工业过程检测与过程控制
实
验
报
告
学院：************
专业：电气工程
学号：***********
姓名：***
苏州大学机电工程学院二零一三年五月
实验一锅炉液位控制系统实验
一、实验目的
1 了解锅炉液位控制系统的组成。
2 建立液位控制数学模型（阶跃响应曲线）。
3 计算系统各参数下的性能指标。
4 分析PID参数对控制系统性能指标的影响。
二、实验步骤
1 出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，设定OUTL=60%。
2 令δ=20%、 Ti=80（s）、Td=10(s)，设置到液位控制器中。
3 液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=200mm，等待稳定下来。
4 将液位控制器的“自动”输出阶跃变化100mm，即设定SV=300mm，同步记录
液位的PV值（间隔30秒记录一次，约20分钟）。
5 改变比例带：令δ=10%、 Ti=80（s）、Td=10(s)，设置到液位控制器中，重
复步骤3和步骤4。
6 改变积分时间：δ=20%、 Ti=40（s）、Td=10(s)，设置到液位控制器中，重
复步骤3和步骤4。
7 改变微分时间：δ=20%、 Ti=40（s）、Td=20(s)，设置到液位控制器中，重
复步骤3和步骤4。
三、实验数据
表1-1 锅炉液位控制系统实验记录表
四、 阶跃响应曲线
五、 实验数据处理
1、由实验数据和阶跃响应曲线计算四组PID 参数下系统性能指标：衰减率Ψ、衰减比η、超调量σ（%）、调节时间t s (min)。
%100)
(y y 1
1y y y 1
s s 11
?∞=
-=-=ψ=σηη超调量衰减率衰减比s
y y 调节时间t s ：一般是当被控量进入其稳态值的±5%范围内时所需的 时间。
图1 锅炉液位控制系统液位调节曲线
表1-2 系统各性能指标
2、分析δ（比例带）、T i（积分时间）、T d（微分时间）对系统性能的影响。
（1）比例带：当δ减小时，引起ω变大；ζ减小Ψ减小，稳定性变差。
（2）积分时间：当T i减小时，引起ω变大；ζ减小Ψ减小，稳定性变差。
（3）微分时间：引入T d，可提高快速性，提高系统的工作频率；T d太大或太小，都会破坏系统的稳定性。
实验二锅炉温度控制系统实验
一、实验目的
1 了解锅炉温度控制系统的组成。
2 建立被控对象的数学模型：掌握用动态特性参数法辨识被控对象模型（一阶
加滞后）的特性参数。
3 掌握整定PID参数的计算过程。
4 计算温度控制系统闭环状态下的性能指标。
5 总结对过程控制系统实验的心得体会。
二、实验步骤
1 液位控制系统置于“自动”，即闭环方式，设定SV=300mm。
2 出水流量控制系统置于“手操”，即开环方式，大约使PV=40L/H。
3 温度控制系统置于“手操”，设定OUTL=10%~15%。
4 等待液位、出水流量和温度稳定下来。
5 将温度控制器的“手操”输出阶跃变化5%~10%，即设定OUTL=15%~20%，
同步记录温度的PV值（间隔一分钟记录一次，大约45分钟）。
6 根据开环实验数据，在实验计算机记录温度开环阶跃响应曲线上，计算机被
控对象参数K、τ和T。然后按教材第83页的表4.1（另一教材第168页的表3-6）计算PID参数δ、Ti、Td。
7 温度控制系统置于“自动”，即闭环方式没设定SV=30℃~40℃，把第六步得
到的δ、Ti、Td设置到控制器中，等待稳定下来。
8 将温度控制器的“自动”输出阶跃变化5℃~10℃，即设定SV=30℃~50℃，同
步记录温度的PV值（间隔30秒记录一次，约20分钟）。
9 根据温度闭环实验曲线，在直角坐标纸上绘制温度控制系统的阶跃响应曲线，
由曲线计算系统性能指标；衰减率ψ、衰减比η、超调量σ、调节时间ts。
三、实验数据
表2-1温度开环实验数据记录表
表2-2温度闭环实验数据记录表
四、 阶跃响应曲线
五、实验数据处理
31.9℃-21.2℃=10.7℃ 10.7×0.39+21.2=25.4℃ 10.7×0.63+21.2=27.9℃ t 1=320s
t 2=687s （不合适） 取t 2=571s
T 0=2（t 2-t 1）=2×﹙571-320）=502s τ=2t 1-t 2=2×320-571=69s
713.015
7
.101
1501007.10min
max min max ==
=
=
-??x y ρ
图2-1 锅炉温度控制系统温度调节曲线
13745.0502
69
==
T
τ
%.....T
τ
ρ.δ334808334013745071308501850==??=??
