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过程控制综合实验

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目录

第一章实验装置说明 (2)

第一节系统概述 (2)

第二节THSA-1型过控综合自动化控制系统对象 (3)

第三节THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台 (6)

第四节软件介绍 (11)

第五节实验要求及安全操作规程 (12)

实验一双容水箱特性的测试 (14)

实验二双容水箱液位定值控制系统 (18)

实验三水箱液位串级控制系统 (19)

实验四锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统 (26)

第一章实验装置说明

第一节系统概述

一、概述

“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。它是本企业根据工业自动化及其他相关专业的教学特点,并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处,经过精心设计,多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。本装置结合了当今工业现场过程控制的实际,是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识,单回路控制,串级控制,前馈-反馈控制,滞后控制、比值控制,解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表,DDC远程数据采集,DCS分布式控制,PLC可编程控制,FCS现场总线控制等多种控制系统,它既可作为本科,专科,高职过程控制课程的实验装置,也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。

学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容:

1.传感器特性的认识和零点迁移;

2.自动化仪表的初步使用;

3.变频器的基本原理和初步使用;

4.电动调节阀的调节特性和原理;

5.测定被控对象特性的方法;

6.单回路控制系统的参数整定;

7.串级控制系统的参数整定;

8.复杂控制回路系统的参数整定;

9.控制参数对控制系统的品质指标的要求;

10.控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养;

11.各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。

二、系统特点

●真实性、直观性、综合性强,控制对象组件全部来源于工业现场。

●被控参数全面,涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型参数。

●具有广泛的扩展性和后续开发功能,所有I/O信号全部采用国际标准IEC 信号。

●具有控制参数和控制方案的多样化。通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实验项目。

●各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。实验数据及图表在上位机软件系统中很容易存储及调用,以便实验者进行实验后的比较和分析。

●多种控制方式:可采用AI智能仪表控制、DCS分布式控制、S7-200或

S7-300PLC可编程控制、DDC远程数据采集控制等多种控制方式。

充分考虑了各大高校自动化专业的大纲要求,完全能满足教学实验、课程设计、毕业设计的需要,同时学生可自行设计实验方案,进行综合性、创造性过程控制系统实验的设计、调试、分析,培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。

三、实验装置的安全保护体系

1.三相四线制总电源输入经带漏电保护装置的三相四线制断路器进入系统电源之后又分为一个三相电源支路和三个不同相的单相支路,每一支路都带有各自三相、单相断路器。总电源设有三相通电指示灯和380V三相电压指示表,三相带灯熔断器作为断相指示。

2.控制屏上装有一套电压型漏电保护和一套电流型漏电保护装置。

3.控制屏设有服务管理器(即定时器兼报警记录仪),为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。

4.各种电源及各种仪表均有可靠的自保护功能。

5.强电接线插头采用封闭式结构,以防止触电事故的发生。

6.强弱电连接线采用不同结构的插头、插座,防止强弱电混接。

第二节THSA-1型过控综合自动化控制系统对象

实验对象总貌图如图1-1所示:

图1-1 实验对象总貌图

本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路:一路由三相(380V恒压供水)磁力驱动泵、电动调节阀、直流电磁阀、涡轮流量计及手动调节阀组成;另一路由变频器、三相磁力驱动泵(220V变频调速)、涡轮流量计及手动调节阀组成。

一、被控对象

由不锈钢储水箱、(上、中、下)三个串接有机玻璃水箱、4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。

1.水箱:包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡

蓝色优质有机玻璃,不但坚实耐用,而且透明度高,便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为:D=25cm,H=20cm;下水箱尺寸为:D=35cm,H=20cm。水箱结构独特,由三个槽组成,分别为缓冲槽、工作槽和出水槽,进水时水管的水先流入缓冲槽,出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽,这样经过缓冲和线性化的处理,工作槽的液位较为稳定,便于观察。水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器,可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制系统和双闭环、三闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成,尺寸为:长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝,完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩,以防杂物进入水泵和管道。

2.模拟锅炉:是利用电加热管加热的常压锅炉,包括加热层(锅炉内胆)和冷却层(锅炉夹套),均由不锈钢精制而成,可利用它进行温度实验。做温度实验时,冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度,可完成温度的定值控制、串级控制,前馈-反馈控制,解耦控制等实验。

3.盘管:模拟工业现场的管道输送和滞后环节,长37米(43圈),在盘管上有三个不同的温度检测点,它们的滞后时间常数不同,在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆,也可以经过涡轮流量计流回储水箱。它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。

4.管道及阀门:整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成,所有的手动阀门均采用优质球阀,彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底部有一个出水阀,当水箱需要更换水时,把球阀打开将水直接排出。

二、检测装置

1.压力传感器、变送器:三个压力传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测,其量程为0~5KP,精度为0.5级。采用工业用的扩散硅压力变送器,带不锈钢隔离膜片,同时采用信号隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式,工作时需提供24V直流电源,输出:4~20mADC。

2.温度传感器:装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器,分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管(有3个测试点)以及上水箱出口的水温。Pt100测温范围:-200~+420℃。经过调节器的温度变送器,可将温度信号转换成4~20mA直流电流信号。Pt100传感器精度高,热补偿性较好。

3.流量传感器、变送器:三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测。它的优点是测量精度高,反应快。采用标准二线制传输方式,工作时需提供24V直流电源。流量范围:0~1.2m3/h;精度:1.0%;输出:4~20mADC。

三、执行机构

1.电动调节阀:采用智能直行程电动调节阀,用来对控制回路的流量进行调节。电动调节阀型号为:QSVP-16K。具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点,电源为单相220V,控制信号为4~20mADC或1~5VDC,输出为4~20mADC的阀位信号,使用和校正非常方便。

2.水泵:本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为30升/分,扬

程为8米,功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料,以防止生锈,使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动,另一只为三相变频220V 输出驱动。

3.电磁阀:在本装置中作为电动调节阀的旁路,起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为:2W-160-25 ;工作压力:最小压力为0Kg/㎝2,最大压力为7Kg/㎝2 ;工作温度:-5~80℃;工作电压:24VDC。

4.三相电加热管:由三根1.5KW电加热管星形连接而成,用来对锅炉内胆内的水进行加温,每根加热管的电阻值约为50Ω左右。

第三节THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台

“THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”主要由控制屏组件、智能仪表控制组件、远程数据采集控制组件、DCS分布式控制组件、PLC控制组件等几部分组成。

一、控制屏组件

1.SA-01电源控制屏面板

充分考虑人身安全保护,装有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。图1-2为电源控制屏示意图。合上总电源空气开关及钥匙开关,此时三只电压表均指示380V左右,定时器兼报警记录仪数显亮,停止按钮灯亮。此时打开照明开关、变频器开关及24V开关电源即可提供照明灯,变频器和24V 电。按下启动按钮,停止按钮灯熄,启动按钮灯亮,此时合上三相电源、单相Ⅰ、单相Ⅱ、单相Ⅲ空气开关即可提供相应电源输出,作为其他设备的供电电源。

图1-2 电源控制屏示意图

2.SA-02 I/O信号接口面板

该面板的作用主要是通过航空插头(一端与对象系统连接)将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连,便于学生自行连线组成不同的控制系统。

3.SA-11交流变频控制挂件

采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH(R)型变频器,控制信号输入为4~20mADC或0~5VDC,交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。有关变频器的使用请参考变频器使用手册中相关的内容。

变频器常用参数设置:

P 30=1;P 53=1;P 62=4;P 79=0。

4.三相移相SCR调压装置、位式控制接触器

采用三相可控硅移相触发装置,输入控制信号为4~20mA标准电流信号,其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压,从而实现锅炉温度的连续控制。

位式控制接触器和AI-708仪表一起使用,通过AI-708仪表输出继电器触点的通断来控制交流接触器的通断,从而完成锅炉水温的位式控制实验。

二、智能仪表控制组件

1.AI智能调节仪表挂件

采用上海万迅仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表,其中SA-12智能调节仪控制挂件为AI-818型,SA-13智能位式调节仪为AI-708型。AI-818型仪表为PID控制型,输出为4~20mADC信号;而AI-708型仪表为位式控制型,输出为继电器触点型开关量信号。AI系列仪表通过RS485串口通信

协议与上位计算机通讯,从而实现系统的实时监控。

AI仪表常用参数设置:

CtrL:控制方式。CtrL=0,采用位式控制;CtrL=1,采用AI人工智能调节/PID调节;CtrL=2,启动自整定参数功能;CtrL=3,自整定结束。

Sn:输入规格。Sn=21,Pt100热电阻输入;Sn=32,0.2~1VDC电压输入;Sn=33,1~5VDC电压输入。

DIL:输入下限显示值,一般DIL=0。

DIH:输入上限显示值。输入为液位信号时,DIH=50.0;输入为热电阻信号时,DIH=100;输入为流量信号时,DIH=100。

OP1:输出方式,一般OP1=4为4~20mA线性电流输出。

CF:系统功能选择。CF=0为内部给定,反作用调节;CF=1为内部给定,正作用调节;CF=8为外部给定,反作用调节;CF=9为外部给定,正作用调节。

Addr:通讯地址。单回路实验Addr=1;串级实验主控为Addr=1,副控为Addr=2;三闭环实验主控为Addr=1,副控为Addr=2,内环为Addr=3。实验中各仪表通讯地址不允许相同。

