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过程控制系统课程设计报告报告实验报告成都理工大学工程技术学院《过程控制系统课程设计实验报告》名称：单容水箱液位过程控制班级：2011级自动化过程控制方向姓名：学号：目录前言一．过程控制概述 (2)二．THJ-2型高级过程控制实验装置 (3)三．系统组成与工作原理 (5)（一）外部组成 (5)（二）输入模块ICP-7033和ICP-7024模块 (5)（三）其它模块和功能 (8)四．调试过程 (9)（一）P调节 (9)（二）PI调节 (10)（三）PID调节 (11)五．心得体会 (13)前言现代高等教育对高校大学生的实际动手能力、创新能力以及专业技能等方面提出了很高的要求，工程实训中心的建设应紧紧围绕这一思想进行。
首先工程实训首先应面向学生主体群，建设一个有较宽适应面的基础训练基地。
通过对基础训练设施的集中投入，面向全校相关专业，形成一定的规模优势，建立科学规范的训练和管理方法，使训练对象获得机械、电子基本生产过程和生产工艺的认识，并具备一定的实践动手能力。
其次，工程实训的内容应一定程度地体现技术发展的时代特征。
为了适应现代化工业技术综合性和多学科交叉的特点，工程实训的内容应充分体现机与电结合、技术与非技术因素结合，贯穿计算机技术应用，以适应科学技术高速发展的要求。
应以一定的专项投入，建设多层次的综合训练基地，使不同的训练对象在获得对现代工业生产方式认识的同时，熟悉综合技术内容，初步建立起“大工程”的意识，受到工业工程和环境保护方面的训练，并具备一定的实用技能。
第三，以创新训练计划为主线，依靠必要的软硬件环境，建设创新教育基地。
以产品的设计、制造、控制乃至管理为载体，把对学生的创新意识和创新能力的培养，贯穿于问题的观测和判断、创造和评价、建模和设计、仿真和建造的整个过程中。
本次工程实践就是针对单容水箱液位进行恒高度控制通过调试，来熟悉THJ-2型高级过程控制实验装置。
通过本次工程实践，来熟悉工业过程控制的工作流程以及其控制原理。
《过程控制仪表》实验指导书/实验报告姜滨、刘洋、徐秋景2011年8月编制专业：班号：学号：姓名：哈尔滨华德学院电子与信息工程学院过程控制仪表实验大纲一、实验目的学习数字调节器的构造及各部件的作用、调节器的原理及工作特性，了解调节器的功能；掌握调节器、PLC调节、数据采集模块调节控制系统的操作方法和测试方法。
通过实验的基本训练，使学生能达到以下要求：1. 掌握调节器的操作方法和测试方法。
2．掌握PLC调节控制系统的操作方法和测试方法。
3．掌握数据采集模块调节的操作方法和测试方法。
二、适应专业自动化专业、电气工程及其自动化专业三、实验内容及学时安排实验一数字调节器应用实验（4学时）实验目的学习数字调节器的构造及各部件的作用、调节器的原理及工作特性，了解调节器的功能；掌握调节器的操作方法和测试方法。
实验内容首先熟悉调节器的操作使用方法，并根据本指导书附表中调节器的参数功能说明，掌握参数设置方法。
然后完成电机转速调节实验和热电阻温度调节实验。
实验二 PLC调节实验（4学时）实验目的学习使用PLC调节控制系统的操作方法和测试方法。
实验内容首先熟悉PLC的操作使用方法，掌握参数设置方法；然后完成以下实验内容。
1.PLC基本练习（使用S7-200PLC编制程序）2.电机转速调节实验3.热电阻温度调节实验实验三数据采集模块实验（4学时）实验目的学习使用数据采集模块调节控制系统的操作方法和测试方法。
实验内容1．连接硬件。
通过数据线将远程数数据模块组件通讯口和UT-201（232转485通讯模块）的485端相连，同时UT-201的232端与计算机COM1相连。