= T i =2τ=2×69=138s
T d =0.5τ=0.5×69=34.5s ≈34s
%
8.4%100)(y y
4.011y y y 1
67.13.05.01s s 11=?∞==-=-=ψ===
σηη超调量衰减率衰减比s y y 调节时间t s =7.0min
实验心得
1、这个实验包括锅炉液位控制和锅炉温度控制，实验过程十分缓慢，一次实验需要20~45分钟的计时时间，需要耐心的进行实验，认真读取数据并将数据记录下来。
2、实验中采用了PID 控制原理，是系统的控制更加精确。
3、实验中PID 参数的选择也非常的重要，比例带、积分时间、微分时间都在控制中起着不同的作用。
4、改变PID 参数中的一项，控制系统达到稳定所需的时间也有所不同，系统的稳定性能也有所不同。
5、在锅炉温度控制系统实验中，与开环控制系统相比，闭环控制系统体现了它的优越性：准确，快速，稳定。
工业流程题 1. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与要点 在解这类题目时： 首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性 在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。 分析流程图需要掌握的技巧是： ①浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比 原料和产物； ②了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并 在下一步分析和解题中随时进行联系和调用； ③解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理 2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择）3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯） 4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用）5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律 主线主产品分支副产品回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯3. 原料预处理 除杂、净化 产品分离提 反应条件 原料循环利用 排放物的无 害化处理
工业控制系统的输入与 输出信 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
工业控制系统的输入与输出信号 工业生产过程实现计算机控制的前提是，必须将工业生产过程的工艺参数、工况逻辑和设备运行状况等物理量经过传感器或变送器转变为计算机可以识别的电信号（电压或电流）或逻辑量。 传感器和变送器输出的信号有多种规格，其中毫伏（mV）信号、0~5V电压信号、1~5V电压信号、0~10mA电流信号、4~20mA电流信号、电阻信号是计算机测控系统经常用到的信号规格。在实际工程中，通常将这些信号分为模拟量信号和数字量信号两大类。 针对某个生产过程设计一套计算机控制系统，必须了解输入输出信号的规格、接线方式、精度等级、量程范围、线性关系、工程量换算等诸多要素。 1．模拟量信号 许多来自现场的检测信号都是模拟信号，如液位、压力、温度、位置、PH 值、电压、电流等，通常都是将现场待检测的物理量通过传感器转换为电压或电流信号；许多执行装置所需的控制信号也是模拟量，如调节阀、电动机、电力电子的功率器件等的控制信号。 模拟信号是指随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值。 模拟信号有两种类型：一种是由各种传感器获得的低电平信号；另一种是由仪器、变送器输出的4~20mA的电流信号或1~5V的电压信号。这些模拟信号经过采样和A/D转换输入计算机后，常常要进行数据正确性判断、标度变换、线性化等处理。 模拟信号非常便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中信号的幅值或相位发生畸变。因此，有时还要对模拟信号做零漂修正、数字滤波等处理。 模拟量输出信号可以直接控制过程设备，而过程又可以对模拟量信号进行反馈。闭环PID控制系统采取的就是这种形式。模拟量输出还可以用来产生波形，这种情况下D/A变换器就成了一个函数发生器。 模拟信号的常用规格： 1）1~5V电压信号 此信号规格有时称为DDZ-Ⅲ型仪表电压信号规格。1~5V电压信号规格通常用于计算机控制系统的过程通道。工程量的量程下限值对应的电压信号为lV，工程量上限值对应的电压信号为5V，整个工程量的变化范围与4V的电压变化范围相对应。过程通道也可输出1~5V电压信号，用于控制执行机构。 2）4~20mA电流信号 4~20mA电流信号通常用于过程通道和变送器之间的传输信号。工程量或变送器的量程下限值对应的电流信号为4mA，量程上限对应的电流信号为20mA，整个工程量的变化范围与16mA的电流变化范围相对应。过程通道也可输出 4~20mA电流信号，用于控制执行机构。 有的传感器的输出信号是毫伏级的电压信号，如K分度热电偶在l000℃时输出信号为。这些信号要经过变送器转换成标准信号（4~20mA）再送给过程通
化学化工流程类试题 典型的化学化工流程试题的鉴赏和突破 题型1 海水资源的利用 实质是考查混合物的除杂、分离、提纯的有关实验基础知识、基本操作和技能。（1）制盐工业 [例1]粗盐中含有MgCl2、CaCl2等杂质，工业提纯粗盐的工艺流程如下图所示。 (1) Ca(OH)2溶液的pH________7( 填“ ＞” 、“ ＝” 或“ ＜”) 。步骤①反应的化学方程式为。 (2) 步骤③操作a 的名称是______。步骤④加入适量盐酸的目的是除去滤液中Na2CO3和__________。 (3) 若步骤①和步骤②的顺序颠倒，则最后所得的精盐水中还含有________________。 [例2] 某食盐样品中含有少量沙土、氯化钙和氯化镁。以下是除去食盐样品中沙土、氯化钙和氯化镁的实验流程。 根据流程图回答： (1) 操作Ⅰ的名称是______，加入的试剂A 是__________________，沉淀。 (2) 写出NaOH 与杂质反应的化学方程式：_______________________________； (3) 加入试剂B的目的是___________________________； (4) 蒸发结晶时用到玻璃棒的作用是___________________________________。 （2）海水提取金属镁 [例3]海水中有大量可以利用的化学资源，例如氯化镁、氯化钠、溴化钾等。综合利用海水制备金属镁的流程如下图所示： (1) 贝壳主要成分的化学式是__________。 (2) 操作a 的名称是________，在实验室中进行此项操作时，需要的玻璃仪器有烧杯、玻璃棒、。 (3) 工业冶炼镁常用电解MgCl2的方法，反应为MgCl2电解 Mg＋_____。
《工业信号检测与控制》 课程整体教学设计（2014～ 2015学年第二学期） 课程名称：工业信号检测与控制 所属专业：电气自动化技术 所属系部：电气工程系 制定人：宋清龙 合作人：吴方周国平许艳梅刘洪波 制定时间： 2014/12/29 德州职业技术学院
课程整体教学设计 一、课程基本信息 二、课程目标设计 总体目标： 通过本课程的学习，学生能够使用常用仪器检查各种传感器性能，判别其好坏；能够根据检测要求合理选用各种类型的传感器；通过自主性实训项目学会它的应用，最后通过设计制作型实训来培养学生的职业技能，以实现学生传感器应用和检测系统集成能力的培养。 能力目标： 1、根据国家职业资格标准，能够对传感器进行选型，并能信号检测系统的 设计与调试并熟练检查、排除故障； 2、能够根据被测信号的特点，合理选用信号处理芯片，组成高效合理的检 测电路； 3、能够运用所学知识设计制作基本检测单元模块电路； 4、能够对制作的模块电路进行简单地测试；检测系统组成及维护使用能力.
