为其额定值的 5－10%。
如果取值太小，由于测量误差及其它干扰的影响，会使实验结果不够准确。
如果取值过大，则非线性影响将扭曲实验结果。
不能获得应有的反应曲线，同时还将使生产长期处于不正常的工作状态，特别是有进入危险区域的可能性，这是生产所不能允许的。
3）实验时，必须特别注意的是，应准确地记录加入阶跃作用的计时起点，注意被调量离开起始点时的情况，以便计算对象滞后的大小，这对以后整定控制器参数具有重要的意义。
4）每次实验应在相同的条件下进行两次以上，如果能够重合才算合格。
为了校验线性，宜作正负两种阶跃进行比较。
也可作不同阶跃量的实验。
2．飞升曲线数据处理在飞升曲线测得以后，可以用多种方法来计算出所测对象的微分方程式，数据处理方法有面积法、图解法、近似法等。
面积法较复杂，计算工作量较大。
近似法误差较大，图解法较方便，误差比近似法小。
过程控制实验报告【范本模板】
过程控制实验实验报告班级:自动化1202姓名：杨益伟学号:１２09００321２015年１0月信息科学与技术学院实验一 过程控制系统建模作业题目一:常见的工业过程动态特性的类型有哪几种?通常的模型都有哪些?在Simul ｉnk 中建立相应模型，并求单位阶跃响应曲线.答:常见的工业过程动态特性的类型有:无自平衡能力的单容对象特性、有自平衡能力的单容对象特性、有相互影响的多容对象的动态特性、无相互影响的多容对象的动态特性等。
通常的模型有一阶惯性模型，二阶模型等． 单容过程模型1、无自衡单容过程的阶跃响应实例已知两个无自衡单容过程的模型分别为s s G 5.01)(=和se ss G 55.01)(-=,试在Ｓｉｍuli ｎk 中建立模型，并求单位阶跃响应曲线。
Ｓｉmul ｉｎk 中建立模型如图所示: 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：2、自衡单容过程的阶跃响应实例已知两个自衡单容过程的模型分别为122)(+=s s G 和s e s s G 5122)(-+=,试在Simu ｌink 中建立模型,并求单位阶跃响应曲线.Simu ｌink 中建立模型如图所示： 得到的单位阶跃响应曲线如图所示:多容过程模型3、有相互影响的多容过程的阶跃响应实例已知有相互影响的多容过程的模型为121)(22++=Ts s T s G ξ,当参数1=T ， 2.1 ,1 ,3.0 ,0=ξ时，试在S ｉmulink 中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Ｓｉｍu ｌin ｋ中建立模型如图所示: 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：4、无相互影响的多容过程的阶跃响应实例已知两个无相互影响的多容过程的模型为)1)(12(1)(++=s s s G (多容有自衡能力的对象）和)12(1)(+=s s s G (多容无自衡能力的对象）,试在Ｓimulink 中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。
在Simu ｌin ｋ中建立模型如图所示: 得到的单位阶跃响应曲线如图所示：作业题目二:某二阶系统的模型为2() 224nG s s s n nϖζϖϖ=++，二阶系统的性能主要取决于ζ，n ϖ两个参数。
过程控制实验报告
东南大学自动化学院实验报告课程名称：过程控制实验实验名称：水箱液位控制系统院（系）：自动化专业：自动化姓名：学号：实验室：实验组别：同组人员：实验时间：评定成绩：审阅教师：目录一、系统概论 (3)二、对象的认识 (4)三、执行机构 (14)四、单回路调节系统 (15)五、串级调节系统Ⅰ (17)六、串级调节系统Ⅱ (18)七、前馈控制 (20)八、软件平台的开发 (21)一、系统概论1.1实验设备1.1.1 组成器件图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。
1.1.2 铭牌·加热控制器：功率1500w，电源220V（单相输入）·泵：Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V，IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B·全自动微型家用增压器：型号15WZ-10，单相电容运转马达最高扬程10m，最大流量20L/min，级数2，转速2800rmp，电压220V，电流0.36A，频率50Hz，电容 3.5μF，功率80w，绝缘等级E·LWY-C型涡轮流量计：口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V，标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级 IP65 ·压力传感器YMC303P-1-A-3RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPLY 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100量程0-100℃，精度0.5%Fs，输出4-20mADC，电源24VDC·智能电动调节阀型号2DYP-16P压力 1.6MPa，输入信号4-20mA，口径2.5mm，电源220V，反馈信号4-20mA，阀门控制精度0.1%-8%可调·电磁阀MODEL UW-15，VOLTS 220V，ORIFICE 15，CYCLES 60Hz，PIPESIZE 1/211，OFERATING PRESSURE MINI 0kg/c m2—MAX 8kg/cm2·交流变频器功率1500w，电源220V（单相输入）380V（三相输入）1.2电气接线图见最后一页1.3操作面板图控制面板中有4个P909仪表，以及执行机构和变送器的接口。