2．电机转速单闭环实验（模块控制）3．温度单闭环实验（模块控制）实验一数字调节器应用实验一．实验目的学习数字调节器的构造及各部件的作用、调节器的原理及工作特性，了解调节器的功能；掌握调节器的操作方法和测试方法。
二．实验设备调节器、电机转速控制对象、温度控制模块。
1、概述计算机控制方法能够更加精确的控制液位，但是具有很强的专业性，在编写控制算法是必须全面考虑影响被控参数的因素，实现优先级别的排列，只有那样才能处理实际中出现的各种情况；最重要的是必须熟练掌握相应的计算机语言能够熟练应用软件实现算法的编写，计算机控制时为了实现实际测量量与计算机数据间的联系所以必须用A/D、D/A转换芯片实现模拟量与数字量之间的变换。
它是现代工业进行控制的主流技术，在计算机控制系统中可以实现自动化控制，既节省人力资源又可以大大提高生产率。
调节阀采用电动调节阀主要是它能源取用方便，信号传输距离远、速度快；再有就是在实际中对防火等级要求不是太高经比较可知虽然采用计算机控制有较大优势但是限于我们对专业知识掌握的不足，所以还使用单回路控制方案对系统进行控制。
控制思路简单，实际安装维护也方便不需要很高的专业知识2、液位控制系统分析2．1分析被空对象某连续生产过程需要三个生产罐，罐A、B、C罐A直径1.5米，高2米，生产中为原料输入罐；罐B为生产中间缓冲罐，直径1.5米，高2米；罐C为生产罐，直径2米，高2米；三个罐依照自然落差进行安装。
罐A底边距地6米，罐B底边距地3米，罐C落地安装。
生产中罐A输入主要原料为液体，管径为DN40；最大工艺流量8T/h ；调节阀 p=0.09MPa。
要求罐C液位处于1.5米左右。
要实现对C罐的控制有以下考虑1）、测量变送单元仪表的选择，显然采用压力测量比较简单，例如：差压测量，但是为了实现精确测量采用压力传感器进行罐底的压力测量——也是为了实现计算机控制进行A/D转换2）、影响液位的因素：进液量B1以及排液量C1，C罐为生产容器所以对B罐进行控制比较合理——B是缓冲罐。
在必要时可也可以对c罐进行控制——不影响生产情况下，所以在进行计算机控制时就要设计相应的控制优先级，根据实际情况进行控制3）、对于A、B罐液要进行相应控制，只是不需要精确控制，只要不超过上限以及不影响C罐需求的情况下即可2.2 方案比较单回路控制的原理图以及系统工程图控制方案说明对于上述控制主要就是通过一般的闭环系统，通过输出的反馈实现对输入的控制——单回路控制，控制方案简单；因为生产实践队也为控制要求不是太高所以单回路控制可以满足要求，被控对象是c罐的液位所以要选取液位高度h 作为被控参数，为了使c罐的也为基本无差调节规律可以采用PI调节；最后根据系统木星对参数进行整定即可计算机控制的原理图以及控制流程图控制方案说明计算机控制方法能够更加精确的控制液位，但是具有很强的专业性，在编写控制算法是必须全面考虑影响被控参数的因素，实现优先级别的排列，只有那样才能处理实际中出现的各种情况；最重要的是必须熟练掌握相应的计算机语言能够熟练应用软件实现算法的编写，计算机控制时为了实现实际测量量与计算机数据间的联系所以必须用A/D、D/A转换芯片实现模拟量与数字量之间的变换。
~过程控制系统课程设计报告·题目：温度控制系统设计姓名：学号：班级：指导教师：`)温度控制系统设计一、设计任务设计电热水壶度控制系统方案，使系统满足85度至95度热饮需要。
二、预期实现目标通过按键设定温度，使系统水温最终稳定在设定温度，达到控制目标。
(三、设计方案（一）系统数学模型的建立要分析一个系统的动态特性，首要的工作就是建立合理、适用的数学模型，这也是控制系统分析过程中最为重要的内容。
数学模型时所研究系统的动态特性的数学表达式，或者更具体的说，是系统输入作用与输出作用之间的数学关系。
在本系统中，被控量是温度。
被控对象是由不锈钢水壶、2Kw电加热丝组成的电热壶。
在实验室，给水壶注入一定量的水，将温度传感器放入水中，以最大功率加热水壶，每隔30s采样一次系统温度，记录温度值。