知识目标： 1、了解传感技术的产生及发展趋势; 2、掌握测量及误差理论等知识，传感器及信号调理基本知识，电桥测量电路的基本特性； 3、掌握各种常用传感器的基本工作原理、性能特点，理解它们的工作过程，掌握它们的各种应用场合和方法； 4、掌握信号处理及抗干扰技术的基本知识，理解典型检测系统的工作原 理，清楚各组成部分的功能及其特性。 素质目标：通过具体项目的学习，学生应具备： 1、有科学的认知理念与认知方法和实事求是勇于实践的工作作风； 2、热爱本职工作，诚实可靠、保守企业秘密；
3、严格执行国家和行业企业相关标准，严格按照工作流程作业，遵守合同 规定所有事项，爱护设备、具有增强产品质量和环境保护意识。 三、课程内容设计： 四、能力训练项目设计
“化工混料过程”控制系统设计 1 分析研究被控对象与明确控制任务 1.1分析研究被控对象 图1.1.1是一个典型的化工混料过程，两种配料（配料A和配料B）在一个混合罐中由搅拌器混合，混合后的产品通过一个排料阀排出混料罐。 图1.1.1 搅拌系统示意图 系统中各个区域被控对象的工艺要求描述如下： 配料A和配料B区域： z每种配料的管道都配备有一个入口阀、一个进料泵以及一个进料阀； z进料管安装有流量传感器； z当急停按钮被按下时，进料泵运行立即停止； z当罐的液面传感器指示罐满时，进料泵运行立即停止； z当排料阀打开时，进料泵运行立即停止； z在启动进料泵后最开始的1秒中内必须打开入口阀和进料阀。 z在进料泵停止后（来自流量传感器的信号）阀门必须立即被关闭以防止配料从泵中泄露。 z进料泵的启动与时间监控功能相结合，换句话说，在泵启动后的7秒之内，流量传感器会报告溢出。
z当进料泵运行时，如果流量传感器没有流量信号，进料泵必须尽可能快地断开。 z进料泵启动地次数必须进行计数。（维护间隔） 混合罐区域： z当急停按钮被按下时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z当罐的液面传感器指示“液面低于最低限”时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z当排料阀打开时，搅拌电机的启动必须被锁定。 z搅拌电机在达到额定速度时要发出一个响应信号。如果在电机启动后10秒内还未接收到信号，则电机必须被断开。 z必须对搅拌电机的启动次数进行计数（维护间隔）。 z在混合罐中必须安装三个传感器： ――罐装满：一个常闭触点。当达到罐的最高液面时，该触点断开。 ――罐中液面高于最低限：一个常开触点。如果达到最低限，该触点 关闭。 ――罐非空：一个常开触点，如果罐不空，该触点闭合。 排料区域： z罐内产品的排出由一个螺线管阀门控制。 z这个螺线管阀门由操作员控制，但是最迟在“罐空”信号产生时，该阀门必须被关闭。 z当急停按钮被按下时，打开排料阀必须被锁定。 z当罐的液面传感器指示罐空时，打开排料阀必须被锁定。 z当搅拌电机在工作时，打开排料阀必须被锁定。 1.2明确控制任务 该“工业搅拌过程”是一个典型的顺序控制，本次设计，准备采用“上位机监控” + “下位机控制” + “操作面板”的方式对整个“工业搅拌过程”进行控制。
呈现形式：流程图、表格、图像 设问方式：措施、成分、物质、原因 能力考查：获取信息的能力、分解问题的能力、表达能力 知识落点：基本理论、元素化合物、实验 无机工业流程图题能够以真实的工业生产过程为背景，体现能力立意的命题指导思想，能够综合考查各方面的基础知识及将已有知识灵活应用在生产实际中解决问题的能力。 【例题】某工厂生产硼砂过程中产生的固体废料，主要含有MgCO3、MgSiO3、CaMg(CO3)2、Al2O3和Fe2O3等，回收其中镁的工艺流程如下： 原料：矿石（固体） 预处理：酸溶解（表述：“浸出”） 除杂：控制溶液酸碱性使金属离子形成沉淀 核心化学反应是：控制条件，调节PH，使Mg2+全部沉淀 1. 解题思路 明确整个流程及每一部分的目的→ 仔细分析每步发生的反应及得到的产物→ 结合基础理论与实际问题思考→ 注意答题的模式与要点 在解这类题目时： 首先，要粗读试题，尽量弄懂流程图，但不必将每一种物质都推出。 其次，再精读试题，根据问题去精心研究某一步或某一种物质。 第三，要看清所问题，不能答非所问，并注意语言表达的科学性 在答题时应注意：前一问回答不了，并不一定会影响回答后面的问题。
分析流程图需要掌握的技巧是： 浏览全题，确定该流程的目的——由何原料获得何产物（副产物）,对比原料和产物； 了解流程图以外的文字描述、表格信息、后续设问中的提示性信息，并在下一步分析和解题中随时进行联系和调用； 解析流程图并思考： 从原料到产品依次进行了什么反应？利用了什么原理（氧化还原？溶解度？溶液中的平衡？）。每一步操作进行到什么程度最佳？每一步除目标物质外还产生了什么杂质或副产物？杂质或副产物是怎样除去的？ 无机化工题：要学会看生产流程图，对于比较陌生且复杂的流程图，宏观把握整个流程，不必要把每个环节的原理都搞清楚，针对问题分析细节。 考察内容主要有： 1）、原料预处理 2）、反应条件的控制（温度、压强、催化剂、原料配比、PH调节、溶剂选择） 3）、反应原理（离子反应、氧化还原反应、化学平衡、电离平衡、溶解平衡、水解原理、物质的分离与提纯） 4）、绿色化学（物质的循环利用、废物处理、原子利用率、能量的充分利用） 5）、化工安全（防爆、防污染、防中毒）等。 2、规律 主线主产品分支副产品回头为循环 核心考点：物质的分离操作、除杂试剂的选择、生产条件的控制产品分离提纯 3.工业生产流程主线与核心
华东交通大学理工学院 Institute of Technology. East China Jiaotong University 课程（论文） 题目工业过程控制系统发展与趋势 分院：电信分院 专业：电力牵引与传动控制 班级：12电牵1班 学号： 学生姓名： 指导教师：李杰 起讫日期：2015.11-2015.12