过程控制实验报告
实验报告课程名称《过程控制检测仪表》学生学院自动化学院专业班级电气信息类(创新实验班)姓名学号指导教师朱燕飞2015 年12 月2 0日实验一单回路控制系统实验实验项目名称：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2--1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、SA-12、SA-44各挂件一个。
2．计算机一台、万用表一个。
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2--2连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
图2--1 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图 (b)方框图图2--2 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图2．打开上位机MCGS 组态环境，单击第二行第二列“单容定值控制系统”,单击,打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入MCGS 运行环境，在主菜单中单击“实验三、单容液位定值控制系统”，进入实验三的监控界面。
过程控制控实验报告
实验一 单容自衡水箱特性的测试一、实验目的1. a 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. A3000高级过程控制实验系统2. 计算机及相关软件 三、实验原理由图2.1可知，对象的被控制量为水箱的液位h ，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q 1，Q 2为流出水箱的流量。
手动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫米）都为定值。
根据物料平衡关系，在平衡状态时：0Q Q 2010=- （1） 动态时则有： dtdVQ Q 21=- （2） 式中V 为水箱的贮水容积，dtdV为水贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV =，即：dtdhA dt dV = （3） A 为水箱的底面积。
把式（3）代入式（2）得：QV116V104V103h∆h QV105QV102P102LT103LICA 103FV101MQ 1Q 2图2.1单容水箱特性测试结构图图2.2 单容水箱的单调上升指数曲线dtdhA=-21Q Q （4） 基于S 2R h Q =，R S 为闸板QV116的液阻，则上式可改写为dtdhA R h Q S =-1，即：或写作：1)()(1+=TS Ks Q s H （5） 式中T=AR S ，它与水箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。
式（5）就是单容水箱的传递函数。
若令SR s Q 01)(=，R 0=常数，则式（5）可改为： TS KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=⨯+= 对上式取拉氏反变换得： )e -(1KR h(t)t/T0-= （6）当∞→t 时0KR )h(=∞，因而有=∞=0R )h(K 阶跃输入输出稳态值。
当t=T 时，则)h(KR )e-(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。
式（6）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2.2所示。
过程控制仪表自动化
自动化仪表及DCS 实验报告学生姓名：王万秋学号：11052204专业班级：自动化11-1班实验二S7-200 PLC基本操作练习一、实验目的1、熟悉S7-200PLC实验系统及外部接线方法。
2、熟悉编程软件STEP7-Micro/WIN的程序开发环境。
3、掌握基本指令的编程方法。
二、实验设备1、智能仪表开发综合实验系统一套（包含PLC主机、各实验挂箱、各功能单元、PC机及连接导线若干）三、实验系统使用注意事项1、实验接线前必须先断开电源开关，严禁带电接线。
接线完毕，检查无误后，方可上电。
2、实验过程中，实验台上要保持整洁，不可随意放置杂物，特别是导电的工具和多余的导线等，以免发生短路等故障。
系统上电状态下，电源总开关下方L、N端子间有220VAC输出，实验中应特别注意！3、本实验系统上的各档直流电源设计时仅供实验使用，不得外接其它负载。
4、实验完毕，应及时关闭各电源开关（置关端），并及时清理实验板面，整理好连接导线并放置规定的位置。
