過程控制實訓

1、一、實習的主要內(nèi)容圖1系統(tǒng)總貌圖實驗設(shè)備、1.實驗對象及控制屏、SA-11掛件一個、SA-13掛件一個、SA-14掛件一個、 計算機一臺（DCS需兩臺計算機）、萬用表一個；2. SA-12掛件一個、RS485/232轉(zhuǎn)換器一個、通訊線一根；3. SA-21掛件一個、SA-22掛件一個、SA-23掛件一個；/4. SA-31掛件一個、SA-32掛件一個、SA-33掛件一個、主控單元一個、數(shù) 據(jù)交換器兩個，網(wǎng)線四根；5. SA-41掛件一個、CP5611專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線；/6. SA-42掛件一個、PC/PPI通訊電纜一根。/1）單容自衡水箱液位特性測試控制要求：1 .掌握單容水箱的階躍響應(yīng)測試方法

2、，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線；2 .根據(jù)實驗得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相應(yīng)的方法確定被測對象的特征參數(shù)K、T和傳遞函數(shù)；,、根據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有Q1-Q2=A dh（2-1）dt將式（2-1）表示為增量形式d hAQ1-AQ2=A (2-2)式中：AQ1, AQ2, Ah分別為偏離某一平衡狀態(tài)的增量;A水箱截面積.圖1單容自衡水箱特性測試系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖圖2單容水箱的階躍響應(yīng)曲線2)雙容水箱特性的測試 控制要求：1 .掌握雙容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試方法；2 .根據(jù)由實驗測得雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其特征參數(shù) K、T1、T2及傳遞函數(shù);|甘藁調(diào)節(jié)器圖3雙容水箱對象特性測試系

3、統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖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。在圖 線上求?。?所示的階躍響應(yīng)曲(1) h2 (t) |t=t1= h2(oo)時曲線上的點 B和對應(yīng)的時間t1;(2) h2 (t) |t=t2= h2(oo)時曲線上的點 C和對應(yīng)的時間t2。ti2g圖4雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線t1/t2 h2()輸入穩(wěn)態(tài)值XOt1T2 一T1T2階躍輸入量2.16_2(Ti T2)2t1 c 、(1.740.55)t2由上述兩式中解出 T1和T2,于是得到上式所示的傳遞函數(shù)。在改變相應(yīng)的閥門開度后，對象可能出現(xiàn)滯后特性，這時可由S形曲線的拐點P處作一切線，它與時間軸的交點為

4、 A,OA對應(yīng)的時間即為對象響應(yīng)的滯后時間。于是得到雙容滯后(二階滯后)對象的傳遞函數(shù)為：G (S)=e(TiS 1)(T2s 1)3)電動調(diào)節(jié)閥流量特性的測試控制要求：1 . 了解電動調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與工作原理。2 .通過實驗進一步了解電動調(diào)節(jié)閥的流量特性智能更二器圖5電動閥流量特性測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖電動調(diào)節(jié)閥包括執(zhí)行機構(gòu)和閥兩個部分，它是過程控制系統(tǒng)中的一個重要執(zhí)行元件。電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的420mADC信號u,將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的閥門開度1,以改變閥截流面積f的大小，從而改變流量。調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性 Kv=dq/du,其中u是調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，q是被調(diào)介質(zhì)流過閥門的相對流量。調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性

5、 Gv(s)=Kv/(Tvs+1),其中Tv為調(diào)節(jié)閥的時間常數(shù)，一般很小，可以忽 略。但在如流量控制這樣的快速過程中，Tv有時不能忽略。調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性是指閥芯與閥座間節(jié)流面積與閥門開度之間的關(guān)系，通常有四種結(jié)構(gòu)，即快開特性、直線特性、拋物線特性、等百分比特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性， 是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系，因為執(zhí)行機構(gòu)靜態(tài)時輸出l (閥門的相對開度)與 u成比例關(guān)系，所以調(diào)節(jié)閥靜態(tài)特性又稱調(diào)節(jié)閥流量 特性，即q=f(l)。式中：q=Q/Q100為相對流量，即調(diào)節(jié)閥某一開度流量Q與全開流量Q100之比；l = L/L相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程L與全行程L 之比。4）水

6、箱液位串級控制系統(tǒng)1 .通過實驗了解水箱液位串級控制系統(tǒng)組成原理。2 .掌握水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3. 了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主控制量的影響圖9水箱液位串級控制系統(tǒng)（a）結(jié)構(gòu)圖 （b）方框圖干擾均要求擾動量為控制量的5%15%,干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài), 的設(shè)定值（后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設(shè)定值） 和儀表參數(shù)，下水箱液位的響應(yīng)過程曲線將如圖經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新 ,記錄此時的智能儀表的設(shè)定值、輸出值9所示。水箱液位的串級控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)

7、器稱主 調(diào)節(jié)器，控制對象為下水箱，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為中水箱，又稱副對象，中水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的的輸出直接驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥，從而達到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID控制。由于副控回路的輸出要求能快速、準確地復現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用P調(diào)節(jié)器、/5)單回路控制系統(tǒng) 控制要求：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)

8、器和測 量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。/系統(tǒng)的給定量是某一定值，要求系統(tǒng)的被控 制量穩(wěn)定至給定量。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)中已被廣泛應(yīng)用。擾動悉三瓢節(jié)器H執(zhí)行器對盥白制量 0測量發(fā)送器V,/圖7單回路控制系統(tǒng)方框圖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。 '、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)器的主要缺點是系統(tǒng)有靜差存在。其傳遞函數(shù)為:1GC(s)= KP = -(3-1)式中KP為比例系數(shù)，8為比例帶。2 .比例積分(PI)調(diào)節(jié)PI調(diào)節(jié)器就是利用 P調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同

9、時利用I調(diào)節(jié)消除殘差，但I調(diào)節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，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。其傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP(1+ )= (1+ )(3-2) 式中 TI 為積分時間。TIsT1s3 .比例微分(PD)調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)器由于有微分的超前作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導致調(diào)節(jié)閥動作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。PD調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： GC(s)=KP(1+TDs) = -(1+TDs)(3-3)式中TD為微分時間。4 .比例積分微分(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

10、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) = 1(1+ +TDs) (3-4)/TIsTIs圖8 各種控制規(guī)律對應(yīng)的響應(yīng)過程二、實習取得的經(jīng)驗及收獲通過這一周的實訓， 加深了對像串級控制系統(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。雖然只有短短的一周時間，但是它讓我真正地理解了復雜控制系統(tǒng)參數(shù)的整定方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這是一次實踐和理論的接合。我們初步認識了過程控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的工作過程和重要作 用。通過學習我們了解， 每一個過程控制系統(tǒng)都是實際生產(chǎn)過程中的指揮官，而我們作為操作人員，更加應(yīng)該對自己的每一次操作負責，要知道任何一次操作的失誤，輕則影響產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，重則會發(fā)生嚴重的安全事故。通過幾天的練習，我們的分析能力，決策能力和應(yīng)變能力都得到了較大的提高， 同時我們更加明白了做事情必須一絲不茍，任何一小小的差錯都可能引起嚴重的后果。最后，感謝瞿黑老師在這一周時間中