杭电《过程控制系统》实验报告

一、实训目的通过本次过程控制实验实训，使我对过程控制的基本原理、系统组成、控制策略以及实际应用等方面有一个全面的认识，提高我运用理论知识解决实际问题的能力。

同时，通过实验操作，掌握实验设备的使用方法，培养我的动手能力和团队协作精神。

二、实训内容1. 实验设备本次实验使用的设备包括：过程控制系统实验台、传感器、执行器、控制器、计算机等。

2. 实验内容（1）过程控制系统基本原理及组成（2）传感器特性及测量方法（3）执行器特性及控制方法（4）控制器特性及控制策略（5）过程控制系统设计及应用三、实验步骤1. 观察实验设备，了解其组成及功能。

2. 搭建实验系统，连接传感器、执行器、控制器等。

3. 根据实验要求，设置控制器参数，实现过程控制。

4. 观察实验现象，分析实验结果，调整控制器参数，优化控制效果。

5. 实验结束后，整理实验数据，撰写实验报告。

四、实验结果与分析1. 实验现象通过搭建实验系统，观察实验现象，发现当控制器参数设置合理时，系统能够实现稳定的控制效果。

2. 实验结果（1）传感器输出信号与被测参数之间的关系符合线性关系。

（2）执行器响应速度快，控制精度高。

（3）控制器参数对系统控制效果有显著影响。

3. 实验分析（1）传感器在过程控制系统中起到采集被测参数的作用，其输出信号与被测参数之间的关系符合线性关系，为后续控制策略的制定提供了基础。

（2）执行器作为控制系统的输出环节，其响应速度快、控制精度高，对系统控制效果有重要影响。

（3）控制器参数的设置对系统控制效果有显著影响，合理设置控制器参数可以提高控制效果。

五、实训体会1. 通过本次实训，我对过程控制的基本原理、系统组成、控制策略以及实际应用等方面有了更深入的了解。

2. 实验过程中，我掌握了实验设备的使用方法，提高了自己的动手能力。

3. 实验过程中，我学会了与团队成员沟通协作，提高了自己的团队协作精神。

4. 实验过程中，我认识到理论知识与实际应用之间的联系，为今后学习和工作打下了基础。

《过程控制系统》实验报告实验报告：过程控制系统一、引言过程控制系统是指对工业过程中的物理、化学、机械等变量进行监控和调节的系统。

它能够实时采集与处理各种信号，根据设定的控制策略对工业过程进行监控与调节，以达到所需的目标。

在工业生产中，过程控制系统起到了至关重要的作用。

本实验旨在了解过程控制系统的基本原理、组成以及操作。

二、实验内容1.过程控制系统的组成及原理；2.过程控制系统的搭建与调节；3.过程控制系统的优化优化。

三、实验步骤1.复习过程控制系统的原理和基本组成；2.使用PLC等软件和硬件搭建简单的过程控制系统；3.设计一个调节过程，如温度控制或液位控制，调节系统的参数；4.通过修改控制算法和调整参数，优化过程控制系统的性能；5.记录实验数据并进行分析。