P、I、D参数可根据实验需要调整,其他参数请参考默认设置。

有关AI系列仪表的使用请参考说明书上相关的内容。

2.SA-14比值、前馈补偿及解耦装置挂件

比值、前馈补偿装置同调节器一起使用,其原理如图1-3所示。上面一路作为比值器,输入电压经过电压跟随器、反相比例放大器、反相器输出0~5V电压,可以实现流量的单闭环比值、双闭环比值控制系统实验;当上面一路作为干扰输入,下面一路作为调节器输出时,两路相加或相减(通过钮子开关切换),再经过I/V变换输出4~20mA电流,这部分构成一个前馈补偿器,可以实现液位与流量、温度与流量的前馈-反馈控制系统实验。

图1-3 比值、前馈补偿器原理图

解耦装置同调节器一起使用,其原理如图1-4所示。上面一路的输入对输出的影响,以及下面一路的输入对输出的影响均为1:1的关系;两路之间相互的影响通过可调比例放大器及加法器实现。值得注意的是上面一路对下面一路的影

响可通过钮子开关选择相加或相减,可以实现锅炉内胆与锅炉夹套的温度、上水箱液位与出口水温的解耦控制系统实验。

图1-4 解耦装置原理图

三、远程数据采集控制组件

远程数据采集控制即我们通常所说的直接数字控制(DDC),它的特点是以计算机代替模拟调节器进行控制,并通过数据采集板卡或模块进行A/D、D/A转换,控制算法全部在计算机上实现。在本装置中远程数据采集控制系统包括SA-21远程数据采集热电阻输入模块挂件、SA-22远程数据采集模拟量输入模块挂件、SA-23远程数据采集模拟量输出模块挂件。采用台湾鸿格ICP7000系列智能采集模块,其中I-7017是8路模拟量输入模块,I-7024是4路模拟量输出模块,I-7033是3路热电阻输入模块。ICP7000系列智能采集模块通过RS485等串行口通讯协议与PC相连,由PC中的算法及程序控制并实现数据采集模块对现场的模拟量、开关量信号的输入和输出、脉冲信号的计数和测量脉冲频率等功能。图1-5所示即为远程数据采集控制系统框图。图中输入输出通道即为ICP7000智能采集模块。关于ICP7000智能模块的具体使用请参考装置附带的光盘中的相关内容。

图1-5 远程数据采集系统框图

四、DCS分布式控制组件

分布式控制系统(DCS),国内也称为集散控制系统,它的特点是将危险分散化,而监视、操作和管理集中化,因而具有很高可靠性和灵活性。本装置采用北京和利时公司生产的MACS系统,包括一台操作员站兼工程师站、一台服务器、一台现场主控单元和三个挂件,即FM148现场总线远程I/O模块挂件、FM143现场总线远程I/O模块挂件和FM151现场总线远程I/O模块挂件,其中FM148为8路模拟量输入模块、FM143为8路热电阻输入模块、FM151为8路模拟量输出模块。图1-6所示为MACSⅡ系统结构图。有关MACSⅡ系统软硬件的具体

使用请参考装置附带的光盘中相关的内容。

图1-6 DCS分布式系统框图

五、PLC控制组件

可编程控制器(简称PLC)是专为在工业环境下应用的一种数字运算操作的电子系统。目前国内外PLC品种繁多,生产PLC的厂商也很多,其中德国西门子公司在S5系列PLC的基础上推出了S7系列PLC,性能价格比越来越高。S7系列PLC有很强的模拟量处理能力和数字运算功能,具有许多过去大型PLC才有的功能,其扫描速度甚至超过了许多大型的PLC,S7系列PLC功能强、速度快、扩展灵活,并具有紧凑的、无槽位限制的模块化结构,因而在国内工控现场得到了广泛的应用。在本装置中采用了S7-200、S7-300PLC两套控制系统,两套系统各有特点且区别较大,以使学生对于西门子中小型PLC有较深入的了解。这两套系统包括SA-42 S7-200PLC可编程控制器挂件和SA-41 S7-300PLC可编程控制器挂件。

方案一、S7-200PLC控制系统:S7-200是一种叠装式结构的小型PLC。本实验系统包括一个CPU224主机模块和一个EM235模拟量I/O模块,以及一根PC/PPI连接线。其中CPU224模块带有14点开关量输入和10点开关量输出,EM235模拟量扩展模块带有4路模拟量输入和1路模拟量输出。图1-7所示为S7-200PLC控制系统结构图。

图1-7 S7-200PLC控制系统框图图1-8 S7-300PLC控制系统框图方案二、S7-300PLC控制系统:S7-300是采用模块化结构的中小型PLC,包括一个CPU315-2DP主机模块、一个SM331模拟量输入模块和一个SM332模拟量输出模块,以及一块西门子CP5611专用网卡和一根MPI网线。其中SM331为8路模拟量输入模块,SM332为4路模拟量输出模块。图1-8所示为S7-300PLC 控制系统结构图。

第四节软件介绍

一、MCGS组态软件

本装置中智能仪表控制方案、远程数据采集控制方案和S7-200PLC控制方案均采用了北京昆仑公司的MCGS组态软件作为上位机监控组态软件。MCGS (Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系统。

MCGS 5.1为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。

有关MCGS软件的使用请参考配套的手册及光盘。

二、MACS系统软件

本装置中DCS控制方案采用了北京和利时公司的MACS Ⅱ系统。MACS系统给用户提供了一个通用的系统组态和运行控制平台,应用系统需要通过工程师站软件组态产生,即把通用系统提供的模块化的功能单元按一定的逻辑组合起来,形成一个能完成特定要求的应用系统。系统组态后将产生应用系统的数据库、控制运算程序、历史数据库、监控流程图以及各类生产管理报表。

MACS系统具有功能:数据采集、控制运算、闭环控制输出、设备和状态监视、报警监视、远程通信、实时数据处理和显示、历史数据管理、日志记录、事件顺序记录、事故追忆、图形显示、控制调节、报表打印、高级计算、组态、调试、打印、下装、诊断。

有关MACS系统的使用请参考配套光盘。

三、西门子S7系列PLC编程软件

本装置中PLC控制方案采用了德国西门子公司的S7-200和S7-300PLC,其中西门子S7-200PLC采用的是Step 7-MicroWIN 32编程软件,而西门子S7-300PLC采用的是Step 7编程软件。利用这两个软件可以对相应的PLC进行编程、调试、下装、诊断。

有关软件使用请参考光盘中相应的内容。

四、西门子WinCC监控组态软件

S7-300PLC控制方案采用WinCC软件作为上位机监控组态软件,WinCC是

结合西门子在过程自动化领域中的先进技术和Microsoft的强大功能的产物。作为一个国际先进的人机界面(HMI)软件和SCADA系统,WinCC提供了适用于工业的图形显示、消息、归档以及报表的功能模板;并具有高性能的过程耦合、快速的画面更新、以及可靠的数据;WinCC还为用户解决方案提供了开放的界面,使得将WinCC集成入复杂、广泛的自动化项目成为可能。

关于WinCC软件的使用请参考配套光盘中的电子文档。

五、7000 Utility软件

远程数据采集控制方案采用台湾鸿格I-7000系列智能采集模块,7000 Utility 是其配套的模块调试软件。软件安装完以后,会在桌面创建快捷方式,双击“7000 Utility”图标,运行程序自动检测模块,当检测到模块后,可双击模块进行模块参数的显示及修改。若模块通讯失败,请检查通讯线是否已按实验要求连接;若上位机MCGS组态与模块通讯失败,请用7000 Utility检查模块地址,并作正确修改。

第五节实验要求及安全操作规程

一、实验前的准备

实验前应复习教科书有关章节,认真研读实验指导书,了解实验目的、项目、方法与步骤,明确实验过程中应注意的问题,并按实验项目准备记录等。

实验前应了解实验装置中的对象、水泵、变频器和所用控制组件的名称、作用及其所在位置。以便于在实验中对它们进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。

认真作好实验前的准备工作,对于培养学生独立工作能力,提高实验质量和保护实验设备都是很重要的。

二、实验过程的基本程序

1.明确实验任务;

2.提出实验方案;

3.画实验接线图;

4.进行实验操作,做好观测和记录;

5.整理实验数据,得出结论,撰写实验报告。

在进行本书中的综合实验时,上述程序应尽量让学生独立完成,老师给予必要的指导,以培养学生的实际动手能力,要做好各主题实验,就应做到:实验前有准备;实验中有条理,实验后有分析。

三、实验安全操作规程

1.实验之前确保所有电源开关均处于“关”的位置。

2.接线或拆线必须在切断电源的情况下进行,接线时要注意电源极性。完成接线后,正式投入运行之前,应严格检查安装、接线是否正确,并请指导老师确认无误后,方能通电。

3.在投运之前,请先检查管道及阀门是否已按实验指导书的要求打开,储水箱中是否充水至三分之二以上,以保证磁力驱动泵中充满水,磁力驱动泵无水空转易造成水泵损坏。

4.在进行温度试验前,请先检查锅炉内胆内水位,至少保证水位超过液位指示玻璃管上面的红线位置,无水空烧易造成电加热管烧坏。

5.实验之前应进行变送器零位和量程的调整,调整时应注意电位器的调节方向,并分清调零电位器和满量程电位器。

6.仪表应通电预热15分钟后再进行校验。

7.小心操作,切勿乱扳硬拧,严防损坏仪表。

实验一 双容水箱特性的测试

一、实验目的

1.掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法;

