重慶科技學(xué)院過程控制實(shí)訓(xùn)報(bào)告

1、重慶科技學(xué)院學(xué)生實(shí)習(xí)（實(shí)訓(xùn)）總結(jié)報(bào)告 學(xué) 院:_電氣與信息學(xué)院 _ 專業(yè)班級(jí):_測控 學(xué)生姓名:_ _ _ 學(xué) 號(hào):_ _實(shí)習(xí)(實(shí)訓(xùn))地點(diǎn):_逸夫科技大樓I501 _ _報(bào)告題目:_ 過程控制系統(tǒng)綜合訓(xùn)練 _ 報(bào)告日期： 2015 年 01 月 08日指導(dǎo)教師評(píng)語: _ _ _ _ 成績（五級(jí)記分制）:_ _ 指導(dǎo)教師（簽字）:_ 目錄1  前言2 1.1目的意義21.2主要內(nèi)容22 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容32.1單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)32.1.1單容水箱設(shè)備的組成32.1.2單容水箱設(shè)備的工作原理32.1.3 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果52.1.4單容水

2、箱液位定值控制調(diào)試52.1.5 CAD圖72.2液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)92.2.1智能儀表92.2.2液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)102.2.3液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)原理102.2.4 液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果112.2.5 液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)試122.2.6 CAD圖14 3實(shí)訓(xùn)總結(jié)16 1  前言 1.1目的意義過程控制系統(tǒng)綜合訓(xùn)練是測控技術(shù)與儀器專業(yè)的一門綜合訓(xùn)練性必修非實(shí)驗(yàn)課。通過本次實(shí)訓(xùn)，學(xué)生能理解過程控制系統(tǒng)的基本組成，PID參數(shù)的整定方法，檢測控制儀表使用，學(xué)習(xí)過程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的硬軟件設(shè)計(jì)方法，具有一定的技術(shù)實(shí)現(xiàn)能力，進(jìn)一步

3、提高學(xué)生的控制系統(tǒng)應(yīng)用水平。1.2主要內(nèi)容 1、單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)通過實(shí)驗(yàn)，使用智能儀表、調(diào)節(jié)閥構(gòu)成控制系統(tǒng)，熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理，繪制單容水箱液位定值控制系統(tǒng)P&ID圖（管道儀表流程圖）和儀表回路接線圖，使用組態(tài)王（Kingview）軟件設(shè)計(jì)單容水箱液位定值控制系統(tǒng)軟件，分析分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)時(shí)的過渡過程曲線，定性研究P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對(duì)系統(tǒng)性能的影響。2、液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)了解串級(jí)控制系統(tǒng)的原理，掌握主、副干擾的確定，串級(jí)控制系統(tǒng)的組成，繪制液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)P&ID圖（管道儀表流程圖）和儀表回路接線圖，使用組態(tài)王（

4、Kingview）軟件設(shè)計(jì)液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)軟件，學(xué)習(xí)主、副控制器的參數(shù)整定；在不同的擾動(dòng)幅度下，分析響應(yīng)曲線，比較控制質(zhì)量。3、撰寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告實(shí)訓(xùn)報(bào)告包括前言、正文、結(jié)尾。前言主要描述本次實(shí)訓(xùn)的目的意義、要求及實(shí)訓(xùn)任務(wù)等情況。正文詳述實(shí)習(xí)的基本情況,包括：項(xiàng)目、內(nèi)容、安排、組織、做法，以及分析通過實(shí)習(xí)經(jīng)歷了哪些環(huán)節(jié)，接受了哪些實(shí)踐鍛煉，搜集到哪些資料，并從中得出一些具體認(rèn)識(shí)、觀點(diǎn)和基本結(jié)論。結(jié)尾可寫出自己的收獲、感受、體會(huì)和建議，也可就發(fā)現(xiàn)的問題提出解決問題的方法、對(duì)策。 2 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容2.1單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)2.1.1單容水箱設(shè)備的組成單水水箱設(shè)備的基本組成有：控制器，調(diào)節(jié)器，被

5、控對(duì)象，測量變送。基本器件有儲(chǔ)水箱，下水箱，水泵，電磁流量計(jì)，閥門，管道等,電磁調(diào)節(jié)閥。2.1.2單容水箱設(shè)備的工作原理 (a)機(jī)構(gòu)圖 （b）方框圖 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如上圖所示。被控量為上小水箱的液位高度，實(shí)驗(yàn)要求中水箱的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器LT1檢測到的上小水箱液位信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的開度，以達(dá)到控制水箱液位的目的。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動(dòng)作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PID控制。  采用計(jì)算機(jī)PID算法控制。首先由差壓傳感器檢測出水箱水位，水位實(shí)際值通過A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號(hào)后，被輸入計(jì)算機(jī)中，最后，

6、在計(jì)算機(jī)中，根據(jù)水位給定值與實(shí)際輸出值之差，利用PID程序算法得到輸出值，再將輸出值經(jīng)過D/A模塊轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，進(jìn)而控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，從而形成一個(gè)閉環(huán)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)水位的計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制。2.1.3 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果畫面組態(tài): 圖2.1 電容水箱控制系統(tǒng)圖2.1.4單容水箱液位定值控制調(diào)試系統(tǒng)由模擬PID控制器和被控對(duì)象組成。 PID控制器是一種線性控制器，它是根據(jù)給定值r(t)與實(shí)際輸出值c(t)構(gòu)成控制偏差將偏差的比例（P）、積分（I）和微分（D）通過線性組合可以構(gòu)成控制量，對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制，故稱PID控制器。它的控制規(guī)律為寫成傳遞函數(shù)形式為調(diào)試結(jié)果:輸入p=