四、实验结果与分析在本次实验中，我们搭建了一个温度控制系统，通过控制加热器的功率来调节温度。

在调节过程中，我们使用了PID控制算法，并调整了参数，包括比例、积分和微分。

通过观察实验数据，我们可以看到温度的稳定性随着PID参数的调整而改变。

当PID参数调整合适时，温度能够在设定值附近波动较小，实现了较好的控制效果。

在优化过程中，我们尝试了不同的控制算法和参数，比较了它们的性能差异。

实验结果表明，在一些情况下，改变控制算法和参数可以显著提高过程控制系统的性能。

通过优化，我们实现了更快的响应时间和更小的稳定偏差，提高了系统的稳定性和控制精度。

五、结论与总结通过本次实验，我们了解了过程控制系统的基本原理、组成和操作方法。

我们掌握了搭建过程控制系统、调节参数以及优化性能的技巧。

实验结果表明，合理的控制算法和参数选择可以显著提高过程控制系统的性能，实现更好的控制效果。

然而，本次实验还存在一些不足之处。

首先，在系统搭建过程中，可能由于设备和软件的限制，无法完全模拟实际的工业过程。

其次，实验涉及到的控制算法和参数调节方法较为简单，在实际工程中可能需要更为复杂和精细的控制策略。

《过程控制系统》实验报告一、实验目的过程控制系统实验旨在通过实际操作和观察，深入理解过程控制系统的组成、工作原理和性能特点，掌握常见的控制算法和参数整定方法，培养学生的工程实践能力和解决实际问题的能力。

二、实验设备1、过程控制实验装置包括水箱、水泵、调节阀、传感器（液位传感器、温度传感器等）、控制器（可编程控制器 PLC 或工业控制计算机）等。

2、计算机及相关软件用于编程、监控和数据采集分析。

三、实验原理过程控制系统是指对工业生产过程中的某个物理量（如温度、压力、液位、流量等）进行自动控制，使其保持在期望的设定值附近。

其基本原理是通过传感器检测被控量的实际值，将其与设定值进行比较，产生偏差信号，控制器根据偏差信号按照一定的控制算法计算出控制量，通过执行机构（如调节阀、电机等）作用于被控对象，从而实现对被控量的控制。

常见的控制算法包括比例（P）控制、积分（I）控制、微分（D）控制及其组合（如 PID 控制）。

四、实验内容及步骤1、单回路液位控制系统实验（1）系统组成及连接将液位传感器安装在水箱上，调节阀与水泵相连，控制器与传感器和调节阀连接，计算机与控制器通信。

（2）参数设置在控制器中设置液位设定值、控制算法（如 PID）的参数等。

（3）系统运行启动水泵，观察液位的变化，通过控制器的调节使液位稳定在设定值附近。

（4）数据采集与分析利用计算机采集液位的实际值和控制量的数据，绘制曲线，分析系统的稳定性、快速性和准确性。

2、温度控制系统实验（1）系统组成与连接类似液位控制系统，将温度传感器安装在加热装置上，调节阀控制加热功率。

设置温度设定值和控制算法参数。

（3）运行与数据采集分析启动加热装置，观察温度变化，采集数据并分析。

五、实验数据及结果分析1、单回路液位控制系统（1）实验数据记录不同时刻的液位实际值和控制量。

（2）结果分析稳定性分析：观察液位是否在设定值附近波动，波动范围是否在允许范围内。

快速性分析：计算液位达到设定值所需的时间。

《过程控制系统实验报告》院－系：专业：年级：学生姓名：学号：指导教师：2015 年6 月过程控制系统实验报告部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日姓名学号班级成绩实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时课程名称过程控制系统实验与课程设计教材过程控制系统一、实验仪器与设备A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表二、实验要求1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以与震荡曲线。

2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

三、实验原理(1)控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。

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。

使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

测量或控测量或控制量使用PLC端使用ADAM端四、实验内容与步骤1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。

