過程控制技術(shù)

1、湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教 案 部 門 電 氣 系 課 程 過程控制技術(shù) 任 課 教 師 授 課 班 級 電氣S2003-1,2,3,4 2005 年 下 學(xué)期 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 9 月 17 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 1 41 4課題過程控制系統(tǒng)的組成和分類教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求 了解過程控制在生活中的認(rèn)識掌握過程控制的基本概念掌握過程控制系統(tǒng)的框圖了解過程控制系統(tǒng)的分類授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié)前 言一、本課程的特點和

2、重要性1自動化專業(yè)的重要專業(yè)課，是自動化專業(yè)區(qū)別于其它專業(yè)的主要課程。2涉及知識面廣，需要計算機、電子技術(shù)、自控理論、電氣控制技術(shù)燈多方面的知識。3能產(chǎn)生比自身成本高幾十倍的效益二、學(xué)習(xí)方法1聯(lián)系生活實際、增加知識面2多作實驗第一章 緒 論 過程控制一般是指冶金、石油、化工、機械、電子、輕工、建材等工業(yè)部門的生產(chǎn)過程的自動化，隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層樓宇不斷涌現(xiàn)，過程控制技術(shù)在民用行業(yè)中應(yīng)用也越來越廣。 第一節(jié) 過程控制系統(tǒng)的組成和分類過程控制系統(tǒng)是指自動控制生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、料位等這樣一些變量，且使這些變量穩(wěn)定在某一范圍或按預(yù)定的規(guī)律變化的系統(tǒng)。一、 過程控制系統(tǒng)的組成1冰箱自控系統(tǒng)

3、示意圖 冰箱的控制系統(tǒng)簡圖如下：2恒穩(wěn)室自控系統(tǒng)示意圖 恒穩(wěn)室的控制系統(tǒng)簡圖如下：二、過程控制系統(tǒng)的框圖為了能更清楚地表示一個自動控制系統(tǒng)各組成部分之間的相互影響和信號關(guān)系，一般都用框圖來表示控制系統(tǒng)的組成。一般一個單回路的控制系統(tǒng)可用以下框圖表示： 框圖中各部分的解釋如下：被控對象：簡稱對象，指自動控制系統(tǒng)中要進行控制的設(shè)備或生產(chǎn)過程的一部分或全部。例如：空調(diào)房間，冰箱，鍋爐，自來水。被控變量：被控對象中要求實現(xiàn)自動控制的物理量，例如溫度、濕度、壓力等。設(shè)定值：又稱給定值，即通過控制作用，使被控變量達到要求的數(shù)值。傳感器：或稱變送器，將被控（測）量按一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于處理和傳輸?shù)牧硪环N物理

4、量（一般為電量）的物理量的元件，如熱電偶、熱電阻等。變送器的作用是將傳感器測出的被控量，變換成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的信號形式。如溫度變送器、差壓變送器?？刂破鳎河址Q調(diào)節(jié)器，是將被控變量的實測值信號與設(shè)定值信號比較，檢測偏差并對偏差進行運算，按照預(yù)定的規(guī)律發(fā)出控制指令的部件。因此，它一般具有設(shè)定、比較、指示、運算和操作功能。執(zhí)行器：將來自控制器的控制信號，轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮髁康牟考蓤?zhí)行機構(gòu)和調(diào)節(jié)機構(gòu)組成。例如，電動調(diào)節(jié)閥是由電動執(zhí)行機構(gòu)（電動機、減速器）和調(diào)節(jié)閥組成。操作量：是為了是被控變量受到干擾后，再恢復(fù)到新穩(wěn)定值而需要通過調(diào)節(jié)機構(gòu)向?qū)ο筝斎氲奈锢砹炕蚰芰?。干擾：引起被控量發(fā)生變化的外部原因。三、 過程控制

5、系統(tǒng)的分類根據(jù)系統(tǒng)設(shè)定值的不同，可分為以下幾類：定值控制系統(tǒng)程序控制系統(tǒng)隨動控制系統(tǒng) 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 9 月 19 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 5 45 5課題tkgk-1實驗裝置的基本操作教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求了解tkgk-1實驗裝置的基本操作掌握tkgk-1實驗裝置的儀表調(diào)校授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié)實驗裝置的基本操作與儀表調(diào)試一、 實驗?zāi)康?1）、了解本實驗裝置的結(jié)構(gòu)與組成。2）、掌握液位、壓力傳感器的使用方法。

6、3）、掌握實驗裝置的基本操作與變送器儀表的調(diào)整方法。二、實驗設(shè)備1) TKGK-1型過程控制實驗裝置：交流變頻器GK-07-2直流調(diào)速器GK-06PID調(diào)節(jié)器GK-042)萬用表三、實驗裝置的結(jié)構(gòu)框圖圖1-1、液位、壓力 、流量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖四、實驗內(nèi)容1、設(shè)備組裝與檢查：1）、將GK-07-2、GK-06、GK-04掛件由左至右依次掛于實驗屏上。并將掛件的三芯藍插頭插于相應(yīng)的插座中。2）、檢查掛件的電源開關(guān)是否關(guān)閉。3）、用萬用表檢查掛件的電源保險絲是否完好。2、系統(tǒng)接線1）、直流部分：將一臺GK04的PID調(diào)節(jié)器的自動/手動切換開關(guān)撥到“手動”位置，并將其“輸出”接GK06的控制電壓“

