北京交通大學(xué)自動控制綜合實驗

1、 . . . THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實 驗 指 導(dǎo) 書浙 江 天 煌 科 技 實 業(yè) 有 限 公 司前 言本實驗指導(dǎo)書是根據(jù)天煌科技實業(yè)推出的全新THJ2型、THJ3型高級過程控制實驗裝置的相關(guān)容編寫的，可以滿足各大高等院校所開設(shè)的傳感器檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)、過程控制、自動化儀表、自動控制理論、計算機(jī)控制等課程實驗的教學(xué)要求。過程控制是生產(chǎn)過程自動控制的簡稱，這是自動化技術(shù)的一個重要組成部分。通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期與程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程控制技術(shù)正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率、改

2、善勞動條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起著越來越大的作用。THJ2型、THJ3型過程控制系統(tǒng)是以工業(yè)現(xiàn)場工藝設(shè)備為背景，以現(xiàn)行教材的教學(xué)容為依據(jù)研發(fā)出的新一代的實驗裝置。它不僅能滿足本、?？乒I(yè)自動化、自動控制等專業(yè)的相關(guān)課程實驗教學(xué)的要求，而且也適用于研究生對課題的研究與開發(fā)。例如，在這兩套實驗裝置中增加了如比值控制、解耦控制和Smith預(yù)估控制等復(fù)雜控制的容。本實驗指導(dǎo)書共分兩大部分。第一部分是實驗裝置的使用說明，講述了系統(tǒng)的組成、硬件的特點和技術(shù)指標(biāo)、軟件的使用介紹。第二部分是實驗項目部分，敘述了實驗的原理、步驟與注意事項等。通過對實驗裝置各個儀表的原理、工作情況與實驗原理、軟硬件的詳細(xì)介紹，既

3、使教師和學(xué)生對THJ-2型、THJ-3型高級過程控制實驗裝置有一個充分的認(rèn)識，又有益于他們對工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場控制系統(tǒng)的了解。由于本實驗指導(dǎo)書編寫時間較為倉促，書中的缺點和錯誤在所難免，敬請各大專院校師生和廣大讀者批評指正。目 錄緒論·······························

4、················································3第一章 THJ-2型高

5、級過程控制系統(tǒng)的概述···································5第二章 被控對象特性測試···········&

6、#183;········································15第一節(jié) 單容水箱特性的測試第二節(jié) 雙容水箱特性的測試第三節(jié) 鍋爐膽特性的測試第四節(jié) 電動調(diào)節(jié)閥流量特性的測

7、試第三章 單回路控制系統(tǒng)實驗···············································

8、3;·27第一節(jié) 單回路控制系統(tǒng)的實踐第二節(jié) 上水箱(或中水箱或下水箱)液位定值控制系統(tǒng)第三節(jié) 雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)第四節(jié) 三容水箱液位定值控制系統(tǒng)第五節(jié) 鍋爐膽靜態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)第六節(jié) 鍋爐膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)第七節(jié) 鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng)第八節(jié) 電動閥支路流量的定值控制系統(tǒng)第九節(jié) 變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制系統(tǒng)第四章 溫度位式控制系統(tǒng)實驗···················&

9、#183;·························57第一節(jié) 鍋爐膽水溫位式控制系統(tǒng)第五章 串級控制系統(tǒng)的實驗···················&

10、#183;·····························60第一節(jié) 串級控制系統(tǒng)連接實踐第二節(jié) 水箱液位串級控制系統(tǒng)第三節(jié) 三閉環(huán)液位控制系統(tǒng)第四節(jié) 下水箱液位與電動調(diào)節(jié)閥支路流量的串級控制系統(tǒng)第五節(jié) 下水箱液位與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級控制系統(tǒng)第六節(jié) 鍋爐夾套水溫與鍋爐膽水溫的串級控制系統(tǒng)第

11、七節(jié) 鍋爐膽水溫與膽循環(huán)水流量的串級控制系統(tǒng)第八節(jié) 盤管出水口水溫與熱水流量的串級控制系統(tǒng)第九節(jié) 盤管出水口水溫與鍋爐膽水溫的串級控制系統(tǒng)第六章 比值控制系統(tǒng)實驗····································

12、83;···············89第一節(jié) 單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)第二節(jié) 雙閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)第七章 滯后控制系統(tǒng)實驗···························&

13、#183;························96第一節(jié) 盤管出水口溫度純滯后控制系統(tǒng)第二章 盤管出水口溫度滯后控制系統(tǒng)第三節(jié) 流量純滯后控制系統(tǒng)第八章 前饋-反饋控制系統(tǒng)實驗··············&#

14、183;····························104第一節(jié) 鍋爐膽水溫的前饋-反饋控制系統(tǒng)第二節(jié) 下水箱液位的前饋-反饋控制系統(tǒng)第九章 解耦控制系統(tǒng)實驗············

15、83;····································113第一節(jié) 上水箱水溫與液位的解耦控制系統(tǒng)第二節(jié) 鍋爐膽水溫與鍋爐夾套水溫解耦控制系統(tǒng)緒 論過程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中