摘要 工业自动化技术的应用与发展，是工业技术改造﹑技术进步的主要手段和技术发展方向。本文主要介绍了工业自动化技术的特点及其对现阶段我国产业结构优化升级的重大推动作用。 关键词：工业自动化技术；技术进步；产业结构
Abstract The application and development of industrial automation technology is the main method and technology development direction of industrial technological transformation and technological progress. This paper mainly introduces the characteristics of industrial automation technology and its important role in promoting China's industrial structure optimization and upgrading at present. Key words: industrial automation technology; technological progress; industrial structure
第4章 1、基本练习题 （1）什么是被控过程的特性？什么是被控过程的数学模型？为什么要研究过程的数学模型？ 目前研究过程数学模型的主要方法有哪几种？ Q：1）被控过程的特性：被控过程输入量与输出量之间的关系。2）被控过程的数学模型：被控过程的特性的数学描述，即过程输入量与输出量之间定量关系的数学描述。3）研究过程的数学模型的意义：是控制系统设计的基础；是控制器参数确定的重要依据；是仿真或研究、开发新型控制策略的必要条件；是设计与操作生产工艺及设备时的指导；是工业过程故障检 测与诊断系统的设计指导。4）主要方法：机理演绎法、试验辨识法、混合法。 （2）响应曲线法辨识过程数学模型时，一般应注意哪些问题？ Q：试验测试前，被控过程应处于相对稳定的工作状态；相同条件下应重复多做几次试验； 分别作正、反方向的阶跃输入信号进行试验；每完成一次试验后，应将被控过程恢复到原来 的工况并稳定一段时间再做第二次试验；输入的阶跃幅度不能过大也不能过小。 （4）图4-30所示液位过程的输入量为q1，流出量为q2、q3，液位h为被控参数，C为容量系数，并设R1、R2、R3均为线性液阻。要求：1）列写该过程的微分方程组。2）画出该过程框图。3）求该过程的传递函数G0(s)=H(s)/Q1(s)。 q q q C 123d h dt Q：1）微分方程组：q 2 h R 2 q 3 h R 3 2)过程框图：
3）传递函数：0 1 G (s) H (s) / Q (s) Cs 1 1 1 R R 2 3 （5）某水槽水位阶跃响应的试 验记 录为： t/s 0 10 20 40 60 80 100 150 200 300 ? h/mm 0 9.5 18 33 45 55 63 78 86 95 ?98 其中阶跃扰 动 量u 为稳态 值 的10%。 1）画出水位的阶跃响应标幺值曲线。2）若该水位对象用一阶惯性环节近似，试确定其增益 K 和时间常数T。 Q：1）阶跃响应标幺值0 y (t) y(t) y(t) y( ) 98 ，图略。 2 ）一阶惯性环节传递函数：G( s) K T s 1 ，又u =10%*h( ∞)=9.8 ，放大系数 K= y( ) 98 u 9.8 10 ，时间常数T=100s，是达到新的稳态值的63%所用的时间。 （6）、有一流量对象，当调节阀气压 改 变0.01MPa时，流量的变化如表。 若该对象用一阶惯性环节近似，试确定 其传递函数。 解：方法一：作图得，T1=5.2S; 方法二： T 2 1.5(t0.632 - t 0.283 ) 1.5 * (5.2 - 1.9) 4.95 我们用两种方法求平均：
工业过程控制系统(DCS) ?西门子PCS7系统介绍 ?PCS7系统高达的应用 -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 西门子PCS7系统介绍 西门子为了应对制造业、过程工业和楼宇自动化行业中的挑战，提出了自己的独特解决方案—全集成自动化（TIA）和全集成能源管理（TIP）的驱动与自动化的解决方案，适用于各种行业。 SIMATIC PCS7过程控制系统是全集成自动化（TIA）的核心部分，为生产、过程控制和综合工业中所有领域实现统一且符合客户要求的自动化平台。 通过采用 SIMATIC PCS 7 的全集成自动化解决方案，可实现一致性的数据管理、通讯和组态，性能优异并可前瞻性地确保满足典型的过程控制系统应用需求。 ?简单而可靠的过程控制 ?用户友好的操作和可视化，并可通过因特网实现 ?系统范围内功能强大、快速、一致性的工程与组态 ?系统范围内的在线修改 ?在各个层级的系统开放性 ?灵活性和可扩展性 ?与安全相关的自动化解决方案 ?广泛的现场总线集成 ?仪表与控制设备的资产管理（诊断、预防性维护和维修） 1. PCS7工程组态系统—ES SIMATIC管理器是工程组态控制的控制中心，是工程组态工具套件的综合平台，同时也是SIMATIC PCS7过程控制系统所有工程组态任务的组态基础。SIMATIC PCS7项目各个方面的创建、管理、归档和记录都在这里进行。
机器视觉技术及其工业应用 学院： 学号： 姓名： 导师：
摘要 机器视觉是一门交叉学科，有着广泛的应用领域。近年来，随着理论的创新和技术的发展，该学科发展迅猛。本文介绍了机器视觉的关键技术，如光源照明、光学镜头、摄像机、图像采集、信号处理、执行机构等的发展状况。同时，从自动检测、智能装配、视觉伺服三个方面对工业机器视觉应用系统进行了综述。 关键词：机器视觉；工业应用
