重慶科技學院過程控制實訓報告

1、重慶科技學院學生實習（實訓）總結報告 學 院:_電氣與信息學院 _ 專業(yè)班級:_測控 學生姓名:_ _ _ 學 號:_ _實習(實訓)地點:_逸夫科技大樓I501 _ _報告題目:_ 過程控制系統(tǒng)綜合訓練 _ 報告日期： 2015 年 01 月 08日指導教師評語: _ _ _ _ 成績（五級記分制）:_ _ 指導教師（簽字）:_ 目錄1  前言2 1.1目的意義21.2主要內(nèi)容22 實訓內(nèi)容32.1單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實訓32.1.1單容水箱設備的組成32.1.2單容水箱設備的工作原理32.1.3 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)試驗結果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-流量串級控制系統(tǒng)實訓92.2.1智能儀表92.2.2液位-流量的串級控制系統(tǒng)102.2.3液位-流量的串級控制系統(tǒng)原理102.2.4 液位-流量的串級控制系統(tǒng)試驗結果112.2.5 液位-流量串級控制系統(tǒng)調(diào)試122.2.6 CAD圖14 3實訓總結16 1  前言 1.1目的意義過程控制系統(tǒng)綜合訓練是測控技術與儀器專業(yè)的一門綜合訓練性必修非實驗課。通過本次實訓，學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，學習過程控制系統(tǒng)設計的硬軟件設計方法，具有一定的技術實現(xiàn)能力，進一步

3、提高學生的控制系統(tǒng)應用水平。1.2主要內(nèi)容 1、單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實訓通過實驗，使用智能儀表、調(diào)節(jié)閥構成控制系統(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）軟件設計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)對系統(tǒng)性能的影響。2、液位、流量串級控制系統(tǒng)實訓了解串級控制系統(tǒng)的原理，掌握主、副干擾的確定，串級控制系統(tǒng)的組成，繪制液位、流量串級控制系統(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）軟件設計液位、流量串級控制系統(tǒng)軟件，學習主、副控制器的參數(shù)整定；在不同的擾動幅度下，分析響應曲線，比較控制質(zhì)量。3、撰寫實訓報告實訓報告包括前言、正文、結尾。前言主要描述本次實訓的目的意義、要求及實訓任務等情況。正文詳述實習的基本情況,包括：項目、內(nèi)容、安排、組織、做法，以及分析通過實習經(jīng)歷了哪些環(huán)節(jié)，接受了哪些實踐鍛煉，搜集到哪些資料，并從中得出一些具體認識、觀點和基本結論。結尾可寫出自己的收獲、感受、體會和建議，也可就發(fā)現(xiàn)的問題提出解決問題的方法、對策。 2 實訓內(nèi)容2.1單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實訓2.1.1單容水箱設備的組成單水水箱設備的基本組成有：控制器，調(diào)節(jié)器，被

5、控對象，測量變送。基本器件有儲水箱，下水箱，水泵，電磁流量計，閥門，管道等,電磁調(diào)節(jié)閥。2.1.2單容水箱設備的工作原理 (a)機構圖 （b）方框圖 本實驗系統(tǒng)結構圖和方框圖如上圖所示。被控量為上小水箱的液位高度，實驗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作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控制水箱液位的目的。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)的調(diào)節(jié)器應為PID控制。  采用計算機PID算法控制。首先由差壓傳感器檢測出水箱水位，水位實際值通過A/D轉(zhuǎn)換，變成數(shù)字信號后，被輸入計算機中，最后，

6、在計算機中，根據(jù)水位給定值與實際輸出值之差，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，進而控制電機轉(zhuǎn)速，從而形成一個閉環(huán)系統(tǒng)，實現(xiàn)水位的計算機自動控制。2.1.3 單容水箱液位定值控制系統(tǒng)試驗結果畫面組態(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)與實際輸出值c(t)構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成控制量，對被控對象進行控制，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、流量串級控制系統(tǒng)實訓2.2.1智能儀表 智能儀表是整個系統(tǒng)的重要部分，它是控制中心，它將測量信號運算后，得出控制信號并傳給控制器。儀表的測量信號為傳感器的輸出信號，此處經(jīng)過電阻將電流信號轉(zhuǎn)換成15V（0.21V）的電壓信號，即AI0+、AI0-為15V信號輸入；AI1+、AI1-為0.21V信號輸入。AO0+( AO1+)、AO0-( AO1-)為儀表的控制信號輸出端，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電壓信號來設定儀表設定值的。其它報警等端子為擴展備用。 圖2.5智能儀表2.2.2液位-流量的串級控制系統(tǒng) 液位-流量的串級控制系統(tǒng)采用了液位變送器、流量變送器、電動調(diào)節(jié)器、智能儀表。其實驗線路按照圖2.5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調(diào)節(jié)閥。下水箱液位變送器將測的信號傳送給智能儀表一，智能儀表一經(jīng)過運算后，輸出調(diào)節(jié)信號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

9、合運算后，輸出控制信號傳給調(diào)節(jié)閥?？刂齐妱诱{(diào)節(jié)閥開度，控制下水箱的進水量，達到或保持給定的液位。智能儀表通過RS485與PC機通信，將液位值和調(diào)節(jié)閥的開度傳送給PC機，PC機實時顯示數(shù)據(jù)。操作人員可以在PC機上實時修改各個參數(shù)。2.2.3液位-流量的串級控制系統(tǒng)原理 本實驗系統(tǒng)的主控量為下水箱的液位高度H，副控量為電動調(diào)節(jié)閥支路流量Q，它是一個輔助的控制變量。系統(tǒng)由主、副兩個回路所組成。主回路是一個恒值控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)的主控制量H等于給定值；副回路是一個隨動系統(tǒng)，要求副回路的輸出能正確、快速地復現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出的變化規(guī)律，以達到對主控制量H的控制目的。 圖2.6 液位-流量串級控制系統(tǒng)

10、的結構圖 可以看出，由于主對象下水箱的時間常數(shù)較大于副對象管道的時間常數(shù)，因而當主擾動（二次擾動）作用于副回路時，在主對象未受到影響前，通過副回路的快速調(diào)節(jié)作用已消除了擾動的影響。圖2.6為實驗系統(tǒng)的結構圖，圖2.7為該控制系統(tǒng)的方框圖。 圖2.7 液位-流量串級控制系統(tǒng)的方框圖2.2.4 液位-流量的串級控制系統(tǒng)試驗結果 液位-流量的串級控制系統(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。本實驗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 串級水箱控制系統(tǒng)圖2.2.5 液位、流量串級控制系統(tǒng)調(diào)試 水箱液位串級控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩會路組成，主控回路的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為水箱，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，改變進入水箱的泵的流量，從而達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，從而導致該過程的難以控制。串級控制是改善調(diào)節(jié)過程動態(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)軟件對整定過程及液位的平衡過程進行實時監(jiān)控，直至達到主、副回路的最佳整定參數(shù)。 調(diào)試結果：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 串級水箱控制系統(tǒng)調(diào)試圖 2.2.6 CAD圖 圖2.10 串級水箱控制系統(tǒng)CAD圖 圖2.11 串級水箱控制系統(tǒng)電氣圖 3實訓總結 通過這兩周的實訓，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)的結構的理解，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。雖然只有短短的兩周時間，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)結構