16、連續(xù)的或按一定周期程序進(jìn)行的生產(chǎn)過程自動控制，它是自動化技術(shù)的重要組成部分。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，過程控制技術(shù)正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、提高經(jīng)濟(jì)效益和勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面起著越來越大的作用?！癟HJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是為了配合過程控制工程與自動化儀表、計算機(jī)控制等相關(guān)課程的教學(xué)而設(shè)計開發(fā)的。該系統(tǒng)設(shè)計本著工程化、參數(shù)化、現(xiàn)代化、開放性、綜合性人才的培養(yǎng)原則出發(fā)。實驗對象采用當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場常用的對象，如水箱、鍋爐。儀表采用具有人工智能算法與通訊接口的智能調(diào)節(jié)儀，上位機(jī)監(jiān)控軟件采用MCGS工控組態(tài)軟件。對象系統(tǒng)還留有擴(kuò)展連接口，擴(kuò)展信號接口便于控制系統(tǒng)

17、二次開發(fā)，以便進(jìn)行DCS控制，亞當(dāng)模塊控制，PLC控制開發(fā)。學(xué)生通過對該系統(tǒng)的了解和使用，進(jìn)入企業(yè)后能很快地適應(yīng)環(huán)境進(jìn)入角色。同時該系統(tǒng)也為教師和研究生提供一個高水平的學(xué)習(xí)和研究開發(fā)平臺。在當(dāng)今高校教學(xué)改革的大潮中，各高校的老師明顯地意識到學(xué)生素質(zhì)教育的重要性，國一些重點、名牌大學(xué)為了更好地提高學(xué)校的知名度，要求建設(shè)高檔次、開放性的實驗室，甚至有些學(xué)校為了擴(kuò)大研究生的招生，要求建設(shè)研究生實驗基地等。但目前各高校的教學(xué)中理論和實踐嚴(yán)重脫節(jié)，基于這一現(xiàn)象，并響應(yīng)各大高校的呼吁，征求了廣大教師的意見，我公司設(shè)計開發(fā)了“THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”。學(xué)生在本實驗裝置進(jìn)行綜合實驗后可掌握以下容

18、：1、傳感器特性的認(rèn)識和零點遷移；2、自動化儀表的初步使用；3、變頻器的基本原理和初步使用；4、電動調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性和原理；5、測定被控對象特性的方法；6、單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；7、串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；8、復(fù)雜控制回路系統(tǒng)的參數(shù)整定；9、控制參數(shù)對控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的要求；10、控制系統(tǒng)的設(shè)計、計算、分析、接線、投運等綜合能力培養(yǎng)。實驗過程的基本程序：1、明確實驗任務(wù)；2、提出實驗方案；3、畫實驗接線圖；4、進(jìn)行實驗操作，做好觀測和記錄；5、整理實驗數(shù)據(jù)，得出結(jié)論，撰寫實驗報告。在進(jìn)行本書中的綜合實驗時，上述程序應(yīng)盡量讓學(xué)生獨立完成，老師給予必要的指導(dǎo)，以培養(yǎng)學(xué)生的實驗動手能力，要做好

19、各主題實驗，就應(yīng)做到：實驗前有準(zhǔn)備；實驗中有條理，實驗后有分析。第一章 THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)的概述一、系統(tǒng)簡介“THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是基于工業(yè)過程的物理模擬對象，它集自動化儀表技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)為一體的多功能實驗裝置，該裝置是本企業(yè)根據(jù)自動化與其它相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點，吸收了國外同類實驗裝置的特點和長處，經(jīng)過精心設(shè)計，多次實驗和反復(fù)論證，推出了一套全新的實驗裝置，該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設(shè)計構(gòu)成DDC，DCS，PLC

20、，F(xiàn)CS 等多種控制系統(tǒng)。該實驗裝置既可作為本科，專科，高職過程控制課程的實驗裝置，也可為研究生與科研人員對復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)的研究提供物理模擬對象和實驗手段。二、系統(tǒng)組成本實驗裝置由被控對象和控制儀表兩部分組成。系統(tǒng)動力支路分兩路：一路由三（380V交流）磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計與手動調(diào)節(jié)閥組成；另一路由日本三菱變頻器、三相磁力驅(qū)動泵（220V變頻）、渦輪流量計與手動調(diào)節(jié)閥組成。1、被控對象由不銹鋼儲水箱、上、中、下三個串接有機(jī)玻璃圓筒形水箱、4.5千瓦電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成)、冷熱水交換盤管和敷塑不銹鋼管道組成。水

21、箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。 上、中、下水箱采用優(yōu)質(zhì)淡藍(lán)色圓筒型有機(jī)玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上、中水箱尺寸均為：d=25cm,h=20 cm； 下水箱尺寸為：d=35cm,h=20 cm。水箱結(jié)構(gòu)非常獨特，有三個槽，分別是緩沖槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階液位單回路控制實驗和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級控制等實驗。儲水箱是采用不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高=68cm×52×43 完全能滿足上、中、下水箱的實驗需要。儲水箱部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，防止兩套動力

22、支路進(jìn)水時有雜物進(jìn)入泵中。模擬鍋爐：本裝置采用模擬鍋爐進(jìn)行溫度實驗，此鍋爐采用不銹鋼精制而成，設(shè)計巧妙，由二層組成：加熱層（膽）和冷卻層（夾套）。做溫度單回路實驗時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實驗。盤管：長37米（43圈），可做溫度純滯后實驗，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數(shù)不同，在實驗過程中根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的滯后時間常數(shù)。盤管出來的水既可以回流到鍋爐膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計完成流量滯后實驗。管道：整個系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水