0 引言： 机器视觉是一门涉及人工智能、神经生物学、心理物理学、计算机科学、图像处理、模式识别等诸多领域的交叉学科。它综合了各种技术, 其中包括数字图像处理技术、机械工程技术、控制技术、光源照明技术、光学成像技术、传感器技术、模拟与数字视频技术、计算机软、硬件技术和人机接口技术等。机器视觉主要用计算机来模拟人的视觉功能，但并不仅仅是人眼的简单延伸，更重要的是具有人脑的一部分功能从客观事物的图像中提取信息，进行处理并加以理解，最终用于实际检测、测量和控制。它是实现精确定位、精密检测、自动化生产的有效途径, 同时它具有实现非接触测量、具有较宽光谱相应范围、可长时间工作等优点。 近年来，随着计算机技术尤其是多媒体技术以及数字图像处理与分析理论的不断发展完善，加之大规模集成电路的飞速发展与应用，机器视觉技术得到了广泛的应用研究，如工业制造、医学、导航和遥感图像分析等。特别是近几年发展十分迅速。本文在查阅大量文献资料的基础上，对机器视觉的技术发展及其工业应用作一综述。 1关键技术： 图1 典型工业机器视觉系统 参见图 1 ，我们可以发现机器视觉是一项综合技术, 它包括图像处理、机械工程技术、控制、电光源照明、光学成像、传感器、模拟与数字视频技术、计算机软硬件技术( 图像增强和分析算法、图像卡、I/ O 卡等)。这些技术在机器
流程工业过程控制综合实验装置系统方案
流程工业过程控制综合实验(装置)系统 设 计 方 案 安徽工业大学 杭州电子科技大学
流程工业过程控制综合实验系统 1、典型化工流程过程控制综合实验系统的组成 典型化工流程过程控制综合实验系统由：（1）、典型化工流程过程控制综合实验对象系统；（2）、典型化工流程过程控制综合实验系统检测传感执行装置；（3）、智能仪表及电器控制屏台；（4）、典型化工流程过程控制综合实验DCS控制系统组成。 （1）典型化工流程过程控制综合实验对象 系统结构图见化工过程控制实验装置系统结构图。 典型化工流程过程控制综合实验对象系统采用化工釜式反应系统的工艺控制流程且结构为开放式，学生可进入系统操作。 对象系统由：实验控制对象仿工业设备结构。具有较强现场设备感；具有较丰富的设备种类，包括：●框架系统：3000X2000X2800mm;（100×50×4mm 方钢管，50×5角铁，60×6槽钢，扶手护栏：1 寸及4分钢管）。防锈红丹底漆，喷烤漆处理。 ●反应器：采用蒸馏反应釜：不锈钢，高径比分别
为1: 2（内胆配置冷却盘管、耐压0.6MPa、夹套加热方式为热水加热），带搅拌电机及及浆叶式搅拌浆） ●液位容器：采用￠377X800，及￠300X800不锈 钢密闭容器作为两个高位槽储罐. ●加热容器：￠377X800加热炉(外带不锈钢包裹 的硅酸铝保温棉)； ●压力容器：采用工业￠300X1000的工业压力储 罐做为压力容器，安全且储气容量大，易做压力控制实验： ●换热器：采用￠1597X1000工业标准列管换热 器，换热效果明显； ●滞后盘管：温度滞后控制实验用（滞后时间15 秒） ●管道及阀门：DN25和DN20工业不锈钢管道；永 德信铜球阀及闸阀阀门。 （2）典型化工流程过程控制综合实验对象系统工艺流程 系统结构图见化工过程控制实验装置控制系统流程图
第1章信号检测与转换技术概述 思考题 1.自动检测与转换系统的基本组成是什么？ 检测是指通过各种科学的手段和方法获得客观事物的量值；转换则是通过各种技术手段把客观事物的大小转换成人们能够识别、存贮和传输的量值。 一个典型的检测与转换系统基本组成如下： 2.简述心电信号检测系统的基本组成及各部分功能。 3.简述工业检测技术涉及的主要物理量有哪些？ 工业检测技术涉及主要内容包括： 热工量：温度、压力（压强）、压差、真空度、流量、流速、物位、液位等。 机械量：直线位移、角位移、速度、加速度、转速、应变、力矩、振动、噪声、质量（重量）等。 几何量：长度、厚度、角度、直径、间距、形状、粗糙度、硬度、材料缺陷等。 物体的性质和成分量：空气的湿度（绝对、相对）；气体的化学成分、浓度；液体的粘度、浊度、透明度；物体的颜色等。 状态量：工作机械的运动状态（启停等）、生产设备的异常状态（超温、过载、泄漏、变形、磨损、堵塞、断裂等）。 电工量：电压、电流、电功率、电阻、电感、电容、频率、磁场强度、磁通密度等。
4.检测仪表和检测系统的技术性能有哪些？有什么含义？如何测量或计算？ 5.测量误差来源有那些？按误差出现的规律，测量误差分哪几类？ 系统误差：简称系差，是按某种已知的函数规律变化而产生的误差。 随机误差：简称随差，又称偶然误差，它是由未知变化规律产生的误差，具有随机变量的一切特点，在一定条件下服从统计规律，因此经过多次测量后，对其总和可以用统计规律来描述，可以从理论上估计对测量结果的影响。 粗大误差：是指在一定的条件下测量结果显著地偏离其实际值时所对应的误差，简称粗差。 6.传感器的基本组成是什么？简述各部分主要功能。 敏感元件（弹簧管、波纹管、膜盒、膜片）能直接感受被测量，并将被测非电量信号按一定对应关系转换为易于转换为电信号的另一种非电量的元件。 传感元件（电位器）能将敏感元件输出的非电信号或直接将被测非电量信号转换成电量信号的元件。 转换电路将传感元件输出的电量信号转换为便于显示、处理、传输的有用电信号的电路。 7.对某量进行多次重复的等精度测量，测量次数为10次，在不考虑系统误差和粗大误差的情况下，测量结果如下，试求标准误差和极限误差，并写出测量结果表达式。123.95, 123.45, 123.60, 123.60, 123.87, 123.88, 123.00, 123.85, 123.82, 123.60。 x=； 8.已知一组测量数据：1,2,3,4,5 500.6,442.4,428.6,370.1,343.1 y=。求其最小二乘线性度。要求：