在整个实验过程中，水量是不变的。
经过试验，得到下表所示的时间-温度表：表1 采样时间和对应的温度值采样时间t 8 》910 11 12 13 温度值℃64·7279869398以采样时间和对应的温度值在坐标轴上绘制时间-温度曲线，得到图1所示的曲线： <图1 时间-温度曲线采用实验法——阶跃响应曲线法对温箱系统进行建模。
将被控过程的输入量作一阶跃变化，同时记录其输出量随时间而变化的曲线，称为阶跃响应曲线。
从上图可以看出输出温度值的变化规律与带延迟的一阶惯性环节的阶跃曲线相似。
因此我们选用()1ske G s Ts τ-=+（式中：k 为放大系数；T 为过程时间常数；τ为纯滞后时间）作为内胆温度系统的数学模型结构。
（1）k 的求法：k 可以用下式求得：()(0)y y k x ∞-=（x ：输入的阶跃信号幅值）]（2）过程时间常数T 和滞后时间τ可用两点法求得：T=)](1ln[)](1ln[2*1*12t y t y t t ---- τ=)](1ln[)](1ln[)](1ln[)](1ln[2*1*2*11*2t y t y t y t t y t ------ 选取系统终值100℃，t 1=90s ，对应)(1*t y =，t 2=300s ，对应)(2*t y =得到K=，T=, τ=系统开环传递函数：K=11388.0+S^（二）基于MATLAB 的PID 仿真(1)PID 控制算法目前大部分温度控制器还是采用PID 控制算法，PID 控制是比例—积分—微分控制，PID 控制是最早发展起来的、应用领域至今仍然广泛的控制策略之一。
过程控制课程设计报告-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN过程控制与自动化仪表课程设计报告实验名称：调节规律对单容液位控制系统的影响专业：测控技术与仪器班级：组员：指导老师：目录目录 (3)一、设计目的 (4)二、设计原理 (4)三、设计过程 (5)四、设计数据 (6)五、设计数据分析： (9)六、设计总结 (9)一、设计目的1、通过实验熟悉过程控课程实验方法以及单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。
3定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。
二、设计原理单容液位控制系统原理单容液位控制系统是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。
单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。
当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。
合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。
反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。
因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。
PID控制调节在工程实际中，应用最为广泛的调节器控制规律为比例积分微分控制，简称PID控制，又称PID调节。
其结构简单、稳定性好、工作可靠、调整方便而成为工业控制主要和可靠的技术工具。
当被控对象的结构和参数不能完全掌握，或得不到精确的数学模型时，控制理论的其它设计技术难以使用，系统的控制器的结构和参数必须依靠经验和现场调试来确定，这时应用PID控制技术最为方便。
比例调节(P) 一种简单控制方式，，其输入与输出偏差信号的积分成比例关系。
系统一旦出现了偏差，比例环节就立即进行反应来减少偏差。