2.根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线,确定其特征参数K 、T 1、T 2及传递函数;

3.掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备(同前)

三、原理说明

图2-9 双容水箱对象特性测试系统

(a)结构图 (b)方框图

由图2-9所示,被测对象由两个不同容积的水箱相串联组成,故称其为双容对象。自衡是指对象在扰动作用下,其平衡位置被破坏后,不需要操作人员或仪表等干预,依靠其自身重新恢复平衡的过程。根据本章第一节单容水箱特性测试的原理,可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积,即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述:

G(s)=G 1(s)G 2(s)=)

1s T )(1s T (K 1s T k 1s T k 212211++=+?+ (2-9) 式中K =k 1k 2,为双容水箱的放大系数,T 1、T 2分别为两个水箱的时间常数。 本实验中被测量为下水箱的液位,当中水箱输入量有一阶跃增量变化时,两水箱的液位变化曲线如图2-10所示。由图2-10可见,上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数(图2-10 (a));而下水箱液位的响应曲线则呈S 形曲线(图2-10 (b)),即下水箱的液位响应滞后了,它滞后的时间与阀F1-10和F1-11的开度大小密切相关。

图2-10 双容水箱液位的阶跃响应曲线

(a )中水箱液位 (b )下水箱液位

双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定。在图2-11所示的阶跃响应曲线上求取:

(1) h 2(t )|t=t1=0.4 h 2(∞)时曲线上的点B 和对应的时间t 1;

(2) h 2(t )|t=t2=0.8 h 2(∞)时曲线上的点C 和对应的时间t 2。

图2-11 双容水箱液位的阶跃响应曲线

然后,利用下面的近似公式计算式

阶跃输入量

输入稳态值=∞=O h x )(K 2 (2-10) 2.16

t t T T 2121+≈+ (2-11) )55.074.1()T (T T T 2

122121-≈+t t (2-12) 0.32〈t 1/t 2〈0.46

由上述两式中解出T 1和T 2,于是得到如式(2-9)所示的传递函数。

在改变相应的阀门开度后,对象可能出现滞后特性,这时可由S 形曲线的拐点P 处作一切线,它与时间轴的交点为A ,OA 对应的时间即为对象响应的滞后时间τ。于是得到双容滞后(二阶滞后)对象的传递函数为:

G (S )=)1)(1(21

++S T S T K

S e τ- (2-13) 四、实验内容与步骤

本实验选择中水箱和下水箱串联作为被测对象(也可选择上水箱和中水箱)。实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开,将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度(要求F1-10开度稍大于F1-11的开度),其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述,这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关,可根据实验需要选做或全做。

(一)、智能仪表控制

1.将SA-12挂件挂到屏上,并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口

上,将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2,并按照本章第一节控制屏接线图2-3连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关,给智能仪表及电动调节阀上电。

3.打开上位机MCGS组态环境,打开“智能仪表控制系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。

4.在上位机监控界面中将智能仪表设置为“手动”输出,并将输出值设置为一个合适的值(一般为最大值的40~70%,不宜过大,以免水箱中水溢出),此操作需通过调节仪表实现。

5.合上三相电源空气开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少智能仪表的输出量,使下水箱的液位处于某一平衡位置,记录此时的仪表输出值和液位值。

6.液位平衡后,突增(或突减)仪表输出量的大小,使其输出有一个正(或负)阶跃增量的变化(即阶跃干扰,此增量不宜过大,以免水箱中水溢出),于是水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段时间后,水箱液位进入新的平衡状态,记录下此时的仪表输出值和液位值,液位的响应过程曲线将如图2-13所示。

图2-12 双容水箱液位阶跃响应曲线

7.根据前面记录的液位和仪表输出值,按公式(2-10)计算K值,再根据图2-11中的实验曲线求得T1、T2值,写出对象的传递函数。

(二)、远程数据采集控制

1.将挂件SA-22远程数据采集模拟量输出模块、SA-23远程数据采集模拟量输入模块挂到屏上,并将挂件上的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上,将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2,并按照本章第一节的控制屏接线图2-5连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给智能采集模块及压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ空气开关,给电动调节阀上电。

3.打开上位机MCGS组态环境,打开“远程数据采集系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。

4.以下步骤请参考前面“(一)智能仪表控制”的步骤4~7。

(三)、DCS分布式控制

1.按照前一节的实验组成DCS控制系统,并按照本章第一节的控制屏接线图2-6连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给现场总线I/O 模块及压力变送器上电,打开主控单元电源。启动服务器程序,在工程师站的组

态中选择“单回路控制系统”工程进行编译下装,然后重启服务器程序。

3.启动操作员站,打开主菜单,点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。在流程图的液位测量值上点击鼠标左键,弹出PID 窗口,将PID设为手动控制,手动调节输出为一适当的值。

4.按下启动按钮,合上单相Ⅰ空气开关,给电动调节阀上电。

5.以下步骤请参考前面“(一)智能仪表控制”的步骤5~7。

(四)、S7-200PLC控制

1.将SA-42 S7-200PLC控制挂件挂到屏上,并用PC/PPI通讯电缆线将S7-200PLC连接到计算机串口2,并按照本章第一节的控制屏接线图2-7连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、Ⅲ空气开关,给S7-200PLC及电动调节阀上电。

3.打开Step 7-Micro/WIN 32软件,并打开“S7-200PLC”程序进行下载,然后将S7-200PLC置于运行状态,然后运行MCGS组态环境,打开“S7-200PLC 控制系统”工程,然后进入MCGS运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。

4.以下步骤请参考前面“(一)智能仪表控制”的步骤4~7。

(五)、S7-300PLC控制

1.将挂件SA-41 S7-300PLC控制挂件挂到屏上,并用MPI通讯电缆线将S7-300PLC连接到计算机CP5611专用网卡,并按照本章第一节的控制屏接线图2-8连接实验系统。将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给S7-300PLC及压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ空气开关,给电动调节阀上电。

3.打开Step 7软件,打开“S7-300”程序进行下载,然后将S7-300PLC置于运行状态,然后运行WinCC组态软件,打开“S7-300PLC控制系统”工程,然后激活WinCC运行环境,在主菜单中点击“实验二、双容自衡水箱对象特性测试”,进入实验二的监控界面。

4.以下步骤请参考前面“(一)智能仪表控制”的步骤4~7。

五、实验报告要求

1.画出双容水箱液位特性测试实验的结构框图。

2.根据实验得到的数据及曲线,分析并计算出双容水箱液位对象的参数及传递函数。

3.综合分析以上五种控制方案的实验效果。

六、思考题

1.做本实验时,为什么不能任意改变两个出水阀门开度的大小?

2.用响应曲线法确定对象的数学模型时,其精度与那些因素有关?

3.如果采用上水箱和中水箱做实验,其响应曲线与用中水箱和下水箱做实验的曲线有什么异同?并分析差异原因。

4.引起双容对象滞后的因素主要有哪些?

实验二双容水箱液位定值控制系统

一、实验目的

1.通过实验进一步了解双容水箱液位的特性。

2.掌握双容水箱液位控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3.研究调节器相关参数的改变对系统动态性能的影响。

4.研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位系统的控制作用。

5.掌握双容液位定值控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备(同前)

三、实验原理

本实验以中水箱与下水箱串联作为被控对象,下水箱的液位高度为系统的被控制量。要求下水箱液位稳定至给定量,将压力传感器LT2检测到的中水箱液位信号作为反馈信号,在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制下水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的调节器应为PI或PID控制。调节器的参数整定可采用本章第一节所述任意一种整定方法。本实验系统结构图和方框图如图3-13所示。

图3-13 双容液位定值控制系统

(a)结构图(b)方框图

四、实验内容与步骤

本实验选择中水箱和下水箱串联作为双容对象(也可选择上水箱和中水箱)。实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开,将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度(要求阀F1-10稍大于阀F1-11),其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤可根据本实验的目的与原理参照前一节单容液位定值控制中的相应方案进行。实验的接线与第二章第一节单容对象特性测试的接线图完全一样。值得注意的是手自动切换的时间为:当中水箱液位基本稳定不变(一般约为3~5cm)且下水箱的液位趋于给定值时切换为最佳。

五、实验报告要求

1.画出双容水箱液位定值控制实验的结构框图。

2.用实验方法确定调节器的相关参数,写出整定过程。

3.根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。

4.比较不同PI参数对系统的性能产生的影响。

5.分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。

6.综合分析五种控制方案的实验效果。

六、思考题

1.如果采用上水箱和中水箱做实验,其响应曲线与本实验的曲线有什么异同?并分析差异原因。

2.改变比例度δ和积分时间T I对系统的性能产生什么影响?

3.为什么本实验比单容液位定值控制系统更容易引起振荡?要达到同样的动态性能指标,在本实验中调节器的比例度和积分时间常数要怎么设置?