1、（本题15分）试画出IMC 的基本结构框图，详细解释在对象模型精确条件下如何保证该控制系统的 稳定性？试给出一种增强系统鲁棒性的改进IMC 方案并举例说明。 答： 如果对象模型精确的话，那么00 ?()()G z G z =，并且除去外界干扰的话，()0m D z =，所以()R z 是不变的。如果有干扰的话，()()m D z D z =即()()R z D z -来减少输入，以使()Y z 趋于稳定。 令() ()?1()() c i p c G z G z G z G z = +，用()i G z 来完全补偿扰动对输出的影响，()i G z 相当于一个扰动补偿器或 称前馈控制器。且当0 ?()G z 不能精确描述对象，即模型存在误差时，扰动估计量()m D z 将包含模型失配的某些信息，从而有利于系统的鲁棒性设计。
2、（本题15分）画出动态矩阵控制的算法结构框图，试述其工作过程以及DMC 算法离线准备的参数和 这些参数的选取原则。 答： 工作过程：输入()u k 通过预测模型预测未来几个输出值，我们一般取第一个值，与当前的输出值进行在 线校正，且校正后的值()c y k i +，输出值和给定值通过参考模型也给出一个值()r y k i +，把 ()c y k i +与()r y k i +进行比较，把它们之间的误差通过优化计算来改变输入值()u k ，从来对模型 的失配与干扰的影响在()u k 的变化上体现出来，从而使()y k 有很强的鲁棒性。 DMC 算法离线准备的参数和这些参数的选取原则 1、 脉冲响应系数长度N 的选择 如果采样周期短，则N 会相应的增大。且N 可适当选得大一些，但N 太大会增加预测估计控制的计算量和存储量。通常N=20~60为宜。 2、 输出预估时域长度P 的选择 通常P 越大，预测估计的鲁棒性就越强。但相应的计算量和存储量也增大。一般，设置P 等于过程单位阶跃响应达到其稳态值所需过渡时间的一半所需的采样次数。 3、控制时域长度M 的选择 M 越大，系统的鲁棒性也就越弱。M 不宜选得太大，一般M 取小于10为宜。 4、参考轨迹的收敛参数α的选择 α越大，系统预测控制的鲁棒性越强，但导致闭环系统的响应速度变慢。相反，α过小，过渡过程较易
过程控制工程孙洪程答案 【篇一：过程控制工程教学大纲】 xt>过程控制工程 （process control engineering） 课程性质：专业主干课适用专业：机电一体化技术 学时分配：课程总学时：60学时其中理论课学时：60学时；实验 课学时：0学时；先行课程情况：先行课：高等数学、单片机原理 与应用、自动控制原理、传感器技术等；教材：孙洪程，李大宇， 翁维勤编著．《过程控制工程》．北京：高等教育出版社， 2013 年12月重印 参考书目：1、邵裕燊．过程控制工程．北京：机械工业出版社 2、何衍庆，俞金寿，蒋慰孙．工业生产过程控制．北京：化学工业 出版社 一、课程的目的与任务 过程控制工程是机电一体化技术专业开设的主干课之一，主要研究 工业生产过程中应用比较成熟的控制系统。 随着现代工业的迅速发展，对工业过程的要求也越来越高，用于工 业过程控制的自动化装置也迅速发展，因此对工业过程控制的要求 也随之提高。作为研究工业过程控制系统组成，基本控制规律，以 及工业过程控制系统的设计，投运的课程-----过程控制工程也越来越 受到重视，并使得该课程成为自动化相关专业的一门重要的专业课程。 本课程的任务是：使学生通过本课程的学习，获得工业过程控制系 统的基本理论、基本知识和基本技能，掌握测量与变送器、执行器、智能控制仪表、以及工业生产过程中的一些具体设备等自动化装置 的原理与使用方法，掌握基本过程控制系统设计的方法与控制器参 数的整定方法，从而为从事与本课程有关的的技术工作打下一定的 基础。 二、课程的基本要求 本课程采用传统的课堂讲授模式，在课堂安排上，做到精讲教学内 容和学生课外自学、阅读相结合，使学生了解重点、认识难点，突 出重点、剖析难点，掌握重点、化解难点，提高学生解决问题能力；引导学生课前预习、课后复习，加深对其基础知识的巩固和对前沿 领域的了解。
工业控制系统的输入与输出信号 工业生产过程实现计算机控制的前提是，必须将工业生产过程的工艺参数、工况逻辑和设备运行状况等物理量经过传感器或变送器转变为计算机可以识别的电信号（电压或电流）或逻辑量。 传感器和变送器输出的信号有多种规格，其中毫伏（mV）信号、0~5V电压信号、1~5V 电压信号、0~10mA电流信号、4~20mA电流信号、电阻信号是计算机测控系统经常用到的信号规格。在实际工程中，通常将这些信号分为模拟量信号和数字量信号两大类。 针对某个生产过程设计一套计算机控制系统，必须了解输入输出信号的规格、接线方式、精度等级、量程范围、线性关系、工程量换算等诸多要素。 1．模拟量信号 许多来自现场的检测信号都是模拟信号，如液位、压力、温度、位置、PH值、电压、电流等，通常都是将现场待检测的物理量通过传感器转换为电压或电流信号；许多执行装置所需的控制信号也是模拟量，如调节阀、电动机、电力电子的功率器件等的控制信号。 模拟信号是指随时间连续变化的信号，这些信号在规定的一段连续时间内，其幅值为连续值。 模拟信号有两种类型：一种是由各种传感器获得的低电平信号；另一种是由仪器、变送器输出的4~20mA的电流信号或1~5V的电压信号。这些模拟信号经过采样和A/D转换输入计算机后，常常要进行数据正确性判断、标度变换、线性化等处理。 模拟信号非常便于传送，但它对干扰信号很敏感，容易使传送中信号的幅值或相位发生畸变。因此，有时还要对模拟信号做零漂修正、数字滤波等处理。 模拟量输出信号可以直接控制过程设备，而过程又可以对模拟量信号进行反馈。闭环PID控制系统采取的就是这种形式。模拟量输出还可以用来产生波形，这种情况下D/A变换器就成了一个函数发生器。 模拟信号的常用规格： 1）1~5V电压信号 此信号规格有时称为DDZ-Ⅲ型仪表电压信号规格。1~5V电压信号规格通常用于计算机控制系统的过程通道。