CS2000型无纸记录仪实验指导书

C3000实验指导书

CS2000高级过程控制实验装置 C3000仪表控制实验指导书

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目 录

第一部分 性能指标................................................... 3

1.1 简介 ................................................................................................................... 3 1.2 详细说明 ............................................................................................................ 3 1.3 输入信号 ............................................................................................................ 4 1.4 输出信号 ............................................................................................................ 5 1.5 其他参数 ............................................................................................................ 5

第二部分 实验...................................................... 6

实验一、一阶单容水箱液位特性测试实验.................................................................. 7 实验二、二阶双容水箱液位特性测试实验.................................................................11 实验三、加热水箱温度特性测试实验....................................................................... 15 实验四、纯滞后对象特性测试实验 .......................................................................... 18 实验五、一阶单容水箱液位PID控制实验................................................................ 21 实验六、二阶双容水箱液位PID控制实验................................................................ 25 实验七、加热水箱水温PID控制实验....................................................................... 27 实验八、单回路（电磁）流量PID控制实验 ................................ 错误！未定义书签。 实验九、双容水箱液位串级控制实验....................................................................... 29 实验十、流量单闭环比值控制实验 .......................................................................... 34

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第一部分 性能指标

1.1 简介

C3000过程控制器采用高亮度、宽视角的5.6英寸TFT液晶显示屏。在实时数显画面中，根据组态的不同，最多能同时显示6路不同的数据。实时棒图和数显画面中，每一路输入信号都有单独的实时报警提示。C3000过程控制器具有320×234点阵256色显示，采用32M NAND Flash作为历史数据的存储介质，还可通过CF卡将组态设置和历史数据保存在计算机或其他设备中，将所需要的数据永久保存。

1.2 详细说明

显 示错误！未找外型尺寸 开孔尺寸 安装面板厚度 重 量 供 电 内部存储 外部转存 最大功耗 隔 离 相对湿度 工作温度 5.6英寸TFT液晶显示屏 144mm×144mm×240mm 138mm×138 mm 1.5mm~8.0mm 约2.52kg 交流电源：~ (47-63)Hz (86-264)V 直流电源：(20~30)VDC 32M NAND Flash CF卡 30VA（AC）；30W（DC） < 500VAC 通道和地；< 250VAC 通道和通道 10%~85%（无结露） 0℃~50℃ C3000过程控制器 AD:杭州市滨江区六和路中控科技园 TEL:+86 571 86668735 ─3─

运输和存储温度

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-20℃~60℃

若无特殊指明，所有指标适用于＋18℃到＋28℃的温度范围。 所有指标假定5分钟的暖机时间，温度系数从-10℃到18℃及+28℃到55℃为±0.005％/℃。

1.3 输入信号

模拟量输入

类型 (-1~1)V 直流电压 (-10~10)V (-100~100)mV (-20~20)mV 直流电流 (0~20)mA 量程范围 (-1~1)V (-10~10)V (-100~100)mV (-20~20)mV (0~20)mA 相对精度（％） ±0.2% ±0.05% ±0.05% ±0.05% ±0.05% 环境温度影响 （%/10℃） ±0.1 ±0.05 ±0.05 ±0.05 ±0.05 热电阻 Pt100 JPt100 Cu50 量程范围 -200~800 -100~400 -50~140 相对精度（％） （不含冷端误差） ±0.5℃ ±0.5℃ ±1.0℃ 环境温度影响 （%/10℃） ±0.05 ±0.05 ±0.05 热电偶 B E J K 量程范围 600~800 -200~1000 -200~1200 -200~-100 -100~1300 -50~100 S 100~300 300~1600 T N R WRe5-26 WRe3-25 -200~-100 -100~380 -200~1300 -50~100 100~300 300~1600 0~2300 0~2300 相对精度（％） （不含冷端误差） ±2.4℃ ±2.4℃ ±2.4℃ ±3.3℃ ±2.0℃ ±3.7℃ ±2.0℃ ±1.5℃ ±1.9℃ ±1.6℃ ±3.0℃ ±3.7℃ ±2.0℃ ±1.5℃ ±4.6℃ ±4.6℃ ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 环境温度影响 （%/10℃） ±0.1 ±0.1 ±0.1 ±0.1 开关量输入 AD:杭州市滨江区六和路中控科技园 TEL:+86 571 86668735 ─4─

