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第１章绪论1.1 设计要求1.1.1 设计题目和设计指标设计题目：智能温控系统设计设计指标：1）设计组成单回路控制系统的各部分，画出总体框图；2）能根据单回路温度定值控制系统的特点，确定控制方案；3)根据所确定的设计方案进行仪表选择、控制器选择、执行器选择；4)合理选择PID 参数。
5)撰写设计说明书及注意事项。
1.1.2 设计功能设计一个单回路温度控制系统，实现温度定值控制；确定设计方案，选择检测变送器、控制器、执行器，确定控制器算法，并进行参数整定，以提高综合运用有关专业知识的能力和实际动手能力。
第２章 系统总体设计方案2.1工艺流程图图1:工艺流程图2.2方框图工作流程介绍系统开始后，水温传感器将水温传送给控制器与给定值进行比较，e 是否为0，如果为0直接输出，如果不为0，控制器进行PID 计算，参数整定后，进行调节，然后传给执行器执行命令，从而达到温度稳定。
PID 控制器 电阻丝加热器 加热罐水温水温检测一给定值 输出值图2：温度单回路系统结构框图+ 加热器 TT 温检控 制 器TC给定值第3章 硬件设计和器件选择3.1电气接线图250欧姆250欧姆0~5V0~10V12250欧姆250欧姆0~10V75温度控制对象温度变送脉宽调制图3：调节器与温度模块接线图3.2器件选择3.2.1 控制器用于调节PID 算法的控制器选择AI818 3.2.2 温度传感器测量水温的传感器采用热电阻Cu50。
热电阻Cu50在—50～150℃测量范围内电热阻和温度之间呈线性关系，温度系数越大，测量精度越高，热补偿性好，在过程控制领域使用广泛。
系统采用三线制Cu50，温度信号经过变送单元转换成4～20mADC 电流信号，便于采集。
3.2.3 加热器采用电阻丝作为加热器件，采用可控硅移相触发单元调节电阻丝的发热功率，输入控制信号为4—20mA标准电流信号，其移相触发与输入控制电流成正比。
输出交流电压来控制加热器电阻丝的两端电压，从而控制加热罐的温度。
前言温度是一种最基本的环境参数,日常生活和工农业生产中经常要检测温度。
传统的方式是采用热电偶或热电阻，但是由于模拟温度传感器输出为模拟信号，必须经过AD 转换环节获得数字信号后才能与单片机等微处理器接口，使得硬件电路结构复杂,制作成本较高。
近年来，美国DALLAS公司生产的DSI18B20为代表的新型单总线数字式温度传感器以其突出优点广泛使用于仓储管理、工农业生产制造、气象观测、科学研究以及日常生活中。
随着科学技术的不断进步与发展，温度传感器的种类日益繁多，数字温度传感器更因适用于各种微处理器接口组成的自动温度控制系统具有可以克服模拟传感器与微处理器接口时需要信号调理电路和A/D转换器的弊端等优点，被广泛应用于工业控制、电子测温计、医疗仪器等各种温度控制系统中。
其中，比较有代表性的数字温度传感器有DS1820、MAX6575、DS1722、MAX6635等。
智能温度传感器(亦称数字温度传感器）是在20世纪90年代中期问世的。
它是微电子技术、计算机技术和自动测试技术（ATE_）的结晶。
目前，国际上已开发出多种智能温度传感器系列产品。
智能温度传感器内部包含温度传感器、A/D传感器、信号处理器、存储器（或寄存器）和接口电路。
有的产品还带多路选择器、中央控制器（CPU）、随机存取存储器（RAM）和只读存储器（ROM）。
智能温度传感器能输出温度数据及相关的温度控制量，适配各种微控制器（MCU）,并且可通过软件来实现测试功能，即智能化取决于软件的开发水平。
为了准确获取现场的温度和方便现场控制，本系统采用了软硬件结合的方式进行设计，利用LED数码管显示温度，利用DS18B20检测当前的温度值，通过和设定的参数进行比较，若实测温度高于设定温度，则通过555定时器产生频率可变的报警信号，若实测温度低于设定温度，则加热电路自动启动，到达设定温度后停止。
在软件部分，主要是设计系统的控制流程和实现过程，以及各个芯片的底层驱动设计已达到所要求的功能。
学院：机械工程与自动化学院专业：过程装备与控制工程学生姓名：焦彪彪学号： 0902034220 课程设计题目：燃烧式工业窑炉温度单回路控制系统设计课程设计任务书目录1 概述 (7)2 被控对象特性的研究 (7)2.1 被控变量的选择 (7)2.2 操纵变量的选择 (7)2.3 被控对象的数学描述 (7)3 燃烧式工业窑炉温度控制原理及控制方案的确立 (10)4 执行器的数学模型 (10)5 检测变送器的数学模型 (10)6 过程检测仪表的选用 (11)6.1 测温元件及温度变送器 (11)6.2 执行器 (11)6.3 调节器 (12)7 参数整定与实验仿真 (13)8 课程设计总结 (16)9 参考文献 (16)1.概述燃烧式工业窑炉是用耐火材料砌成的用以煅烧物料或烧成制品的设备，一般大型窑炉燃料多为重油，轻柴油或煤气、天然气。
窑炉通常由窑室、燃烧设备、通风设备，输送设备等四部分组成。
窑炉大致分为箱式、井式、梭式、网带式、回转式、窑车式、推板式隧道电阻炉、真空炉、气体保护炉、超高温管式推板炉（碳管炉）、钨钼粉焙烧炉、还原炉等各种高、中、低温工业窑炉，工作温度200～2500℃。