工程量的量程下限值对应的电压信号为lV，工程量上限值对应的电压信号为5V，整个工程量的变化范围与4V的电压变化范围相对应。过程通道也可输出1~5V电压信号，用于控制执行机构。 2）4~20mA电流信号 4~20mA电流信号通常用于过程通道和变送器之间的传输信号。工程量或变送器的量程下限值对应的电流信号为4mA，量程上限对应的电流信号为20mA，整个工程量的变化范围与16mA的电流变化范围相对应。过程通道也可输出4~20mA电流信号，用于控制执行机构。 有的传感器的输出信号是毫伏级的电压信号，如K分度热电偶在l000℃时输出信号为41.296mV。这些信号要经过变送器转换成标准信号（4~20mA）再送给过程通道。热电阻传感器的输出信号是电阻值，一般要经过变送器转换为标准信号（4~20mA），再送到过程通道。 对于采用4~20mA电流信号的系统，只需采用250Ω电阻就可将其变换为1~5V直流电压信号。 有必要说明的是，以上两种标准都不包括零值在内，这是为了避免和断电或断线的情况混淆，使信息的传送更为确切。这样也同时把晶体管器件的起始非线性段避开了，使信号值与被测参数的大小更接近线性关系，所以受到国际的推荐和普遍的采用。
【最新整理，下载后即可编辑】 《工业过程控制工程》 常用英语词汇
摆Pendulum 泵Pumps 变速泵variable-speed Pumps 定排量泵positive-displacement Pumps 计量泵metering Pumps 离心泵centrifigal Pumps 闭合回路Closedloop 反馈～feed back ～ 前馈～feedforward～ 比例带Proportionalband 比例控制(调节) Proportionalcontrol 液位～～of liquid 1evel 比例—时间控制Proportional-time control 比值单元Ratio station 比值控制Ratio control 燃料—空气～～of fuel and air 变量配对Pairing variables 精馏过程的～～in distillation 变送器误差Transmitter error 变送器增益Transmitter gain 标准差Standarddeviation 波形Waves 采样正弦波sampled sine～ 方波square～ 截顶正弦波clippedsinc 锯齿波saw-tooth ～ 三角波triangular～ 正弦波sinc～ 补偿反馈complementaryfeedback(seeModel-basedcontroller) 不对称调节器Asymmetric controller
不稳定过程Unstate process Cv：阀门流量系数flow coeffient of valve 采样环节Sampling element 采样间隔Sample interval 采样调节器Sampling controller 残差，偏差Offset 比例～proportional～ 串级控制的～～in cascade control 积分(累积)～integral 批量过程的～～in batch processes 前馈系统的～～in feed forward systems 数字控制的～～in digital control 死区的～～in dead zone 体积～volume～ 选择性控制的～～inselectivecontrol 测试方法Test procedures 非线性环节的～～for nonlinear elements 批量过程的～～for batch processes 适应性控制的～～in adaptive control 差动间隙(见“滞环") Differential gap(see Dead band) 差分方程Difference equations 差压测量Differential-pressure measurments 精馏过程的～～in distillation 流量的～～in flow 压缩机的～～in compressors 产品质量控制Product-qualitycontrol 超驰(也见“选择性控制") Over rides(see Selective contro1) 超调，超调量Overshoot 批量过程的～～inbatch processes 自整定调节器的～～withself-tuingcontrollers
工业流程专题复习 一、解题思路与策略 粗读流程懂目的→精读问题解题意→迁移知识解问题→规表达写答案 通常所考虑的答题角度 1、溶液呈酸性或碱性：考虑电离或水解产生H+或OH-、是否促进或抑制电离还是水解。 2、利用率：常考虑经济性或成本、环保性。 3、在空气或在其它气体中：主要考虑气体是否参与反应或达到隔绝防氧化、水解、潮解等 目的。 4、判断沉淀是否洗净：常取最后洗涤液少量、检验其中某种离子。 5、检验某物质的设计方案：仪器→试剂（用量和规格）→操作→现象→结论 6、控制某一温度：常考虑物质的挥发、不稳定而分解、物质转化等 7、用某些有机试剂清洗：常考虑降低物质溶解度、有利于析出，减少损耗，提高利用率等 8、加过量试剂：常考虑反应完全转化或增大转化率、产率等 9、能否加其它物质：常考虑会不会引入杂质或影响产物的纯度 10、分离、提纯：常考虑过滤、蒸发、萃取、蒸馏等常规操作。 二、产品预处理 例1：海带提碘为什么要将海带灼烧成灰？ 把难溶的有机碘转化为易溶的I-。 然后将海带灰溶解煮沸2-3min的原因是 加快的I-溶解，使海带灰中的I-充分溶解。 练习：1. 某研究小组测定菠菜中草酸及草酸盐含量（以C2O42-计），实验步骤如下： ①将菠菜样品预处理后，热水浸泡，过滤得到含有草酸及草酸盐的溶液。 (1)步骤①中“样品预处理”的方法是___________。（A．灼烧成灰B．研磨成汁） 2.碳酸锂广泛应用于瓷和医药等领域。已-锂辉石（主要成分为Li2O.Al2O 3.4SiO2）为原材料制备Li2CO3的工艺流程如下： (1)步骤I前，β-锂辉石要粉碎成细颗粒的目的是____ ____________ （2）步骤III中，生成沉淀的离子方程式为__________ ______。能生成沉淀的原因是 （3）从母液中可回收的主要物质是__________________。 （1）增大接触面积，加快反应速率，提高浸出率。 （2）2Li2SO4+Na 2CO3=Li2CO3↓+ Na 2 SO4；碳酸锂的溶解度小于硫酸锂的溶解度。（3）Na2SO4 3．废旧锂离子电池的正极材料试样（主要含有LiCoO2及少量Al、Fe等）可通过下列方法