23、閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底有一個出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時，將球閥打開將水直接排出。2、檢測裝置壓力傳感器、變送器：采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。壓力傳感器用來對上、中、下水箱的液位進(jìn)行檢測，其精度為0.5級，因為為二線制，故工作時需串接24V直流電源。溫度傳感器：本裝置采用六個Pt100傳感器，分別用來檢測上水箱出口、鍋爐膽、鍋爐夾套以與盤管的水溫。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4 20mADC電流信號。 Pt100傳感器精度高，熱補(bǔ)償性較好。流量傳感

24、器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來對電動調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路與盤管出口支路的流量進(jìn)行測量。渦輪流量計型號：LWGY-10，流量圍：01.2m3/h，精度：1.0%。輸出：420mA標(biāo)準(zhǔn)信號。本裝置用了三套渦輪流量傳感器、變送器。3執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動調(diào)節(jié)閥：采用智能型電動調(diào)節(jié)閥，用來進(jìn)行控制回路流量的調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥型號為：QSVP-16K。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，控制信號為420mADC或15V DC，輸出420mA DC的閥位信號，使用和校正非常方便。技術(shù)指標(biāo)：電源220VAC 50HZ輸入控制信號：420mA D

25、C或15V DC公稱壓力：1.6Mpa公稱直徑：20mm重復(fù)精度：±1%介質(zhì)溫度：4200行程：10mm功耗：5VA變頻器：本裝置采用日本三菱(FR-S520S-0.4K-CH(R)變頻器，控制信號輸入為420mADC或05VDC，220V變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵。 水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為16CQ-8P，流量為32升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵。一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動?？梢葡郤CR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號。

26、輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。電磁閥：在本裝置中作為電動調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號為：2W-160-25 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/2，最大壓力為7Kg/2 ；工作溫度：580。4控制器本實驗裝置基本配置的控制器有調(diào)節(jié)儀表、比值器/前饋-反饋補(bǔ)償器、解耦裝置。(還可根據(jù)需要擴(kuò)展遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和PLC可編程控制系統(tǒng))調(diào)節(jié)儀表本系統(tǒng)實驗裝置采用萬迅儀表的AI系列儀表，其主要特點有：l AI系列儀表操作方便、通俗易學(xué)，且不同功能檔次相互兼容。l 具有國際上同類儀表的幾乎所有功能，通用性強(qiáng)、技術(shù)成熟可靠。l 全球通用的85246VAC圍開關(guān)電源或者24VDC電源供

27、電，并具備多種外形尺寸。l 輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精確穩(wěn)定。l 采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定（AT）功能。l 采用先進(jìn)的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能滿足各種應(yīng)用場合的需要。l 通過ISO9002質(zhì)量認(rèn)證，品質(zhì)可靠。具備符合要求的抗干擾性能。本裝置有4臺調(diào)節(jié)器。其中三臺型號是AI-818，另一臺型號是AI-708。（1）技術(shù)規(guī)格熱電偶：K、S、R、E、J、T、B、N熱電阻：Cu50、Pt100線性電壓：05V、15V、01V、0100mV、020mV等線性電流（需外接分流電阻）：010mA、020mA、420mA等（2）測量圍K

28、（-501300）、S（-501700）、R（-501650）、T（-200550）、E（0800）、J（01000）、B（01800）、N（01300）、Cu50（-50150）、Pt100（-200600）（3）測量精度0.2級（熱電阻、線性電壓、線性電流與熱電偶輸入且采用銅電阻補(bǔ)償或冰點補(bǔ)償冷端時）0.2%FS±2.0（熱電偶輸入且采用儀表部元件測溫補(bǔ)償冷端時）（4）響應(yīng)時間0.5秒（設(shè)置數(shù)字濾波參數(shù)dL=0時）注：儀表對B分度號熱電偶在0600圍時可以進(jìn)行測量，但測量精度無法達(dá)到0.2級，在600-1800圍可保證0.2級測量精度。位式調(diào)節(jié)方式（回差可調(diào)）（5）AI人工智能調(diào)

29、節(jié)，包含模糊邏輯PID調(diào)節(jié)與參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法。（6）輸出規(guī)格（模塊化）繼電器觸點開關(guān)輸出（常開+常閉）：250VAC/1A或30VDC/1A可控硅無觸點開關(guān)輸出（常開或常閉）：100-240VAC/0.2A（持續(xù)），2A（20mS瞬時，重復(fù)周期大于5S）SSR電壓輸出：12VDC/30mA（用于驅(qū)動SSR固態(tài)繼電器）可控硅觸發(fā)輸出：可觸發(fā)5-500A的雙向可控硅、2個單向可控硅反并聯(lián)連接或可控硅功率模塊線性電流輸出：0-10 mA可4-20 mA可定義（安裝X模塊時輸出電壓10.5V；X4模塊輸出電壓7V）（7）報警功能上限、下限、正偏差、負(fù)偏差等4種方式，最多可輸出3路，有上電免

30、除報警選擇功能。（8）手動功能自動/手動雙向無擾動切換（僅A1-808/808P系列具備此功能）（9）電源：100-240VAC，-15%，+10%50-60HZ；電源消耗：5W（10）環(huán)境溫度：0-50比值器、前饋-反饋裝置此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用既可以實現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實驗，又可以實現(xiàn)液位與流量、溫度與流量的前饋-反饋控制系統(tǒng)實驗。解耦控制裝置此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用可以實現(xiàn)鍋爐膽與鍋爐夾套的溫度、上水箱液位與出口溫度的解耦控制系統(tǒng)實驗。三、儀表綜合控制臺儀表控制臺面板由三部分組成：1、電源控制屏面板：充分考慮人身安全保護(hù)，帶有漏電保護(hù)空氣開關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流