7、輸入”；GK06的“電樞電壓”和“勵磁電壓”輸出端分別接GK01的直流他勵電動機的“電樞電壓” 和“勵磁電壓”輸入端 。 2）、交流部分：將另一臺GK04的PID調(diào)節(jié)器的自動/手動切換開關(guān)撥到“手動”位置，并將其“輸出”端接GK-07-2變頻器的“2”與“5”接線端； 將GK-07-2變頻器的輸出“A、B、C”接GK-01上三相異步電機的“A、B、C”輸入端；將三相異步電機接成三角形，即“A”接“Z” 、“B”接“X” 、“C”接“Y”；GK-07-2 的“SD”接“STR”使電機正轉(zhuǎn)打水，（若此時電機為反轉(zhuǎn)則“SD”接“STF” ）。3、啟動實驗裝置：1）、將實驗裝置電源插頭接到220V市電

8、電源。2）、打開電源空氣開關(guān)與電源總鑰匙開關(guān)。3）、按下電源控制屏上的啟動按鈕，即可開啟電源，交流電壓表指示220V。4、儀表調(diào)整：（儀表的零位與增益調(diào)節(jié) ）在GK-02裝置結(jié)構(gòu)展示屏的左側(cè)，有五組傳感器檢測信號輸出：LT1、PT、LT2、FT、TT（輸出標(biāo)準(zhǔn)信號DC05V），它們旁邊分別設(shè)有數(shù)字顯示器，以顯示相應(yīng)的輸出值。在LT1、PT、LT2數(shù)字顯示器的右邊各有二個電位器，可通過這些電位器調(diào)整相應(yīng)傳感器的零位和增益，在每次實驗進行之前，必須作好這些準(zhǔn)備工作。調(diào)試步驟如下：1)、將三根ø6的橡皮導(dǎo)氣管（約0.6m長）的一端分別豎直地插入上、下水箱底部（上水箱兩根，下水箱一根），再將

9、它們的另一端接到三個差壓傳感器（MPX2010DP）的正壓室。2）、打開閥1、閥3，關(guān)閉閥7、閥8，（或者打開閥7、閥8，關(guān)閉閥1、閥3）關(guān)閉閥2、閥4、閥5、閥6，然后開啟變頻器（或直流調(diào)速器），啟動一個齒輪泵，給上、下水箱供水，使其液面均上升至10cm高度，關(guān)閉變頻器（或直流調(diào)速器）。3）、將各增益調(diào)節(jié)電位器置于中間位置，然后調(diào)節(jié)零位調(diào)節(jié)電位器，使LT1兩端的輸出電壓為3.33V(顯示器顯示10.00)，LT2兩端的輸出電壓為3.33V(顯示器顯示10.00)，PT兩端的輸出電壓為3.33V（顯示器顯示980）。4）、零位調(diào)節(jié) a、打開閥2、閥4，排空上、下水箱中的水，關(guān)閉閥2、閥4。 b

10、、調(diào)節(jié)“零位調(diào)節(jié)”電位器，使LT1、LT2和PT輸出為零伏，顯示器顯示為00.00cm。注：穩(wěn)定幾分鐘后進入下一步。5）、開始增益調(diào)節(jié)： a、啟動齒輪泵，使上、下水箱水位上升至于10cm高度，然后再關(guān)閉齒輪泵。 b、調(diào)節(jié)“增益調(diào)節(jié)”電位器，使LT1、LT2顯示器顯示10.00cm，Pa顯示器顯示980Pa。6）、重復(fù)實驗步驟4、5，反復(fù)調(diào)整零位和增益，使上、下水箱水位為零時，LT1、LT2、PT輸出都為0V（顯示器顯示00.00）；上、下水箱水位上升至于10cm高度時，LT1兩端的輸出電壓為3.33V(顯示器顯示10.00)，LT2兩端的輸出電壓為3.33V(顯示器顯示10.00)，PT兩端的

11、輸出電壓為3.33V（顯示器顯示980）。 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 9 月 24 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 1 51 5課題過程控制參數(shù)測量儀表教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求 掌握溫度測量儀表的原理和使用掌握濕度測量儀表的原理和使用授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié)第二章 過程控制參數(shù)測量儀表 第一節(jié) 溫度測量儀表一、概述溫度是供熱、供燃氣、通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)中最普遍而重要的參數(shù)之一，許多工藝過程要在一定溫度條件下才能順利進行。選擇某一個物體和