可用于ZnO压敏电阻器、避雷器阀片、结构陶瓷、纺织陶瓷、PTC&NTC热敏电阻器、电子陶瓷滤波器、片式电容、瓷介电容、厚膜电路、片式电阻、磁性材料、粉末冶金、电子粉体、稀土化工、聚焦电位器、陶瓷基板、高铝陶瓷及其金属化，触头材料、硬质合金材料、钨钼材料等的烧成。
本次课程设计是要完成燃烧式工业窑炉温度定值控制系统的设计，采用的是单回路控制，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个被控对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统。
单回路控制系统的有如下特点：系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛的应用。
但单回路控制系统也有一些缺点，如系统适用于控制负荷变化较小的被控对象，如果负荷变化较大，无论选择哪种调节规律，简单控制系统都很难得到满意控制质量。
过程控制单回路控制系统设计设计流程：1.确定控制目标：首先，需要确定控制的目标，即需要控制的变量。
在温度控制系统中，控制目标是温度。
2.选择传感器：根据控制目标选择合适的传感器。
在温度控制系统中，可以选择温度传感器。
3.选择执行器：根据控制目标选择合适的执行器。
在温度控制系统中，可以选择加热器或制冷器作为执行器。
4.设计控制器：根据传感器和执行器的特性设计控制器。
常用的控制器包括比例控制器、积分控制器和微分控制器。
5.信号处理：将传感器获取到的数据进行处理，使其适合控制器的输入。
常见的信号处理操作包括放大、滤波和变换等。
6.反馈控制：将控制器的输出与传感器的反馈信号进行比较，并根据比较结果进行调节。
常见的反馈控制算法包括比例反馈控制、积分反馈控制和模糊反馈控制等。
7.参数调节：根据实际情况对控制器的参数进行调节，使得系统达到最佳性能。
8.系统集成：将传感器、执行器、控制器和信号处理器等各部分组装成一个完整的系统，并进行功能测试和性能评估。
关键要素：1.传感器：传感器用于将被控变量转换成电信号，常见的传感器有温度传感器、压力传感器和流量传感器等。
2.执行器：执行器用于根据控制信号调节被控变量，常见的执行器有阀门、电机和加热器等。
3.控制器：控制器根据传感器信号和设定值，计算出控制信号，并将其发送给执行器，常见的控制器有PID控制器和模糊控制器等。
4.信号处理器：信号处理器用于对传感器输出的信号进行放大、滤波和变换等处理，以提高控制系统的稳定性和抗干扰能力。
5.反馈控制：反馈控制通过比较传感器输出和设定值，根据比较结果调整控制信号，以实现控制目标。
6.参数调节：控制器的性能和稳定性很大程度上取决于其参数的选择和调节，通过对控制器参数的调节，可以提高控制系统的响应速度和稳定性。
过程控制单回路控制系统设计需要结合具体的应用场景和要求进行，根据控制目标选择合适的传感器、执行器和控制器，并通过信号处理和反馈控制等措施来提高系统的性能和稳定性。
乳化物干燥器温度单回路控制系统设计1.2控制系统设计在乳化物干燥器的温度控制系统中，需要设计一个单回路控制系统。
该系统的目的是通过控制干燥器内的温度来保持干燥过程的稳定性。
为了实现这个目标，控制系统需要一个可靠的控制器和传感器。
同时，为了提高控制系统的效率，还需要对控制参数进行合理的确定。
1.3控制参数的确定控制参数的确定是一个非常重要的步骤。
在确定控制参数时，需要考虑干燥器的结构特点、物料的性质以及环境因素等各种因素。
根据这些因素，可以确定控制器的输出范围、传感器的灵敏度以及控制系统的响应速度等参数。
2现场仪表的选型为了实现乳化物干燥器的温度控制，需要选择合适的现场仪表。
在选择现场仪表时，需要考虑仪表的精度、可靠性、适应性以及成本等因素。
同时，还需要确保选用的仪表能够与控制器和传感器进行兼容，以便实现良好的协同工作。
3系统方块图的确定为了更好地理解乳化物干燥器的温度控制系统，需要绘制系统方块图。
系统方块图可以清晰地展示控制系统的各个组成部分及其之间的关系。
通过系统方块图，可以更好地理解控制系统的工作原理，从而更好地进行系统的调试和维护。
4调节器算法的确定和参数的确定4.1调节器控制规律在乳化物干燥器的温度控制系统中，需要选择合适的调节器控制规律。
常用的调节器控制规律包括比例控制、积分控制和微分控制等。
根据干燥器的结构特点和物料的性质等因素，可以选择合适的调节器控制规律。
4.2各环节传递函数及参数的确定为了实现乳化物干燥器的温度控制，需要确定各个环节的传递函数及其参数。
在确定传递函数及参数时，需要考虑控制系统的稳定性、响应速度以及抗干扰能力等因素。
通过合理地选择传递函数及参数，可以实现乳化物干燥器温度的精确控制。
5系统的Simulink仿真为了验证乳化物干燥器的温度控制系统的性能，需要进行Simulink仿真。
通过Simulink仿真，可以模拟实际控制系统的工作情况，从而更好地了解系统的性能和稳定性。
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 =0.36，t 2=300s ，对应)(2*t y =0.86得到K=0.8，T=138.1, τ=28.3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。
