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过控实验报告《过程控制系统设计》课程设计报告姓名：学号：班级：指导⽼师：设计时间：2015年1⽉ 5 ⽇～ 1 ⽉9 ⽇第⼀部分双容⽔箱液位串级PID控制实物实验时间：1⽉7⽇同组⼈：⼀、实验⽬的1、掌握串级控制系统的基本概念和组成。
2、掌握串级控制系统的投运与参数整定⽅法。
3、研究阶跃扰动分别作⽤在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。
⼆、实验原理（画出“系统⽅框图”和“设备连接图”）1、控制系统的组成及原理⼀个控制器的输出⽤来改变另⼀个控制器的设定值，这样连接起来的两个控制器称为“串级”控制器。
两个控制器都有各⾃的测量输⼊，但只有主控制器具有⾃⼰独⽴的设定值，只有副控制器的输出信号送给被控对象，这样组成的系统称为串级控制系统。
本仿真系统的双容⽔箱串级控制系统如下图所⽰：图17－1 本仿真系统的双容⽔箱串级控制系统框图串级控制器术语说明主变量：y1称主变量。
使它保持平稳使控制的主要⽬的副变量：y2称副变量。
它是被控制过程中引出的中间变量副对象：上⽔箱主对象：下⽔箱主控制器：PID控制器1，它接受的是主变量的偏差e1，其输出是去改变副控制器的设定值副控制器：PID控制器2，它接受的是副变量的偏差e2，其输出去控制阀门副回路：处于串级控制系统内部的，由PID控制器2和上⽔箱组成的回路主回路：若将副回路看成⼀个以主控制器输出r2为输⼊，以副变量y2为输出的等效环节，则串级系统转化为⼀个单回路，即主回路。
串级控制系统从总体上看，仍然是⼀个定值控制系统，因此，主变量在⼲扰作⽤下的过渡过程和单回路定值控制系统的过渡过程具有相同的品质指标。
但是串级控制系统和单回路系统相⽐，在结构上从对象中引⼊⼀个中间变量（副变量）构成了⼀个回路，因此具有⼀系列的特点。
串级控制系统的主要优点有：1）副回路的⼲扰抑制作⽤发⽣在副回路的⼲扰，在影响主回路之前即可由副控制器加以校正2）主回路响应速度的改善副回路的存在，使副对象的相位滞后对控制系统的影响减⼩，从⽽改善了主回路的相应速度3）鲁棒性的增强串级系统对副对象及控制阀特性的变化具有较好的鲁棒性4）副回路控制的作⽤副回路可以按照主回路的需要对于质量流和能量流实施精确的控制由此可见，串级控制是改善调节过程极为有效的⽅法，因此得到了⼴泛的应⽤。
过控课程设计绪论一、教学目标通过本章的学习，学生将掌握过控课程的基本概念、原理和应用；能够运用所学知识分析和解决实际问题；培养学生对过控技术的兴趣和好奇心，提高学生科学探究和创新能力。
具体目标如下：1.知识目标：（1）了解过控课程的定义、发展历程和应用领域；（2）掌握过控系统的基本组成、工作原理和性能指标；（3）理解过控技术在工程实践中的应用和意义。
2.技能目标：（1）能够运用过控知识分析简单的问题；（2）具备过控系统设计和优化的基本能力；（3）学会使用过控相关软件和工具。
3.情感态度价值观目标：（1）培养学生对过控技术的热爱和敬业精神；（2）增强学生团队合作和交流沟通能力；（3）提高学生创新意识和持续学习的动力。
二、教学内容本课程主要内容包括过控课程的基本概念、原理、应用和技术发展趋势。
具体安排如下：1.过控课程概述：介绍过控课程的定义、发展历程和应用领域；2.过控系统组成：讲解过控系统的基本组成、工作原理和性能指标；3.过控技术应用：分析过控技术在工程实践中的应用和意义；4.过控系统设计：介绍过控系统设计和优化的方法和技术；5.过控相关软件和工具：学习使用过控相关软件和工具。