31、型漏電保護(hù)器。2、儀表面板：1塊變頻調(diào)速器面板、3塊AI/818A智能調(diào)節(jié)儀面板、1塊AI/708A智能位式調(diào)節(jié)儀、解耦裝置面板，比值器/前饋-反饋裝置面板，各裝置外接線端子通過面板上自鎖緊插孔引出。3、I/O信號接口面板：該面板的作用主要是將各傳感器檢測與執(zhí)行器控制信號同面板上自鎖緊插孔相連，再通過航空插頭同對象系統(tǒng)連接，便于學(xué)生自行連線組成不同的控制系統(tǒng)，進(jìn)行幾十種過程控制系統(tǒng)的實驗。四、系統(tǒng)特點l 被控參數(shù)全面，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量與溫度等典型參數(shù)。l 本裝置由控制對象、智能儀表綜合控制臺、計算機(jī)三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局合理，造型美觀大方。l 直實性、直觀性、綜合

32、性強(qiáng)，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場。l 具有廣泛的擴(kuò)展性和后續(xù)開發(fā)功能，所有I/O信號全部采用國際標(biāo)準(zhǔn)IEC信號，可通過信號接口電纜與任何后續(xù)智能化控制平臺連接。l 執(zhí)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置、接觸器位式控制裝置等。l 調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有調(diào)節(jié)器的設(shè)定值階躍擾動外，還可以通過對象中電磁閥和手動操作閥制造各種擾動。l 一個被調(diào)參數(shù)可在不同動力源、不同執(zhí)行器、不同的工藝管路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣。l 系統(tǒng)設(shè)計時使2個信號在本對象中存在著相互耦合，二者同時需要對原獨立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進(jìn)行整定，或進(jìn)行解耦實驗，以符合工業(yè)實際的性

33、能要求。l 能進(jìn)行單變量到多變量控制系統(tǒng)與復(fù)雜過程控制系統(tǒng)實驗。l 各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的實驗軟件平臺上都可以實現(xiàn)。l 實驗數(shù)據(jù)與圖表在MCGS軟件系統(tǒng)中很容易存儲與調(diào)用，以實驗者進(jìn)行實驗后的比較和分析。l 采用強(qiáng)弱電插座與相應(yīng)的導(dǎo)線，提高實驗的安全性和可靠性。五、系統(tǒng)軟件MCGS（Monitor and Control Generated System）是一套基于Windows平臺的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。MCGS5.1為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)

34、場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機(jī)制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以與企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。使用MCGS5.1，用戶無須具備計算機(jī)編程的知識，就可以在短時間輕而易舉地完成一個運行穩(wěn)定，功能成熟，維護(hù)量小且具備專業(yè)水準(zhǔn)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的開發(fā)工作。MCGS5.1具有操作簡便、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應(yīng)用于石油化工、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。與國外同類產(chǎn)品相比，MCGS5.1組態(tài)軟件具有如下特點：l 全中文、可視化、面向窗口的組態(tài)開發(fā)界面，符合中國人的使用習(xí)慣和要求，真正的32位程序，支持多任務(wù)

35、、多線程，可運行于Microsoft Windows 95/98/NT/2000等操作系統(tǒng)。l 龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫、完備的繪圖工具集以與豐富的多媒體支持，讓您能夠快速地開發(fā)出集圖像、聲音、動畫等于一體的漂亮、生動的工程畫面。l 全新的ActiveX動畫構(gòu)件，包括存盤數(shù)據(jù)處理、條件曲線、計劃曲線、相對曲線、多行文本、通用棒圖等，使您能夠更方便、更靈活地處理、顯示生產(chǎn)數(shù)據(jù)。l 支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動；此外，獨特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無縫。l 簡單易學(xué)的Basic腳本語言與豐富的MCGS策略構(gòu)件，使您能夠輕而易舉

36、地開發(fā)出復(fù)雜的過程控制系統(tǒng)。l 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計處理，使您能夠在第一時間獲得有關(guān)現(xiàn)場情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。l 方便的報警設(shè)置、豐富的報警類型、報警存貯與應(yīng)答、實時打印報警報表以與靈活的報警處理函數(shù)，使您能夠方便、與時、準(zhǔn)確地捕捉到任何報警信息。l 完善的安全機(jī)制，允許用戶自由設(shè)定菜單、按鈕與退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。此外，MCGS5.1還提供了工程密碼、鎖定軟件狗、工程運行期限等功能，以保護(hù)組態(tài)開發(fā)者的成果。l 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP、Moden、485/232，以與各種無線網(wǎng)絡(luò)和無線電臺等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。l 良好的可擴(kuò)充性，可通過OPC、DDE

37、、ODBC、ActiveX等機(jī)制，方便地擴(kuò)展MCGS5.1組態(tài)軟件的功能，并與其他組態(tài)軟件、MIS系統(tǒng)或自行開發(fā)的軟件進(jìn)行連接。六、裝置的安全保護(hù)體系1、三相四線制總電源輸入經(jīng)帶漏電保護(hù)器裝置的三相四線制斷路器進(jìn)入系統(tǒng)電源后又分為三相電源支路和三個不同相的單相支路，每一支路都帶有各自三相、單相斷路器?？傠娫丛O(shè)有三相通電指示燈和380V三相電壓指示表，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。2、控制屏電源由接觸器通過起、停按鈕進(jìn)行控制。屏上裝有一套電壓型漏電保護(hù)裝置和一套電流型漏電保護(hù)裝置?？刂破粱驈?qiáng)電輸出（包括實驗中的連線）若有漏電現(xiàn)象，即告警并切斷總電源，確保實驗進(jìn)程安全。3、控制屏設(shè)有服務(wù)管理器（即定