西南科技大学专业方向设计报告课程名称：过程控制综合设计设计名称：单回路温度PLC控制系统设计姓名：学号:班级：自动化0803班指导教师：起止日期：2011/11/15—2011/12/13西南科技大学信息工程学院制方向设计任务书学生班级：自动0803班学生姓名：韦汉林学号：20085082 设计名称：单回路温度PLC控制系统起止日期：2011/11/15—2011/12/312-13 指导教师：姜官武方向设计学生日志单回路温度PLC控制系统摘要：本文研究了PLC对单回路温度的PID控制过程以及对组态软件MCGS和模拟量扩展模块EM235的学习与运用。
重点学习了step7-200的PID编程模块，理解并掌握了PLC的PID模块的运用于相关的参数设定及整定方法，通过利用step7-200编程，实现了对温度的PID控制。
重点学习了组态软件的系统结构以及怎样在组态软件MCGS中绘制相关数据对象以及对数据对象进行相关的属性设置和怎样进行MCGS与PLC的联机调试，通过学习，成功的利用MCGS实现了对温度控制的在线监控。
关键词：PLC PID控制 MCGS 温度控制Single loop temperature PLC control system Abstract：This paper studies the PLC to single loop temperature PID control process and configuration software MCGS and analog quantities EM235 expansion module of the study and the application。
Selective learned the step7-200 PID programming module, understand and master the PLC PID module used to related parameters are set and setting method, through the use of step7-200 programming, realize the temperature of the PID control。
燃烧式工业窑炉温度单回路控制方案设计1. 引言燃烧式工业窑炉是工业生产中常见的设备，用于烧制各种材料或进行加热处理。
在燃烧过程中，准确控制窑炉的温度对于生产过程至关重要，能够影响产品的质量和产量。
设计一个高效、稳定的温度控制方案对于窑炉的生产效率和经济效益至关重要。
2. 温度控制的基本原理让我们从基本的温度控制原理开始。
燃烧式工业窑炉的温度控制，需要根据窑炉内部的温度变化情况，通过控制燃烧系统的供气、排气量和燃烧速度来实现。
而其中，控制燃烧系统的供气量是实现温度控制的关键。
3. 单回路控制方案设计在设计燃烧式工业窑炉的温度控制方案时，单回路控制是一种常见的方式。
简单来说，单回路控制就是通过窑炉内部的温度传感器收集窑炉温度信号，经过控制器处理后，再输出控制信号，调整燃烧系统的供气量，从而使窑炉的温度保持在设定值范围内。
4. 控制方案的优化然而，单回路控制方案也存在一些局限性，比如对窑炉内部环境变化的响应速度较慢，对窑炉温度的波动幅度不能完全控制等。
在实际应用中，需要对单回路控制方案进行优化。
可以采用先进的控制算法，如模糊控制、PID控制等，来提高控制系统的稳定性和响应速度。
另外，结合窑炉的实际工况，可以在控制系统中加入预测模型，从而实现对窑炉温度变化的提前预警和调整。
5. 个人观点和理解在我看来，针对燃烧式工业窑炉的温度控制，单回路控制方案是一种有效的方式，但需要在实际应用中不断优化和改进。
通过结合先进的控制算法和预测模型，能够更好地实现对窑炉温度的精准控制，从而提高生产效率和产品质量。
总结在燃烧式工业窑炉的温度控制方案设计中，单回路控制是一种常见的方式，但需要在实际应用中进行优化。
通过引入先进的控制算法和预测模型，能够提高控制系统的稳定性和响应速度，实现对窑炉温度的精准控制。
在文章中，我们从基本的温度控制原理出发，进一步探讨了单回路控制方案的设计和优化。
并结合个人观点和理解，对燃烧式工业窑炉的温度控制进行了全面的解析。
温度单回路控制实验一．实验目的通过实验掌握单回路控制系统的构成。
学生可自行设计，构成单回路温度控制系统，并采用经验法整定单回路控制系统的PID参数。
二．实验装置面板图三．实验内容：1. 设计单回路温度控制系统，并进行正确接线。
2. 熟悉组态王软件的使用和参数设置的方法。
3. 温度单回路闭环控制系统的参数整定和分析。
四．实验接线图及设备所用设备：水泵、变频器、压力变送器、主回路调节阀、副回路调节阀、可控硅、热电阻、温度变送器、牛顿模块（输入、输出）。
五．控制系统原理图3．将变频器控制选择开关放在“内控”位置，使水泵在恒压供水状态下工作，打开加热筒进水阀V1（在实验装置面板背面），将加热圆筒内注满水（观察加热圆筒外玻璃管液位计显示），直至出水管有水流出。
4．确认接线无误并且加热筒注满水后，接通加热器电源，在实验界面中，手动自动按钮选择手动，同时调整PID设定中的U（K）0使流量约为12%左右，U（K）约为200左右，保持U（K）0与U（K）不变。
5．待加热筒水温稳定后（观察PV值，不变化为稳定），设定PID参数，加给定值扰动，即调整给定值SP，使SP大于PV。
6．在实验界面中，手动自动按钮选择自动，选择实时曲线，观察温度变化。