四、实验内容（一）熟悉S7-200PLC的接线方法S7-200PLC是西门子公司生产的小型可编程逻辑控制器，其CPU模块接线方法如下图所示：实验系统将输入输出接点用固定连接线连到实验面板的固定插孔处。
如下图所示：在实验中使用导线将主机挂箱与其它挂箱连接，连接时要将主机的L+电源与各实验模块的L+输入连接；主机输出M端与实验模块中的M端相连；主机输出端1L、2L、3L与主机的M相连；主机输入端的1M、2M与主机电源L+相连，输入输出端子对应相连即可。
本次实验使用S21-2挂箱中的“基本指令编程练习”单元，如右图所示。
（二）STEP7-Micro/WIN软件简介STEP7-Micro/WIN编程软件为用户开发PLC应用程序提供了良好的操作环境。
在实验中应用梯形图语言进行编程。
编程的基本规则如下：1、外部输入/输出继电器、内部继电器、定时器、计数器等器件的接点可多次重复使用，无需用复杂的程序结构来减少接点的使用次数。
杭电《过程控制系统》实验报告
实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。
二．实验设备AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。
三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。
然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法。
不同的模型结构，有不同的图解方法。
单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。
如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。
根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。
令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。
过程控制综合实验报告
过程控制综合实验报告目录1.流量比值控制系统 (2)2.液位和进口流量串级控制 (5)3.流量-液位前馈反馈控制91 流量比值控制系统1.1 流量比值控制系统描述流量比值控制系统控制流程图如图1.1所示:图1.1 流量比值控制流程图流量比值控制测点清单如表1.1所示:表1.1流量比值控制控制测点清单水介质一路（简称为I路）由泵P101（变频器驱动, 手动控制作为给定值）从水箱V104中加压获得压头, 经电磁阀XV-101进入V103, 水流量可通过变频器或者手阀QV-106来调节；另一路（简称为II路）由泵P102从水箱V104加压获得压头, 经由调节阀FV-101.水箱V103.手阀QV-116回流至水箱V104形成水循环, 通过调节阀FV-101调节此路的水流量；其中, I路水流量通过涡轮流量计FT-101测得, II 路水流量通过电磁流量计FT-102测得。
本题为比值调节系统, 调节阀FV-101为操纵变量, FT-102的测量值与FT-101的测量值经除法器运算后结果作为FTC-101的测量值, FT-102是被控变量。
1.2 控制算法和编程这是一个单闭环流量比值控制系统, 流量计FT-101流量与流量计FT-102成比例控制, 如图1.2所示。
1.3 操作过程和调试编写控制器算法程序, 下装调试；编写测试组态工程, 连接控制器, 进行联合调试。
2.在现场系统上, 打开手阀QV-102.QV-105, QV115, QV106, 电磁阀XV101直接打开（面板上DOCOM接24V, XV101接GND）。
3.在控制系统上, 将支路1流量变送器（FT-101）输出连接到控制器AI1, 将支路2流量变送器（FT-102）输出连接到控制器AI0, 变频器控制端连接到AO0, 调节阀FV-101控制端连接到AO1, 且变频器手动控制。
4.打开设备电源, 包括调节阀电源, 变频器电源, 变频器设为外部信号操作模式。
仪表实验报告
实验一温度控制系统（一）一、实验目的1、了解温度控制系统的组成环节和各环节的作用。
2、观察比例、积分、微分控制规律的作用，并比较其余差及稳定性。
3、观察放大倍数P、积分时间I、微分时间dt对控制系统（闭环特性）控制品质的影响。
二、温度控制系统的组成电动温度控制系统是过程控制系统中常见的一种，其作用是通过一套自动控制装置，见图1，使炉温自动维持在给定值。
图1 温度控制系统炉温的变化由热电偶测量，并通过电动温度变送器转化为标准信号4～20mA直流电流信号，传送到电子电位差计进行记录，同时传送给电动控制器，控制器按偏差的大小、方向，通过预定控制规律的运算后，输出4～20mA直流电流信号给可控硅电压调整器，通过控制可控硅的导通角，以调节加到电炉（电烙铁）电热元件上的交流电压，消除由于干扰产生的炉温变化，稳定炉温，实现自动控制。
三、实验内容1、在相同扰动作用下，作出两条不同比例度的纯比例温度控制动态曲线，综合分析比例度对控制系统的影响。
2、在相同扰动作用下，作出两条相同比例度不同积分时间的比例积分温度控制动态曲线，分析积分时间对控制系统的影响3、作出比例积分微分温度控制动态曲线，综合分析微分时间对控制系统的影响。
4、观察小比例度时的温度两只动态曲线，综合分析原因。