第1章 1. 系统动态性能的常用单项指标有哪些？这些指标那些分别属于稳定性、准确性和快速性？会计算给定值单位阶跃响应下的性能指标。P8，9，10 解：单项性能指标主要有：衰减比n 、超调量与最大动态偏差A 、静差C 、调节时间T S 、振荡频率w 、振荡周期T 和峰值时间T P 等。 稳定性：衰 减 比，最大动态偏差。 准确性：静 差，最大动态偏差。 快速性：调节时间，振 荡 频 率 。 1y 为第一个波峰值，y 3为与1y 相邻的同向波峰值，y （∞）为最终稳态值,X 1为设定值。 n=1y ：y 3；1100%() y y σ=?∞；A=最高峰-设定值；C=丨X 1-y （∞）丨;T 为相邻两个同向波峰之间的时间间隔。 2. 典型过程控制系统由哪几部分构成，并画出典型过程控制系统方框图？ 解：测量变送器、控制器、执行器和被控对象. 第2章 1. 热电偶的中间温度定律及中间导体定律？什么是热电偶冷端补偿？常用补偿方法的应用场合？补偿导线的作用？ 解：中间温度定律：E AB (t ，t o )=E AB (t ，t n )+E AB (t n ，t o ) 中间导体定律：在热电偶回路中接入中间导体后，只要中间导体两端的温度 相同，则对热电偶的热电动势没有影响。接入多种导体时亦然。 热电偶冷端补偿：实际应用时热电偶冷端温度波动较大给测量带来误差，为 降低影响，通常用补偿导线作为热电偶的连接导线。 补偿导线的作用：将热电偶的冷端延长到距热源较远且温度比较稳定的地 方。 常用补偿方法的应用场合： （1）查表法。只能用于临时测温。 （2）仪表零点调整法。适宜冷端温度稳定的场合。 （3）冰浴法。一般用于热电偶的检定。 （4）补偿电桥法。广泛用于热电偶变送电路中。
保密类别 编 号 20091080604020 武汉大学珞珈学院 毕 业 论 文 基于单片机的微弱信号的检测和控制装置 系 别 电子信息科学系 专 业 通信工程 年 级 2009级通信一班 学 号 20091080604020 姓 名 毛伟 指导教师 方洁 武汉大学珞珈学院 2013年 05月 01日 此处不用填写 此处填学号 论文题目不用加括号，二号黑体，字数不超过20个字，可分为两行 内容居中； 1】系别一栏填写所在系的全称， 2】专业一栏填写所学专业 2】年级一栏写“年级+班级”，如：2006级物流一班 不要加页眉 一号宋体加粗 页边距2.3cm 页边距3.0cm 页边距2.3cm
摘 要 本系统为一套微弱信号检测装置，用以检测在强噪声背景下已知频率的微弱正弦波信号的幅度值，并数字显示出该幅度值。正弦波信号源可以由函数信号发生器来代替。噪声源采用给定的标准噪声（wav 文件）来产生，通过PC 机的音频播放器或MP3播放噪声文件，从音频输出端口获得噪声源，噪声幅度通过调节播放器的音量来进行控制。当输入正弦波信号VS 的频率为1 kHz 、幅度峰峰值在200mV ~ 2V 范围内时，要求误差不超过5%。 采用以TI 公司超低功耗单片机MSP430G2553为核心的Launchpad 开发板来处理数据和驱动1602液晶屏显示正弦波信号的幅度值。 关键词：噪声弱信号检测MSP430G2553. 小二号黑体居中，单倍行距 顶格 空格隔开 中英文摘要用罗马数字编页码，页码居中 小四号黑体 页边距2.6cm 之间空两格
Weak signal detection based on single-chip microcomputer and control devices ABSTRACT Weak Signal Detection system is used to test the magnitude of a Sine with known frequency,in the context of heavy noise,and display the magnitude with SMC1602. The noise is produced by the .wav file,and SDG1025 provide the Sine wave.Changing the volume can control the magnitude of the noise.The error should be under 5% when the Vpp ranging from 200mV to 2V with the frequency of 1KHz. The system is based on the Launchpad,with the core of ultra-low power MSP430G2553(MCU).Then deal with the data and display the magnitude with SMC1602. Keywords: noise Weak Signal Detection system MSP430G2553. 英文小二号加粗 字体为Times New Roman 16号加粗 Times New Roman ，单倍行距 14号，行距1.25 Times New Roman 14号，行距1.25 Times New Roman 空格隔开 顶格