12、被測物體相接觸來測量它的溫度。當(dāng)兩者達到熱平衡時，通過測量被選物體隨溫度變化的物理量，可以定量地測出被測物體的溫度數(shù)值。1溫標(biāo)2溫度測量儀表的分類可分為膨脹式、壓力表式、熱電阻、熱電偶及輻射式五類。二、膨脹式溫度計1玻璃管液體溫度計2固體膨脹式溫度計3壓力式溫度計三、熱電偶溫度計1熱電偶測溫原理熱電偶是應(yīng)用最廣泛的一種測溫元件，通常與顯示儀表和連接導(dǎo)線組成測溫系統(tǒng)。熱電偶將被測溫度t變換成熱電動勢E，經(jīng)連接導(dǎo)線傳遞給顯示儀表進行測量并指示或記錄出相應(yīng)的溫度。如果使自由端溫度恒定，回路總的熱電動勢與工作端溫度成單值函數(shù)關(guān)系。只要用儀表測出電動勢，就可求出被測溫度。2常用熱電偶標(biāo)準(zhǔn)熱電偶：七種。3

13、熱電偶構(gòu)造4熱電偶的冷端溫度補償四、熱電阻溫度計1熱電阻測溫原理2常用金屬熱電阻3半導(dǎo)體熱敏電阻五、溫度測量儀表的選擇與安裝 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 9 月 30 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 5 6,85 7,10課題單容水箱液位控制教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求掌握P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié)單容水箱液位PID控制系統(tǒng)一、 實驗?zāi)康?）、通過實驗熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2

14、）、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的階躍響應(yīng)。3）、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的抗擾動作用。4）、定性地分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。二、 實驗設(shè)備1）、THGK-1型過程控制實驗裝置： GK-04 GK-06 GK-07-22）、萬用表一只3）、秒表一只4）、計算機系統(tǒng)三、實驗原理1、單容水箱液位控制系統(tǒng)圖6-1、單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖 圖6-1為單容水箱液位控制系統(tǒng)。這是一個單回路反饋控制系統(tǒng)，它的控制任務(wù)是使水箱液位等于給定值所要求的高度；減小或消除來自系統(tǒng)內(nèi)部或外部擾動的影響。單回路控制系統(tǒng)由于結(jié)構(gòu)簡單、投資省、操作方便、且能滿足一般生

15、產(chǎn)過程的要求，故它在過程控制中得到廣泛地應(yīng)用。 當(dāng)一個單回路系統(tǒng)設(shè)計安裝就緒之后，控制質(zhì)量的好壞與控制器參數(shù)的選擇有著很大的關(guān)系。合適的控制參數(shù)，可以帶來滿意的控制效果。反之，控制器參數(shù)選擇得不合適，則會導(dǎo)致控制質(zhì)量變壞，甚至使系統(tǒng)不能正常工作。因此，當(dāng)一個單回路系統(tǒng)組成以后，如何整定好控制器的參數(shù)是一個很重要的實際問題。一個控制系統(tǒng)設(shè)計好以后，系統(tǒng)的投運和參數(shù)整定是十分重要的工作。系統(tǒng)由原來的手動操作切換到自動操作時，必須為無擾動，這就要求調(diào)節(jié)器的輸出量能及時地跟蹤手動的輸出值，并且在切換時應(yīng)使測量值與給定值無偏差存在。一般言之，用比例（P）調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)是一個有差系統(tǒng)，比例度的大小不僅會影響

16、到余差的大小，而且也與系統(tǒng)的動態(tài)性能密切相關(guān)。比例積分（PI）調(diào)節(jié)器，由于積分的作用，不僅能實現(xiàn)系統(tǒng)無余差，而且只要參數(shù)，Ti選擇合理，也能使系統(tǒng)具有良好的動態(tài)性能。比例積分微分（PID）調(diào)節(jié)器是在PI調(diào)節(jié)器的基礎(chǔ)上再引入微分D的作用，從而使系統(tǒng)既無余差存在，又能改善 圖6-3、P、PI和PID調(diào)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線系統(tǒng)的動態(tài)性能（快速性、穩(wěn)定性等）。在單位階躍作用下，P、PI、PID調(diào)節(jié)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)分別如圖6-3中的曲線、所示。四、實驗內(nèi)容與步驟（一）、比例（P）調(diào)節(jié)器控制1）、按圖6-1所示，將系統(tǒng)接成單回路反饋系統(tǒng)（接線參照實驗一）。其中被控對象是上水箱，被控制量是該水箱的液位高度h1。

17、2）、啟動工藝流程并開啟相關(guān)的儀器，調(diào)整傳感器輸出的零點與增益。3）、在老師的指導(dǎo)下，接通單片機控制屏，并啟動計算機監(jiān)控系統(tǒng)，為記錄過渡過程曲線作好準(zhǔn)備。4）、在開環(huán)狀態(tài)下，利用調(diào)節(jié)器的手動操作開關(guān)把被控制量“手動”調(diào)到等于給定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%點處）。5）、觀察計算機顯示屏上的曲線，待被調(diào)參數(shù)基本達到給定值后，即可將調(diào)節(jié)器切換到純比例自動工作狀態(tài)（積分時間常數(shù)設(shè)置于最大，積分、微分作用的開關(guān)都處于“關(guān)”的位置，比例度設(shè)置于某一中間值，“正-反”開關(guān)拔到“反”的位置，調(diào)節(jié)器的“手動”開關(guān)撥到“自動”位置），讓系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。6）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例