开关量 DI输入 C3000实验指导书

幅值 5V~10V 低电平 <1V 高电平 >4.5V，<10V 相应周期 同采样输入 频率输入 低电平小于1V，高电平大于4.5V，小于10V。

频率 FI输入 幅值 0V~5V 响应周期 1s 量程范围 (10~10000)Hz ±0.1 相对精度（％） 1.4 输出信号

模拟量输出

类型 AO输出 量程范围 (0~20)mA 相对精度（％） ±0.2 环境温度影响（%/10℃） ±0.1 继电器输出

继电器送出通断信号，为常开触点。响应周期同采样周期。

PWM脉冲宽度输出

输出的分辩率是1/32秒（31.5毫秒），最短输出周期1秒，最长输出周期999秒。输

出精度与输出周期有关。

1.5 其他参数

熔丝规格 配电规格 绝缘强度 硬件看门狗 实时时钟 掉电保护 报 警 通讯接口 通讯协议 采样周期 每通道50mA，24VDC 电源对地绝缘强度大于2200VDC 1500VAC，漏电流0.3mA，1分钟 集成WATCHDOG芯片，保证主机长期安全可靠运行 采用硬件实时时钟，掉电后由锂电池供电，最大时钟误差±1分/月 所有数据保存在FLASH存储器中，无需后备电池，确保所有历史数据及组态参数不会因掉电而丢失 最多12通道，250VAC 3A继电器常开触点，或者同时具有6路常开和常闭触点 提供RS-485和RS-232C两种通讯接口供用户选择，但不能同时使用，其中RS-485串行总线与主机隔离 采用浙大中控R-Bus通讯协议，通讯波特率有5种可选，即1200bps，9600bps，19200bps，57600bps和115200bps 仪表的模拟量采样周期具有1秒/8路、0.5秒/4路、0.25秒/2路、0.125秒/1路四种 C3000过程控制器 3.0A/250VAC，慢熔断型。使用时无需更换 AD:杭州市滨江区六和路中控科技园 TEL:+86 571 86668735 ─5─

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第二部分 实验

我们针对CS2000型过程控制实验装置设计特性测试、位式控制、单回路PID控制、串级控制、比值控制五大类10个实验。关于CS2000型过程控制实验装置的具体操作请参考《CS2000型过程控制实验装置使用说明书》

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实验一、一阶单容水箱液位特性测试实验

一、实验目的

1、熟悉一阶对象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、实验器材

CS2000型过程控制实验装置

配置：C3000过程控制器、实验连接线。

三、实验原理

单容水箱系统如图1-1所示。

液位控制水箱V1Q1手动设定LThV2Q2 图1-1 单容水箱系统示意图

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2-1所示，设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h，出水阀V2

固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：

R2Cd?hdt??h?R2?Q2

在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：

G?s??H?s?Q2?s??R2R2Cs?1?KTs?1

式中，T为水箱的时间常数（注意：阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R2C，

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K=R2为单容对象的放大倍数，R1、R2分别为V1、V2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。令输入流量Q1 的阶跃变化量为R0，其拉氏变换式为Q1（s）=R0/s，R0为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：

H?s??KR0s?Ts?1??KR0s?KR0s?1/T

当t=T时，则有：

h?T??KR01?e??1??0.632KR?t/T0?0.632???

即

ht??KR01?e??