四、实验步骤1、观察系统各环节的结构、型号、电路的连接，熟悉可控硅电压调整器和电动控制器上各开关、旋钮的作用。
2、控制系统闭环特性的测定：在以下实验中使用的P1 ，P2 ，I1，I2 ，dt1，Cr1的具体数值由各套实验装置具体提供。
（1）考察比例作用将δ置于某值P1 ，积分时间置最大（I=999），微分时间dt置于提供值不变，Cr1置于7，将干扰开关从“短”切向“干扰”，产生一个阶跃干扰（此时为反向干扰），同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录阶跃干扰加入的时刻，观察并记录在纯比例作用下达到稳定的时间及余差大小。
（2）考察积分作用保持P=P1不变，置I=I1，同时在记录仪的记录线上作一记号，以记录积分作用加入的时刻，注意观察积分作用如何消除余差，直到过程基本稳定。
过程控制系统实验报告
过程控制及检测装置硬件结构组成认识，控制方案的组成及控制系统连接过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。
本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人材为出发点。
实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉等。
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。
对象系统还留有扩展连接口，扩展信号接口便于控制系统二次开辟，如PLC 控制、DCS 控制开辟等。
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并进入角色。
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辟的平台。
本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC 三部份组成。
由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接， 4.5 千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成)，压力容器组成。
用，透明度高，有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。
水箱结构新颖，内有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽、出水槽，还设有溢流口。
二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。
锅炉采用不锈钢精致而成，由两层组成：加热层(内胆)和冷却层(夹套)。
做温度定值实验时，可用冷却循环水匡助散热。
加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度，可做温度串级控制、前馈－反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。
采用不锈钢做成，一大一小两个连通的容器，可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。
整个系统管道采用不锈钢管连接而成，彻底避免了管道生锈的可能性。
为了提高实验装置的使用年限，储水箱换水可用箱底的出水阀进行。
检测上、下二个水箱的液位。
其型号：FB0803BAEIR，测量范围：0~1.6KPa，精度：0.5 。
输出信号：4~20mA DC。
LWGY－6A，公称压力：6.3MPa，精度：1.0％，输出信号：4~20mA DC本装置采用了两个铜电阻温度传感器，分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。
杭电《过程控制系统》实验报告
实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
（2）根据由实际测得的单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。
二．实验设备AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。
三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，手动改变对象的输入信号（阶跃信号），同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线。
然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法。
不同的模型结构，有不同的图解方法。
单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。
如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2固定于某一开度值。
根据物料动态平衡的关系，求得：在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。