18、的基礎(chǔ)上加擾動，一般可通過改變設(shè)定值實現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。7）、減小，重復(fù)步驟6，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。8）、增大，重復(fù)步驟6，觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。9）、選擇合適的值就可以得到比較滿意的過程控制曲線。10）、注意：每當(dāng)做完一次試驗后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗。（二）、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制1）、在比例調(diào)節(jié)實驗的基礎(chǔ)上，加入積分作用（即把積分器“I”由最大處“關(guān)” 旋至中間某一位置，并把積分開關(guān)置于“開”的位置），觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗證在PI控制下，系統(tǒng)對階躍擾動無余差存在。2）、固定比例度值（

19、中等大小），改變PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)值Ti，然后觀察加階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時的超調(diào)量p。 表二、值不變、不同Ti時的超調(diào)量p積分時間常數(shù)Ti大中小超調(diào)量p3）、固定積分時間T i于某一中間值，然后改變的大小，觀察加擾動后被調(diào)量輸出的動態(tài)波形，并列表記錄不同值下的超調(diào)量p。 表三、Ti值不變、不同值下的p比例度大中小超調(diào)量p4）、選擇合適的和Ti值，使系統(tǒng)對階躍輸入擾動的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線。此曲線可通過改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0%）來獲得。（三）、比例積分微分調(diào)節(jié)（PID）控制1）、在PI調(diào)節(jié)器控制實驗的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把D打

20、開。然后加上與前面實驗幅值完全相等的擾動，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動態(tài)曲線，并與實驗步驟（二）所得的曲線相比較，由此可看到微分D對系統(tǒng)性能的影響。2）、選擇合適的、Ti和Td，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線（階躍輸入可由給定值從50%突變至60%來實現(xiàn)）。3）、用計算機記錄實驗時所有的過渡過程實時曲線，并進行分析。五、實驗報告要求1）、繪制單容水箱液位控制系統(tǒng)的方塊圖。2）、用接好線路的單回路系統(tǒng)進行投運練習(xí)，并敘述無擾動切換的方法。3）、P調(diào)節(jié)時，作出不同值下的階躍響應(yīng)曲線。4）、PI調(diào)節(jié)時，分別作出Ti不變、不同值時的階躍響應(yīng)曲線和不變、不同Ti值時的階躍響應(yīng)曲線。5）、畫出PI

21、D控制時的階躍響應(yīng)曲線，并分析微分D的作用。6）、比較P、PI和PID三種調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)余差和動態(tài)性能的影響。六、注意事項1）、實驗線路接好后，必須經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電源。2）、必須在老師的指導(dǎo)下，啟動計算機系統(tǒng)和單片機控制屏。3）、若參數(shù)設(shè)置不當(dāng)，可能導(dǎo)致系統(tǒng)失控，不能達到設(shè)定值。 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 10 月 30 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 1 101 10課題簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求 掌握簡單控制系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)置授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏

22、固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié) 第四節(jié) 簡單控制系統(tǒng)的設(shè)計簡單控制系統(tǒng)由被控對象、檢測變送元件、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行器等環(huán)節(jié)組成，是對被控變量進行控制的單回路反饋閉環(huán)控制系統(tǒng)。其結(jié)構(gòu)簡單、投資少、易于調(diào)整和投運，能滿足一般工業(yè)生產(chǎn)過程的控制要求。簡單控制系統(tǒng)分析、設(shè)計方法是其他各類控制系統(tǒng)分析和設(shè)計的基礎(chǔ)。在選擇控制方案時，只有當(dāng)簡單控制系統(tǒng)不能滿足控制要求時，才考慮采用其它教復(fù)雜的控制方案。一、過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述首先要確定控制過程，然后才進行系統(tǒng)設(shè)計。控制過程是由工藝決定的，必須結(jié)合過程特性的分析，明確被控變量、操縱變量及主要擾動。控制系統(tǒng)設(shè)計時，從設(shè)計任務(wù)的提出到系統(tǒng)投入運行，一

23、般都要經(jīng)過從理論設(shè)計到實踐，再根據(jù)實踐修正設(shè)計方案的多次反復(fù)。1 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容A控制方案的設(shè)計包括帶控制點的工藝流程圖、設(shè)計說明書。帶控制點的工藝流程圖是描述生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的圖紙文件。在工藝流程圖上反映出被控變量、測量點的位置和控制手段的實現(xiàn)方法，以及各個控制系統(tǒng)相互之間的關(guān)系。設(shè)計說明書包括設(shè)計指導(dǎo)思想、工藝流程和環(huán)境特征、自動化水平和控制方案的確定、安全技術(shù)措施等內(nèi)容。B工程設(shè)計包括儀表選型、控制室和儀表盤設(shè)計、儀表供電系統(tǒng)設(shè)計、信號及連鎖保護系統(tǒng)設(shè)計。工程設(shè)計時要結(jié)合實際經(jīng)濟情況、從簡單、實用出發(fā)。C工程安裝和儀表調(diào)校 過程控制系統(tǒng)中，儀表和電氣設(shè)備的安裝、信號線路的連接