三、教学方法本课程采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法等，以激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法：通过讲解过控课程的基本概念、原理和应用，使学生掌握相关知识；2.讨论法：学生进行课堂讨论，培养学生的思考和表达能力；3.案例分析法：分析实际案例，使学生更好地理解和运用所学知识；4.实验法：进行实验操作，培养学生的动手能力和实践能力。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将使用以下教学资源：1.教材：选用权威、实用的过控课程教材，为学生提供系统的学习资料；2.参考书：提供相关领域的参考书籍，帮助学生拓展知识面；3.多媒体资料：制作精美的课件、视频等多媒体资料，增强课堂趣味性；4.实验设备：提供实验所需的设备和器材，确保学生能够进行实际操作。
过控实验第⼀章过程控制仪表实验实验⼀、压⼒、液位变送器的认识和校验⼀、实验⽬的：1、了解压⼒、液位变送器的结构、明确各部件的作⽤，巩固和加深压⼒、液位变送器的⼯作原理及其特性的理解，熟悉压⼒、液位变送器的安装及使⽤⽅法。
2、通过实验，掌握压⼒、液位变送器的零点、量程的调整⽅法，零点迁移⽅法和精度测试⽅法。
⼆、实验设备：压⼒变送器、液位变送器、电流表、直流稳压电源（24V ）、⽔泵Ⅰ、变频器。
三、实验指导：1、液位变送器的主要技术指标：测量范围 0～６Kpa 输出电流 4～20mA 负载能⼒250～300Ω⼯作电源24（1±5%）V DC2、注意事项：（1）本实验采⽤的压⼒、液位变送器是两线制仪表，应串⼊24伏直流电源。
接线时，注意电源极性。
接线完毕后，应检查接线是否正确，并请指导教师确认⽆误后，⽅能通电。
（2）没通电、不加压；先卸压、再断电。
（3）进⾏量程调整时，应注意调整电位器的调整⽅向。
（4）⼩⼼操作，切勿⽣扳硬拧，严防损坏仪表。
（5）⼀般仪表应通电预热15分钟后再进⾏校验，以保证校验的准确性。
（6）如果压⼒、液位变送器的安装位置与取压点不在⼀个⽔平位置上，应对压⼒变送器进⾏零点迁移。
3、实验内容：1、校验液位变送器。
2、液位变送器的零点及量程调校（1）零点调整在⽔箱没⽔时，观察输出电流表的读数是否为4mA ，如果不对，则调整调零电位器，直⾄读数为4mA 。
（2）满量程调整零点调好后，给⽔箱加⽔，液位增加到⽔箱满刻度处。
将液位变送器的输出接到调节器（调节器中测量范围上限参数值设置为450）。
根据实际刻度与调节器显⽰的读数之间的差值调整，直到两者⼀致。
（3）满量程调整后会影响零点，因此零点、满量程需反复多次调整。
直⾄满⾜要求为⽌。
24V调节器图2-1 液位变送器测试框图250液位变送器mA四、实验报告：1、整理实验数据，计算被校仪表的各项误差，确定精度等级，完成仪表校验记录单。
表2-1液位变送器实验数据记录表输⼊输⼊信号刻度分值0% 25% 50% 75% 100%输出输出信号标准值I O标/mA 输出信号实测值I O实/mA正⾏程反⾏程误差实测引⽤误差/%正⾏程反⾏程（I O正－I O反）/mA实测基本误差/%实测变差/%实测精度等级处理实验数据时应注意的问题：（1）实验前拟好实验记录表格，见表格2-1。
过控专业实验讲义实验一着色探伤一、实验目的1、了解着色探伤的探伤原理。
2、掌握着色探伤的操作步骤。
二、探伤原理及特点1．原理：着色探伤是根据渗透液的毛细作用进行的，将一种渗透性能好颜色鲜艳的渗透液，喷或涂到被检工件的表面上，过几分钟让渗透液充分地渗到缺陷中，再将表面上的渗透液擦干净，而缺陷里的渗透液却被保留下来，然后在上述表面上喷或涂一种白色的显像剂，缺陷中的渗透液就被吸引出来，这样就把缺陷的位置、大小和状态显示出来。
2．特点：着色探伤属于渗透检验法之一，它成本低，速度快，操作简便，缺陷显示直观，对探测面的光洁度要求不高，适用于金属及非金属材料，并且一次可以检查出各个方向的缺陷。
三、操作步骤渗透15分钟左右，喷涂2—3次，显像之后3—5分钟观察。
1．预处理：焊缝及其周围的氧化物、灰尘、铁锈、焊料、油脂、油漆等物必须清除，可用软钢丝刷轻轻擦拭，必要时要用溶剂或清洗剂清洗，然后用热风吹干。
2．渗透：渗透就是用渗透液润湿焊缝并使之渗透到缺陷中去，其方法用喷灌喷涂在焊缝上，喷涂要进行2—3次，注意不要使渗透液干在焊缝上。