比例调节的作用设置的越大，调节的速度就越快；但比例作用过大时，会使系统的稳定性下降。
1.概述课程设计的目的了解具体过程控制系统设计的基本步骤和方法，加深对过程控制系统基本原理的理解和对S7-300PLC与S7-200PLC编程的实际应用能力，培养运用WINCC组态软件和计算机设计过程控制系统的实际能力。
课程设计的内容用S7-300PLC与S7-200PLC主-从站进行单回路流量过程控制。
要实现的目标（1）明确控制要求，设计出系统结构图、方框图、电气接线图、程序流程图等。
（2）S7-200PLC从站程序设计①采用模块程序设计，控制程序包括主程序OB1、子程序SBR_0和中断程序INT_0。
②流量给定700升。
③采用定时中断SMB35，来调用流量采样定时中断程序INT_0，把实时检测的管路流量反馈到S7-200PLC的模拟量输入口，与流量给定量进行比较算出误差e。
④采用指令系统中的PID控制算法，整定好PID参数，计算出的实时控制量通过S7-200PLC的模拟量输出口输出，来控制电动执行器和阀门的开度。
⑤所有信号要转换为4-20mACD信号，并与流量物理量0-2500升建立对应关系。
⑥采用状态表进行各变量的监视与修改，系统有启动、停止按钮操作功能。
（3）S7-300PLC主站程序设计①要求采用SFC14和SFC15指令进行主-从站的数据交换，通过S7-300PLC 主站进行写操作（如系统启动/停止等），并能读取S7-200PLC从站的参数；S7-200PLC能接受S7-300PLC主站的指令；实现主-从站读/写（接收/发送）操作。
（4）性能指标要求无超调量，稳态误差为3%，加随机扰动能克服掉。
（5）上位监控要求：采用WINCC上位监控软件，设计出单回路流量一阶的上位监控系统，包括建立通讯，数据变库组态、工艺图形组态、数据组态与显示、趋势组态与显示、报表组态与显示等功能。
2.S7-300PLC与200PLC主-从站单回路流量系统硬件设计方案2.1主-从站单回路流量过程控制系统硬件组成原理该实验过程控制系统的控制器选用S7—300PLC作为主站控制器，由电源模块307—1BA00—00AA00、CPU模块315—2AG10—0AB0、模拟量输入模块331—5HF02—0AB0、模拟量输出模块332—5HF02—0AB0、数字量输入/输出模块323—1BH01—0AA0组成，PC机与300PLC采用MPI(CP5611)通讯。
辽宁装备学院学科课题论文DDZ-Ⅲ型基型控制器指导教师：朱文革专业名称：生产过程自动化技术2013年7月8日目录前言 (1)控制器的概念 (2)DDZ-Ⅲ型基型控制器的作用 (2)DDZ-Ⅲ型基型控制器功能（概述） (2)DDZ-Ⅲ型基型控制器的构成 (3)基型控制器的运行方式 (4)自动运行方式 (4)手动运行方式 (5)软手动操作电路 (5)硬手动操作电路 (6)手动自动无扰动切换 (6)无平衡无扰动切换 (6)有平衡无扰动切换 (7)基型控制器的使用方法 (7)结束语 (8)参考文献 (8)致谢词 (8)前言控制器在冶金、石油、化工、电力等各种工业生产中应用极为广泛。
要实现生产过程自动控制，无论是简单的控制系统，还是复杂的控制系统，控制器都是必不可少的。
控制器是工业生产过程自动控制系统中的一个重要组成部分，它是把来自检测仪表的信号进行综合，按照预定的规律去控制执行器的动作，使生产过程中的各种被控参数，如温度、压力、流量、液位等符合生产要求。
了解控制器，并且合理应用控制器，可以使生产过程更为简单话，精确化。
本论文资料大都来自《过程控制仪表及装置》（第2版）教材以及其PPT教学文档，由于初次拟写，所以敬请读者批评建议。