7. 同时可点击“历史曲线”按钮，观察温度响应的历史曲线，并进行数据分析。
8. 重复实验步骤5、6，完成不同PID参数整定，使温度响应达到接近4：1衰减曲线。
七．注意事项1．接线后未经教师检查严禁接通总电源。
2. 循环水从水槽经底部水管由水泵抽出流过调节阀Ⅰ，流量计Ⅰ，电磁阀V1到达加热圆筒，加热筒水满后由上部水管溢出经V10到达下水箱并由下水箱流回到水槽。
若加热筒内无水或水不够时打开加热器，则会报警以避免干烧。
3．不要频繁修改PID参数，待温度稳定后再进行修改。
4. 验曲线以计算机截图的方式进行保存，打印后附于实验报告后。
一、设计目的与要求：了解并掌握单回路控制系统的构成和控制原理。
了解PID参数整定的基本方法,如Ziｅg ｌer-Nichｏlｓ整定方法、临界比例度法或衰减曲线法。
学会用mａtlａb中的Simuliｎｋ仿真系统进行ＰIＤ参数整定。
二、设计正文:在热工生产过程中，最简单、最基本且应用最广泛的就是单回路控制系统，其他各种复杂系统都是以单回路控制系统为基础发展起来的。
单回路控制系统的组成方框原理图如图１所示,它是由一个测量变送器、一个控制器和一个执行器（包括调节阀),连同被控对象组成的闭环负反馈控制系统。
图1、单回路控制系统组成原理方框图控制器的参数整定可分为理论计算法和工程整定法。
理论计算方法是基于一定的性能指标，结合组成系统各环节的动态特性,通过理论计算求得控制器的动态参数设定值。
这种方法较为复杂繁琐，使用不方便,计算也不是很可靠,因此一般仅作为参考；而工程整定法,则是源于理论分析、结合实验、工程实际经验的一套工程上的方法，较为简单,易掌握,而且实用。
常用的工程整定法有经验法、临界比例度法、衰减曲线法、响应曲线法等等,本设计中主要是应用Ziegler－Nichｏls整定方法来整定控制器的参数。
参数整定的基本要求如下所述：1、通过整定选择合适的参数，首先要保证系统的稳定,这是最基本的要求。
2、在热工生产过程中，通常要求控制系统有一定的稳定裕度,即要求过程有一定的衰减比，一般要求4:1~１0：1。
3、在保证稳定的前提下，要求控制过程有一定的快速性和准确性。
所谓准确性就是要求控制过程的动态偏差和稳态偏差尽量地小,而快速性就是要求控制时间尽可能地短。
总之，以稳定性、快速性、准确性去选择合适的参数。
目前工程上应用最广泛的控制是PID控制，这种控制原理简单,使用方便；适应性强；鲁棒性强，其控制品质对被控对象的变化不太敏感。
（1）比例控制（P控制)：G c(s)＝Kｐ=１/δ;（2）比例积分控制(PＩ控制）:G c(s）=Kｐ（1＋１/TＩs）=１/δ（１+1/T I s）；（3）比例积分微分控制(PＩD控制):Gｃ(s）＝K p(1+1／T I s+T D s）。
单回路控制课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解单回路控制的基本概念，掌握其工作原理及数学模型。
2. 学生能描述单回路控制系统的组成部分，并解释各部分的作用和相互关系。
3. 学生能运用控制理论知识，分析单回路控制系统的稳定性、快速性和准确性。
技能目标：1. 学生具备使用模拟或数字工具搭建单回路控制系统的能力。
2. 学生能够运用所学知识，针对具体问题设计简单的单回路控制系统。
3. 学生能够通过实验或仿真，对单回路控制系统进行调试和优化。
情感态度价值观目标：1. 培养学生面对工程问题时的批判性思维和解决问题的自信心。
2. 增强学生的团队合作意识，培养他们在团队中有效沟通和协作的能力。
3. 引导学生认识到单回路控制在工业生产和社会生活中的重要性，激发他们对自动化技术的兴趣和热爱。
课程性质分析：本课程属于自动化及控制学科，理论与实践相结合，注重培养学生的实际操作能力和问题解决能力。
学生特点分析：学生为高中年级，具备一定的物理、数学基础，对新鲜事物充满好奇，动手能力强，但可能缺乏系统性的工程思维。
教学要求：结合学生特点，通过案例教学、实验操作和小组讨论等多种教学手段，使学生能够将理论知识与实际应用相结合，提高分析问题和解决问题的能力。
将课程目标分解为具体的学习成果，以便于教学设计和评估的实施。
二、教学内容1. 引言：介绍控制系统的基本概念，单回路控制系统的定义及其在工程中的应用。
教材章节：第一章，第一节2. 单回路控制系统的组成：- 控制器：原理、分类及特性- 被控对象：传递函数、数学模型- 传感器和执行器：工作原理、性能指标教材章节：第一章，第二节3. 单回路控制系统的数学模型：- 传递函数、差分方程- 系统稳定性分析教材章节：第二章，第一节4. 单回路控制系统的性能指标：- 稳定性、快速性、准确性- 性能指标的影响因素教材章节：第二章，第二节5. 单回路控制系统的设计：- 控制器设计：PID控制原理、参数整定方法- 系统仿真与优化教材章节：第三章，第一节6. 实践操作：- 搭建模拟单回路控制系统- 系统调试与性能分析教材章节：第三章，第二节7. 案例分析：- 分析实际工程中的单回路控制系统案例- 总结设计经验，提高问题解决能力教材章节：第四章教学内容安排和进度：共计8课时，按照上述教学内容逐步展开，每课时涵盖一个或多个内容，保证教学内容的科学性和系统性。
实验一 单回路温度控制系统的参数整定一、实验目的1、 掌握单回路控制系统的原理性组成；了解单回路温度控制系统实验装置的组成和原 理；掌握单回路温度控制系统的参数整定方法。