喷涂时，喷嘴应尽可能靠近焊缝，以免引起飞溅。
温度在15—40℃范围时，渗透时间一般为5—20分钟；在3—15℃范围时，时间略长一些。
3．清洗：清洗就是将焊缝表面多余的渗透液清洗掉，而将渗入缺陷中的渗透液保留下来，这是整个工序中重要的一环，对检查结果有很大影响。
其方法是先用湿布把焊缝上多余的渗透液尽可能地全部擦去，然后用湿布蘸上清洗液进一步擦拭，应避免直接将清洗液喷射到焊缝上，因为这样有可能冲掉缺陷中的渗透液，降低检测的灵敏度和增大漏检率。
4．显像：显像是利用显像剂粒子之间的毛细现象，,将缺陷内的渗透液吸出到受检部位的表面，形成缺陷的显示，显像剂的另一个作用是给工件提供良好的白色衬底，使之与缺陷上红色的渗透液形成鲜明的对比，着色法只采用湿式显像，喷涂时显像层的厚度不宜太厚，应能稍微透过一点钢材的的底色。
《过程控制》课程设计题目: 燃料炉装置温度控制系统班级：测控三班学号：姓名：同组人员：任课教师：完成时间：2011/12/3目录一、设计任务及要求 (2)二、被控对数学模型建模及对象特性分析1.1对象数学模型的计算及仿真验证 (2)1.2对象特性分析 (5)三、控制系统设计3.1 控制系统的基本方案 (6)3.1.1 PID单回路3.1.2串级控制3.2 控制仪表选择 (7)3.3 参数整定计算 (8)3.3.1副回路3.3.2主回路3.4 控制系统MATLAB仿真 (9)四、结果分析 (10)一、设计任务及要求对一个燃油炉装置进行如下实验，在温度控制稳定到200℃时，在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加大约%15，即在开环状态下将执行器的输入燃油流量增加h /T 2.0q =∆I ，持续min 3=∆t 后结束，记录炉内温度变化数据如下表，试根据实验数据设计一个超调量%25≤具体设计要求如下:（1） 根据实验数据选择一定的辨识方法建立对象的模型；（2） 根据辨识结果设计符合要求的控制系统（给出带控制点的控制流程图，控制系统原理图等，选择控制规律）；（3） 根据设计方案选择相应的控制仪表（DDZ -Ⅲ），绘制原理接线图； （4） 对设计系统进行仿真设计，首先按对象特性法求出整定参数，然后按4:1衰减曲线法整定运行参数。
（5） ★用MCGS 进行组态设计。
二、被控对数学模型建模及对象特性分析2.1对象数学模型的计算及仿真验证根据矩形脉冲响应数据θ∆，得到阶跃响应数据θ，并进行相应的归一化处y()=203.7+0.2=203.9；根据上表可得64=+y℃64=∞使用Matlab编辑.m文件，通过给定的矩形脉冲响应求对象的阶跃响应，并用插值方法画出脉冲和阶跃响应曲线及归一化曲线。
Matlab程序如下：clear;t=0:1:18; yi=[0 9 26.4 36 33.5 27.2 21 15.7 10.4 7.75 5.1 3.95 2.8 1.95 1.1...0.8 0.5 0.35 0.2]; y(1)=0;y_1=0;for k=1:19y(k)=yi(k)+y_1;y_1=y(k);endxs=(0:0.05:18);ys=interp1(t,y,xs,'spline');plot(xs*5,ys)hold onplot(t*5,yi)hold onyim=interp1(t,yi,xs,'spline');plot(xs*5,yim)gridfigureplot(xs*5,ys/203.9)grid得到的脉冲响应曲线和阶跃响应曲线如下：0102030405060708090将阶跃函数曲线归一化，利用两点法确定传含参数，取途中两点y*(t1)=0.4，y*(t2)=0.80102030405060708090-0.20.20.40.60.81y*(t1)=0.4对应的响应时间为t 1= 16.5 min y*(t2)=0.8对应的响应时间为t 2=33 min 由于 5.021 t t所以对象三阶31)1()(+=s s Gp T Kp增益Kp为：%)/(796.6)(c u y K p 。