说明：本论文的持笔者：门金龙资料提供者：孙奇（提供DDZ-Ⅲ型基型控制器的作用、功能等相关资料）；杨玉勇（提供教学PPT资料）；于晓龙、张强（提供运行方式相关资料）；排版：杨铎主审：贾赫程·控制器的概念控制器是把来自检测仪表的信号进行综合，按照预定的规律去控制执行器的动作，使生产过程中的各种被控参数，如温度、压力、流量、液位等符合生产要求。
·DDZ-Ⅲ型基型控制器的作用其作用是将变送器送来的1 ~ 5v DC 测量信号与1 ~ 5v DC给定信号进行比较后得到偏差信号，然后再将其偏差信号进行PID运算，输出4 ~ 20mA DC信号，最后通过执行器，实现对过程参数的自动控制。
过程控制课程设计报告中南大学过程控制系统课程设计报告设计题目9溶出器液位控制指导老师凌玉华设计者侯博文专业班级自动化0605班06号设计日期2010.01.11至2010.01.21 目录第一章概述3 1.1设计目的3 1.2 具体任务3 1.3 氧化铝生产的意义3 第二章氧化铝高压溶出工序介绍4 2.1 铝工业的国内外现状4 2.2 氧化铝生产过程4 2.2.1拜耳法5 2.2.2烧结法6 2.2.3混联法6 2.2.4选矿拜耳法8 2.3高压溶出工序8 第三章工序生产设备及控制要求11 3.1 双程预热器11 3.2 溶出器11 3.3 自蒸发器12 3.4 蒸汽缓冲器13 第四章9溶出器液位控制系统设计15 4.1 总体方案论证15 4.2 硬件设计17 4.3 控制算法22 4.4 软件设计23 第五章液位控制系统调试方法25 5.1比例、积分和微分的分析25 5.2 PID参数整定方法26 5.3 PID参数整定（实验内容）27 第六章总结29 6.1 方案评价及改进方向29 6.2 收获及体会29 参考文献31 第一章概述 1.1 设计目的综合控制理论，过程控制，微机控制，可编程控制器，软件程序设计等课程的相关理论知识，设计一个完整的9溶出罐液位控制系统，全面学习和掌握典型控制系统的设计方法，控制方法，调试技巧。
1.2 具体任务第六小组具体任务设计一液位控制系统对9溶出器液位进行控制，使液位在11m,误差-0.2m. 1.3 氧化铝生产的意义氧化铝主要用于电解生产铝，它占氧化铝总产量的90以上。
此外还供硅酸盐.耐火材料.机械.无线电.冶金.化工.制药等工业部门使用。
铝和铝合金是国民经济、国防军工和民用制品的基础原材料。
铝工业是国家的基础工业之一。
高性能铝合金是制造飞机、潜艇、火箭、导弹、鱼雷、坦克的重要部件的原材料，被称为国家的战略物资。
所以氧化铝的生产，具有重大的现实意义。
第二章氧化铝高压溶出工序介绍2.1 铝工业的国内外现状我国具有丰富的铝土矿资源迄今，我国已探明铝土矿矿区310处，分布于全国19个省、自治区、直辖市，已探明保守储量23亿吨，位居世界第4，具备发展氧化铝工业的资源条件。
过程控制与仪表课程设计报告课题名称：电加热炉内胆温度-夹套温度的串级控制系统的设计学院(部）：电气与信息工程学院专业：测控技术与仪器班级：测控1102学生姓名：**学号: ***************: ***目录一．设计任务与要求 (3)二．总体设计方案 (3)1.串级控制系统 (3)2.串级控制系统的工作过程 (3)3.串级控制系统特点及分析 (4)4.过程工艺流程图 (4)5.串级控制系统的设计 (5)5.1串级系统主、副回路的设计 (5)5.2执行器的选择 (5)5.3测温元件及变送器的选择 (5)5.4主、副调节器正反作用方式的确定 (5)5.5主、副调节器调节规律的选择 (6)5.6串级控制原理框图 (6)6.调节器参数整定 (7)三．仪表接线图 (9)四．实验结果与分析 (9)五．设计总结 (11)一．设计任务与要求1、了解“EFPT-1-0l型过程控制系统实验装置”，熟悉该过程工艺流程。
2、在熟悉了该过程工艺流程的基础上，设计电加热炉内胆温度-夹套温度的串级控制系统，并画出带控制点的工艺流程图。
3、画出仪表的接线图。