实验三水箱液位串级控制系统

一、实验目的

1.通过实验了解水箱液位串级控制系统组成原理。

2.掌握水箱液位串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。

3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。

4.掌握液位串级控制系统采用不同控制方案的实现过程。

二、实验设备(同前)

三、实验原理

本实验为水箱液位的串级控制系统,它是由主控、副控两个回路组成。主控回路中的调节器称主调节器,控制对象为下水箱,下水箱的液位为系统的主控制量。副控回路中的调节器称副调节器,控制对象为中水箱,又称副对象,中水箱的液位为系统的副控制量。主调节器的输出作为副调节器的给定,因而副控回路是一个随动控制系统。副调节器的的输出直接驱动电动调节阀,从而达到控制下水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的主调节器应为PI或PID控制。由于副控回路的输出要求能快速、准确地复现主调节器输出信号的变化规律,对副参数的动态性能和余差无特殊的要求,因而副调节器可采用P调节器。本实验系统结构图和方框图如图5-2所示。

图5-2 水箱液位串级控制系统

(a)结构图(b)方框图

四、实验内容与步骤

本实验选择中水箱和下水箱串联作为被控对象(也可选择上水箱和中水箱)。实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-1、F1-2、F1-7全开,将中水箱出水阀门F1-10、下水箱出水阀门F1-11开至适当开度(要求阀F1-10稍大于阀F1-11),其余阀门均关闭。

具体实验内容与步骤按五种方案分别叙述,这五种方案的实验与用户所购的硬件设备有关,可根据实验需要选做或全做。

(一)、智能仪表控制

1.将两个SA-12挂件挂到屏上,并将挂件的通讯线插头插入屏内RS485通讯口上,将控制屏右侧RS485通讯线通过RS485/232转换器连接到计算机串口2,并按照下面的控制屏接线图连接实验系统。将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“OFF”的位置,将“LT3下水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。

图5-3 智能仪表控制水箱液位串级控制实验接线图

2.接通总电源空气开关和钥匙开关,打开24V开关电源,给压力变送器上电,按下启动按钮,合上单相Ⅰ、单相Ⅲ空气开关,给智能仪表1及电动调节阀

过程控制实验报告

过程控制实验 实验报告 班级:自动化1202 姓名:杨益伟 学号:120900321 2015年10月 信息科学与技术学院 实验一过程控制系统建模 作业题目一: 常见得工业过程动态特性得类型有哪几种?通常得模型都有哪些?在Simulink中建立相应模型,并求单位阶跃响应曲线、 答:常见得工业过程动态特性得类型有:无自平衡能力得单容对象特性、有自平衡能力得单容对象特性、有相互影响得多容对象得动态特性、无相互影响得多容对象得动态特性等。通常得模型有一阶惯性模型,二阶模型等、 单容过程模型 1、无自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个无自衡单容过程得模型分别为与,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

2、自衡单容过程得阶跃响应实例 已知两个自衡单容过程得模型分别为与,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 Simulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

多容过程模型 3、有相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知有相互影响得多容过程得模型为,当参数, 时,试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线在Simulink中建立模型如图所示:得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

4、无相互影响得多容过程得阶跃响应实例 已知两个无相互影响得多容过程得模型为(多容有自衡能力得对象)与(多容无自衡能力得对象),试在Simulink中建立模型,并求单位阶跃响应曲线。 在Simulink中建立模型如图所示: 得到得单位阶跃响应曲线如图所示:

燕山大学控制工程基础实验报告(带数据)

自动控制理论实验报告 实验一 典型环节的时域响应 院系: 班级: 学号: 姓名:

实验一 典型环节的时域响应 一、 实验目的 1.掌握典型环节模拟电路的构成方法,传递函数及输出时域函数的表达式。 2.熟悉各种典型环节的阶跃响应曲线。 3.了解各项参数变化对典型环节动态特性的影响。 二、 实验设备 PC 机一台,TD-ACC+教学实验系统一套。 三、 实验步骤 1、按图1-2比例环节的模拟电路图将线接好。检查无误后开启设备电源。 注:图中运算放大器的正相输入端已经对地接了100k 电阻。不需再接。 2、将信号源单元的“ST ”端插针与“S ”端插针用“短路块”接好。将信号形式开关设为“方波”档,分别调节调幅和调频电位器,使得“OUT ”端输出的方波幅值为1V ,周期为10s 左右。 3、将方波信号加至比例环节的输入端R(t), 用示波器的“CH1”和“CH2”表笔分别监测模拟电路的输入R(t)端和输出C(t)端。记录实验波形及结果。 4、用同样的方法分别得出积分环节、比例积分环节、惯性环节对阶跃信号的实际响应曲线。 5、再将各环节实验数据改为如下: 比例环节:;,k R k R 20020010== 积分环节:;,u C k R 22000== 比例环节:;,,u C k R k R 220010010=== 惯性环节:。,u C k R R 220010=== 用同样的步骤方法重复一遍。 四、 实验原理、内容、记录曲线及分析 下面列出了各典型环节的结构框图、传递函数、阶跃响应、模拟电路、记录曲线及理论分析。 1.比例环节 (1) 结构框图: 图1-1 比例环节的结构框图 (2) 传递函数: K S R S C =) () ( K R(S) C(S)

过程控制综合实践指导书-MPCE实验部分.(DOC)

过程控制综合实践指导书MPCE实验装置 中国石油大学(北京)信息学院自动化系 2012年6月

目录 第一章 MPCE实验装置组成................................................................................ - 1 - 1.1小型流程设备盘台 (1) 1.2动态数学模型软件 (3) 1.3控制系统图形组态软件 (3) 1.4实验系统监控软件 (4) 1.5实验系统硬件功能 (4) 第二章 VB扩展接口 ........................................................................................... - 4 - 2.1软硬件结构 (4) 2.2基本原理 (5) 2.3上位机配置与准备工作 (6) 2.4开发流程及代码示例 (7) 第三章被控对象介绍 ........................................................................................ - 9 - 3.1离心泵与三级液位过程 (9) 3.2气体压缩过程 (11) 3.3列管式热交换器传热过程 (13)

第一章 MPCE实验装置组成 MPCE实验装置由小型流程设备盘台、数字式软仪表与接口硬件、系统监控软件及过程模型软件四部分组成。四部分通过小型实时数据库、实时数字通信协调运行,完成复杂的过程与控制模拟实验。 1.1小型流程设备盘台 见图1-1右下方所示,在钢结构的盘台上安装着由不锈钢制的比例缩小的流程设备模型。主设备包括:一台卧式储罐、两台高位计量罐、一台带搅拌器的釜式反应器、一台列管式热交换器、三台离心泵、十个手动/自动双效阀门和若干管路系统。在垂直的仪表盘面上分布有压力(P)、流量(F)、温度(T)、物位(L)、功率(N)、组成(A)和阀位(V)等传感器(变送器)插孔和数字式软仪表。本盘台是直接操作和运行过程系统的环境。本环境给操作员以全真实的空间位置感觉、全真实的操作力度感觉和过程变化的时间特性感觉。由于真实过程装置的压力、流量、温度、物位、功率、组成也是无法直接观察的,必须通过仪表检测,因此,本系统和真实系统的观测界面完全一致。 图1-1过程控制技能测试系统总貌图 1.盘台检测点、操作点与控制点 见图1-2所示,小型流程盘台上可以变化组合的检测点、操作点与控制点统计如下: (1)电子阀:10个(V1~V10,既能定义为手动阀门,也能定义为控制阀) (2)电子开关:4个(S2、S4、S5、S8) (3)开关阀:4个(S1、S3、S6、S7,用于快开特性阀门的操作) (4)流量检测点:10个(F1~F10) (5)液位检测点:4个(L1~L4) (6)压力检测点:7个(P1~P7) (7)温度检测点:6个(T1~T6) (8)功率检测点:1个(N) (9)组份检测点:1个(A) (10)指示灯:2个(D1、D2)

(整理)自动控制综合设计_无人驾驶汽车计算机控制系统方案

自动控制综合设计 ——无人驾驶汽车计算机控制系统 指导老师: 学校: :

目录 一设计的目的及意义 二智能无人驾驶汽车计算机控制系统背景知识三系统的控制对象 四系统总体方案及思路 1系统总体结构 2控制机构与执行机构 3控制规律 4系统各模块的主要功能 5系统的开发平台 6系统的主要特色 五具体设计 1系统的硬件设计 2系统的软件设计 六系统设计总结及心得体会