令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。
《仪表及过程控制》
《仪表及过程控制》实验报告册班级：姓名：学号：唐山学院电工电子实验教学中心2009年3月《仪表及过程控制》课程实验报告（一）实验名称单容自衡水箱液位特性测试实验实验时间年月日实验地点姓名合作者实验人学号实验小组第组实验性质□验证性□设计性□综合性□应用性实验成绩：评阅教师签名：一．实验测试结果1. 画出单容水箱液位特性测试实验的系统结构框图（根据实际被控对象结构绘制）。
2. 记录实验得到的数据及曲线，分析并计算出单容水箱液位对象的参数及传递函数。
《仪表及过程控制》课程实验报告（二）4.比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
5.分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。
《仪表及过程控制》课程实验报告（三）3.根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4.比较不同PID参数对系统性能产生的影响。
5.分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。
《仪表及过程控制》课程实验报告（四）3．根据扰动分别作用于主、副对象时系统输出的响应曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
4．分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响。
《仪表及过程控制》课程实验报告（五）3．根据输出的阶跃响应曲线，确定滞后的时间τ4．根据3个测试点所得的响应曲线，分析滞后时间τ的大小对系统动态性能的影响。
《仪表及过程控制》课程实验报告（六）3．根据输出响应响应曲线。
4．系统组态软件的设计。
（组态界面）《仪表及过程控制》课程实验报告（七）实验名称双容水箱液位特性测试实验实验时间年月日实验地点姓名合作者实验人学号实验小组第组实验性质□验证性□设计性□综合性□应用性实验成绩：评阅教师签名：一．实验测试结果1．画出双容水箱液位特性测试实验的系统结构框图（根据实际被控对象结构绘制）。
2．记录实验得到的数据及曲线，分析并计算出双容水箱液位对象的参数及传递函数。
《仪表及过程控制》课程实验报告（八）3.根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。
过程控制实验报告_4
过程控制综合实验报告题目: 加热水箱仿真实验院系: 自动化学院班级: 自动化100X班学生:2014年1月一、被控对象描述如图1所示为加热水箱系统结构图, 冷水由V1101进入加热器, 当液位L1101达到5米时, 打开蒸汽加热阀V1103, 将温度加热到90度, 然后打开Q1102, 保持流量为40m3/h。
说明：1.液位L1101最大高度为6米, 超过6米水将溢出；2、液位L1101低于高度3米的时候, 不能够打开V1103进行加热, 否则会产生干烧现象；图1 加热水箱系统结构图二、检测仪表及执行机构1.检测检测点说明单位仪表位号Q1101 入水流量Q1102 出水流量Q1103 蒸汽流量L1101 液位高度T1101 容器内热水温度2.执行执行机构说明机构位号V1101 入水流量调节阀V1102 出水流量调节阀V1103 蒸汽流量调节阀3.开关执行机构说明阀位号XV1101 入水管线调节阀前阀XV1102 出水管线调节阀前阀XV1103 蒸汽管线调节阀前阀4.开关反馈信号开关阀信号检测位号XV1101_FB_OPEN XV1101阀开信号XV1101_FB_CLOSE XV1101阀关信号XV1102_FB_OPEN XV1102阀开信号XV1102_FB_CLOSE XV1102阀关信号XV1103_FB_OPEN XV1103阀开信号XV1103_FB_CLOSE XV1103阀关信号三、控制要求1.液位L1101保持在5m的高度；2.输出流量控制在40m3/h；3.温度T1101控制在90度；4.根据控制要求设计控制方案；5.创建CFC来构建控制回路；6.创建SFC实现系统启动、停止的过程7、设计WinCC组态画面, 能够在OS上供用户操作四、实验验收要求1.达到各项控制要求；2.输出流量调整到30m3/h, 系统要保持稳定；3.温度T1101设定调整到80度, 系统要保持稳定；4、液位调整到4m, 系统要保持稳定；五、控制方案设计我们的方案是用三个PID控制器分别控制被控的三个参数, 即液位高度、液体温度和出水流量,这种方案比较简单易实现,但是三个PID控制器不仅仅对自己所控制的量会产生影响, 一个控制器对另外两个控制器所控制的量会产生影响, 所以在设置PID参数的时候, 不能单独考虑, 必须几个PID参数进行协调设定, 才能达到控制目标。
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第二章实验装置介绍“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。
过程控制与检测仪表课程设计报告指导书
- - -.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。