过控实验指导本章开始进⾏控制系统设计。
主要是单回路PID设计，其中PID参数的调整是⼀个⾮常⿇烦的⼯作，同学们需要不断总结经验。
实验1 单闭环流量控制实验⼀、实验⽬的1、掌握单回路控制的特点2、了解PI控制特点，以及对控制效果的评价。
3、掌握通过调节阀控制流量的原理和操作。
⼆、实验设备A3000现场系统，任何⼀个控制系统。
三、实验原理与介绍1、单回路控制逻辑调节阀流量控制实验逻辑关系如图5-1所⽰。
FIC指⽤于流量的调节器，这个调节器可能是智能仪表，也可以是计算机上的PID调节器，也可以是PLC中的PID调节器。
类似的TIC就是⽤于温度控制的调节器。
图5-1 流量计流量定值控制实验该控制逻辑是⼀个经典的单回路流量控制系统。
单回路调节系统⼀般指在⼀个调节对象上⽤⼀个调节器来保持⼀个参数的恒定，⽽调节器只接受⼀个测量信号，其输出也只控制⼀个执⾏机构。
本系统所要保持的恒定参数是管道流量，即控制的任务是控制流量等于给定值所要求的⼤⼩。
根据控制框图，这是⼀个闭环反馈型单回路流量控制，采⽤PID控制。
当调节⽅案确定之后，接下来就是整定调节器的参数，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，则会使控制质量变坏，达不到预期效果。
因此，当⼀个单回路系统组成好以后，如何整定好控制器参数是⼀个很重要的实际问题。
⼀个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是⼗分重要的⼯作。
⼀般⾔之，⽤⽐例(P)调节器的系统是⼀个有差系统，⽐例度δ的⼤⼩不仅会影响到余差的⼤⼩，⽽且也与系统的动态性能密切相关。
⽐例积分(PI)调节器，由于积分的作⽤，不仅能实现系统⽆余差，⽽且只要参数δ，Ti调节合理，也能使系统具有良好的动态性能。
⽐例积分微分(PID)调节器是在PI调节器的基础上再引⼊微分D的作⽤，从⽽使系统既⽆余差存在，⼜能改善系统的动态性能(快速性、稳定性等)。
目录一、绪论 (1)1.1、精馏塔串级控制的过程 (1)1.2、精馏塔串级控制的原理 (1)二、总体设计方案 (2)三、系统器件选择（包括器件参数） (2)3.1温度传感器选择 (2)3.2调节器与执行器、传感器的选型 (2)四、硬件设计方案 (3)4.1主、副调节器正反作用方式确定 (3)五、控制算法选择 (4)六、控制参数整定 (5)七、心得体会 (7)参考文献 (8)一、绪论精馏是石油化工、炼油生产过程中的一个十分重要的环节，其目的是将混合物中各组分分离出来，达到规定的纯度。
精馏过程的实质就是迫使混合物的气、液两相在塔体中作逆向流动，利用混合液中各组分具有不同的挥发度，在互相接触的过程中，液相中的轻组分逐渐转入气相，而气相中的重组分则逐渐进入液相，从而实现液体混合物的分离。
一般精馏装置由精馏塔、再沸器、冷凝器、回流罐等设备组成。
1.1、精馏塔串级控制的过程进料流量从精馏塔中段某一塔板上进入塔内，这块塔板称为进料板。
进料板将精馏塔分为上下两段，进料板以上部分称为精馏段，进料板以下部分称为提馏段。
溶液中组分的数目可以是两个或两个以上。
实际工业生产中，只有两个组分的溶液不多，大量需要分离的溶液往往是多组分溶液。
多组分溶液的精馏在基本原理方面和两组分溶液的精馏是一样的。
1.2、精馏塔串级控制的原理我们的控制目的是使塔温保持恒定，现选用精馏段的温度, 与回流量来构成串级随动控制.温度调节器通常按PID调节规律，流量调节器按P调节规律。
当温度发生变化时，由主调节器（温度调节器）进行控制，其输出作为副调节器（液位调节器）的给定值，最终控制阀门的开度，主控回路的输出作为副控回路设定值修正的依据，副控回路的输出作为真正的控制量作用于被控对象，液位一旦发生变化，副控回路及时地控制阀门的开度位置，较快地克服了液位的变化对出料温度的影响如果液位是恒定的，只需测量实际温度，并使其与温度设定值相比较，利用二者的偏差控制管道上的阀门就能保持温度的恒定。