当t→∞时，h（∞）=KR0， 因而有K=h（∞）/R0

h（∞）为输出稳态值，R0为阶跃输入

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。当由实验求得图1-2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点 所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：

dht?dtt?0?KR0Te?t/Tt?0?KR0T?h???T

上式表示h（t）若以在原点时的速度h（∞）/T 恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（∞）。

h1h1???0.63h1???0Tt 图1-2 一阶对象阶跃响应曲线

四、实验内容和步骤

此实验以一号液位控制水箱的液位为检测对象。

1、 打开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，

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将储水箱灌满水。打开一号液位控制水箱进水阀V11，将其出水阀V10打开至适当开度。 2、 将一号液位控制水箱的液位信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输

出通道1信号送电动调节阀，具体接线如下所述：

1）C3000仪表信号通道1接上水箱液位信号（信号面板通道1），C3000仪表信号通道12接调节阀控制（信号面板通道11）。

2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制

回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。

3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、

检测设备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，将阀门开度及液位高度填入下表。

阀门开度（输出值） 液位高度h1（mm） 5、 进入调节画面，改变阀门开度，如30%，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以此数

据绘制变化曲线。 t（s） h1（mm） 6、 切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，将阀门开度及液位高度填入下表。

阀门开度（输出值） 液位高度h1（mm） 7、 进入调节画面，将阀门开度改回步骤5前的阀门开度，如10%，记录阶跃响应得过程参

数，填入下表。 t（s） h1（mm） 8、 重复上述实验步骤。

五、实验报告

1、 作出一阶环节的阶跃响应曲线。

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2、 根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。

六、注意事项

1、 实验过程中，阀8不得任意改变开度大小。

2、 阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实

性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~30%。 3、 在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。

七、思考题

1、 在做本实验时，为什么不能任意变化阀8的开度大小？

2、 用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点?

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0-100。

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3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、

检测设备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始模块开度，如50%；切换至监控画面，观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度及水温填入下表。

调压模块开度（输出值） 水温t1（℃） 5、 进入调节画面，改变调压模块开度，如90%，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以

此数据绘制变化曲线。点击输出的设置按钮，改变输出值的大小，如0.9，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以此数据绘制变化曲线。 t（s） t1（℃） 6、 切换至监控画面，观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度（输出值）及水

温填入下表。

调压模块开度（输出值） 水温t1（℃） 7、 进入调节画面，将调压模块开度改回步骤5前的调压模块开度，如50%，记录阶跃响应

得过程参数，填入下表。 t（s） t1（℃） 8、 重复上述实验步骤。

五、实验报告

1、 作出加热水箱系统的阶跃响应曲线。

2、 根据实验一实验原理中所述的方法，求出加热水箱系统的相关参数。 3、 试比较温度系统与液位系统的不同之处。

六、注意事项

1、 做本实验过程中，阀V15不得任意改变开度大小，且不可过大。 2、 在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。

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七、思考题

1、 在做本实验时，为什么不能任意变化加热水箱进水阀的锅炉大小？ 2、 温度系统的滞后与二阶液位系统的滞后引起的原因是否相同。

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实验四、纯滞后对象特性测试实验

一、实验目的

1、熟悉纯滞后（温度）对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

2、根据由实际测得的纯滞后（温度）阶跃响应曲线，分析加热系统的飞升特性。

二、实验器材

CS2000型过程控制实验装置

配置：C3000过程控制器、实验连接线。

三、实验原理

整个纯滞后系统如图4-1所示，加热水锅炉纯滞后水箱提供热水。纯滞后水箱进水水温发生变化时，滞后出口的水温要隔一段时间才发生变化各隔板的上沿均低于水箱的外沿，这样如果水流意外过大则会漫过各隔板直接进入I区间再流出。

Q调压模块手动设定五号加热水箱t1t3t2IHGFEDCBA六号纯滞后水箱 图3-1 纯滞后系统示意图

四、实验内容和步骤

此实验以纯滞后水桶的水温为检测对象，循环水流量恒定，约1.5L/Min。

1、 打开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，旁路阀V3，关闭其他手阀，将

储水箱灌满水。打开五号加热水箱进水阀V15。

2、 将锅炉内胆温信号送至C3000过程控制器的模拟量输入通道1，纯滞后水箱的水温信号

送至通道2，将模拟量输出通道1信号送调压模块调节加热功率，具体接线如下所述： 1）C3000仪表信号通道1接纯滞后温度信号（信号面板通道6），C3000仪表信号通道12接