一设计目的及意义 随着社会的快速发展,汽车已经进入千家万户。汽车的普及造成了交通供需矛盾的日益严重,道路交通安全形势日趋恶化,造成交通事故频发,但专家往往在分析交通事故的时候,会更加侧重于人与道路的因素,而对车辆性能的提高并不十分关注。如果存在一种高性能的汽车,它可以自动发现前方障碍物,自动导航引路,甚至自动驾驶,那将会使道路安全性能得到极大提高与改善。本系统即为实现这样一种高性能汽车而设计。 二智能无人驾驶汽车计算机控制系统背景知识 智能无人驾驶汽车是一个集环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统,它集中运用了计算机、现代传感、信息融合、通讯、人工智能及自动控制等技术,是典型的高新技术综合体。目前对智能汽车的研究主要致力于提高汽车的安全性、舒适性,以及提供优良的人车交互界面。近年来,智能车辆已经成为世界车辆工程领域研究的热点和汽车工业增长的新动力,很多发达国家都将其纳入到各自重点发展的智能交通系统当中。 通过对车辆智能化技术的研究与开发,可以提高车辆的控制与驾驶水平,保障车辆行驶的安全通畅、高效。对智能化的车辆控制系统的不断研究完善,相当于延伸扩展了驾驶员的控制、视觉和感官功能,能极促进道路交通的安全性。智能车辆的主要特点是以技术弥补人为因素的缺陷,使得即便在很复杂的道路情况下,也能自动地操纵和驾驶车辆绕开障碍物,沿着预定的道路轨迹行驶。 三系统的控制对象 (1)系统中心控制部件(单片机)可靠性高,抗干扰能力强,工作频率最高可达到25MHz,能保障系统的实时性。 (2)系统在软硬件方面均应采用抗干扰技术,包括光电隔离技术、电磁兼容性分析、数字滤波技术等。 (3)系统具有电源实时监控、欠压状态自动断电功能。 (4)系统具有故障自诊断功能。

计算机过程控制实验报告

计算机过程控制实验报告

实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 1、试验方案: 水流入量Qi 由调节阀u 控制,流出量Qo 则由用户通过负载阀R 来改变。被调量为水位H 。分析水位在调节阀开度扰动下的动态特性。 直接在调节阀上加定值电流,从而使得调节阀具有固定的开度。(可以通过智能调节仪手动给定,或者AO 模块直接输出电流。) 调整水箱出口到一定的开度。 突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化,从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式: μμk Q H k Q i O ==, 那么 )(1 H k k F dt dH -=μμ, 其中,F 是水槽横截面积。在一定液位下,考虑稳态起算点,公式可以转换成 μμR k H dt dH RC =+。 公式等价于一个RC 电路的响应函数,C=F 就是水容,k H R 0 2= 就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析,则单容水箱液位数学模型可以使用以下S 函数表示: ) 1()(0 += TS S KR S G 。 相关理论计算可以参考清华大学出版社1993年出版的《过程控制》,金以慧编著。 2、实验步骤: 1) 在现场系统A3000-FS 上,将手动调节阀JV201、JV206完全打开,使下水箱闸板具有 一定开度,其余阀门关闭。 2) 在控制系统A3000-CS 上,将下水箱液位(LT103)连到内给定调节仪输入端,调节仪 输出端连到电动调节阀(FV101)控制信号端。 3) 打开A3000-CS 电源,调节阀通电。打开A3000-FS 电源。 4) 在A3000-FS 上,启动右边水泵(即P102),给下水箱(V104)注水。 给定值 图1 单容水箱液位数学模型的测定实验

南理工机械院控制工程基础实验报告

实验1模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验 一、实验目的 根据等效仿真原理,利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器, 以干电池作为输入信号,研究控制系统的阶跃时间响应。 二、实验内容 研究一阶与二阶系统结构参数的改变,对系统阶跃时间响应的影响。 三、实验结果及理论分析 1.一阶系统阶跃响应 a. 电容值1uF,阶跃响应波形: b. 电容值2.2uF,阶跃响应波形:

c. 电容值4.4uF,阶跃响应波形: 2?—阶系统阶跃响应数据表 U r= -2.87V R°=505k? R i=500k? R2=496k 其中

T = R2C U c C:)=「(R/R2)U r 误差原因分析: ①电阻值及电容值测量有误差; ②干电池电压测量有误差; ③在示波器上读数时产生误差; ④元器件引脚或者面包板老化,导致电阻变大; ⑤电池内阻的影响输入电阻大小。 ⑥在C=4.4uF的实验中,受硬件限制,读数误差较大3?二阶系统阶跃响应 a.阻尼比为0.1,阶跃响应波形: b.阻尼比为0.5,阶跃响应波形:

4.二阶系统阶跃响应数据表 E R w ( ?) 峰值时间 U o (t p ) 调整时间 稳态终值 超调(%) 震荡次数 C. d. 阻尼比为0.7,阶跃响应波形: 阻尼比为1.0,阶跃响应波形: CHI 反相 带宽限制 伏/格

四、回答问题 1.为什么要在二阶模拟系统中 设置开关K1和K2 ,而且必须 同时动作? 答:K1的作用是用来产生阶跃信号,撤除输入信后,K2则是构成了C2的 放电回路。当K1 一旦闭合(有阶跃信号输入),为使C2不被短路所以K2必须断开,否则系统传递函数不是理论计算的二阶系统。而K1断开后,此时要让 C2尽快放电防止烧坏电路,所以K2要立即闭合。 2.为什么要在二阶模拟系统中设置 F3运算放大器? 答:反相电压跟随器。保证在不影响输入和输出阻抗的情况下将输出电压传递到输入端,作为负反馈。 实验2模拟控制系统的校正实验 一、实验目的 了解校正在控制系统中的作用

水污染控制工程实验报告

水污染控制工程 实验报告 (环境工程专业适用) 2014年至2015 年第 1 学期 班级11环境1班 姓名吴志鹏 学号1110431108 指导教师高林霞 同组者汤梦迪刘林峰吴渊田亚勇李茹茹 程德玺

2014年4月

目录 实验一曝气设备充氧性能的测定 -------------------------------------------------- 1实验二静置沉淀实验----------------------------------------------------------------- 5实验三混凝实验---------------------------------------------------------------------- 8一、实验目的 ------------------------------------------------------------------------- 15

实验一曝气设备充氧性能的测定 一、实验目的 1.掌握表面曝气叶轮的氧总传质系数和充氧性能测定方法 2.评价充氧设备充氧能力的好坏。 二、实验原理 曝气是指人为地通过一些机械设备,如鼓风机、表面曝气叶轮等,使空气中的氧从气相向液相转移的传质过程。氧转移的基本方程式为: d/dt=K La(s-)(1)式中d/dt:氧转移速率,mg/(Lh); K La:氧的总传质系数,h-1; s:实验条件下自来水(或污水)的溶解氧饱和浓度,mg/L; :相应于某一时刻t的溶解氧浓度mg/L, 曝气器性能主要由氧转移系数K La、充氧能力OC、氧利用率E A、动力效率Ep四个主要参数来衡量。下面介绍上述参数的求法。 (1)氧转移系数K La 将(1)式积分,可得 1n(s—)=一K La t+ 常数(2)此式子表明,通过实验测定s和相应与每一时刻t的溶解氧浓度后,绘制1n(s—)与t关系曲线,其斜率即为K La。另一种方法是先作-t曲线,再作对应于不同值的切线,得到相应的d/dt,最后作d/dt与的关系曲线,也可以求出。 (2)充氧性能的指标 ①充氧能力(OC):单位时间内转移到液体中的氧量。 表面曝气时:OC(kg/h)= K La t(20℃)s (标)V (3) K La t(20℃)= K La t 1.02420T(T: 实验时的水温) s (标)=s (实验) 1.013105/实验时的大气压(Pa) V:水样体积 ②充氧动力效率(Ep):每消耗1度电能转移到液体中的氧量。该指标常被用以比较各种曝气设备的经济效率。 Ep(kg/kW·h)=OC/N (4) 式中:理论功率,采用叶轮曝气时叶轮的输出功率(轴功率, kW)。 ③氧转移效率(利用率,E A):单位时间内转移到液体中的氧量与供给的氧量之

过程控制综合实训装置

HKDG-B1型过程控制实训装置 一、系统概述 产品强烈体现工程化概念,强调工程化、实践化、开放性强,既能完成相关课程实验实训的开设,又是学生进行工程训练、毕业设计、课程设计的平台。系统以提高学生的动手能力及就业竞争力为主要目的而设计。体现流程企业自动化与信息系统典型技术与装备,将实践教学与教师科研提高层次。控制系统基础理论知识在实际工程中应用结合,常用的调节系统、调节方法,不同的控制工艺工程对象控制系统设计,调节控制算法设计。工业广泛使用的温度、流量、液位、压力四大热工检测传感装置,能够多样化的体现,并设计相关的实验实训。企业过程自动化广泛采用控制硬件系统控制软件得以体现。提供合适的理论研究硬件,使教师在理论层次的研究有自由的实验实训平台,同时也可以做为学生课程设计、毕业设计的装置。系统以基于工作过程的系统化的课程体系为依据,采用项目教学法作为基本的实训方法,选用生产中的实际项目,把项目要求的岗位工种、技能要求及相关知识作为教学目标。教师是项目的组织者,负责项目的讲解、示范、指导、讲评,学生是项目的实施者,通过项目内容、项目分析、项目实施、项目总结和能力测评,完成基本技能、专业技能及岗位技能的训练。 二、技术特点 (1)、整套系统安放在可移动的试验台桌上,小巧且试验装置占地面积小。 (2)、外型开放:整个装置采用仪表控制台与实训对象一体化设计,实训对象则采用透明敞开式设计,构建系统的器件对用户完全开放,一方面方便器件的熟悉、调试、维护及研究;另一方面可以根据实际需要开设不同深度的实验实训,也可以方便地对各设备进行升级换代。 (3)、最全面的上位控制系统:过程控制实训装置提供远程数据采集控制系统、智能仪表控制系统、S7200系列PLC控制系统。 (4)、过程控制实训装置具有成熟的先进控制系统的扩展功能,成功的将DCS系统和FCS系统糅合到整个装置中去,并可以根据需要按不同形式组网。

