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

量表达的是，用输出测量值数据做阶跃响应曲线，应减去原来的

正常输出值。

五、实验步骤

A、熟悉用MCGS组态的智能仪表过程控制系统 1、设备的连

接和检查

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（1）检查AE2000实验对象的储水箱，一般应有2/3以上最

高水位

（2）打开丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门

（3）打开上水箱的出水阀，阀8调至适当开度

（4）检查电源开关是否关闭

（5）检查RS-232转换器的RS232端是否接到计算机的串口1、RS485端通过串口线连接到AE2000高级过程控制实验装置的串口端 2、智能仪表的参数设置

给智能仪表上电，设置好以下参数： CtrL 1 P 3 I 500 D 0 Sn 33 dIP 1 dIL 0 dIH 50 oP1 4 oPL 0 oPH 100 CF 0

bAud 9600bit/s Addr 1

3、熟悉组态软件

（1）启动计算机，在显示桌面双击MCGS组态环境图标。打

开AE2000过程控制系统实验装置的组态软件，观察并熟悉组态方

法，熟悉实验内容及掌握组态软件与智能仪表之间的通讯的组态步骤及要求。

（2）操作软件中各个工具，学习并熟悉组态软件的一般应用。

（3）在文件菜单中选择打开工程选项，打开已经组好AE2000实验系统工程软件。

（4）按F5进入运行环境，点击进入仪表过程控制实验系统，熟悉实验内容，进入每个实验，观看各项功能。

B、测定单溶液过程的数学模型 1、硬件连接及上电操作

（1）将I/O信号接口板上的上水箱液位的开关打到1~5V位置（2）按图2-4所示连线

（3）启动实验装置，打开总电源漏电保护空气开关，电压表指示220V，电源指示灯亮，按下电源总开关，开启实验装置电源。

（4）开启电动调节阀电源、智能调节仪电源（5）检查并调整好智能仪表各项参数

2、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验界面。

3、双击设定输出按钮，设定输出值的大小，一般初次设定值新装置——30~35%。开启单项泵电源开关，启动电力支路，观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。待液位稳定后，读取液位高度，该液位高度为液位初始值，应为5CM左右。

4、记录上述步骤调整好的液位初始值。当上水箱的水位处于平衡状态时，记录调节仪输出值，以及水箱水位的高度h和智能仪表的测量显示值并填入下表。

仪表输出值水箱水位高度仪表显示值 39% 6.1 5.8 5、迅速增加仪表手动输出值，增加约10%的输出量，知道水箱水位进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入下表。

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仪表输出值 50% 水箱水位高度 29.9 仪表显示值 29.7

6迅速将仪表输出值调回到步骤4的位置。

7 读取第二个过程的数值。计算第二个过程上升至稳态值39%和63%时的高度，双击实时曲线读取对应的实验值。初始值上升至39%时上升至63%时高度 5.7 15.08 20.9 时间 8:21 10：45 13：05

8观察第三个过程，直到水位进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据。仪表输出值 39% 水箱水位高度 5.7 仪表显示值 5.4

9读取第三个过程的数值。计算第三个过程下降至稳态值的39%和63%时的高度，双击实时曲线读取对应的实验值。初始值上升至39%时上升至63%时高度 29.6 20.2 14.4 时间 31：04 33：09 35：09 六、预习思考题

1、在做实验时，为什么不能任意变化阀8的开度大小？