这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。

3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。

注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。

对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。

包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。

5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。

6、启动计算机，启动组态软件，进入测试项目界面。

一、引言过程控制是自动化技术中的一个重要分支，它通过对生产过程中的各种参数进行实时监测、分析和控制，实现生产过程的稳定、高效和节能。

为了更好地掌握过程控制技术，我们参加了为期两周的过程控制实训。

本文将总结实训过程中的学习内容、收获体会以及存在的不足，以期提高自身的过程控制能力。

二、实训内容1. 实训模块：本次实训主要涉及THKGK-1过程控制实验装置、计算机及STEP7运行环境、MPI电缆线、组态王软件等。

2. 实训项目：（1）过程控制基本原理：了解过程控制系统的组成、工作原理以及各种控制策略。

（2）传感器特性：认识传感器的工作原理、性能指标以及应用领域。

（3）自动化仪表：学习自动化仪表的使用方法、调试技巧以及常见故障处理。

（4）变频器：掌握变频器的基本原理、接线方式以及调试方法。

（5）电动调节阀：了解电动调节阀的结构、工作原理以及调节特性。

（6）被控对象特性测试：学习测定被控对象特性的方法，包括单容水箱和双容水箱特性测试。

（7）单回路控制系统参数整定：掌握单回路控制系统参数整定的方法，包括PID参数整定。

（8）串级控制系统参数整定：学习串级控制系统参数整定的方法，包括串级控制系统的设计、计算和投运。

（9）控制系统设计：运用所学知识，设计并实现一个简单的控制系统。

三、实训收获1. 理论与实践相结合：通过实训，我们将所学的过程控制理论知识与实际操作相结合，提高了自身的实践能力。

2. 掌握过程控制技术：掌握了过程控制系统的基本原理、传感器特性、自动化仪表使用、变频器调试、电动调节阀调节特性等过程控制技术。

3. 培养团队协作精神：在实训过程中，我们分成小组进行项目合作，提高了团队协作能力。

4. 增强动手能力：通过实际操作，我们提高了动手能力，为今后的工作打下了基础。

四、实训不足1. 理论知识掌握不够扎实：在实训过程中，我们发现自己在理论知识方面还存在不足，需要进一步学习和巩固。

2. 实践操作经验不足：虽然我们掌握了过程控制技术，但在实际操作中，仍存在操作不够熟练、故障处理不够及时等问题。

一、实验目的1. 理解过程控制的基本原理和方法；2. 掌握过程控制系统的设计、调试与优化；3. 熟悉过程控制实验设备的使用方法；4. 提高实际操作能力，培养团队合作精神。

二、实验原理过程控制是利用自动化仪表和计算机对工业生产过程中的各种参数进行检测、控制和调节的一种技术。

本实验主要涉及以下原理：1. PID控制算法：PID控制器是一种模拟控制器，它通过比例、积分、微分三个环节对被控对象的输出进行调节，以达到预期的控制效果。

2. 过程控制系统：过程控制系统由被控对象、控制器、执行机构和反馈环节组成。

控制器根据反馈环节的信号对执行机构进行调节，使被控对象达到预期的控制目标。

三、实验设备1. 过程控制实验台；2. 计算机及上位机软件；3. 数据采集卡；4. 控制器、执行机构和传感器等。

四、实验内容1. PID控制器参数整定：通过改变PID控制器的比例、积分、微分参数，观察被控对象的响应，寻找最佳参数组合。

2. 过程控制系统仿真：利用上位机软件，对过程控制系统进行仿真，分析系统性能。

3. 实验数据分析：对实验数据进行处理和分析，得出结论。

五、实验步骤1. 熟悉实验台设备和上位机软件的操作；2. 搭建实验系统，包括被控对象、控制器、执行机构和传感器等；3. 设置实验参数，包括PID控制器参数、采样时间等；4. 进行PID控制器参数整定，观察被控对象的响应；5. 利用上位机软件对过程控制系统进行仿真，分析系统性能；6. 对实验数据进行处理和分析，得出结论。

六、实验结果与分析1. PID控制器参数整定结果通过实验，得到PID控制器参数如下：比例系数Kp：120积分时间Ti：150微分时间Td：10整定后的系统在2秒内达到稳态，稳态误差为0，动态性能较满意。

2. 过程控制系统仿真结果通过仿真，得到以下结果：系统在0.5秒内达到稳态，稳态误差为0，动态性能较满意。

3. 实验数据分析根据实验数据，分析如下：（1）PID控制器参数对系统性能的影响比例系数Kp：增大Kp，系统动作灵敏，响应速度加快，但过大会使振荡次数增加，系统趋向不稳定。

实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

（2）根据由实际测得的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AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，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或阶跃响应曲线。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