24、必須正確。D調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 必須將調(diào)節(jié)器參數(shù)整定合適，保證系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。2 過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟A建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型被控過程的數(shù)學(xué)模型是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。B選擇控制方案C建立系統(tǒng)框圖D進行系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性分析計算E實驗和仿真二、控制方案設(shè)計1 被控變量的選擇2 操縱變量的選擇控制通道特性對控制質(zhì)量的影響：A放大系數(shù)K0的影響B(tài)時間常數(shù)T0的影響C純滯后的影響操縱變量選擇的原則：A操縱變量應(yīng)是控制通道的放大系數(shù)K0教大者。B應(yīng)使擾動通道的時間常數(shù)越大越好，而控制通道的時間常數(shù)適當(dāng)小一些。C控制通道純滯后的時間越小越好。D須考慮工藝上的合理和方便。3 檢測變送環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響檢測

25、元件及變送器在控制系統(tǒng)中是測量結(jié)果獲取和傳送的重要環(huán)節(jié)。4 控制器調(diào)節(jié)作用的選擇A控制規(guī)律的選擇 主要根據(jù)過程特性和要求來選擇：位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。B調(diào)節(jié)器作用方向三、調(diào)節(jié)器參數(shù)的工藝整定簡單控制系統(tǒng)可以看作由廣義過程和控制器所構(gòu)成。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定主要有理論整定法和工程整定法。1 經(jīng)驗法首先把比例作帶確定，待過渡過程基本穩(wěn)定，再加入積分作用消除靜差，最后加入微分作用提高控制質(zhì)量。大致步驟為：A在TI=無窮大、TD=0時，比例適當(dāng)時投入運行。B曲線震蕩頻繁，則減少比例度；否則增大比例度。C加入積分作用。D加入微分作用。2 衰減曲線法3 鄰界比例度法

26、湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 11 月 05 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 1 111 11課題計算機在過程控制中的應(yīng)用教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求 了解計算機在過程控制中的技術(shù)授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié) 第五章 計算機在過程控制中的應(yīng)用計算機在過程控制中承擔(dān)控制系統(tǒng)中控制器（調(diào)節(jié)器）的任務(wù)，實現(xiàn)全天候地對生產(chǎn)中的各種參數(shù)，如溫度、壓力、流量、液位等進行采樣，迅速進行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理、打印和顯示生產(chǎn)工藝過程的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和參數(shù)，輸出各種控制命令。

27、一、過程控制系統(tǒng)設(shè)計概述首先要確定控制過程，然后才進行系統(tǒng)設(shè)計?？刂七^程是由工藝決定的，必須結(jié)合過程特性的分析，明確被控變量、操縱變量及主要擾動。控制系統(tǒng)設(shè)計時，從設(shè)計任務(wù)的提出到系統(tǒng)投入運行，一般都要經(jīng)過從理論設(shè)計到實踐，再根據(jù)實踐修正設(shè)計方案的多次反復(fù)。3 過程控制系統(tǒng)設(shè)計的主要內(nèi)容A控制方案的設(shè)計包括帶控制點的工藝流程圖、設(shè)計說明書。帶控制點的工藝流程圖是描述生產(chǎn)過程控制系統(tǒng)的圖紙文件。在工藝流程圖上反映出被控變量、測量點的位置和控制手段的實現(xiàn)方法，以及各個控制系統(tǒng)相互之間的關(guān)系。設(shè)計說明書包括設(shè)計指導(dǎo)思想、工藝流程和環(huán)境特征、自動化水平和控制方案的確定、安全技術(shù)措施等內(nèi)容。B工程設(shè)計包

28、括儀表選型、控制室和儀表盤設(shè)計、儀表供電系統(tǒng)設(shè)計、信號及連鎖保護系統(tǒng)設(shè)計。工程設(shè)計時要結(jié)合實際經(jīng)濟情況、從簡單、實用出發(fā)。C工程安裝和儀表調(diào)校 過程控制系統(tǒng)中，儀表和電氣設(shè)備的安裝、信號線路的連接必須正確。D調(diào)節(jié)器參數(shù)整定 必須將調(diào)節(jié)器參數(shù)整定合適，保證系統(tǒng)運行在最佳狀態(tài)。4 過程控制系統(tǒng)設(shè)計步驟A建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型被控過程的數(shù)學(xué)模型是過程控制系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)。B選擇控制方案C建立系統(tǒng)框圖D進行系統(tǒng)靜態(tài)、動態(tài)特性分析計算E實驗和仿真二、控制方案設(shè)計5 被控變量的選擇6 操縱變量的選擇控制通道特性對控制質(zhì)量的影響：A放大系數(shù)K0的影響B(tài)時間常數(shù)T0的影響C純滯后的影響操縱變量選擇的原則：A操縱變量