2、 掌握DCS 系统的监控和操作方法。
二、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS 系统一套 三、实验线路单回路温度控制系统流程示意图：温度调节器SP综合实验装置管路连接方式见图示（下页）： DCS 控制站第一个机笼的I/O 卡件分布见下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19各块I/O卡件的信号安排见下表：说明：J1/01——J1/08卡件通道为SP313的第1路即SP313(1)J1/09——J1/16卡件通道为SP313的第2路即SP313(2)J1/17——J1/20卡件通道为SP313的第3路即SP313(3)四、实验内容及实验方法（一）、实验内容1、熟悉单回路温度控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。
2、根据温度控制系统管路连接方式调节相关手动球阀至对应开关位置，进行单回路控制系统参数整定的方法整定PID参数。
3、观察和比较PID参数变化对系统性能的影响。
（二）、实验方法及步骤1、按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。
2、综合实验装置上电，打开水泵，等高位水箱开始溢流（恒压状态下），锅炉水位到高度的2/3时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。
3、SUPCON JX-300X DCS系统上电，工程师站上调出监控画面（组态设计已做好），手动操作给锅炉加热到设定温度。
4、小开度打开锅炉的进、出水阀，使锅炉水流动，手动调节加热功率大小，使锅炉水温基本稳定在设定值上，初置调节器PID参数值，将DCS切换到自动控制状态。
5、在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻，以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。
单回路控制系统实验单回路控制系统概述实验三单容水箱液位定值控制实验实验四双容水箱液位定值控制实验实验五锅炉内胆静（动）态水温定值控制实验实验三实验项目名称：单容液位定值控制系统实验项目性质：综合型实验所属课程名称：过程控制系统实验计划学时：2学时一、实验目的1．了解单容液位定值控制系统的结构与组成。
2．掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。
3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。
4．了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。
5．掌握同一控制系统采用不同控制方案的实现过程。
二、实验内容和（原理）要求本实验系统结构图和方框图如图3-4所示。
被控量为中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，实验要求中水箱的液位稳定在给定值。
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，以达到控制中水箱液位的目的。
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。
三、实验主要仪器设备和材料1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、计算机一台、万用表一个；2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根；3．SA-44挂件一个、CP5611专用网卡及网线、PC/PPI通讯电缆一根。
四、实验方法、步骤及结果测试本实验选择中水箱作为被控对象。
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、F1-11全开，将中水箱出水阀门F1-10开至适当开度，其余阀门均关闭。
具体实验内容与步骤按二种方案分别叙述。
（一）、智能仪表控制1．按照图3-5连接实验系统。
将“LT2中水箱液位”钮子开关拨到“ON”的位置。
图3-4 中水箱单容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图图3-5 智能仪表控制单容液位定值控制实验接线图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、Ⅲ空气开关，给智能仪表及电动调节阀上电。
1、概述换热器又叫做热交换器（heat exchanger），是化工、石油、动力、食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位。
本次课程设计我要完成换热器出口温度单回路控制系统设计，单回路控制系统又称简单控制系统，是指由一个控制对象、一个检测元件及变送器、一个调节器和一个执行器所构成的闭合系统，方框图如下：图1、单回路控制系统方框图单回路控制系统结构简单、易于分析设计，投资少、便于施工，并能满足一般生产过程的控制要求，因此在生产中得到广泛应用。