4、调试系统，要求温度为90℃±1℃。
二．总体设计方案1.串级控制系统串级控制系统：两只调节器串联起来工作，其中一个调节器的输出作为另一个调节器的给定值的系统。
串级控制系统采用两套检测变送器和两个调节器，前一个调节器的输出作为后一个调节器的设定，后一个调节器的输出送往调节阀。
前一个调节器称为主调节器，它所检测和控制的变量称主变量（主被控参数），即工艺控制指标；后一个调节器称为副调节器，它所检测和控制的变量称副变量（副被控参数），是为了稳定主变量而引入的辅助变量。
整个系统包括两个控制回路，主回路和副回路。
副回路由副变量检测变送、副调节器、调节阀和副过程构成；主回路由主变量检测变送、主调节器、副调节器、调节阀、副过程和主过程构成。
2.串级控制系统的工作过程当扰动发生时，破坏了稳定状态，调节器进行工作。
中南大学《过程控制仪表》课程设计报告设计题目液位控制系统指导老师设计者专业班级设计日期 2011年6月目录第一章过程控制课程设计的目的和意义 (2)1.1课程设计的目的 (2)1.2课程设计的意义 (3)1.3课程设计在教学计划中的地位和作用 (3)第二章液位控制系统的设计任务 (3)2.1设计内容及要求 (3)2.2课程设计的要求 (4)第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法 (4)3.1实验目的 (4)3.2实验内容 (5)3.2.1流量单闭环控制系统 (5)3.2.2流量比值控制系统 (6)3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法 (7)第四章液位控制系统总体设计方案 (9)4.1液位控制系统在工业上的应用 (9)4.2液位控制系统变送器以及开关阀的选择 (10)4.3控制算法 (11)4.4系统控制主机的选择 (11)4.5系统的硬件设计（单纯的逻辑控制） (13)4.5.1 水塔液位控制系统的主电路图 (13)4.5.2 I/O接口的分配 (13)4.5.3 水塔液位控制系统的I/O设备 (14)4.5.2 控制系统硬件介绍 (14)第五章系统软件设计 (16)5.1系统软件设计1（单纯的逻辑控制） (16)5.1.1水塔液位控制系统的程序流程图 (16)5.1.2 水塔液位控制系统的工作过程 (17)5.1.3 水塔液位控制系统的梯形图 (19)5.2系统控制的程序 (20)5.3 加入PID控制的指令的软件程序 (20)5.3.1PID控制系统梯形图 (21)5.3.2PID控制系统的指令： (24)第六章收获、体会和建议 (25)参考文献 (26)第一章过程控制课程设计的目的和意义1.1课程设计的目的本课程设计是为《过程控制仪表》课程而开设的综合实践教学环节，是对《现代检测技术》、《自动控制理论》、《过程控制仪表》、《计算机控制技术》等前期课堂学习内容的综合应用。
其目的在于培养学生综合运用理论知识来分析和解决实际问题的能力，使学生通过自己动手对一个工业过程控制对象进行仪表设计与选型，促进学生对仪表及其理论与设计的进一步认识。
课程设计的主要任务是设计工业生产过程经常遇到的压力、流量、液位及温度控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。
1.2课程设计的意义课程设计综合了各门学科的知识，它将我们平时课堂上所学习的知识有效的结合起来。
使学生有更强的综合运用的能力，是一个从书本到实践的过渡，以便毕业以后能够更好的投入到实际的工作中去。
而且，自动化这个专业最后的目的就是要将这些只是灵活有效的运用于各种工业上去，如锅炉的系统控制、自来水厂的水流量的控制和发电厂的一系列控制系统等等。
1.3课程设计在教学计划中的地位和作用所谓“学有所用”，“学以致用”，我们平时在课堂中学习了很多的知识，但是我们都知道如果没有把知识运用于实际，那么学了也是白学。