29、應(yīng)是控制通道的放大系數(shù)K0教大者。B應(yīng)使擾動通道的時間常數(shù)越大越好，而控制通道的時間常數(shù)適當(dāng)小一些。C控制通道純滯后的時間越小越好。D須考慮工藝上的合理和方便。7 檢測變送環(huán)節(jié)對控制系統(tǒng)的影響檢測元件及變送器在控制系統(tǒng)中是測量結(jié)果獲取和傳送的重要環(huán)節(jié)。8 控制器調(diào)節(jié)作用的選擇A控制規(guī)律的選擇 主要根據(jù)過程特性和要求來選擇：位式控制、比例控制、比例積分控制、比例微分控制、比例積分微分控制。B調(diào)節(jié)器作用方向三、調(diào)節(jié)器參數(shù)的工藝整定簡單控制系統(tǒng)可以看作由廣義過程和控制器所構(gòu)成。調(diào)節(jié)器參數(shù)整定主要有理論整定法和工程整定法。4 經(jīng)驗法首先把比例作帶確定，待過渡過程基本穩(wěn)定，再加入積分作用消除靜差，最后加

30、入微分作用提高控制質(zhì)量。大致步驟為：A在TI=無窮大、TD=0時，比例適當(dāng)時投入運行。B曲線震蕩頻繁，則減少比例度；否則增大比例度。C加入積分作用。D加入微分作用。5 衰減曲線法6 鄰界比例度法 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 11 月 8 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 5 11,135 12,14課題單片機PID控制教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求了解單片機與上位機的通訊過程授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié)實驗十四、 單片機控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?）、

31、熟悉單片機與計算機的操作。2）、了解單片機與上位機的通訊過程。二、實驗設(shè)備TKGK-1型過程控制實驗裝置：單片機控制屏GK-03計算機及監(jiān)控軟件變頻器GK-07-2三、實驗原理 圖 14-1 單片機的單回路控制系統(tǒng)由檢測變送元件輸出的檢測信號，進入單片機的模擬量輸入口，然后由單片機對檢測信號與給定值進行比較和運算，得到輸出控制信號。單片機在過程控制中:一是作為控制器與參數(shù)監(jiān)測元件、變送器及執(zhí)行機構(gòu)組成一個直接數(shù)字控制系統(tǒng)(DDC)，對多個被控量進行巡回監(jiān)控；二是依靠串行口COM1數(shù)據(jù)通訊與計算機連接，實現(xiàn)計算機數(shù)據(jù)采集與顯示。雖然單片機控制是斷續(xù)的，但對于時間常數(shù)較大的系統(tǒng)來說，它的控制效果近

32、似于連續(xù)控制，因此，用數(shù)字PID完全可以代替模擬PID，同樣可得到比較滿意的控制效果。四、實驗步驟1、熟悉單片機的操作（具體操作，見本書第一部分產(chǎn)品使用說明的GK-03單片機控制屏的使用說明）。2、按圖14-1連接系統(tǒng)：將液位檢測信號送至單片機，再用單片機輸出的模擬信號控制交流變頻器，進而控制電機的轉(zhuǎn)速，從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)水位自動控制。3、利用GK-03的控制鍵盤設(shè)定單片機系統(tǒng)參數(shù)（包括給定值SP、PID參數(shù)(Pb、Ti、Td) 、采樣周期St、標(biāo)尺上限CH、標(biāo)尺下限CL、正反作用UA、手動/自動AN、輸出通道OP等）。4、通過衰減曲線法找到最佳參數(shù)（可利用交流電機作為執(zhí)行機構(gòu)，直流電

33、機作為干擾源）。1）、置調(diào)節(jié)器積分時間Ti到最大值（Ti=），微分時間Td為零(Td=0)，比例度為較大值，讓系統(tǒng)投入閉環(huán)運行。2）、待系統(tǒng)穩(wěn)定后，作設(shè)定值階躍擾動，并觀察系統(tǒng)的響應(yīng)。若系統(tǒng)響應(yīng)衰減太快，則增大比例度；反之，系統(tǒng)響應(yīng)衰減過慢，應(yīng)減小比例度。如此反復(fù)直到系統(tǒng)出現(xiàn)如圖14-2所示4:1衰減振蕩過程。 圖 14-2 4:1衰減響應(yīng)曲線記下此時的比例度s和振蕩周期 Ts的數(shù)值。 3）、利用所得s和Ts值，按表14-1給出的經(jīng)驗公式，求調(diào)節(jié)器整定參數(shù)、Ti和Td數(shù)值。表14-1 4:1衰減曲線法整定計算公式調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱TiTdPsPI1.2s 0.5TsPID0.8s0.3Ts0