设计一个控制系统，首先应对被控对象做全面的了解。
除被控对象的动静态特性外，对于工艺过程、设备等也需要比较深入的了解；在此基础上，确定正确的控制方案，包括合理选择被控变量与操纵变量，选择合适的检测变送原件及检测位置，选用恰当的执行器、调节器以及调机器控制规律等；最后将调节器的参数整定到最佳值。
2、换热器温度控制原理以及控制方案的确定换热器温度控制过程有如下特点：换热器温度控制系统是由温度变送器、调节器、执行器和被控对象组成的闭合回路。
被调参数经检测元件测量并由温度变送器转换处理获得测量信号，测量值与给定值的差值送入调节器，调节器对偏差信号进行运算处理后输出控制作用。
换热器温度控制系统的工艺流程如下：冷流体和热流体分别通过换热器的壳程和管程，通过热传导，从而使冷流体的出口温度升高。
冷流体通过循环泵流经换热器的壳程，出口温度稳定在设定值附近。
热流体通过多级泵流经换热器的管程，与冷流体热交换后流回蓄水池，循环使用。
从控制任务要求可知，换热器温度控制系统是单点、恒值控制。
且题目要求用单回路控制系统，控制范围和控制精度要求一般，功能上无特殊要求，采用广泛使用的PID 控制。
图2 PID 控制系统原理图PID 控制是偏差比例（P ）、偏差积分（I ）、偏差微分（D ）控制的简称。
控制系统由PID 控制器和被控对象组成。
PID 控制器是一种线性控制器，它根据给定值r （t ）与实际输出值y （t ）构成偏差，将偏差比例、积分和微分控制，通过线性组合构成控制量，对被控对象进行控制，故称PID 控制器。
【关键字】系统广东白云学院毕业设计（论文）题目：温度单回路控制系统的设计与实现学生姓名：王春雁学号：08班级: 07电气自动化（1）班专业：自动化所在系: 电子信息工程系指导教师：艾运阶完成日期:温度单回路控制系统的设计与实现摘要对于过程控制系统设计和运行而言，控制方案的选择和调节器参数整定是两个重要的内容。
本文以水箱为控制对象，主要介绍温度检测传感器、温度变送器、智能PID控制器以及可控硅调节器构成温度控制系统的参数选择和设计。
设计过零触发控制器，实现温度控制系统的参数整定和系统的投运。
采用实验方法对PID控制参数进行工程整定，提出该系统合理的水温自动控制系统的实现方法和控制参数整定方法。
关键词：温度控制；PID调节器；参数整定TEMPERATURE SINGLE CONTROL SYSTEM DESIGN AND IMPLEMENTATIONABSTRACTFor process control system design and operation is concerned, control scheme selection and regulator parameters setting are two important content. This article based on the water tank for control object , mainly introduces temperature detection sensor, the temperature transmitter, intelligent PID controller and SCR regulator constitute a temperature control system parameter selection and design. Design zero trigger controller, realize temperature control system parameter setting and put the system into operation. Adopt experiment methods PID control parameters for engineering setting, puts forward the reasonable temperature system of the automatic control system realization and control parameter setting method.Keyword: Temperature control ；PID regulator ；Parameters setting目录第一章论绪1．1课题背景及目的目前，国外温度控制系统及仪表正朝着高精度智能化、小型化等方面快速发展。
工业过程控制课程设计任务书引言温度控制，在工业自动化控制中占有非常重要的地位。
单片机系统的开发应用给现代工业测控领域带来了一次新的技术革命，自动化、智能化均离不开单片机的应用。
将单片机控制方法运用到温度控制系统中，可以克服温度控制系统中存在的严重滞后现象，同时在提高采样频率的基础上可以很大程度的提高控制效果和控制精度。
温度的控制问题是一个工业生产中经常会遇到的问题。
本文以它为例进行介绍，希望能收到举一反三和触类旁通的效果。
现代自动控制越来越朝着智能化发展，在很多自动控制系统中都用到了工控机，小型机、甚至是巨型机处理机等，当然这些处理机有一个很大的特点，那就是很高的运行速度，很大的内存，大量的数据存储器。
但随之而来的是巨额的成本。