38、時器兼報警記錄儀），為學(xué)生實驗技能的考核提供一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。4、各種電源與各種儀表均有可靠的保護(hù)功能。5、實驗強(qiáng)電接線插頭采用封閉式結(jié)構(gòu)，防止觸電事故的發(fā)生。6、強(qiáng)弱電連線插頭采用不同的結(jié)構(gòu)插頭，防止強(qiáng)弱電混接。實驗裝置總貌圖第二章 被控對象特性測試被控對象數(shù)學(xué)模型的建立通常用下列二種方法。一種是分析法，即根據(jù)過程的機(jī)理，物料或能量平衡關(guān)系求得它的數(shù)學(xué)模型；另一種是用實驗的方法確定。本章主要介紹被控對象對典型輸入信號的響應(yīng)來確定它的數(shù)學(xué)模型。由于此法較簡單，因而在過程控制中得到了廣泛地應(yīng)用。第一節(jié) 單容水箱特性的測試一、實驗?zāi)康?. 掌握單容水箱的階躍響應(yīng)的測試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線。

39、2. 根據(jù)實驗得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法確定被測對象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備1. THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置2. 計算機(jī)與相關(guān)軟件3. 萬用電表一只三、實驗原理圖2-1單容水箱特性測試結(jié)構(gòu)圖由圖2-1可知，對象的被控制量為水箱的液位H，控制量（輸入量）是流入水箱中的流量Q1，手動閥V1和V2的開度都為定值，Q2為水箱中流出的流量。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在平衡狀態(tài)時Q10-Q20=0 （1）動態(tài)時，則有Q1-Q2= （2）式中V為水箱的貯水容積，為水貯存量的變化率，它與H的關(guān)系為，即= A （3）A為水箱的底面積。把式（3）代入式（2）得Q1-Q2=A （4）基于Q2

40、=，RS為閥V2的液阻，則上式可改寫為Q1-= A 即ARS+h=KQ1或?qū)懽? （5）式中T=ARS，它與水箱的底積A和V2的RS有關(guān)；K=RS。式（5）就是單容水箱的傳遞函數(shù)。若令Q1（S）=，R0=常數(shù)，則式（5）可改為H（S）=×=K-對上式取拉氏反變換得h(t)=KR0(1-e-t/T) （6）當(dāng)t>時，h（）=KR0，因而有K=h（）/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入當(dāng)t=T時，則有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h() 式（6）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖2-2所示。當(dāng)由實驗求得圖2-2所示的階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上

41、升到穩(wěn)態(tài)值的63%圖2-2 單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線所對應(yīng)的時間，就是水箱的時間常數(shù)T。該時間常數(shù)T也可以通過坐標(biāo)原點對響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù)T，由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。如果對象的階躍響應(yīng)曲線為圖2-3，則在此曲線的拐點D處作一切線，它與時間軸交于B點，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點。圖中OB即為對象的滯后時間，BC為對象的時間常數(shù)T，所得的傳遞函數(shù)為：H(S)=圖2-3 單容水箱的階躍響應(yīng)曲線四、實驗容與步驟1按圖2-1接好實驗線路，并把閥V1和V2開至某一開度，且使V1的開度大于V2的開度。2接通總電源和相關(guān)的儀表電源，并啟動磁

42、力驅(qū)動泵。3把調(diào)節(jié)器設(shè)置于手動操作位置，通過調(diào)節(jié)器增/減的操作改變其輸出量的大小，使水箱的液位處于某一平衡位置。4手動操作調(diào)節(jié)器，使其輸出有一個正（或負(fù)）階躍增量的變化（此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間后，水箱的液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，如圖2-4所示。圖2-4單容箱特性響應(yīng)曲線5啟動計算機(jī)記下水箱液位的歷史曲線和階躍響應(yīng)曲線。6把由實驗曲線所得的結(jié)果填入下表。 參數(shù)值測量值液位hKT正向輸入負(fù)向輸入平均值五、實驗報告1寫出常規(guī)的實驗報告容。2分析用上述方法建立對象的數(shù)學(xué)模型有什么局限性？六、思考題1做本實驗時，為什么不能任意改變出水口閥開度的

43、大??？2用響應(yīng)曲線法確定對象的數(shù)學(xué)模型時，其精度與那些因素有關(guān)？第二節(jié) 雙容水箱特性的測試一、實驗?zāi)康?.熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型與其階躍響應(yīng)曲線。2.根據(jù)由實際測得雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備1. THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置2. 計算機(jī)、MCGS工控組態(tài)軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3. 萬用表 1只三、原理說明圖2-5 雙容水箱對象特性結(jié)構(gòu)圖 由圖2-5所示，被控對象由兩個水箱相串聯(lián)連接，由于有兩個貯水的容積，故稱其為雙容對象。被控制量是下水箱的液位，當(dāng)輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱的液位變化曲線如圖2-6所示。由圖2-6可見，上水箱液位的