34、.1Ts五、實驗要求 實驗報告內(nèi)容包括實驗?zāi)康囊?、實驗原理框圖、實驗簡要步驟、實驗結(jié)果（包括數(shù)據(jù)曲線）以及對實驗結(jié)果的分析，得出的結(jié)論。六、注意事項1）、實驗線路連好，需經(jīng)指導(dǎo)老師檢查認(rèn)可后方可接通電源。2）、實驗前必須熟練GK-03單片機控制屏的使用說明。七、思考問題 試對模擬調(diào)節(jié)器控制、單片機控制、計算機控制做一比較。 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 11 月 13 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 1 121 12課題計算機在參數(shù)測量中的應(yīng)用計算機在過程控制中的應(yīng)用教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求 了解計算

35、機技術(shù)在過程控制中的應(yīng)用授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課堂小結(jié) 第三節(jié) 計算機在參數(shù)測量中的應(yīng)用一、計算機在參數(shù)測量中的應(yīng)用計算機測量系統(tǒng)可以很方便地實現(xiàn)多參數(shù)的巡回檢測、數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理，其中包括數(shù)據(jù)輸入、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、標(biāo)度變換等。二、信號處理1 測試信號的調(diào)整傳感器測得的典型測試信號一般有以下幾種：直流電壓信號、直流電流信號和數(shù)字信號。在送入計算機處理之前，這些信號要調(diào)整為計算機輸入輸出通道所要求的信號范圍內(nèi)的信號。a. 直流電壓信號b. 直流電流信號c. 數(shù)字信號：主要用于對頻率的測量和對轉(zhuǎn)速的測量，頻率測量法有計數(shù)法和周期測頻法。2

36、 信號濾波由于控制系統(tǒng)的信號一般是用模擬式傳感器測得的，因此這些信號不可避免的要受到噪聲干擾的污染。針對不同的干擾源，采取不同的抑制和消除干擾的措施，可以極大地削弱進入系統(tǒng)的各種噪聲的強度。如果噪聲和有用信號的頻譜范圍不同，通常采用不同的帶通濾波器來分離，但如果噪聲和信號的頻譜重疊，則采用估計方法來重構(gòu)信號（如卡爾曼濾波器等）。一般的模擬濾波器常采用RC濾波網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。當(dāng)干擾變化速度較慢時，RC濾波網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)選擇會遇到一定的困難。這時，可以利用計算機的信息處理能力，通過數(shù)字濾波來實現(xiàn)。所謂數(shù)字濾波，就是利用程序?qū)崿F(xiàn)的濾波。這種濾波方法不需要硬件，只需編制濾波算法編制相應(yīng)的餓程序即可達到目的。數(shù)

37、字濾波可以對各種干擾信號，包括頻率很低的干擾信號實現(xiàn)濾波。常用的數(shù)字濾波方法有：平均值濾波、中值濾波、限幅濾波和慣性濾波。3 線性化處理通過模擬量輸入通道采集到的數(shù)據(jù)與該數(shù)據(jù)所代表的參數(shù)不一定呈線性關(guān)系，常常需要進行非線性補償，使非線性關(guān)系轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系，才能用于顯示和控制。第四節(jié) 計算機在過程控制中的應(yīng)用一、計算機溫度測量該系統(tǒng)屬于計算機巡回檢測數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，是利用Z80-CPU微處理器及其PIO接口、A/D轉(zhuǎn)換器和熱敏電阻組成的計算機溫度測量系統(tǒng)，用來檢測生產(chǎn)過程中的溫度及其變化。1 參數(shù)變換和A/D轉(zhuǎn)換電路熱敏電阻的溫度參數(shù)變換和ADC0804芯片模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路如圖5-26。2 微機熱敏

38、電阻溫度檢測系統(tǒng)的電路組成與程序流程初始化把啟動信號送給A/D轉(zhuǎn)換器等待1ms從A/D轉(zhuǎn)換器讀取數(shù)據(jù)把A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為溫度值準(zhǔn)備顯示用的數(shù)據(jù)溫度值的顯示二、中央空調(diào)DDC控制系統(tǒng)用計算機對控制規(guī)律的數(shù)值計算來取代模擬控制器的控制作用，計算的結(jié)果以數(shù)字量的形式或變成模擬量的形式直接控制生產(chǎn)過程。通用輸入量有以下幾種類型：a. 負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻b. 電阻Pt1000-1（-50150）,Pt1000-2（04000）c. 直流電信號：DC010V；DC010mA；DC420mA。d. 干接點1C500型中央空調(diào)DDC控制系統(tǒng)該控制器可以對中央空調(diào)進行焓值控制、最佳啟?？刂坪蜏囟瓤刂频?。

39、a. C500型DDC控制器b. C500型DDC控制器的三個控制功能焓值控制空調(diào)器最佳啟?？刂茰囟瓤刂?XCEL20型中央空調(diào)機組DDC控制系統(tǒng)a. EXCEL20控制器簡介b. 用EXCEL20控制的空調(diào)機組3DC-9100型中央空調(diào)機組DDC控制系統(tǒng) 湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院教案 教研室主任（簽名） 備課日期 2005 年 11 月 18 日授 課 班 級電氣S03-3、4班電氣S03-1、2班授課日期星期 周 1 131 13課題過程控制技術(shù)的應(yīng)用教學(xué)準(zhǔn)備 看書寫教案教學(xué)目的與要求 了解過程控制的實際應(yīng)用授課方式 講授教學(xué)過程（檢查復(fù)習(xí)，教授聽課，鞏固復(fù)習(xí)，課堂小結(jié)，安排作業(yè)） 教授聽課課