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加热控制（信号面板通道13）。

2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制

回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。

3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、加热、检测设

备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

入调节画面，将过程控制器设为手动。首先设定一个初始调压模块开度，如50%；切换至监控画面，观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度、进口水温，短滞后水温、长滞后水温填入下表。 调压模块开度 进口水温t1（℃） 短滞后水温t2（℃） 长滞后水温t3（℃） 5、 进入调节画面，改变调压模块开度，如90%，记录阶跃响应得过程参数，填入下表，以

此数据绘制变化曲线。 t（s） t1（℃） t2（℃） t3（℃） 6、 切换至监控画面，观察水温变化，当水温趋于平衡时，将调压模块开度、进口水温，短

滞后水温、长滞后水温填入下表。 调压模块开度 进口水温t1（℃） 短滞后水温t2（℃） 长滞后水温t3（℃） 7、 进入调节画面，将调压模块开度改回步骤5前的调压模块开度，如50%，记录阶跃响应

得过程参数，填入下表。 t（s） t1（℃） t2（℃） t3（℃） 8、 重复上述实验步骤。

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五、实验报告

1、 作出锅炉的出口水温t1，纯滞后水箱的短滞后水温t2的阶跃响应曲线。 2、 根据实验一实验原理中所述的方法，求出纯滞后系统的相关参数。

六、注意事项

1、 出水阀V61、V62、V63、V64在实验过程中必须关闭，实验后可以打开将水排空。 2、 水流不可过大，以免溢出。

七、思考题

1、 比较加热水箱的出口水温t1，纯滞后水箱的短滞后水温t2，纯滞后水箱的长滞后水温

t3的相关参数，看它们之间有何联系。

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实验五、一阶单容水箱液位PID控制实验

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、实验器材

CS2000型过程控制实验装置

配置：C3000过程控制器、实验连接线。

三、实验原理

给定值+-液位变送器PID调节器电调节阀水箱水箱液位 图6-1 一阶单回路PID控制方框图

图6-1为一阶单回路PID控制方框图，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。本系统所要保持的恒定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，采用工业PLC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。因此，当一个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是一个很重要的实际问题。

图6-2 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线

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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）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图6-2中的曲线①、②、③所示。

四、实验内容和步骤

此实验以上水箱液位控制水箱的液位为检测对象。

1、 开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，将

储水箱灌满水。打开上水箱进水阀V11，出水阀V10打开至适当开度。

2、 将上水箱的液位信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输出通道1信

号送电动调节阀，具体接线如下所述：

1）C3000仪表信号通道1接上水箱液位信号（信号面板通道1），C3000仪表信号通道12接调节阀控制（信号面板通道11）。

2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制

回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。

3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、

检测设备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

入调节画面，将调节仪设为手动。比例度P、积分时间I、微分时间D可分别设置。在许多控制系统中，只需要一种或两种回路控制类型。例如只需要比例回路或者比例积分回路。通过设置常量参数，可先选中想要的回路控制类型。如果不想要积分回路，可以把积分时间I设为无穷大（32768）。如果不想要微分回路，可以把微分时间D置为零。如果不想要比例回路，但需要积分或积分微分回路，可以把增益设为100%。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，再进行下一个步骤。 5、 比例（P）调节

1） 设定给定值，将积分时间I设为无穷大（32768），把微分时间D置为零，调整P。

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待液位平衡后点击状态切换按钮，将控制器投入运行。

2） 待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设

定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。

3） 减小P重复步骤2，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。 4） 增大P重复步骤2，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。