高级过程控制综合系统的认识和实践第一章过程控制工程实践的目的和任务一、实践目的：1、认识实际工业生产现场过程控制系统的结构与组成。
2、熟悉过程控制综合系统的各种自动化仪表的使用。
3、掌握单闭环液位控制系统的结构和组成以及调节器参数整定的方法。
4、研究调节器相关参数的整定的方法和对系统动态性能的影响。
二、实践所需设备及附件：1)THJ-2型高级过程控制系统装置。
2)计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根。
3) 万用表1只。
三、预习要求：学习过程控制工程和相关专业课程的有关知识和内容。
四、实践报告：第二章高级过程控制系统的认识一、系统简介“THJ-2型高级过程控制系统实验装置”是基于工业过程的物理模拟对象，它集自动化仪表技术，计算机技术，通讯技术，自动控制技术为一体的多功能实验装置，该装置是根据自动化及其它相关专业教学的特点，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，推出了一套全新的实验装置，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，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DDC，DCS，PLC，FCS 等多种控制系统。
该实验装置既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为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物理模拟对象和实验手段。
二、系统组成本实验装置由被控对象和控制仪表两部分组成。
系统动力支路分两路：一路由三（380V 交流）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；另一路由日本三菱变频器、三相磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计及手动调节阀组成。
1、被控对象由不锈钢储水箱、上、中、下三个串接有机玻璃圆筒形水箱、4.5千瓦电加热锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成)、冷热水交换盘管和敷塑不锈钢管道组成。
实验一、单容水箱对象特性的测试一、 实验目的1、了解单容水箱的自衡特性。
2、掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。
3、实测单容水箱液位的阶跃响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参数。
二、 实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置：GK-02 GK-03 GK-04 GK-07 2、万用表一只 3、计算机及上位机软件三、实验原理阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节器手动改变对象的输入信号（阶跃信号）。
同时，记录对象的输出数据和阶跃响应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定模型中的相关参数。
图解法是确定模型参数的一种实用方法，不同的模型结构，有不同的图解方法。
单容水箱的数学模型可用一阶惯性环节来近似描述，用下述方法求取对象的特征参数。
单容水箱液位开环控制结构图如图1所示：图1、 单容水箱液位开环控制结构图设水箱的进水量为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=R2*C 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），K=R2为过程的放大倍数，也是阀V2的液阻，C 为水箱的底面积。