课程设计正是体现了这个“用”字，它是一个展示知识的平台。
通过课程设计我们能够更好了解掌握平时课堂上所学到的知识，这也只是教学的目的。
可见，课程设计在教学计划中有着至关重要的地位和作用，它让我们的学习不再是纸上谈兵。
第二章液位控制系统的设计任务2.1设计内容及要求课程设计的主要任务是设计工业生产过程中遇到的液位控制系统，使学生将理论与实践有机地结合起来，有效的巩固与提高理论教学效果。
具体内容如下：1．了解某种典型工业生产过程的工艺流程和控制要求；2．分别设计典型工业生产过程中相应的压力、流量、液位及温度控制系统（包括控制系统的软硬件的总体设计，如参数检测变送器、控制器、执行器及调节阀的选型和控制算法的程序设计及控制系统参数整定）；3. 在实验室分别调试一种压力、流量、液位的串级或比值控制系统，并调节参数使控制系统达到要求的技术指标；4．提交系统设计报告一份，阐述系统设计思想和方案，包括对所选取工业生产过程的工艺分析、控制要求、总体方案设计。
2.2课程设计的要求本课程设计主要是通过对典型工业生产过程中常见的典型工艺参数的测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。
基本要求如下:1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号；2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号；3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。
4．通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。
第三章实验内容及调试中遇到的具体问题和解决的办法3.1实验目的1、控制系统的全貌，建立一个感性的认识。
加深了解电子电动势执行器的结构原理和使用方法。
通过对电子执行器的测试和校验，掌握执行器的校验方法，理解其相关的特性及性能指标含义。
2、PID调节器的结构、工作原理，掌握调节器的使用及性能，对调节器的参数进行整定。
3、掌握流量控制系统的PID调节功能，熟练的使用PID调节器，了解单闭环控制系统和流量比值控制系统的规律以及性能。
3.2实验内容3.2.1流量单闭环控制系统流量单闭环控制系统的被控量选择的是内容器的流量，操作变量则是内容器的调节阀。
它的工艺流图和方块图如图3.2所示。
Q1图3.1 内容器单闭环流量控制系统工艺流程及方块图案对于流量控制系统，采用的是LZ型金属管浮子流量计，输入0—50L/h，输出4—20mA信号。
流量控制中的电子执行器就是用来控制流量计的阀门开度来控制流量的大小。
本系统采用单回路的PID控制，将人为设定的流量和变送器测量的流量做比较，通过PID算法调节电子调节阀VL1的阀位开度输出，从而使测量的流量达到要求。
PID控制算式是很常用和很灵活的一种工业控制算法，对于一个不确定的系统，通过试凑法整定PID参数，一般都可以达到很好的设计效果。
并且，还可以采用PID的改进式，如积分分离和微分先行，在一些场合会达到更好的控制效果。
PID凑试法：凑试法是参考PID参数对控制过程的影响趋势，对参数实行下述先比例，后积分，再微分的整定步骤。
1.首先只整定比例部分。
即将比例系数由小变大，并观察相应的系统响应，直到得到反应快，超调小的响应曲线。
如果系统没有静差或静差已小到允许范围内，并且响应曲线已属满意，则只需用比例调节器即可，最优比例系数可由此确定。
2.如果在比例调节的基础上系统的静差不能满足设计要求，则需加入积分环节。
整定时首先置积分时间TI为一较大值，并将经第一步整定得到的比例系数略微缩小(如缩小为原值的0.8倍)，然后减小积分时间，使在保持系统良好动态性能的情况下，静态误差得到消除。