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5．分析 P、PI、PD、PID 四种控制规律对本实验系统的作用。 采用 P 调时， 控制器的输出与输入误差信号成比例关系， 当仅有比例控制时
系统输出存在稳态误差； 采用 PI 调时，控制器的输出与输入误差信号的积分成正比关系，积分控制 可以是系统实现无静差的情况下保持恒速运行，实现无差调速，消除稳态误差； 采用 PD 时，由于微分的超前作用，能增加系统的稳定度，震荡周期变短， 减小了误差，但是微分抗干扰能力变差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端 饱和。 而采用 PID 调时， 控制器的输出与输入误差信号的微分 （即误差的变化率） 成正比关系。是常规调节器中性能最好的一种调节器。具有各种调节器的优点。
图 2--1
中水箱单容液位定值控制系统 (a)结构图 (b)方框图
图 2--2
智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图
2．打开上位机 MCGS 组态环境，单击第二行第二列“单容定值控制系统”, 单击“↓ ”,打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入 MCGS 运行环境，在主 菜单中单击“实验三、单容液位定值控制系统” ，进入实验三的监控界面。 3．接通“总电源”空气开关和“钥匙开关” ，打开“24V 电源开关”，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。 4．①在上位机监控界面中把“设定值”设置为一个合适的值（从低水位开 始每次增加 3-4cm，设定值增加的幅度应相等,以便获得的曲线有可比性,水箱最 高水位为 15cm） 。 ②将“P、I”值设置为一个合适的值。 （ P, I 50 ,参照下表） ③点击检查通信状态：通信状态应正常；输入规格：33；输入下限：0；输 入上限：50；正反作用：0；关闭通信状态。 ④单击“启动仪表”系统进入自动运行状态。 5．合上“三相电源”空气开关，磁力驱动泵上电打水，使中水箱的液位平 衡于设定值，观察记录响应曲线的变化。 6． 按下表给出的 PID 值作出相应曲线，分析曲线，找出规律，选择合适 P、 I 值，做出 4﹕1 的响应曲线。
7．待液位平衡后，通过以下方式加干扰： 突增（或突减）仪表设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；
加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳 定至新的设定值，记录整个过程的曲线。
（二） 、S7-200PLC 控制 1．将 SA-42 S7-200PLC 控制挂件挂到屏上，并用 PC/PPI 通讯电缆线将 S7-200PLC 连接到计算机串口 2，并按照图 2-4 接线图连接实验系统。将“LT2 中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。 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 S7-200PLC 及电动调节阀上 电。 3．打开 Step 7-Micro/WIN 32 软件，并打开“S7-200PLC”程序进行下载， 然后将 S7-200PLC 置于运行状态， 然后运行 MCGS 组态环境， 打开 “S7-200PLC 控制系统”工程，然后进入 MCGS 运行环境，在主菜单中点击“实验四、双容 液位定值控制” ，进入实验四的监控界面。 4．以下步骤请参考前面“ （一）智能仪表控制”的步骤 4～7。 五、实验报告要求 1．画出双容水箱液位定值控制实验的结构框图。
图 2-5 双容液位定值控制系统 (a)结构图 (b)方框图
三、实验主要仪器设备和材料（同前） 四、实验方法、步骤及结果测试 本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象 （也可选择上水箱和中水箱） 。 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 全开，将中水 箱出水阀门 F1-10、下水箱出水阀门 F1-11 开至适当开度（要求阀 F1-10 稍大于 阀 F1-11） ，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 2-2 连接实验系统。将“LT3 下水箱液位”钮子开关拨到“ON” 的位置。 2．打开上位机 MCGS 组态环境，单击第一行倒第四列“双容水箱液位定值 控制系统” ，单击↓标号，打开“智能仪表控制系统”工程，然后进入 MCGS 运 行环境，在主菜单中单击“实验四、双容液位定值控制系统” ，进入实验四的监 控界面。 3．接通“总电源”空气开关和“钥匙开关” ，打开“24V 电源开关” ，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。 4．①在上位机监控界面中把“设定值”设置为一个合适的值（从低位开始 每次增加 3-4cm，设定值增加的幅度应相等,以便获得的曲线有可比性,水箱最高 水位为 15cm） 。 水箱最高水位为 15cm） 。 ②将“P、I”值设置为一个合适的值。 （ P, I 50 ，参照下表） ③点击检查通信状态：通信状态应正常；输入规格：33；输入下限：0；输 入上限：50；正反作用：0；关闭通讯状态。 ④单击“启动仪表”系统进入自动运行状态。 5．合上“三相电源”空气开关，磁力驱动泵上电打水，使下水箱的液位平 衡于设定值，观察记录响应曲线的变化。 6． 按下表给出的 PID 值作出相应曲线，分析曲线，找出规律，选择合适 P、 I 值，做出 4﹕1 的响应曲线。 P 10 30 10 自选 I 20 20 40 自选 D 0 0 0 自选 响应曲线 坐标一 坐标二 坐标三 坐标四、4/1 曲线