令输入流量Q1（S ）=RO/S ，RO 为常量，则输出液位的高度为：（2）T S KR S KR TS S KR S H /1)1()(000+-=+=Q R h dthd CR ∆=∆+∆22212()() (1)()11H s R KG s Q s R CS TS ===++0.63h h h 1-TO O . O h(t)KR (1-e)()R () K R t t h K h =−−→∞∞=∞==即当时，因而有输出稳态值阶跃输入（3）-100, :h(T)KR (1-e )0.632KR 0.632h()t T ====∞当时则有 （4）式（3）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图2-2所示。
过程控制技术及应用实验指导书姜国平刘天霞汤占岐编北方民族大学化学与化学工程学院二00六年十一月目录实验1:流量自衡过程 (3)实验2：单液位非自衡过程 (6)实验3：液位与流量的非线性关系实验 (6)实验4：反应温度非自衡过程 (9)实验5：一阶惯性通道传递函数模型测试 (13)实验6：衰减振荡法液位PID控制器参数整定 (17)实验7：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定22实验1:流量自衡过程1、实验目的1）了解什么是自衡过程及其特点。
2）分清过程自衡的原因。
3）分析过程自衡的条件及自衡的范围。
2、实验原理自衡过程是指系统中存在着对所关注的变量的变化有一种固有的、自然形式的负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡。
具有自平衡能力的过程称为自衡过程。
反之，不存在固有反馈作用且自身无法恢复平衡的过程，称为非自衡过程。
在出现扰动后，过程能靠自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自衡特性。
无论扰动如何变化，过程自身都能在不加控制的条件下，在变量实际允许的量程范围内达到平衡，这种过程称为完全自衡过程。
实际过程中自衡常常是有条件的，并且是在一定的范围内才可以自衡，超出允许范围就无法达到自衡了。
依据过程的自衡与非自衡特性，可以将大多数工业过程的特性归类为如下常见类型。
1） 无振荡自衡过程在阶跃作用下，被作用变量不发生振荡，且逐渐向新的稳态值靠近。
此类过程的传递函数模型可表达为如下形式G s Ke Ts G s Ke T T G s Ke Ts sssn()()()()()()=+=++=+---τττ111112 （2-1）以上无振荡自衡过程传递函数模型，可以直接通过阶跃响应曲线用图解法或曲线拟合方法得到，详见本单元模块（四）。
在过程工业中无振荡自衡过程十分常见，并常用第一种模型表达。
第一种模型又称为一阶加纯滞后模型，可以用来近似多容高阶动态模型。
2） 有振荡自衡过程在阶跃作用下，被作用变量发生衰减振荡，且逐渐向新的稳态值靠近。
此类过程的传递函数模型至少是二阶以上形式，在工业过程中很少见，例如G s Ke T s Ts s()()()=++<<-τξξ222101 （2-2）3） 无振荡非自衡过程在阶跃作用下，被作用变量会一直上升或一直下降，不能达到新的平衡状态。
此类过程的传递函数模型常表达为G s Ke Tss()=-τ （2-3）G s Ke s Ts s()()=+-τ1 （2-4）由于积分过程具有非自衡特性，以上传递函数模型中都含有一个积分因子(1/S)。
3、实验工艺过程描述流量自衡过程实验选离心泵及液位流程中的泵出口流量F2，具体流程见图1-1。
工艺过程的描述详见第一部分，第二单元。
为了使实验结果准确，采用单回路液位控制系统通过上游的阀门V1调节流量F1，控制液位L1稳定。
然后，通过手动改变阀门V2的开度，观察流量F2的自衡过程。
4、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入离心泵及液位工程。