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。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2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：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）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1-2所示。

过程控制实验报告班级：组号：组员：年月日实验一、水箱液位定值控制实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、面板位图与实验电气连接图1、实验面板位图实验面板位图如图1-1，图1-2，图1-3所示图1-1、传感器执行器位图图1-2、电源面板位图2、实验电气接线图3、实验信号实物连接图图1-5、实验信号实物连接图三、实验原理图1-6、实验控制框图1-6为单回路水箱液位控制系统，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液位的给定高度，即控制的任务是控制上水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图，这是一个闭环反馈单回路液位控制，采用工业智能仪表控制。

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。

因此当一个单回路控制系统组成好以后，如何整定好控制器的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。

四、实验内容和步骤1、系统连线（1）将系统的所有电源开关打在关的位置。

（2）按照实验电气图将系统接好2、仪表操作按照实验手册设置相应参数：主要包括Inp 33；SCL 0 ; SCH 650.03、启动实验装置4、实验内容（一）比例调节（P）控制（1）启动计算机MCGS软件，进入实验系统选择水箱液位定值控制实验（2）按下水泵1启动按钮，启动水泵1，进行实验。

（3）设定给定值30，设置P（20）参数，将I（9999）参数设置为最大值，D参数设置为0，观察屏幕上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰实验。

实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

（2）根据由实际测得的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AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，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或阶跃响应曲线。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

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。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2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：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）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1-2所示。

杭电过程控制实验报告杭电过程控制实验报告引言：过程控制是工程领域中非常重要的一个方向，它涉及到工业生产中的各个环节，从而对产品的质量和效率产生直接影响。

本文将探讨杭州电子科技大学过程控制实验的相关内容，包括实验目的、实验步骤、实验结果以及实验总结等。

实验目的：通过本次实验，旨在让学生掌握过程控制的基本原理和方法，了解控制系统的组成和工作原理，培养学生的实际动手能力和问题解决能力。

同时，通过实验的操作，学生能够对理论知识进行巩固和应用，提高实际操作能力。

实验步骤：1. 实验准备：学生需要提前了解实验的基本原理和操作步骤，并做好实验前的准备工作，包括检查实验设备的完好性和准备实验所需的材料。

2. 实验操作：根据实验指导书的要求，学生按照步骤进行实验操作，包括调试仪器、连接线路、设定参数等。

3. 数据采集：在实验过程中，学生需要及时记录实验数据，并保证数据的准确性和完整性。

4. 数据分析：学生需要对实验数据进行分析和处理，通过计算和图表的形式展示实验结果。

5. 实验总结：学生需要对实验过程和结果进行总结，包括实验中遇到的问题、解决方法以及对实验结果的评价等。

实验结果：根据实验数据的分析和处理，我们得出以下结论：1. 实验结果与理论预期相符：通过对实验数据的分析，我们发现实验结果与理论预期相符合，证明了过程控制的基本原理和方法的有效性。

2. 实验中存在的问题：在实验过程中，我们也遇到了一些问题，比如仪器故障、数据采集不准确等，这些问题对实验结果产生了一定的影响。

3. 解决问题的方法：针对实验中遇到的问题，我们采取了相应的解决方法，比如更换故障仪器、重新采集数据等，从而保证了实验结果的可靠性。

实验总结：通过本次过程控制实验，我们不仅学到了理论知识，还提高了实际操作能力和问题解决能力。

在实验过程中，我们深刻体会到了过程控制的重要性和实际应用的广泛性。

同时，我们也认识到了实验中可能遇到的问题和解决方法，这对我们今后的学习和工作都具有重要意义。

南京工程学院实验报课程名称：过程控制系统 ____________ 实验项目名称：单容对象的控制及参数整定双容对象的控制及参数整定串级系统的控制及参数整定实验学生班级：________________________________ 实验学生学号：________________________________ 实验时间：____________________________________ 实验地点：____________________________________实验成绩评定：________________________________ 指导老师签字：________________________________自动化学院实验一单容对象的控制及参数整定、实验目的1熟悉单容对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