40、堂小結(jié) 第六章 過程控制技術(shù)的應(yīng)用隨著經(jīng)濟的發(fā)展，高層樓宇不斷涌現(xiàn)，過程控制技術(shù)在樓宇中的空調(diào)、制冷、消防、給排水等系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。第三節(jié) 消防控制系統(tǒng)高層建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)，火勢兇猛且蔓延極快，火災(zāi)撲救和人員疏散都十分困難。因此，以建筑物尤其是高層建筑物為被控對象，通過自動控制手段實現(xiàn)火災(zāi)的自動報警及自動撲火十分重要，所建立的消防控制系統(tǒng)實際上也是一個典型的閉環(huán)控制系統(tǒng)。消防控制系統(tǒng)可由一個簡單的結(jié)構(gòu)圖來表示，如圖6-36所示。一、 火災(zāi)報警控制系統(tǒng)根據(jù)工程建設(shè)的規(guī)模、保護對象的性質(zhì)、火災(zāi)報警區(qū)域的劃分，將火災(zāi)報警控制系統(tǒng)分為三種基本形式：區(qū)域火災(zāi)報警系統(tǒng)、集中火災(zāi)報警系統(tǒng)、控制中心

41、報警系統(tǒng)。區(qū)域火災(zāi)報警裝置只用一臺通用報警控制器，只能設(shè)置一些功能簡單的聯(lián)動設(shè)備。集中火災(zāi)報警控制系統(tǒng)由一臺集中火災(zāi)報警控制器、兩臺以上的區(qū)域火災(zāi)報警控制器、火災(zāi)報警裝置和電源組成。集中火災(zāi)報警控制器設(shè)在消防控制室，區(qū)域火災(zāi)報警控制器設(shè)在各層。對于總線制火災(zāi)報警控制系統(tǒng)，區(qū)域火災(zāi)報警控制器就是重復(fù)顯示屏?？刂浦行膱缶刂葡到y(tǒng)除了集中火災(zāi)報警控制器、區(qū)域報警控制器、火災(zāi)探測器外，在消防控制室內(nèi)增加了消防聯(lián)動設(shè)備。被聯(lián)動控制的設(shè)備包括火災(zāi)警報裝置、火警電話、火災(zāi)應(yīng)急照明、火災(zāi)應(yīng)急廣播、防排煙、通風(fēng)空調(diào)、消防電梯和固定滅火控制裝置等。二、消火栓滅火系統(tǒng)室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng)由高位水箱（蓄水池）、消防水泵

42、（加壓泵）、管網(wǎng)、室內(nèi)消火栓設(shè)備、室外露天消火栓以及水泵接合器等組成。室內(nèi)消火栓設(shè)備由水槍、水帶和消火栓組成?；馂?zāi)發(fā)生時，需由消防員拿起噴水槍噴水滅火。室內(nèi)消火栓滅火系統(tǒng)是自動監(jiān)測、報警、自動滅火的自動化消防系統(tǒng)，該系統(tǒng)一般由消防控制電路、消防水泵、消火栓、管網(wǎng)及壓力傳感器等構(gòu)成，主要是對消防水泵進行自動控制。如圖6-42所示。三、噴水滅火系統(tǒng)1閉式自動噴水滅火系統(tǒng)a 濕式噴水滅火系統(tǒng)平時無火災(zāi)時，管網(wǎng)壓力水由高位水箱提供，滅火初期水泵未啟動之前消防用水也由高位水箱提供。啟動水泵是將消防用水從一個低位的水池泵入管網(wǎng)中。b 干式噴水滅火系統(tǒng)干式噴水滅火系統(tǒng)是平時無火災(zāi)時，管網(wǎng)內(nèi)充以氣體；干濕式噴水滅火系統(tǒng)是在冬季沖氣，夏季變成充水。c 預(yù)作用噴水滅火系統(tǒng)是根據(jù)火災(zāi)信號的發(fā)生來進行干式與濕式的轉(zhuǎn)換，即無火災(zāi)信號時是干式，有火災(zāi)時是濕式?；馂?zāi)發(fā)生時，火災(zāi)探測器首先動作，并將火災(zāi)信號送至火災(zāi)報警控制器，發(fā)出聲光報警并顯示滅火地址。同時通過電磁閥自動打開預(yù)作用閥，并由自動排氣閥排出管網(wǎng)中的低壓氣體，消防水充以管網(wǎng)。待火場溫度繼續(xù)升高，閉式噴頭自動打開開始噴水滅火，并同時送出火災(zāi)報警信號。2開式自動噴水滅火系統(tǒng)所謂