7、30.00，i=20.00，d=0.01調(diào)試可得到下圖。 圖2.2 單容水箱控制系統(tǒng)調(diào)試圖2.1.5 CAD圖 圖2.3 單容水箱控制系統(tǒng)CAD圖 圖2.4 單容水箱控制系統(tǒng)電氣圖2.2液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)訓(xùn)2.2.1智能儀表 智能儀表是整個(gè)系統(tǒng)的重要部分，它是控制中心，它將測量信號(hào)運(yùn)算后，得出控制信號(hào)并傳給控制器。儀表的測量信號(hào)為傳感器的輸出信號(hào)，此處經(jīng)過電阻將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成15V（0.21V）的電壓信號(hào)，即AI0+、AI0-為15V信號(hào)輸入；AI1+、AI1-為0.21V信號(hào)輸入。AO0+( AO1+)、AO0-( AO1-)為儀表的控制信號(hào)輸出端，420mA的電流

8、控制執(zhí)行器的輸出。如圖2.5 所示。儀表外給定是通過外部輸入的15V電壓信號(hào)來設(shè)定儀表設(shè)定值的。其它報(bào)警等端子為擴(kuò)展備用。 圖2.5智能儀表2.2.2液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng) 液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)采用了液位變送器、流量變送器、電動(dòng)調(diào)節(jié)器、智能儀表。其實(shí)驗(yàn)線路按照?qǐng)D2.5接好。將下水箱液位變送器的輸出端接到智能儀表一的模擬輸入端，智能儀表一的模擬輸出端接智能儀表二的外給定端，流量變速器的輸出端接到智能儀表二的輸入端，智能儀表二的模擬輸出端接到電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。下水箱液位變送器將測的信號(hào)傳送給智能儀表一，智能儀表一經(jīng)過運(yùn)算后，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)作為智能儀表二的給定值，智能儀表二將流量值和給定值結(jié)

9、合運(yùn)算后，輸出控制信號(hào)傳給調(diào)節(jié)閥?？刂齐妱?dòng)調(diào)節(jié)閥開度，控制下水箱的進(jìn)水量，達(dá)到或保持給定的液位。智能儀表通過RS485與PC機(jī)通信，將液位值和調(diào)節(jié)閥的開度傳送給PC機(jī)，PC機(jī)實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)。操作人員可以在PC機(jī)上實(shí)時(shí)修改各個(gè)參數(shù)。2.2.3液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)原理 本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的主控量為下水箱的液位高度H，副控量為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量Q，它是一個(gè)輔助的控制變量。系統(tǒng)由主、副兩個(gè)回路所組成。主回路是一個(gè)恒值控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的主控制量H等于給定值；副回路是一個(gè)隨動(dòng)系統(tǒng)，要求副回路的輸出能正確、快速地復(fù)現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出的變化規(guī)律，以達(dá)到對(duì)主控制量H的控制目的。 圖2.6 液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)

10、的結(jié)構(gòu)圖 可以看出，由于主對(duì)象下水箱的時(shí)間常數(shù)較大于副對(duì)象管道的時(shí)間常數(shù)，因而當(dāng)主擾動(dòng)（二次擾動(dòng)）作用于副回路時(shí)，在主對(duì)象未受到影響前，通過副回路的快速調(diào)節(jié)作用已消除了擾動(dòng)的影響。圖2.6為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖2.7為該控制系統(tǒng)的方框圖。 圖2.7 液位-流量串級(jí)控制系統(tǒng)的方框圖2.2.4 液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)試驗(yàn)結(jié)果 液位-流量的串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定方法有逐步逼近法、兩步整定法和一步整定法。本實(shí)驗(yàn)采用的是兩步整定法。在工況穩(wěn)定，主、副控制器都在純比例作用運(yùn)行的條件下，將主控制器的比例度先固定在100的刻度上，逐漸減小副控制器的比例度，求取副回路在滿足某種衰減比（如4

11、1）過渡過程下的副控制器比例度和操作周期。 畫面組態(tài): 圖2.8 串級(jí)水箱控制系統(tǒng)圖2.2.5 液位、流量串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)試 水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩會(huì)路組成，主控回路的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對(duì)象為水箱，水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量，副控制回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，流入水箱的流量作為副控制量，主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，副調(diào)節(jié)器的輸出直接調(diào)節(jié)電磁閥的轉(zhuǎn)速，改變進(jìn)入水箱的泵的流量，從而達(dá)到控制水箱液位的目的；在該控制系統(tǒng)中，由于水箱存在容積延遲，從而導(dǎo)致該過程的難以控制。串級(jí)控制是改善調(diào)節(jié)過程動(dòng)態(tài)性能的有效方法，由于其超前的控制作用，可以大大克服系統(tǒng)的容積延遲。通過組

12、態(tài)軟件對(duì)整定過程及液位的平衡過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，直至達(dá)到主、副回路的最佳整定參數(shù)。 調(diào)試結(jié)果：輸入液位=00.91 主控制回路：p=22.00，i=22.00，d=0.01副控制回路：p=30.00，i=99.00，d=0.00調(diào)試可得到下圖。 圖2.9 串級(jí)水箱控制系統(tǒng)調(diào)試圖 2.2.6 CAD圖 圖2.10 串級(jí)水箱控制系統(tǒng)CAD圖 圖2.11 串級(jí)水箱控制系統(tǒng)電氣圖 3實(shí)訓(xùn)總結(jié) 通過這兩周的實(shí)訓(xùn)，加深了對(duì)像串級(jí)控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)等這樣的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的理解，以及對(duì)這些控制系統(tǒng)的PID參數(shù)的調(diào)整方法更加的熟悉。雖然只有短短的兩周時(shí)間，但是它讓我真正地理解了復(fù)雜控制系統(tǒng)參數(shù)的整定方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)