在很多的小型系统中，处理机的成本占系统成本的比例高达20%，而对于这些小型的系统来说，配置一个如此高速的处理机没有任何必要，因为这些小系统追求经济效益，而不是最在乎系统的快速性，所以用成本低廉的单片机控制小型的，而又不是很复杂，不需要大量复杂运算的系统中是非常适合的。
随着电子技术以及应用需求的发展，单片机技术得到了迅速的发展，在高集成度，高速度，低功耗以及高性能方面取得了很大的进展。
伴随着科学技术的发展，电子技术有了更高的飞跃，我们现在完全可以运用单片机和电子温度传感器对某处进行温度检测，而且我们可以很容易地做到多点的温度检测，如果对此原理图稍加改进，我们还可以进行不同地点的实时温度检测和控制。
1设计目的运用组态软件“组态王King View6.05”，结合工业过程实验室已有设备，按照定值系统的控制要求，应用PID算法，自行设计，构成单回路温度控制系统，并整定现相关的PID参数以使系统稳定运行，最终得到一个具有较美观组态画面和较完善组态控制程序的温度单回路控制系统。
2控制要求利用电阻丝加热器对流经加热罐中的水进行加热，使用组态软件实现控制监控，采用合理的控制规律，是管道中流动水的温度稳定在设定值附近，以达到整体系统稳定运行的效果。
水温的测量范围为0—100℃，测量精度＜1%。
3系统结构设计3.1 系统结构框图根据控制要求，温度单回路控制系统的控制参数是水的温度，测量便采用温度传感器，被控参数是加热器的功率，控制器是计算机，执行器是加热器，所以温度单回路控制系统的结构框图如图1所示。
图1 温度单回路系统结构框图3.2仪表选择3.2.1温度传感器测量水温的传感器采用电热阻Cu50。
热电阻Cu50在—50～150℃测量范围内电热阻和温度之间呈线性关系，温度系数越大，测量精度越高，热补偿性好，在过程控制领域使用广泛。
系统采用三线制Cu50，温度信号经过变送单元转换成4～20mADC电流信号，便于计算机采集。
3.2.2加热器采用电阻丝作为加热器件，采用可控硅移相触发单元调节电阻丝的发热功率，输入控制信号为4—20mA标准电流信号，其移相触发与输入控制电流成正比。
输出交流电压来控制加热器电阻丝的两端电压，从而控制加热罐的温度。
输入4mA电流时，加热器电阻丝的两端温度为0V，输入为20mA电流时，加热器电阻丝的两端温度为220V。
3.2.3过程模块采用牛顿7000系列远程数据采集模块作为计算机控制系统的数据采集通讯过程模块。
牛顿7000系列模块体积小，安装方便，可靠性高。
D/A模块采用牛顿7024，四通道模拟输出模块，电流输出4～20mADC，电压输出1～5VDC，精度14位。
使用7024模块的1通道I01作为可控硅的电压控制通道。
A/D模块采用牛顿7017，八通道模拟输出模块，电压输入1～5VDC。
使用7024模块的4通道IN4作为温度信号检测输入通道。
通信模块采用牛顿7520，RS232转换485通讯模块。
使用RS-232/RS485双向协议转换，速度为300～115200BPS，可长距离传输。
控制回路中电磁阀的开关量输出模块采用牛顿7043，16通道非隔离集电极开路输出模块。
最大集电极开路电压30V，每通道输出电流100mA，可直接驱动电磁阀设备。
3.2.4电动调节阀采用电动调节阀对控制回路的水的流量进行调节。
采用德国PS公司进口的PSL202型智能电动调节阀，无需配伺服放大器，驱动电路采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机运行平稳，体积小，力矩大，抗堵转，控制精度高。
控制单元与执行机构一体化，可靠性高、操作方便，并可与计算机配套使用，组成最佳调节回路。
由输入控制信号4～20mA及单相电源即可控制运转实现对压力流量温度液位等参数的调节，具有体积小，重量轻，连线简单，泄漏量少的优点。
采用PS 电子式直行程执行机构，4～20mA 阀位反馈信号输出双导向单座柱塞式阀芯，流量具有等百分比特性，直线特性和快开特性，阀门采用柔性弹簧连接，可预置阀门关断力，保证阀门的可靠关断防止泄露。
性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等优点。
3.2.5 其他设备在控制回路中所涉及到的设备还有水泵，变频器，电磁阀，开关电源等。
水泵采用丹麦格兰富循环水泵。
噪音低，寿命长，扬程可达10米，功耗小，220V 即可供电，在水泵出水口装有压力变送器，与变频器一起可构成恒压供水系统。
所用到的电磁阀的工作电源为DC24V ，管段能力强，使用方便，结构简单。
所采用的24V 开关电源最大电流为2A ，满足系统需要。
3.3 系统流程图根据系统组成框图和组成的仪表单元，得到系统流程图如图2所示。
图2 系统流程图220V AC4系统组态设计4.1组态王简介组态王是在PC机上建立工业控制对象人机接口的一种智能软件包，该软件包从工业控制对象中采集数据，并记录在实时数据库中，同时负责把数据的变化用动画的方式想象得表示出来，还可以完成变量警报、操作记录、趋势曲线等监视功能，并按实际需要生成历史数据文件，它以Windows 98/Windows 2000/Windows XP中文操作系统为操作平台，采用了多线程、COM组态等新技术，实现了实时多任务。
它具有丰富的图库及图库开发工具，支持各种主流PLC、智能仪表、板卡和现场总线等工控产品；有一种类似C 语言的编程环境，便于处理各种算法和操作，还内嵌了许多函数供用户调用，实现各种功能。