过程控制系统实验报告

实验一过程控制系统的组成认识实验 过程控制及检测装置硬件结构组成认识,控制方案的组成及控制系统连接 一、过程控制实验装置简介 过程控制是指自动控制系统中被控量为温度、压力、流量、液位等变量在工业生产过程中的自动化控制。本系统设计本着培养工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才为出发点。实验对象采用当今工业现场常用的对象,如水箱、锅炉等。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪,上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。对象系统还留有扩展连接口,扩展信号接口便于控制系统二次开发,如PLC控制、DCS控制开发等。学生通过对该系统的了解和使用,进入企业后能很快地适应环境并进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发的平台。 二、过程控制实验装置组成 本实验装置由过程控制实验对象、智能仪表控制台及上位机PC三部分组成。 1、被控对象 由上、下二个有机玻璃水箱和不锈钢储水箱串接,4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭外循环不锈钢锅炉夹套构成),压力容器组成。 水箱:包括上、下水箱和储水箱。上、下水箱采用透明长方体有机玻璃,坚实耐用,透明度高,有利于学生直接观察液位的变化和记录结果。水箱结构新颖,内有三个槽,分别是缓冲槽、工作槽、出水槽,还设有溢流口。二个水箱可以组成一阶、二阶单回路液位控制实验和双闭环液位定值控制等实验。 模拟锅炉:锅炉采用不锈钢精致而成,由两层组成:加热层(内胆)和冷却层(夹套)。做温度定值实验时,可用冷却循环水帮助散热。加热层和冷却层都有温度传感器检测其温度,可做温度串级控制、前馈-反馈控制、比值控制、解耦控制等实验。 压力容器:采用不锈钢做成,一大一小两个连通的容器,可以组成一阶、二阶单回路压力控制实验和双闭环串级定值控制等实验。 管道:整个系统管道采用不锈钢管连接而成,彻底避免了管道生锈的可能性。为了提高实验装置的使用年限,储水箱换水可用箱底的出水阀进行。 2、检测装置 (液位)差压变送器:检测上、下二个水箱的液位。其型号:FB0803BAEIR,测量范围:0~1.6KPa,精度:0.5。输出信号:4~20mA DC。 涡轮流量传感器:测量电动调节阀支路的水流量。其型号:LWGY-6A,公称压力:6.3MPa,精度:1.0%,输出信号:4~20mA DC 温度传感器:本装置采用了两个铜电阻温度传感器,分别测量锅炉内胆、锅炉夹套的温度。经过温度传感器,可将温度信号转换为4~20mA DC电流信号。 (气体)扩散硅压力变送器:用来检测压力容器内气体的压力大小。其型号:DBYG-4000A/ST2X1,测量范围:0.6~3.5Mpa连续可调,精度:0.2,输出信号为4~20mA DC。 3、执行机构 电气转换器:型号为QZD-1000,输入信号为4~20mA DC,输出信号:20~100Ka气压信号,输出用来驱动气动调节阀。 气动薄膜小流量调节阀:用来控制压力回路流量的调节。型号为ZMAP-100,输入信号为4~20mA DC或0~5V DC,反馈信号为4~20mA DC。气源信号 压力:20~100Kpa,流通能力:0.0032。阀门控制精度:0.1%~0.3%,环境温度:-4~+200℃。 SCR移相调压模块:采用可控硅移相触发装置,输入控制信号0~5V DC或4~20mA DC 或10K电位器,输出电压变化范围:0~220V AC,用来控制电加热管加热。 水泵:型号为UPA90,流量为30升/分,扬程为8米,功率为180W。

清华大学精仪系--控制工程基础--实验内容与实验报告

实验内容 (一)直流电机双环调速系统实验,此时必须松开连轴节!不带动工作台! 1. 测试电流环特性 ,由于外接霍尔传感器只有一套,有五套PWM 放大器有电流输出(接成跟随器方式,其电流采样输出为25芯D 型插座的17(模拟地),19脚,但模拟地是电流环的模拟地,不是实验箱运算放大器OP07的地!所以,只能用万用表量测。多数同学可用手堵转,给定微小的输入电压(小于±50mV )加入到电流环输入端,再加大就必须松开手,观察电机转速能否控制?为什么?如果要测试电流环静态特性,必须用台钳夹住电机轴,保证电机堵转。所以此项实验由教师按图22进行,这里只给出以下数据: 图 22 电流环静态特性实验接线图 (1)霍尔传感器的校准 利用直流稳压电源和电流表校准霍尔传感器,该 传感器为LEM-25,当原边为1匝时,量程为25A ,而原边采用5匝时, 量程为5A ;现在按后者的接法实验,M R 约500Ω。 (2)然后利用它来测试PWM 功率放大器的静态传递系数。电流环的静态特性如表2所示。注意电机是堵转的!

1V;得到通频带400Hz. 2.根据给定参数,利用MATLAB设计速度环的校正装置参数,画出校正前后的Bode图调,到实验室自己接线,教师检查无误后,可以通电调试;首先,正确接线保证系统处于负反馈,如果正反馈会产生什么现象?如何通过开环特性判断测速反馈是负反馈?对此有正确定答案后方能够开始实验。 (1)在1 β和β=0.4~0.5时分别调试校正装置的参数,使其单位阶跃输入的 = 响应曲线超调量最小,峰值时间最短,并记录阶跃响应曲线的特征值; 能够用A/D卡把数据采集到计算机中更好! (2)断开电源,记录最佳的校正装置参数; (3)测试速度环静态特性,为加快测试速度,可直接测试输入电压和测速机电压的关系;在转速低的情况下用手动阻止电机的转动,是否会影响转速? 为什么?分析速度环的机械特性(转速与负载力矩的关系曲线称为机械特 性),从而说明系统的刚度。 (4)有条件的小组可测试速度环频率特性(只测量幅频特性)。 (二)电压-位置伺服系统实验 开始,也必须脱开电机与工作台的连轴节!直到位置环调试好后,再把连轴节连接好! 1.断开使能,手动电机转动,检查电子电位计工作的正确性! 2.让位置环开环,利用调速系统,观察电子电位计在大范围工作的正确性,可利用示波器或万用表测试电位计的输出。 3.位置环要使用实验箱的头2个运算放大器,所以必须注意注意位置反馈的极性;为保证位置反馈是负反馈,必须通过位置系统开环来判断,这时位置调节器只利用比例放大器,如果发现目前的接线是正反馈后,怎么接线? 4.将位置环的位置反馈正确接到反馈输入端,利用给定指令电位计,移动它,使电机位置按要求转动。正确后,即可把连轴节连接好,连接连轴节时用专用内六角扳手。这时应该断电! 5.按设计的校正装置连接好,再上电。测试具有比例放大器和近似比例积分调节器时的阶跃响应曲线,并记录之; 6.测试输入电压-位置的传递特性曲线; 7.用手轮加小力矩估计系统的(电弹簧)刚度。 三、实验报告要求 (一)速度环实验 1.对速度环建模,画出速度环方块图,传递函数图 2.画出校正前后的Bode图,设计校正装置及其参数; 3.写出实验原始数据,整理出静态曲线和动态数据; 4.从理论和实际的结合上,分析速度环的特点,并写出实验的收获和改进意见; (二)位置环实验 1.对位置环建模,画出位置环方块图,传递函数图;

过程控制工程实验报告

成绩________ 过程控制工程 实验报告 班级:自动化10-2 姓名: 曾鑫 学号:10034080239 指导老师:康珏

实验一液位对象特性测试(计算机控制)实验 一、实验目的 通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法,测量时应注意的问题,对象模型参数的求取方法。 二、实验项目 1.认识实验系统,了解本实验系统中的各个对象。 2.测试上水箱的对象特性。 三、实验设备与仪器 1.水泵Ⅰ 2.变频器 3.压力变送器 4.主回路调节阀

m in y ?——被测量的变化量 m ax y ——被测量的上限值 m in y ——被测量的下限值 2) 一阶对象传递函数 s e s T K G τ-+= 1 00 K ——广义对象放大倍数(用前面公式求得) 0T ——广义对象时间常数(为阶跃响应变化到新稳态值的63.2%所需要的时间) τ——广义对象时滞时间(即响应的纯滞后,直接从图测量出) 五、注意事项 1. 测量前要使系统处于平衡状态下,反应曲线的初始点应是输入信号的开始作阶跃信号的 瞬间,这一段时间必须在记录纸上标出,以便推算出纯滞后时间τ。测量与记录工作必须 2. 所加扰动应是额定值的10%左右。 六、实验说明及操作步骤

1.了解本实验系统中各仪表的名称、基本原理以及功能,掌握其正确的接线与使用方法,以便于在实验中正确、熟练地操作仪表读取数据。熟悉实验装置面板图,做到根据面板上仪表的图形、文字符号找到该仪表。熟悉系统构成和管道的结构,认清电磁阀和手动阀的位置及其作用。 2.将上水箱特性测试(计算机控制)所用实验设备,参照流程图和系统框图接好实验线路。 3.确认接线无误后,接通电源。 4.运行组态王,在工程管理器中启动“上水箱液位测试实验” 阶液位对象。 按钮观察输出曲线。 6.在 会影响系统稳定所需的时间)。 7.改变u(k)输出,给系统输入幅值适宜的正向阶跃信号(阶跃信号在5%-15%之间),使系统的输出信号产生变化,上水箱液位将上升到较高的位置逐渐进入稳态。 8.观察计算机中上水箱液位的正向阶跃响应曲线,直至达到新的平衡为止。 9.改变u(k)输出,给系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信号,使系统的输出信号产生变化,上水箱液将下降至较低的位置逐渐进入稳态。 10. 为止。 11.曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格2-1。 七、实验报告