44、響應(yīng)曲線為一單調(diào)的指數(shù)函數(shù)（圖2-6 (a)），而下水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形狀（圖2-6 (b)）。顯然，多了一個水箱，液位響應(yīng)就更加滯后。 由S形曲線的拐點P處作一切線，它與時間軸的交點為A，OA則表示了對象響應(yīng)的滯后時間。至于雙容對象兩個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)可按下述方法來確定。圖2-6 雙容液位階躍響應(yīng)曲線圖2-7 雙容液位階躍響應(yīng)曲線在圖2-7所示的階躍響應(yīng)曲線上求取：(1) h2（t）|t=t1=0.4 h2()時曲線上的點B和對應(yīng)的時間t1；(2)h2（t）|t=t2=0.8 h2()時曲線上的點C和對應(yīng)的時間t2。 然后，利用下面的近似公式計算式0.32t1/t20.46由上述兩式

45、中解出T1和T2，于是求得雙容（二階）對象的傳遞函數(shù)為G（S）=四、實驗容與步驟1、接通總電源和相關(guān)儀表的電源。2、接好實驗線路，打開手動閥，并使它們的開度滿足下列關(guān)系：V1的開度>V2的開度>V3的開度3、把調(diào)節(jié)器設(shè)置于手動位置，按調(diào)節(jié)器的增/減，改變其手動輸出值，使下水箱的液位處于某一平衡位置（一般為水箱的中間位置）。4、按調(diào)節(jié)器的增/減按鈕，突增/減調(diào)節(jié)器的手動輸出量，使下水箱的液位由原平衡狀態(tài)開始變化，經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間后，液位h2進(jìn)入另一個平衡狀態(tài)。5、上述實驗用計算機(jī)實時記錄h2的歷史曲線和在階躍擾動后的響應(yīng)曲線。6、把由計算機(jī)作用的實驗曲線進(jìn)行分析處理，并把結(jié)果填表入

46、下表中： 參數(shù)值測量值液位hKT1T2正向輸入負(fù)向輸入平均值五、實驗報告1、完成常規(guī)實驗報告容。2、對實驗的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。六、思考題1、在本實驗中，為什么對出水閥不能任意改變其開度？2、引起雙容對象的滯后特性是什么？第三節(jié) 鍋爐膽特性的測試一、 實驗?zāi)康?、了解鍋爐膽溫度特性測試系統(tǒng)的組成。2、掌握鍋爐膽溫度特性的測試方法。二、實驗設(shè)備1、THJ-2型過程控制實驗裝置。2、計算機(jī)、MCGS工控組態(tài)軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。3、萬用電表。二、 實驗原理圖2-8 鍋爐膽溫度特性實驗結(jié)構(gòu)示意圖（一）鍋爐夾套不加冷卻水加滿鍋爐膽的水，手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，使可控整流電源的輸出電壓

47、為100V左右。此電壓加在加熱管兩端，膽中的水溫因之而逐漸上升。根據(jù)熱平衡的原理，當(dāng)膽中的水溫上升到某一值時，水的吸熱和放熱作用完全相等，從而使膽中的水溫達(dá)到一平衡狀態(tài)。由熱力學(xué)原理可知，鍋爐膽水溫的動態(tài)變化過程是用一階常微分方程來描述，即其數(shù)學(xué)模型為一階慣性環(huán)節(jié)。（二）鍋爐夾套加冷卻水當(dāng)鍋爐夾套中注滿冷卻水，這相當(dāng)于改變了鍋爐膽環(huán)境的溫度，使其散熱作用增強(qiáng)。顯然，在這種狀況下，如果用夾套無水時一樣大小的可控電壓去加熱，在平衡狀態(tài)時，膽的水溫必然要低于前者。如果要使膽的水溫達(dá)到夾套無水時一樣的值，則需要提高可控硅的整流電壓。四、實驗容與步驟1、按圖2-8所示的結(jié)構(gòu)圖，完成實驗系統(tǒng)的接線。2、接

48、通總電源和相關(guān)儀表的電源。3、開啟手動閥，使鍋爐膽注滿水，手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，使可控整流電源的輸出電壓為80V左右。4、啟動計算機(jī)，實時記錄鍋爐膽水溫的響應(yīng)過程。5、把膽中已加熱的水通過出水閥放掉，重新注滿冷水；并通過閥F1-12在夾套中注入冷卻水。手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，使可控整流電源的輸出電壓與步驟3）的電壓輸出值一樣大小。然后啟動計算機(jī)，實時記錄膽中水溫的變化過程。五、實驗報告1、按常規(guī)容寫好實驗報告。2、對計算機(jī)在兩種不同條件下所測得的膽溫度變化曲線進(jìn)行分析比較。第四節(jié) 電動調(diào)節(jié)閥流量特性的測試一、實驗?zāi)康?、了解電動閥節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與工作原理。2、通過實驗，進(jìn)一步了解電動調(diào)節(jié)閥流量的特性