5） 选择合适的P，可以得到较满意的过渡过程曲线。改变设定值（如设定值由50％变

为60％），同样可以得到一条过渡过程曲线。

6、 比例积分（PI）调节

1） 在比例调节实验的基础上，加入积分作用，观察被控制量是否能回到设定值，以验

证PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。设定给定值，把微分时间D置为零，调整P、I。待液位平衡后点击状态切换按钮，将控制器投入运行。

2） 固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃

扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量σp。 积分时间常数I 超调量σp 大 中 小 3） 固定于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据

此列表记录不同值I下的超调量σp。

比例P 超调量σp 大 中 小 4） 选择合适的P和I值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程

曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。

7、 比例积分微分（PID）调节

1） 在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，然后加上与前面实验幅

值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与PI控制下的曲线相比较，由此可看到微分对系统性能的影响。设定给定值，调整P、I、D。待液位平衡后点击状态切换按钮，将控制器投入运行。

2） 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

五、实验报告

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1、 用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。 2、 用临界比例度法整定调节器的参数，写出三种调节器的余差和超调量。 3、 作出P调节器控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线。 4、 作出PI调节器控制时，不同δ和I值时的阶跃响应曲线。 5、 画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。 6、 比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。

六、注意事项

1、 每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。 2、 设定值不可过大，以免溢出。

七、思考题

1、 为什么要强调无扰动切换？

2、 试定性地分析三种调节器的参数δ、（δ、I）和（δ、I和D）。的变化对控制过程各产

生什么影响？

3、 如何实现减小或消除余差？纯比例控制能否消除余差？

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实验六、二阶双容水箱液位PID控制实验

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、实验器材

CS2000型过程控制实验装置

配置：C3000过程控制器、实验连接线。

三、实验原理

给定值+-液位变送器PID调节器电调节阀上水箱下水箱水箱液位 图7-1 二阶单回路PID控制方框图

图7-1为双容水箱液位控制系统。这也是一个单回路控制系统，它与实验四不同的是有两个水箱相串联，控制的目的是使下水箱的液位高度等于给定值所期望的高度，具有减少或消除来自系统内部或外部扰动的影响功能。显然，这种反馈控制系统的性能完全取决于调节器Gc（s）的结构和参数的合理选择。由于双容水箱的数学模型是二阶的，故它的稳定性不如单容液位控制系统。

对于阶跃输入（包括阶跃扰动），这种系统用比例（P）调节器去控制，系统有余差，且与比例度成正比，若用比例积分（PI）调节器去控制，不仅可实现无余差，而且只要调节器的参数K和Ti调节得合理，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的控制作用，从而使系统既无余差存在，又使其动态性能得到进一步改善。

四、实验内容和步骤

此实验以上、中水箱的液位为控制对象。

1、 储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，将储

水箱灌满水。打开上水箱进水阀V13，将上水箱通中水箱出水阀V31、中水箱出水阀V10打开至适当开度。

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2、 将中水箱的液位信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输出通道1信

号送电动调节阀，具体接线如下所述：

1)C3000仪表信号通道1接中水箱液位信号（信号面板通道1），C3000仪表信号通道12接调节阀控制（信号面板通道11）。

2)仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制

回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。

3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、

检测设备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察液位变化，当液位趋于平衡时，再进行下一个步骤。

5、 设定给定值，调整P、I、D各参数。待液位平衡后点击状态切换按钮，将控制器投入运

行。

6、 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

五、实验报告

1、 画出双容水箱液位控制实验系统的结构图。 2、 比较一阶与二阶对象控制的异同。

六、注意事项

1、 每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。 2、 设定值不可过大，以免溢出。

七、思考题

1、 为什么双容液位控制系统比单容液位控制系统难于稳定？ 2、 调节器参数（P、I和D）的改变对整个控制过程有什么影响？

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实验七、加热锅炉内胆PID控制实验

一、实验目的

1、 进一步熟悉温度控制系统。 2、 研究温度PID控制的特点。

二、实验器材

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配置：C3000过程控制器、实验连接线。

三、实验原理

图8-1为一阶单回路PID温度控制的流程图。这也是一个单回路控制系统，控制的目的是使锅炉内胆的温度等于给定值。与前面实验中锅炉内胆的二位式控制相比PID控制的精度更高，但需要仔细的设置好PID参数，温度控制一般调节变化较慢