在此过程中，可根据响应曲线的好坏反复改变比例系数与积分时间，以期得到满意的控制过程与整定参数。
3.若使用比例积分调节器消除了静态误差，但动态过程经反复调整仍不能满意，则可加入微分环节，构成比例积分微分调节器。
在整定时，可先置微分时间TD为0。
在第二步整定的基础上，增大TD，同时相应地改变比例系数和积分时间，逐步凑试，以获得满意的调节效果和控制参数。
3.2.2流量比值控制系统本装置中有两个可控制的水流量，一路进夹套，一路进内容器。
一般可从中任意选择一路流量为主动量，另一路则为从动量，以此组成单闭环比值控制系统或双闭环比值控制系统。
下图示例是以进内容器水流量Q1为主动量、进外容器水流量Q2为从动量的双闭环比值控制系统。
它的工艺流图和方块图如图3.3所示。
图3.2双闭环流量比值控制工艺流程及方块图案本系统有两个输出，以进内容器水流量Q1为主动量，进外容器水流量Q2为从动量的双闭环控制系统。
其中主控制器的输出（Q1）直接决定第二个控制系统的输入，故第一个系统称为定常系统，而第二个系统称为随动系统，显然第二个系统的调节时间会更长一些，控制难度会更大一些。
很显然，随动系统在用PID算法进行控制时，必须去掉微分项，否则输入发生变化就会引起输出便或波动相当大，甚至会引起整个系统的不稳定。
这里就可以看出定常系统和随动系统在PID控制上参数选择的区别了。
3.3实验调试中遇到的具体问题和解决办法实验中主要的问题是在PID的调节上，这是一个比较漫长而且也比较细致的工作，它需要不断的调节PID中的参数，来使系统达到试验的要求，在短时间内系统能够达到稳定的状态，而且静差要在1%——2%。
（1）如果一开始就使用凑试法，要达到接近的实验要求效果是很困难的，因为凑试法存在很大的基数，要是很多次才能达到想要的效果。
所以最开始我们只能按照实验仪器上以及指导书上对流量控制给出的PID的参数来进行一个基本参数，然后再开始在这个范围内开始调节。
（2）我们使用的是金属管浮子流量计，所以根据测量的结果可知，有效的工作区是在15L/h——40L/h之间，所以当我们的参数设定在P=240,I=25,D=1时，各个阶段的动态性能是不一样的。
a、当前值是25，设定值是30时，整个系统达到稳定所用的时间是60s左右，而且稳定后的阀门开度是29.8；b、当前值是30，设定值是35时，整个系统达到稳定所用的时间是60s左右，而且稳定后的阀门开度是35.3；c、当前值是30，设定值是25时，整个系统达到稳定作用的时间是90s左右，而且稳定后的阀门开度是25.3；从上面的数值可见，系统在这个PID的参数下还算是比较稳定，但是在从20——25以及35——40这个阶段的阀门开度的调节时，静差就会很大了，而且达到稳定所需的时间也在100s以上，这个问题使我们在PID的调节上费了很大的功夫。
首先，设定20这个阀门开度值时，系统很难达到这个值，而且一直不能稳定，跳动的范围为21——23，这样的话静差就非常的大。
分析出现的这个情况的原因，系统的稳定线性是在15L/h—40L/h之间，在值为20时，是在线性区的起始阶段，所以会不稳定。
所以最后也不用去要求在这个值上的稳定，所以最后可以确定稳定的线性曲线是在24—40这个阶段。
最后我们定的PID是P=240、I=25、D=1时，单闭环系统的稳定性比较好。
（3）在比值系统调节时，遇到的问题更麻烦，将Q1的输出作为随动系统的输入，经过乘法器将随动系统的输入值减小到1/2，这样调节出来的稳定系统的静差就能减小。
但是在这个比值系统中调节的PID就不能像单闭环系统一样调节PID，而且原来单闭环系统的PID参数用于比值系统时，系统特别不稳定，所以只能一直增大P值来使系统能够稳定。
最后能使系统基本稳定是P=400、I=27、D=0时。