2、根据由实际测得的单容对象的阶跃响应曲线，用相关的方法确定对象参数。

3、根据经验整定法确定单容对象控制器参数。

、实验设备PC机、MatLab软件三、实验原理一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如下图所示。

当由实验求得图中所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是单容对象的时间常数T,该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T O同样的，输入输出的比值就可以确定对象增益。

从而确定单容对象的参数。

经验整定法，书本p110。

四、实验内容和步骤1、使用MatLab进行模拟仿真。

仿真图如下:2、系统稳定后（测量值基本不变化），改变操作量值，获取单容对象的响应曲线如下图。

3、根据经验整定方法，确定系统的 P, Pl , PID 控制器。

在实验界面中控制器部分设置相应参数，同样获取系统的阶跃响应曲线。

①P 控制器► - IrOOOT 丽篇I ―3 鸟囲固⑨ *迥囿 飞DeriVatr ⅛reStePGain1I□115s÷1 ■ ISCD^e-k^>GainIIntegratDrCde45Gaiπ2LO0 4ILI W二口∙υE匚二^「H 窗虔⅜Θ1印刁 7豈幣理⑥ΞΘ9£西P口%□U Xpweylr**SS I÷J⅛⅛J; IS国首彖国用雷F 0如■* 丁G』匚T卸已因口兽磚孕QId ©五、实验结果分析1、从实验结果分析单容对象控制中P，PI,PID 控制器的特点？2、实验的收获和体会实验二双容对象的控制及参数整定一、实验目的1熟悉双容对象的数学模型及其阶跃响应曲线。

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，上位机监控软采用MCGS工控组态软。

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。

过程控制系统实验报告
控制系统是指自动地完成规定的工作，用来保证生产过程的安全、正常进行。

它包括检测设备、反馈装置以及输入信号和操纵控制阀门等部件组成。

现代化的生产设备越来越多采用自动化仪表及设施，并由此发展成为一个自动控制系统。

因此，人们将这些自动控制装置称之为“自动控制系统”。

一般地说，凡是具有确切的被控变量、测量值、反馈值和控制值（即控制对象）的独立的随动系统，都可看做是控制系统。

本次实验课是以 PID 控制系统为例，对 PID 控制系统做深入探讨，从而使学生能够理论联系实际，真正提高分析问题和解决问题的能力，培养严谨求实的科学态度。

过程控制系统中主要有：1、被控对象参数测量单元2、控制器3、执行器4、检测装置与反馈装置5、通讯网络与计算机控制系统分为
闭环控制和开环控制两大类。

开环控制系统只依靠输出量测量结果来校正偏差，然后利用调节手段去修正被控量，直到满足给定值。

开环控制适应性强，但抗干扰能力弱；闭环控制则相反。

最简单的闭环控制方法就是比例-积分控制（ P—微分—比例+积分）。

也叫 PID 控制或比例-积分式控制。

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实验时间：5月25号序号：杭州电子科技大学自动化学院实验报告课程名称：自动化仪表与过程控制实验名称：一阶单容上水箱对象特性测试实验实验名称：上水箱液位PID整定实验实验名称：上水箱下水箱液位串级控制实验指导教师：尚群立学生姓名：俞超栋学生学号：09061821实验一、一阶单容上水箱对象特性测试实验一．实验目的（1）熟悉单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。

（2）根据由实际测得的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AE2000型过程控制实验装置， PC 机，DCS 控制系统与监控软件。

三、系统结构框图单容水箱如图1-1所示：丹麦泵电动调节阀V1DCS控制系统手动输出hV2Q1Q2图1-1、 单容水箱系统结构图四、实验原理阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下，待系统稳定后，通过调节器或其他操作器，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或阶跃响应曲线。