Q调压模块TCQTT加热水箱 图8-1 一阶单回路PID温度控制示意图

四、实验内容和步骤

此实验以加热水箱的出口水温为控制对象。

1、 水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，旁路阀V3，关闭其他手阀，将储水箱

灌满水。打开锅炉内胆进水阀V15。

2、 将锅炉内胆温度信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输出通道1信

号送调压模块调节加热功率，具体接线如下所述：

1)C3000仪表信号通道1接锅炉内胆信号（信号面板通道4），C3000仪表信号通道12接加热控制（信号面板通道13）。

2)仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制

回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。

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3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、加热、检测设

备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始调压模块开度，如50%；切换至监控画面，观察水温变化，当水温趋于平衡时，再进行下一个步骤。

5、 设定给定值，调整P、I、D各参数。待液位平衡后点击状态切换按钮，将控制器投入运

行。

6、 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

五、实验报告

1、 画出温度PID控制系统的方块图。

2、 绘出温度PID控制系统的调节曲线，与单容水箱液位PID控制及温度位式控制做比较。

六、注意事项

1、 实验时必须确定加热液位高于加热管的加热部分才可打开加热管电源。 2、 每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。

七、思考题

1、 在温度控制系统中，为什么用PD和PID控制，系统的性能并不比用PI控制有明显地改

善？

2、 连续温控与断续温控有何区别？

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实验八、主回路流量PID控制实验

一、实验目的

1、 通过实验熟悉单回路流量控制系统的组成和工作原理。

2、 定性地研究P、PI和PID调节器的参数对流量控制系统性能的影响。 3、 熟悉主回路流量计的工作特点。 二、实验器材

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配置：C3000过程控制器、实验连接线。 三、实验原理

图8-1为一阶单回路PID流量控制的流程图。这也是一个单回路控制系统，控制的目的是使流量等于给定值。流量控制一般调节变化较快。

FCFTQ 图8-1 一阶单回路PID控制方框图

四、实验内容和步骤

此实验以主管路流量为控制对象。

1、 打开储水箱进水阀V8，主管路泵阀V1，副管路泵阀V2，主管路阀V4，关闭其他手阀，

将储水箱灌满水。打开一号液位控制水箱进水阀V11、一号水箱出水阀V10。 2、 将主回路流量信号送至C3000过程控制器模拟量输入通道1，将模拟量输出通道1信号

送电动调节阀，具体接线如下所述：

1）C3000仪表信号通道1接主回路流量信号（信号面板通道9），C3000仪表信号通道12接调节阀控制（信号面板通道11）。

2）仪表回路的组态：点击menu——进入组态——控制回路——PID控制回路PID01的设置，给定方式设为：内给定；测量值PV设为：AI01，其余默认即可，量程0-100。

3、 打开控制台及实验对象电源开关，打开调节仪电源开关，打开主管路泵、电动调节阀、

检测设备电源开关。

4、 进入组态画面，设定输入信号为1-5V电压信号，输出信号为4-20mA电流信号；再进

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入调节画面，将调节仪设为手动。首先设定一个初始阀门开度，如10%；切换至监控画面，观察流量变化，当流量趋于平衡时，再进行下一个步骤。

5、 设定给定值，调整P、I、D各参数。待流量平衡后点击状态切换按钮，将控制器投入运

行。

6、 在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。 五、实验报告

1、 画出流量控制系统的实验控制方框图。 六、注意事项

1、 每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。 七、思考题

1、 从理论上分析调节器参数(δ、I)的变化对控制过程产生什么影响？ 2、 流量控制与液位控制及温度控制相比有什么特点？

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