2．用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。 实验中上水箱作为主调节器，中水箱作为副调节器，由中烧控制系统的特点 知道上水箱的输出作为中水箱的输入，由系统响应曲线可知，在系统稳定，系统 为纯比例作用的情况下，副调节器的比例故大系数技经验选取为 150，积分时间 和微分时问都为 O,并将其设置在副调节器上，然后按照单回路控制系统的任一 种参数整定方法整定主调节器的参数，改变给定值，根据主调节器放大系致和副 调节器的放大系致的匹配原理， 适当调整调节器的参数，使得主参数品质最低如 果出现较大的振荡现象， 只要加大主调节器的比例度和增大积分时闻即可改善系 统性能， 实验中主调节器的比例系数设定为 300.积分时间 20.由阁可知设定了积 分时同，减少了振荡，是系统更稳定。 3．根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。 由曲线可知 1 系统在受到阶跃扰动的情况下，若增大系统的比例放大系致， 则会缩短振荡周期，能够快速消除干扰，使系统趋于稳定，但是此时系统的静态 误差将会变大。若增大积分时间常数，也可以起到快速消除干犹的作用，使得系 统稳定性增强， 此时若增加微分环节， 则会使得系统的动态误差和静态误差减小， 但是增加微分后的系统抗干扰的能力则下降。
实验报告
课程名称过程控制与仪表实验 学生学院自动化学院 专业班级 2014 级电气（1）班 学 号 xxxxxx
学生姓名 xxx 课程教师朱燕飞
2017 年 6 月 16 日
实验一
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 2--1 所示。被量为中水箱（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、SA-12、SA-44 各挂件一个。 2．计算机一台、万用表一个。 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 2--2 连接实验系统。将“LT2 中水箱液位”钮子开关拨到“ON” 的位置。
实验二
实验项目名称：双容水箱液位定值控制系统 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．通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。 2．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。 3．研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。 4．研究 P、PI、PD 和 PID 四种调节器分别对液位系统的控制作用。 5．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、实验内容（原理）和要求 本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象， 下水箱的液位高度为系统的被 控制量。要求下水箱液位稳定至给定量，将压力传感器 LT3 检测到的下水箱液 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， 以达到控制下水箱液位的目的。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。本实验系统结构图和方框图 如图 2-5 所示。
坐标五
（二） 、S7-200PLC 控制 1．将 SA-42 S7-200PLC 控制挂件挂到屏上，并用 PC/PPI 通讯电缆线将 S7-200PLC 连接到计算机串口 2，并按照图 2--4 控制屏接线图连接实验系统。将
“LT2 中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。 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 S7-200PLC 及电动调节阀上 电。 3．打开 Step 7-Micro/WIN 32 软件，并打开“S7-200PLC”程序进行下载， 然后将 S7-200PLC 置于运行状态， 然后运行 MCGS 组态环境， 打开 “S7-200PLC 控制系统”工程，然后进入 MCGS 运行环境，在主菜单中点击“实验三、单容 液位定值控制” ，进入实验三的监控界面。 4．以下步骤请参考前面“ （一）智能仪表控制”的步骤 4～7。