2）在盘台上进行线路连接。
如图2-2所示，①用黑色导线将卧圆罐液位L1黑色插孔和液晶显示器下部1号黑色插孔连接，将L1设定为液晶显示器上对应的第一排左数第一个棒图显示。
②用黑色导线将离心泵出口流量F2黑色插孔和液晶显示器下部11号黑色插孔连接，将F2设定为液晶显示器上对应的第三排左数第一个数字显示。
5、控制系统组态1）将液位L1控制定义为位号LIC-01，PID参数设置为：K C=16、T i=60秒、T d=0秒、反作用。
变送器集点选L1。
带定位器的控制阀选V1，阀特性选线性，组态画面见图2-3。
2）完成趋势画面组态，选择F2、V2两个变量需要趋势记录。
趋势画面见图2-4。
3）阀门V1、V2特性选线性。
图1-1 离心泵及液位流程图画面6、实验步骤1）将测试软件选定为运行状态。
2）按照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到正常工况。
此时，手动调整V2的开度为45%，L1设定值设为50%。
3）手动调整V2的开度为55%，观察流量F2按一阶非周期特性上升，大约25秒钟后达到新的平衡。
4）手动调整V2的开度为60%，观察流量F2仍按一阶非周期特性上升，大约20秒钟后达到新的平衡。
5）本实验可以继续下去，无论如何改变V2的开度（增加或减少），F2总能经过一个一阶非周期特性的变化达到新的平衡点。
图1-2 盘台上的黑线连接图1-3 液位单回路控制系统组态图7、实验结果记录详见图4所记录的F2和V2随时间变化的历史曲线，及实验记录表2-1。
表2-1测试实验案例001实验记录图1-4 趋势记录画面8、实验分析与结论9、思考题1）什么是自衡过程？有何特点？2）简要解释过程自衡的原理。
3）什么原因能导致流量自衡？举例说明。
实验2：单液位非自衡过程1、实验目的1）了解什么是单液位非自衡过程及其特点。
2）分清单液位非自衡过程非自衡的原因。
3）分析单液位非自衡过程非自衡的条件。
2、实验原理见实验1。
3、实验工艺过程描述工艺过程同实验1，所不同的是固定出口流量F2（即固定V2开度），改变入口流量F1，观察液位L1的非自衡现象。
4、实验设备及连接同实验1。
5、控制系统组态同实验1。
6、实验步骤1）设定趋势回零状态，启动测试软件为运行模式。
2）按照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到正常工况。
此时，手动调整V2的开度为30%，L1设定值设为50%。
3）将控制器LIC-01置手动，将控制器输出提升到80%，实现方法是：在控制器图标中点击“配置”，弹出“PID控制器配置”画面，修改输出为80%，并进行“确认”。
4）观察液位持续上升，最后液位达到100%，即满罐，由于本罐通大气，继续下去则发生溢流事故，液位将维持100%不变。
5）本实验可以继续下去，发现V1的开度只要偏离使流量F1等于F2的位置，当F1大于F2时，液位L1则持续上升直到满罐；当F1小于F2时，液位L1则持续下降直到抽空。
系统再也无法达到平衡。
7、实验结果记录详见图2-5，测试软件按趋势画面组态自动记录L1和V1随时间变化的历史曲线。
图2-1 趋势记录画面8、实验分析与结论9、思考题1.什么原因能导致液位自衡？举例说明。
实验3 液位与流量的非线性关系实验一、知识点工艺过程特性为线性的主要特征是，相同的输入相对变化，导致输出的相对变化为常数。
例如，直线特性控制阀的固有特性表现为，在阀杆全行程的任何位置，相同的相对开度变化导致的流量变化总是相同，即阀门增益为常数。
而工艺过程特性为非线性的主要特征是，相同的输入相对变化，导致输出的相对变化不为常数。
例如，等百分比特性的控制阀，在阀杆全行程的任何位置，相同的相对开度变化导致的流量变化不同。
工业过程中，大多数的通道特性是非线性的。
为了测试液位的线性或非线性特性，可以先将容器液体排放干净，关闭出口阀门。