49、。二、實驗設(shè)備1、THJ-2型過程控制實驗裝置2、計算機(jī)與相關(guān)的軟件。3、萬用表 1只三、實驗原理電動調(diào)節(jié)閥包括執(zhí)行機(jī)構(gòu)和閥兩個部分，它是過程控制系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥接受調(diào)節(jié)器輸出420mADC的信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)輸出軸的角位移，以改變閥節(jié)流面積S的大小。圖2-9為電動調(diào)節(jié)閥與管道的連接圖。圖2-9 電動調(diào)節(jié)閥與管道的連接圖圖中： u-來自調(diào)節(jié)器的控制信號（420mADC）-閥的相對開度s -閥的截流面積q-液體的流量 由過程控制儀表的原理可知，閥的開度與控制信號的靜態(tài)關(guān)系是線性的，而開度與流量Q的關(guān)系是非線性的。圖2-10為本實驗結(jié)構(gòu)示意圖.圖2-10 電動調(diào)節(jié)閥特性實驗結(jié)構(gòu)

50、示意圖四、實驗報告與步驟1按圖2-10 所示的實驗結(jié)構(gòu)示意圖，完成實驗系統(tǒng)的接線。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源，并把手動閥置于一定的開度。3把調(diào)節(jié)器置于手動狀態(tài)，并使其輸出相應(yīng)于電動閥開度的10%、20%、······100%，分別記錄不同狀態(tài)時調(diào)節(jié)器的輸出電流和相應(yīng)的流量。4由電流I作橫作標(biāo)，流量Q作縱坐標(biāo)，畫出Q=F（I）的曲線。五、實驗報告1. 完成常規(guī)的實驗報告容。2. 根據(jù)所畫出的曲線，判別該電動閥的閥體是快開特性，等百分比特性還是慢開特性。第三章 單回路控制系統(tǒng)實驗第一節(jié) 單回路控制系統(tǒng)的實踐一、單回路控制系統(tǒng)的概述圖3-

51、1為單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，它是由被控對象、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器和測量變送器所組成。系統(tǒng)的給定量是一定值，要求系統(tǒng)的被控制量等于給定量所要求的值。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方便等優(yōu)點，故在工業(yè)生產(chǎn)中被廣泛應(yīng)用。圖3-1 單回路控制系統(tǒng)方框圖在系統(tǒng)設(shè)計前，不僅需要對被控對象有深入地認(rèn)識，而且還應(yīng)對整個生產(chǎn)的工藝、設(shè)備也有深入的了解。只有這樣，才能設(shè)計出一個性能優(yōu)良、經(jīng)濟(jì)實用的控制系統(tǒng)。二、干擾對系統(tǒng)性能的影響1、干擾通道的放大系數(shù)、時間常數(shù)與純滯后的影響。干擾通道的放大系數(shù)Kf會影響干擾加在系統(tǒng)中的幅值。若系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，則干擾通道的放大系數(shù)愈大，系統(tǒng)的靜差也就愈大。我們希望干擾通道

52、的放大系數(shù)愈小愈好。如果干擾通道是一慣性環(huán)節(jié)，令時間常數(shù)為Tf1，則階躍擾動通過慣性環(huán)節(jié)后，其過渡過程的動態(tài)分量被濾波而幅值變小。即時間常數(shù)Tf1越大，則系統(tǒng)的動態(tài)偏差就愈小。通常干擾通道中還會有純滯后環(huán)節(jié)，使被調(diào)參數(shù)的響應(yīng)時間滯后一個值，即Y(t)= Y(t-)上式表明調(diào)節(jié)過程沿時間軸平移了一個的距離，所以干擾通道出現(xiàn)有純滯后，不會影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量。2、干擾進(jìn)入系統(tǒng)中的不同位置。復(fù)雜的生產(chǎn)過程往往有多個干擾量，如圖3-2所示。 圖3-2 擾動作用于不同位置的控制系統(tǒng)控制理論證明，同一形式大小一樣的擾動出現(xiàn)于系統(tǒng)中不同的位置所產(chǎn)生的靜差是不一樣的。對擾動產(chǎn)生影響的僅是擾動作用點前的那些環(huán)節(jié)。三

53、、控制規(guī)律的確定選擇系統(tǒng)調(diào)節(jié)規(guī)律的目的，是使調(diào)節(jié)器與調(diào)節(jié)對象能很好地匹配，使組成的控制系統(tǒng)能滿足工藝上所提出的動、靜態(tài)性能指標(biāo)的要求。1、比例(P)調(diào)節(jié)純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡單的調(diào)節(jié)器，它對控制作用和擾動作用的響應(yīng)都很快速。由于比例調(diào)節(jié)只有一個參數(shù)，所以整定很方便。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點是使系統(tǒng)有靜差存在。2、比例積分(PI)調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器的積分部分能使系統(tǒng)的類型數(shù)提高，有利于消除靜差，但它又使PI調(diào)節(jié)器的相位滯后量減小，系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差，其傳遞函數(shù)為GC(S)=KP(1+)這種調(diào)節(jié)器在過程控制中是應(yīng)用最多的一種調(diào)節(jié)器。3、比例微分(PD)調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)器由于有微分的作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，比例

54、系數(shù)的增大能加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分不能過大，以利于抗高頻干擾。PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為GC(S)=KP（1+TDS）4、比例微分積分(PID)調(diào)節(jié)器PID是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。由于它具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質(zhì)量。它的傳遞函數(shù)為GC(S)=KP(1+ +TDS)四、調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定一般有兩種方法：一種是理論設(shè)計法，即根據(jù)廣義對象的數(shù)學(xué)模型和性能要求，用根軌跡法或頻率法來確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，另一種方法是工程實驗法，通過對典型輸入響應(yīng)曲線所得到的特征量，然后查照經(jīng)驗表，求得調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。工程實驗整定法有以下四種：（一