EFPT-D型过程控制实验装置使用说明书(二工大)

EFPT-D型过程控制实验装置使用说明书 上海新奧托實業有限公司 2005年10月18日

目录 EFPT—D过程控制实验装置简介 (2) 实验装置简介 (2) 控制对象 (2) 控制对象的图纸和手动阀的操作 (3) 过程控制操作台 (3) 交流变频调速装置(MM420)操作控制 (4) AI全通用人工智能调节器使用说明及参数 (8) QS智能调节阀工作原理 (15) 电磁流量计测量原理 (16) 铂电阻工作原理 (16) 扩散硅工作原理 (17) 实验一:§1-1双容(二阶)滞后数学模型测试 (18) 实验二:§2-1进水流量F1定值调节之一 (22) 实验三:§3-1锅炉液位L2定值调节之一 (25) 实验四:§4-1锅炉静止水温度T1定值调节 (28) 实验五:§5-1 出水压力P2定值调节之一 (32) 实验六:§6-1锅炉流动水温度T1定值调节 (35) 实验七:§7-1锅炉液位L2定值调节之二 (39) 实验八:§8-1锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1的调节 (42)

实验装置简介 本实验装置由控制对象及过程控制的操作台两部分组成,并与上位机实现通讯,构成多种形式的监控,实现过程控制自动化和过程管理现代化。系统结构图如下: 本实验指导书以基本配置,AI调节仪表与上位计算机通讯进行监控为实验背景而写。控制对象 控制对象由工艺设备和现场仪表、电气负载三部分组成。 (一)工艺设备包括: 1.内部4.5KW三相星形连接电热丝 2.19升的热水夹套锅炉 3.38升的高位溢流水箱(产生稳定压力的工艺介质——水) 4.35升的液位水槽 5.配三相电机的循环水泵 6.17只手动球阀。

过程控制实验报告

东南大学自动化学院 实验报告 课程名称:过程控制实验 实验名称:水箱液位控制系统 院(系):自动化专业:自动化姓名:学号: 实验室:实验组别: 同组人员: 实验时间: 评定成绩:审阅教师:

目录 一、系统概论 (3) 二、对象的认识 (4) 三、执行机构 (14) 四、单回路调节系统 (15) 五、串级调节系统Ⅰ (18) 六、串级调节系统Ⅱ (19) 七、前馈控制 (21) 八、软件平台的开发 (21)

一、系统概论 1.1实验设备 图1.1 实验设备正面图图1.2 实验设备背面图 本实验设备包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器、操作面板等。 1.1.2 铭牌 ·加热控制器: 功率1500w,电源220V(单相输入) ·泵: Q40-150L/min,H2.5-7m,Hmax2.5m,380V,VL450V, IP44,50Hz,2550rpm,1.1kw,HP1.5,In2.8A,ICL B ·全自动微型家用增压器: 型号15WZ-10,单相电容运转马达 最高扬程10m,最大流量20L/min,级数2,转速2800rmp,电压220V, 电流0.36A,频率50Hz,电容3.5μF,功率80w,绝缘等级 E ·LWY-C型涡轮流量计: 口径4-200mm,介质温度-20—+100℃,环境温度-20—+45℃,供电电源+24V, 标准信号输出4-20mA,负载0-750Ω,精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs,外壳防护等级 IP65 ·压力传感器 YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa,OUT 4-20mADC,SUPPLY 24VDC,IP67,RED SUP+,BLUE OUT+/V- ·SBWZ温度传感器 PT100 量程0-100℃,精度0.5%Fs,输出4-20mADC,电源24VDC

南京理工大学控制工程基础实验报告

《控制工程基础》实验报告 姓名欧宇涵 914000720206 周竹青 914000720215 学院教育实验学院 指导老师蔡晨晓 南京理工大学自动化学院 2017年1月

实验1:典型环节的模拟研究 一、实验目的与要求: 1、学习构建典型环节的模拟电路; 2、研究阻、容参数对典型环节阶跃响应的影响; 3、学习典型环节阶跃响应的测量方法,并计算其典型环节的传递函数。 二、实验内容: 完成比例环节、积分环节、比例积分环节、惯性环节的电路模拟实验,并研究参数变化对其阶跃响应特性的影响。 三、实验步骤与方法 (1)比例环节 图1-1 比例环节模拟电路图 比例环节的传递函数为:K s U s U i O =)()(,其中1 2R R K =,参数取R 2=200K ,R 1=100K 。 步骤: 1、连接好实验台,按上图接好线。 2、调节阶跃信号幅值(用万用表测),此处以1V 为例。调节完成后恢复初始。 3、Ui 接阶跃信号、Uo 接IN 采集信号。 4、打开上端软件,设置采集速率为“1800uS”,取消“自动采集”选项。 5、点击上端软件“开始”按键,随后向上拨动阶跃信号开关,采集数据如下图。 图1-2 比例环节阶跃响应

(2)积分环节 图1-3 积分环节模拟电路图 积分环节的传递函数为: S T V V I I O 1 -=,其中T I =RC ,参数取R=100K ,C=0.1μf 。 步骤:同比例环节,采集数据如下图。 图1-4 积分环节阶跃响应 (3)微分环节 图1-5 微分环节模拟电路图 200K R V I Vo C 2C R 1 V I Vo 200K

浙师大机械控制工程基础实验报告资料

机械控制工程基础实验报告 学院工学院职业技术教育学院 班级机械设计制造及其自动化 姓名XXX 学号xxxxxxxx

实验项目名称: Matlab语言基础实验 《机械控制工程基础》实验报告之一 一、实验目的和要求 1、掌握Matlab软件使用的基本方法 2、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句 3、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制 4、掌握Matlab软件求拉普拉斯变换与逆变换基本方法 二、实验内容 1) MATLAB工作环境平台 Command 图1 在英文Windows 平台上的MATLAB6.5 MATLAB工作平台 ①命令窗口(Command Window) 命令窗口是对 MATLAB 进行操作的主要载体,默认的情况下,启动MATLAB 时就会打开命令窗口,显示形式如图 1 所示。一般来说,MATLAB的所有函数和命令都可以在命令窗口中执行。掌握 MALAB 命令行操作是走入 MATLAB 世界的第一步。命令行操作实现了对程序设计而言简单而又重要的人机交互,通过对命令行操作,避免了编程序的麻烦,体现了MATLAB所特有的灵活性。 在运行MATLAB后,当命令窗口为活动窗口时,将出现一个光标,光标的左侧还出现提示符“>>”,表示MATLAB正在等待执行命令。注意:每个命令行键入完后,都必须按回车键! 当需要处理相当繁琐的计算时,可能在一行之内无法写完表达式,可以换行表示,此时需要使用续行符“…”否则 MATLAB 将只计算一行的值,而不理会该行是否已输入完毕。 使用续行符之后 MATLAB 会自动将前一行保留而不加以计算,并与下一行衔接,等待完整输入后再计算整个输入的结果。 在 MATLAB 命令行操作中,有一些键盘按键可以提供特殊而方便的编辑操作。比如:“↑”可用于调出前一个命令行,“↓”可调出后一个命令行,避免了重新输入的麻烦。当然下面即将讲到的历史窗口也具有此功能。 ②历史窗口(Command History) 历史命令窗口是 MATLAB6 新增添的一个用户界面窗口,默认设置下历史命令窗口会保留自安装时起所有命令的历史记录,并标明使用时间,以方便使用者的查询。而且双击某一行命令,即在命令窗口中执

自动控制完整系统综合实验综合实验报告

综合实验报告 实验名称自动控制系统综合实验 题目 指导教师 设计起止日期2013年1月7日~1月18日 系别自动化学院控制工程系 专业自动化 学生姓名 班级 学号 成绩

前言 自动控制系统综合实验是在完成了自控理论,检测技术与仪表,过程控制系统等课程后的一次综合训练。要求同学在给定的时间内利用前期学过的知识和技术在过程控制实验室的现有设备上,基于mcgs组态软件或step7、wincc组态软件设计一个监控系统,完成相应参数的控制。在设计工作中,学会查阅资料、设计、调试、分析、撰写报告等,达到综合能力培养的目的。

目录 前言 (2) 第一章、设计题目 (4) 第二章、系统概述 (5) 第一节、实验装置的组成 (5) 第二节、MCGS组态软件 (11) 第三章、系统软件设计 (14) 实时数据库 (14) 设备窗口 (16) 运行策略 (19) 用户窗口 (21) 主控窗口 (30) 第四章、系统在线仿真调试 (32) 第五章、课程设计总结 (38) 第六章、附录 (39) 附录一、宇光智能仪表通讯规则 (39)