然后向容器以不变的流量（保持阀门为固定开度）注入液体，观察并记录液位的上涨数据，直到容器注满为止。
这个过程中每个单位时间流量变化都是相同的，如果液位的变化特性是线性的，所记录的液位增长曲线应当是一条斜的直线。
如果液位的变化特性是非线性的，所记录的液位增长曲线应当不是直线。
以上试验可以测试出由于容器形状所导致的液位变化的非线性特性。
实际上，入口流量或出口流量的变化也能导致液位变化的非线性特性。
广义的看，高阶动态特性为线性，变量各阶变化率之间的关系都为常数，否则都是非线性的。
二、实验说明、1、实验目的（1）了解工艺过程非线性特性的主要特征。
（3）分析导致非线性的原因。
2、实验原理同实验13、实验内容（1）实验工艺过程描述工艺过程流程图见图1-5。
将系统恢复到冷态。
打开V1，在出口泵停止的前提下，记录液位L1从0%上升到100%全过程。
（2）实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入离心泵及液位工程。
2）盘台上线路连接。
同实验1。
（3）控制系统组态1）完成趋势画面组态，选择L1变量需要趋势记录。
2）阀门V1选线性特性。
4、实验步骤1）启动离心泵与液位软件工程。
2）检查离心泵应处于关闭状态，将V1的开度调整到80%左右，测试软件选定为冷态运行状态。
3）注意维持泵出口阀V2关闭。
4）保持V1开度，以恒定的流量，直到把卧式圆储罐注满，关闭V1。
5、实验结果记录详见图1-6记录了V1维持开度以恒定的流量引起液位L1变化的趋势。
同时记录V1=80%，F1=11.28kg/s。
6、实验分析与结论1）液位与恒定流量呈非线性原因卧式圆储罐的容器形状特点是，L1=50%的高度横截面积最大，而L1从0%上升到50%，容器横截面积从最小变化到最大。
L1从50%上升到100%，容器横截面积又从最大变化到最小。
因此，在L1的中部，单位时间向容器注入相同容积的液体导致液位上升的高度最小，在容器底部或顶部，单位时间向容器注入相同容积的液体导致液位上升的高度逐渐变大。
所记录的L1变化曲线呈倒“S”形，中间变化平缓，两端变化逐渐加大。
此种情况是由于容器形状导致了液位变化的非线性。
2）流量与储罐容量核算在图1-6中通过辅助线截取当液位L1升至50%的时间t=337s - 150s=187s。
计算以恒定的流量F1=11.28kg/s，历经t=187s时间所注入储罐水的体积V（m3）。
已知水的重度γ＝1000kgf/m 3。
)(11.21000/)18728.11(/)1(3m t F V =⨯=⋅=γ比较卧式储罐1/2的体积V 1/2。
已知卧式储罐为椭圆端盖，直径D=1.5m ，最大长度L=2.6m （等效长度Le=2.4m ）)(12.22/)4.25.11416.325.0(2/25.03222/1m L D V e =⨯⨯⨯=⋅=π以上计算结果表明流量F1、L1及时间t 的测量数据准确。
图1-6 卧式圆储罐液位变化测试记录曲线三、思考题1． 工艺过程特性为线性的主要特征是什么？ 2． 工艺过程特性为非线性的主要特征是什么？ 3． 导致液位呈非线性特性的原因主要有哪些因素？4． 入口流量不变所引起的卧式圆罐的液位变化为什么呈反“S ”形？实验4：反应温度非自衡过程1、实验目的1）了解什么是反应温度非自衡过程及其特点。
2）分清反应温度非自衡的原因。
3）分析反应温度非自衡的条件。
2、实验原理见实验1。
3、实验工艺过程描述连续反应温度非自衡过程实验流程见图3-1。
工艺过程的描述详见第一部分，第五单元。
首先通过手动将连续反应过程从冷态开车达到正常工况，采用单回路控制系统TIC-01稳定反应温度，用单回路控制系统LIC-01稳定反应器内的液位。
当反应稳定后，将TIC-01切手动，人为改变夹套冷却水阀门V8开度，即加大或减小冷却水流量，观察反应温度的非自衡过程。
4、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入连续反应工程。