55、）經(jīng)驗法若將控制系統(tǒng)液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對象往往比較接近，所以無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表一為經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù)，在此基礎(chǔ)上，對調(diào)節(jié)器的參數(shù)作進(jìn)一步修正。若需加微分作用，微分時間常數(shù)按TD=()TI計算。表一 經(jīng)驗法整定參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)(%)TI(min)TD(min)溫度20603100.53流量401000.11壓力30700.43液位2080(二)臨界比例度法這種整定方法是在閉環(huán)情況下進(jìn)行的。設(shè)TI=，TD=0，使調(diào)節(jié)器工作在純比例情況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖3-3所示。根據(jù)臨界比例度S和振

56、蕩周期TS，按表二所列的經(jīng)驗算式，求取調(diào)節(jié)器的參考參數(shù)數(shù)值，這種整定方法是以得到4：1衰減為目標(biāo)。圖3-3、具有周期TS的等幅振蕩表二 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱STi(S)Td(S)P2SPI2.2STS/1.2PID1.6S0.5TS0.125TS臨界比例度法的優(yōu)點是應(yīng)用簡單方便，但此法有一定限制。從工藝上看，允許受控變量能承受等幅振蕩的波動，其次是受控對象應(yīng)是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開、關(guān)的極端狀態(tài)。（三）阻尼振蕩法（衰減曲線法）在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調(diào)節(jié)器設(shè)置為純比例

57、作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出現(xiàn)圖3-4所示的4：1衰減過程為止。這時的比例度稱為4：1衰減比例度，用S表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為4：1衰減周期TS。根據(jù)S和TS，運用表三所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。圖3-4 4：1衰減曲線法圖形表三、阻尼振蕩法計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（%）TI(min)TD(min)PSPI1.2S0.5TSPID0.8S0.3TS0.1 TS（四）反應(yīng)曲線法如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（4：1衰減）就有難度。對于這種情況，可采用下述的反應(yīng)曲線法

58、來整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。圖3-5為實驗系統(tǒng)的方框圖。令調(diào)節(jié)器的輸出X(t)為階躍信號，則圖3-5 實驗系統(tǒng)方框圖對象經(jīng)測量變送器后的輸出Y（t），如圖3-6所示。由該圖可確 圖3-6 階躍響應(yīng)曲線定、T和K，其中K按下式確定K=根據(jù)所求的K、T和，利用下表所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應(yīng)于衰減率為4：1時調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。表四 經(jīng)驗計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱（%）TITDP×100%PI1.1×100%3.3PID0.85×100%20.5第二節(jié) 上水箱(中水箱或下水箱)液位定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康? 了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。2 掌握單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)調(diào)

59、節(jié)器參數(shù)的整定。3 研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗設(shè)備1THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)裝置2計算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3萬用表 1只三、實驗原理本實驗系統(tǒng)的被控對象為上水箱，其液位高度作為系統(tǒng)的被控制量。系統(tǒng)的給定信號為一定值，它要求被控制量上水箱的液位在穩(wěn)態(tài)時等于給定值。由圖3-7 上水箱液位定值控制結(jié)構(gòu)圖反饋控制的原理可知，應(yīng)把上水箱的液位經(jīng)傳感器檢測后的信號作為反饋信號。圖3-7為本實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖3-8為控制系統(tǒng)的方框圖。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下無靜差，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID。圖3-8 上水箱液

60、位定值控制方框圖四、實驗容與步驟1按圖3-7要求，完成系統(tǒng)的接線。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3打開閥F1-1、F1-2、F1-6和F1-9，且把F1-9控制在適當(dāng)?shù)拈_度。4選用單回路控制系統(tǒng)實驗中所述的某種調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法整定好調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。5設(shè)置好系統(tǒng)的給定值后，用手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，使電動調(diào)節(jié)閥給上水箱打水，待其液位達(dá)到給定量所要求的值，且基本穩(wěn)定不變時，把調(diào)節(jié)器切換為自動，使系統(tǒng)投入自動運行狀態(tài)。6啟動計算機(jī)，運行MCGS組態(tài)軟件軟件，并進(jìn)行下列實驗：1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。2）待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，適量改變閥

61、F1-6的開度，以作為系統(tǒng)的擾動，觀察并記錄在階躍擾動作用下液位的變化過程。7適量改變PI的參數(shù)，用計算機(jī)記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的響應(yīng)曲線。五、實驗報告1用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。2列表記錄，在上述參數(shù)下求得階躍響應(yīng)的動、靜態(tài)性能指標(biāo)。3列表記錄，在上述參數(shù)下求得系統(tǒng)在階躍擾動作用下響應(yīng)曲線的動、靜態(tài)性能指標(biāo)。4 變比例度和積分時間TI對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？第三節(jié) 雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?通過實驗，進(jìn)一步了解雙容對象的特性。2掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的改變對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗設(shè)備1THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)裝置。2計算機(jī)、上位機(jī)MCGS組態(tài)軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根3萬用表一只三、實驗原理本實驗系統(tǒng)以中水箱與下水箱為被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被圖3-9 雙容液位定值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖控制量?；谙到y(tǒng)的給定量是一定值，要求被控制量在穩(wěn)態(tài)時等于給定量所要求的值，所以調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為PI或PID。本系統(tǒng)的執(zhí)行元件既可采用電動調(diào)節(jié)圖3-10 雙容液位定值控制系統(tǒng)方框圖閥，也可用變頻調(diào)速磁力泵。如果采用電動