过程控制工程实验报告

过程控制理论在现代工业中的应用

孙威

（专业：机电一体化 学号：20911P29）

摘要：本文介绍了过程控制理论的基本定义，阐述了过程控制理论的重要实用意义及发展的方向与趋势；同时概括性的说明了现代工业发展的环境与挑战，以及把过程控制理论应用在现代工业生产中的重大意义。 关键词：过程控制工程、现代控制理论、工业生产、智能控制

Abstract: this paper introduces the basic definition process control theory, this paper expounds the important practical process control theory of meaning and the development direction and trend; Meanwhile synoptically illustrates the modern industrial development environment and challenges, as well as the process control theory applied in the significan

过程控制实验报告

专 业：控制工程

小组成员：

组长：

组员：

指导老师： 许向阳 王小平

实验内容

1） 2） 3） 4） 5） 6）

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 实验三：单容液位定值控制系统 实验四：双容水箱液位定值控制系统

实验五：下水箱液位与进水流量串级控制系统 实验六：单容水箱液位的模糊PID控制

实验要求

1） 第一次实验要求（实验一和实验二）：熟悉过程控制实验系统的每一个设备，熟悉开关机过程和接线，完成一级水箱液位的单回路控制实验，观察PID算法中比例、积分、微分的作用；

2） 第二次实验要求（实验三和实验四）：完成二级水箱液位的单回路控制实验和水流量/一级水箱液位的串级控制实验。 3） 第三、四次实验要求（实验五和实验六）：设计一种先进控制算法，在DCS系统上完成组态、接线、调试和参数整定的工作，要求算法自行编写，不能用DC

1.什么是过程控制系统？其基本分类方法有哪几种？

过程控制系统通常是指工业生产过程中自动控制系统的被控量是温度、压力、流量、液位、成分、粘度、湿度和PH等这样一些过程变量的系统。

按过程控制系统的结构特点来分类：反馈控制系统、前馈控制系统、前馈-反馈控制系统 按给定值信号的特点来分：定值控制系统、程序控制系统、随动控制系统

2.何为集散控制系统？试述其基本组成部分与各部分工作原理。

集散控制系统由过程输入-输出接口、过程控制单元、数据高速通路、CRT操作站、管理计算机等无五部分组成。

①过程输入-输出接口 它是带有微处理器的智能装置，主要用于采集过程信息。

②过程控制单元：它相当于若干个常规调节器，能完成常规调节器的全部运算和控制功能，通过软件组态能灵活的构成满足各种不同控制要求的复杂控制过程。

③数据高速通路：它是一条同轴电缆或光导纤维，高速率传送基本控制单元、过程输入-输出接口单元与现实操作站之间的数据。

④CRT操作站 它是集散控制系统的人机接口装置，主要用于操纵工艺生产过程，并监视工厂的运行状态及回路组态，调整回路参数，现实动态流程画面以及进行部分生产管理。 ⑤管理计算机 它通过数据通信总线和系统中的各智能单元，采集各种数据信息

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

1

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

西安电子科技大学

过程控制系统实验

学 院 机电工程学院 专 业 自动化 班 级 xxxx 学 号 xxxxx 学生姓名 xxxx 授课老师 xxx

学 期 二〇一六学年春季学期

第一节单容水箱特性的测试

一、实验目的

1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，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，用相关的方法确定被测对象的特征参数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

2-1-1单容水箱对象特性测试系统 （a）结构图 （b）方框图

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2-1-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。

阀门F1-1、F1-6、F1-10和F1-11全开，设上水箱流入量为Q1，改变气动调节阀的开度可以改变Q1的大小，上水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-9的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q

目 录

第一章 过程控制仪表课程设计的目的 ............................1

1.1 设计目的 ...................................................1 1.2 课程在教学计划中的地位和作用 ...............................1

第二章 液位控制系统（实验部分） ..............................2

2.1 控制系统工艺流程 ...........................................2 2.2 控制系统的控制要求 .........................................4 2.3 系统的实验调试 .............................................5

第三章 水箱压力控制系统设计 ...................................7

3.1 引言 ......................................................12 3.2 系统

1、被控变量的选择原则：

（1）应当尽量选择质量指标参数作为被控变量；（2）当不能选择质量指标参数作为被控变量时，应当选择一个与产品质量指标有单值对应关系的间接指标参数作为被控变量；

（3）所选择的间接指标参数应具有足够大的灵敏度，以便反映产品质量的变化；

（4）选择被控变量时需考虑到工艺的合理性和国内、外仪表生产的现状。

2、控制变量的选择原则：

（1）所选择控制变量必须是可控的；

（2）所选控制变量应是通道放大倍数比较大者，最好大于扰动通道的放大倍数；

（3）所选控制变量应使扰动通道时间常熟越大越好，而控制通道时间常数应适当小一些，但不易过小；（4）所选控制变量其通道纯滞后时间应越小越好；（5）所选择控制变量应尽量使干扰点远离被控变量而靠近控制阀；

（6）在选择控制变量时还需考虑到工艺的合理性。3、控制阀气开、气闭形式的选择原则：

（1）首先要从生产安全出发。

（2）从保证产品质量出发。但控制阀处于无能源状态而回复到初始位置时，不应降低产品的质量。

（3）从降低原料、成品、动力损耗来考虑。

（4）从介质的特点考虑。

4、控制阀的选择原则：

（1）开、闭形式的选择（2）口径大小的选择

（3）流量特性的选择（4）结构形式的选择

5、图1-42为一蒸汽加热设备，利用蒸汽将物料

实验一 过程控制系统的组成认识实验

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

一、过程控制实验装置简介

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、综合性人才为出发点。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发，如PLC控制、DCS控制开发等。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发的平台。

二、过程控制实验装置组成

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三部分组成。 1、被控对象

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。

水箱：包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃，坚实耐用，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

过程控制系统实验报告

姓 名：

指导教师 ：

南京理工大学 2015 年 5月

实验二 传感器、执行器实验

一、实验目的

1

了解传感器、执行器的工作原理，掌握它们在实际过程控制中的应用。

二、实验要求

编程实现系统液位、温度、流量等模拟量的数据采集以及模拟量的输出。 三、实验步骤

1、液位传感器的测试

在水箱内按要求注入不同高度的纯净水，利用万用表和USB-4711A板卡的A/D口分别测出液位传感器的输出电压，并在计算机内将电压转换成对应的高度。将测量数据填入下表。

高度 输出 万用表测量值（伏） A/D 口测量值 (伏) 250 mm 5.53 5.56 200 mm 4.91 4.92 393.36 96.68% 0.68% 150 mm 4.30 4.32 345.31 100 mm 3.68 3.71 296.48 50 mm 3.07 3.09 246.88 0mm -2.4 -2.4 192 / / 机内转换高度（mm） 444.92 相对误差（%） 相对误差（%） (消除仪器误差) 77.97% 1.17% 130.21% 196.48% 393

计算机过程控制实验报告

实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验

1、试验方案：

水流入量Qi由调节阀u控制，流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。被调量为水位H。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。

直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。）

调整水箱出口到一定的开度。

突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。

FV101

给定值

Qi

Qo h LT

103 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验

通过物料平衡推导出的公式：

QO?kH,Qi?k??

那么

dH1?(k???kH)， dtF其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点，公式可以转换成

RCdH?H?k?R?。 dt公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，R?2H0k就是水阻。

如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