4.2组态软件设计在Windows XP环境下，控制系统软件以组态王6.01作为开发平台。
整个监控系统实现数据采集，总体监视，相关参数实时在线调整，显示实时曲线，历史曲线等功能。
4.2.1设备设置组态王对设备的管理是通过对逻辑设备名的管理实现的，具体将就是每一个实际I/O设备都必须在组态王中指定一个唯一的逻辑名称，此逻辑设备名就对应着该I/O的生产厂家、实际设备名称、设备通信方式、设备地址、与上位计算机的通讯方式等信息内容。
系统中与上位计算机进行数据交换外部的设备主要是AD设备牛顿7017模块和DA设备牛顿7024模块。
在组态王软件工程浏览器中，设置7017模块IN4通道和7024模块i01通道名称分别为AD和DA，与计算机COM1串口通信，通信地址分别为0和1。
通信参数的设置如下表所示：表1 通信参数的设置表设置项推荐值波特率9600数据位长度/位7停止位长度/位 1奇偶校验位偶校验4．2．2 组态画面本系统绘制的组态画面主要有开机画面，系统组成画面等。
开机画面主要显示课题题目，制作人姓名，班级等相关信息。
画面上设置图有两个提示按键，分别提示操作员进入主界面或退出操作系统等。
系统主界面主要绘制的温度单回路控制系统的工艺组成图。
包括水箱，管道，加热罐和阀门等设备以及相关的操作提示按钮等。
基于动画连接，主界面可实现自动，手动切换，以及显示PID参数整定框和实时曲线框以方便操作员在线调节PID参数观察控制效果。
系统主界面如下图3所示。
图3 温度单回路控制系统组态图4.2.3变量定义根据控制系统的需要建立数据词典，以便确定内存变量与I/O数据，运算数据的关系。
只有在数据词典中定义的变量才能在系统的控制程序中使用。
本系统中所涉及到的变量的类型主要有AD，DA设备进行数据交换的I/O实型变量，控制电磁阀开关的I/O离散变量，用于定以开关动画连接的内存离散变量，参于PID运算的内存实型变量和实现各种动画效果所用到的内存实型及内存整型变量等。
具体的参数词典如下表所示。
4.2.4 PID 控制算法根据温度单回路控制系统的原理，运用组态王所提供的类似于C 语言的程序编写语言实现PID 控制算法。
由于温度系数大滞后特点，去采样周期20s T s =。
本系统采用PID 位置控制算法，其控制算式如下：0120122()(1)(1)()(1)(1)(2)(1)()(1)(2)(1)2(1)DD D P P P I DP I DP DPT T T T u k u k K e k K e k K e k T T T Tu k a e k a e k a e k T T a K T T T a K TT a K T=-+++-+-+-=-+--+-=++=+=上述算式中，P K 为比例系数，I T 为积分时间，D T 为微分时间，以 ()u k 作为计算机的当前输出值，以sp作为给定值，pv作为反馈值即AD设备的转换值，e k作为偏差。
()在组态王画面中，设置PID参数调整框依据实时曲线调整PID参数如下所示：图6 PID参数调整框PID控制算法程序流程图如图7所示，附录1为具体的PID控制算法脚本程序。
4.2.5PID 控制算法流程图图4 PID控制算法流程图PID控制算法流程图如图4所示，附录Ⅰ为具体的PID控制算法脚本程序。
4.2.6温度单回路控制过程根据温度单回路控制系统的原理,其控制过程如下图所示:如下图5所示: 阀门1打开,水泵启动,阀门2关闭,加热器对液体进行加热,温度计仪表对液体温度进行检测，反馈给调节阀门1进行调节,使液体温度能又快又稳达到给定值．图5 温度单回路控制过程组态图如下图5所示：是液体温度高于给定值时的控制过程．阀门1打开，阀门2打开，水泵启动，对加热器进行加水，使加热器液体温度下降到给定值．图6 温度单回路控制过程组态图附录PID脚本程序启动时：\\本站点\Ts=20;\\本站点\I=\\本站点\Ti/\\本站点\Ts;\\本站点\D=\\本站点\Td/\\本站点\Ts;\\本站点\ukp=0;\\本站点\uk1=0;\\本站点\ek1=0;\\本站点\ek11=0;\\本站点\ek12=0;运行期间：if(\\本站点\自动开关==1){ \\本站点\Ts=15;\\本站点\I=\\本站点\Ti/\\本站点\Ts;\\本站点\D=\\本站点\Td/\\本站点\Ts;\\本站点\a0=\\本站点\P*(1+1/\\本站点\I+\\本站点\D);\\本站点\a1=\\本站点\P*(1+2*\\本站点\D);\\本站点\a2=\\本站点\P*\\本站点\D;\\本站点\ek1=\\本站点\sp-\\本站点\温度;\\本站点\ukp=\\本站点\a0*\\本站点\ek1-\\本站点\a1*\\本站点\ek11+\\本站点\a2*\\本站点\ek12+\\本站点\uk11;\\本站点\uk11=\\本站点\ukp;\\本站点\ek12=\\本站点\ek11;\\本站点\ek11=\\本站点\ek1;if(\\本站点\ukp<1000){if(\\本站点\ukp<0){\\本站点\uk1=0;}else{\\本站点\uk1=\\本站点\ukp;}}else{\\本站点\uk1=1000;}}关闭时：\\本站点\ukp=0;\\本站点\uk1=0;\\本站点\ek1=0;\\本站点\ek11=0;\\本站点\ek12=0;。