第一章、设计题目 题目1 单容水箱液位定值控制系统 选择上小水箱、上大水箱或下水箱作为被测对象,实现对其液位的定值控制。 实验所需设备:THPCA T-2型现场总线控制系统实验装置(常规仪表侧),水箱装置,AT-1挂件,智能仪表,485通信线缆一根(或者如果用数据采集卡做,AT-4 挂件,AT-1挂件、PCL通讯线一根)。 实验所需软件:MCGS组态软件 要求: 1.用MCGS软件设计开发,包括用户界面组态、设备组态、数据库组态、策略组态等,连接电路, 实现单容水箱的液位定值控制; 2.施加扰动后,经过一段调节时间,液位应仍稳定在原设定值; 3.改变设定值,经过一段调节时间,液位应稳定在新的设定值。

浙工大过程控制实验报告

浙工大过程控制实验报告 202103120423徐天宇过程控制系统实验报告 实验一:系统认识及对象特性测试 一实验目的 1了解实验装置结构和组成及组态软件的组成使用。 2 熟悉智能仪表的使用及实验装置和软件的操作。 3熟悉单容液位过程的数学模型及阶跃响应曲线的实验方法。 4学会有实际测的得单容液位过程的阶跃响应曲线,用相关的方法分别确定它们的参数,辨识过程的数学模型。二实验内容 1 熟悉用MCGS组态的智能仪表过程控制系统。 2 用阶跃响应曲线测定单容液位过程的数学模型。三实验设备 1 AE2000B型过程控制实验装置。 2 计算机,万用表各一台。 3 RS232-485转换器1只,串口线1根,实验连接线若干。四实验原理 如图1-1所示,设水箱的进水量为Q1,出水量为Q2,水箱的液面高度为h,出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系,求得: 在零初始条件下,对上式求拉氏变换,得:

式中,T为水箱的时间常数(注意:阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数),T=R2*C,K=R2为单容对象的放大倍数, R1、R2分别为V1、V2阀的液阻,C 为水箱的容量系数。 阶跃响应曲线法是指通过调节过程的调节阀,使过程的控制输入产生一个阶跃变化,将被控量随时间变化的阶跃响应曲线记录下来,再根据测试记录的响应曲线求取输入输出之间的数学模型。本实验中输入为电动调节阀的开度给定值OP,通过改变电动调节阀的开度给定单容过程以阶跃变化的信号,输出为上水箱的液位高度h。电动调节阀的开度op通过组态软件界面有计算机传给智能仪表,有智能仪表输出范围为:0~100%。水箱液位高度有由传感变送器检测转换为4~20mA的标准信号,在经过智能仪表将该信号上传到计算机的组态中,由组态直接换算成高度值,在计算机窗口中显示。因此,单容液位被控对象的传递函数,是包含了由执行结构到检测装置的所有液位单回路物理关系模型有上述机理建模可知,单容液位过程是带有时滞性的一阶惯性环节,电动调节阀的开度op,近似看成与流量Q1成正比,当电动调节阀的开度op为一常量作为阶跃信号时,该单容液位过程的阶跃响应为 需要说明的是表达式(2-3)是初始量为零的情况,如果是在一个稳定的过程下进行的阶跃响应,即输入量是在原来的基础上叠加上op的变化,则输出表达式是对应原来输出值得基础上的增

南理工 机械院 控制工程基础实验报告

页眉 实验1 模拟控制系统在阶跃响应下的特性实验一、实验目的 根据等效仿真原理,利用线性集成运算放大器及分立元件构成电子模拟器,以干电池作为输入信号,研究控制系统的阶跃时间响应。 二、实验内容 研究一阶与二阶系统结构参数的改变,对系统阶跃时间响应的影响。 三、实验结果及理论分析 1.一阶系统阶跃响应 a.电容值1uF,阶跃响应波形: b.电容值2.2uF,阶跃响应波形: 页脚 页眉

,阶跃响应波形:电容值c.4.4uF 阶系统阶跃响应数据表2.一稳态终值U(∞)(V)时间常数T(s) 电容值c(uF)理论值实际值实际值理论值0.50 2.87 1.0 0.51 2.90 1.07 2.90 2.2 2.87 1.02 2.06 2.90 2.87 4.4 2.24 元器件实测参数=505kU= -2.87V R? R=496k? =500kR?2o1r其中 T?RC2U(?)??(R/R)U rc21页脚 页眉 误差原因分析: ①电阻值及电容值测量有误差;

②干电池电压测量有误差; ③在示波器上读数时产生误差; ④元器件引脚或者面包板老化,导致电阻变大; ⑤电池内阻的影响输入电阻大小。 ⑥在C=4.4uF的实验中,受硬件限制,读数误差较大。 3.二阶系统阶跃响应 a.阻尼比为0.1,阶跃响应波形: b.阻尼比为0.5,阶跃响应波形: 页脚 页眉 ,阶跃响应波形:0.7c.阻尼比为

,阶跃响应波形:阻尼比为1.0d. 阶系统阶跃响应数据表4.二ξR(?)峰值时间U(t) 调整时间稳态终值超调(%)震荡次数pow M()t)t(s V()(s UV)N psps6 62.7 2.8 0.3 0.1 2.95 454k 4.8 1 0.5 0.5 3.3 52.9k 2.95 11.9 0.4 1 0.7 0.3 0.4 24.6k 3.0 2.7 2.92 1.0 1.0 2.98 1.0 2.97k 2.98 页脚 页眉 四、回答问题

DB-CG06 过程控制综合实验装置

DB-CG06 过程控制综合实验装置(可以选配控制方式)

本装置能完成《自动控制理论》、《过程控制》、《自动化仪表》、《集散控制》、《PLC可编程控制》、《单片机控制》、《计算机控制》等课程所开的实验项目。集多领域、多学科技术于一体,充分体现了实验装置的先进性、开放性和功能的多样化。 产品吸取国内外教学仪器的优点,并结合我国工业的现场而设计,具有外形美观大方,布局合理,使用方便,适用于多层次实验教学和开放性实验室的建设。 一、技术指标及要求 1.工作电源:三相四线(或三相五线)380V±10% 50Hz 2.外形尺寸:183cm×73cm×140cm 3.整机容量:<5kV A 二、装置的配备 1. SA01电源控制屏(铁质双层亚光密纹喷塑结构,铝质面板) (1) 交流电源面板 提供实验所需的三相四线~380V、三路单相~220V电源,总电源由三相钥匙开关控制,电网电压由三只交流电压表监示,三相带灯熔断器作为断相指示。设有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器。另外,还设有定时器兼报警记录仪,为学生实验技能的考核提供一个统一的标准。 (2) 执行机构及I/O信号接口面板 执行机构有三相可控硅移相调压装置、电动调节阀、三相不锈钢磁力泵、电磁阀、三菱变频器及三相电加热管组成,另外电加热锅炉带有防干烧保护设备。并将各传感器检测及执行器控制信号同面板上的插座相连,便于学生自己连线组成不同的控制系统。 2. SA02实验桌 实验桌为铁质双层亚光密纹喷塑结构,桌面为防火、防水、耐磨高密度板,结构坚固,形状似长方体封闭

式结构,造型美观大方;设有两个大抽屉、柜门,用于放置工具、存放挂件及资料等。桌面用于安装电源控制屏并提供一个宽敞舒适的工作台面。电脑桌联体设计,造型美观大方。 3. SA-11 交流变频控制 4. 控制种类 智能仪表控制? 远程数据采集控制? DCS分布式过程控制? ? S7-300PLC过程控制 S7-200PLC过程控制? 单片机控制? 以太网控制? 嵌入式以太网控制? ?三菱PLC控制 PCI采集卡控制? 5. 系统实验教学软件:包括MCGS工控组态软件、组态王组态软件、和利时MACS V系统组态软件、STEP7编程软件、WinCC组态软件及单片机数据采集与控制软件等,根据硬件配置进行配套。 三、实验项目 本装置能完成如下实验项目内容: 1. 过程控制系统结构组成的认识实验 (1) 过程控制及检测装置硬件结构组成的认识与控制方案的组成及连接实验 (2) 智能调节仪表、智能变送仪表等智能仪表的操作及参数设定实验 (3) 传感器的校正(零点迁移与量程调整) 2. 被控对象特性测试实验 (1) 单容水箱特性测试实验 (2) 双容水箱特性测试实验 3. 单回路控制系统实验 (1) 单回路控制系统的实践 (2) 上水箱(或中水箱或下水箱)液位定值控制实验 (3) 双容水箱液位的定值控制实验 (4) 三容水箱液位的定值控制实验 (5) 锅炉内胆静态水温的定值控制实验 (6) 锅炉内胆动态水温的定值控制实验 (7) 锅炉夹套水温的定值控制实验 (8) 电动阀支路流量的定值控制实验 (9) 变频调速磁力泵支路流量的定值控制实验 4. 温度位式控制系统实验 (1) 锅炉内胆水温位式控制实验 5. 串级控制系统的实验 (1) 串级控制系统的连接实践 (2) 水箱液位串级控制实验 (3) 三闭环液位控制实验 (4) 下水箱液位与电动调节阀流量的串级控制实验 (5) 下水箱液位与变频调速磁力泵支路流量的串级控制实验 (6) 锅炉内胆水温与锅炉内胆循环水流量的串级控制实验

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