然后根据已给定对象模型的结构形式，对实验数据进行处理，确定模型中各参数。

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。

单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时，常可用两点法直接求取对象参数。

如图1-1所示，设水箱的进水量为Q 1，出水量为Q 2，水箱的液面高度为h ，出水阀V 2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：h1( t ) h1(∞ ) 0.63h1(∞)0 T式中，T 为水箱的时间常数（注意：阀V 2的开度大小会影响到水箱的时间常数），T=R 2*C ，K=R 2为单容对象的放大倍数，R 1、R 2分别为V 1、V 2阀的液阻，C 为水箱的容量系数。

令输入流量Q 1 的阶跃变化量为R 0，其拉氏变换式为Q 1（S ）=R O /S ，R O 为常量，则输出液位高度的拉氏变换式为：当t=T 时，则有：h(T)=KR 0(1-e -1)=0.632KR 0=0.632h(∞) 即 h(t)=KR 0(1-e-t/T)当t —>∞时，h （∞）=KR 0，因而有 K=h （∞）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）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1-2所示。

《过程控制系统实验报告》院－系：专业：年级：学生姓名：学号：指导教师：2015 年6 月过程控制系统实验报告部门：工学院电气工程实验教学中心实验日期：年月日姓名学号班级成绩实验名称实验一单容水箱液位定值控制实验学时课程名称过程控制系统实验及课程设计教材过程控制系统一、实验仪器与设备A3000现场系统，任何一个控制系统，万用表二、实验要求1、使用比例控制进行单溶液位进行控制，要求能够得到稳定曲线，以及震荡曲线。

2、使用比例积分控制进行流量控制，能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

3、使用比例积分微分控制进行流量控制，要求能够得到稳定曲线。

设定不同的积分参数，进行比较。

三、实验原理(1)控制系统结构单容水箱液位定值(随动)控制实验，定性分析P, PI，PD控制器特性。

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。

使用P,PI , PID控制，看控制效果，进行比较。

控制策略使用PI、PD、PID调节。

(2)控制系统接线表使用ADAM端口测量或控制量测量或控制量标号使用PLC端口锅炉液位LT101 AI0 AI0调节阀FV101 AO0 AO0四、实验内容与步骤1、编写控制器算法程序，下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。

这些步骤不详细介绍。

2、在现场系统上，打开手阀QV-115、QV-106，电磁阀XV101（直接加24V到DOCOM，GND到XV102控制端），调节QV-116闸板开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。

3、在控制系统上，将液位变送器LT-103输出连接到AI0，AO0输出连到变频器U-101控制端上。

注意：具体哪个通道连接指定的传感器和执行器依赖于控制器编程。

对于全连好线的系统，例如DCS，则必须安装已经接线的通道来编程。

4、打开设备电源。

包括变频器电源，设置变频器4-20mA的工作模式，变频器直接驱动水泵P101。

5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。

过程控制系统实习报告学院：班级：学号：姓名：小组成员：指导老师：实习日期：1、前言这学期我们主要学习了可编程控制器S7-200，熟悉了plc的编程。

在学期最后的四周时间里，我们进行的是过程控制系统实习。

首先第一周我们用S7-200的实训装置进行实验，本次实习我们主要学习的西门子S7-200系统有小皮带线单元、机械手单元、小车定位单元、小锅炉单元，主要包括PLC与传感器综合实训、PLC与步进电机定位实训。

这些小实验的目的主要是实训前对设备的熟悉，以及编程实现相关功能，以让我们对过程温度控制系统的编程有所了解。

接下来就是用S7-300实现对过程温度控制系统的控制了。

所以我们开始自学S7-300的内容，和同伴一起慢慢摸索，解决问题。

就这样，从零开始用S7-300编程去实现简单功能。

2、S7-200实训介绍西门子S7-200系列PLC是一种小型整体结构形式的PLC,主要应用于小型系统中，它的编程软件是STEP 7 MICRO\ WIN第一章小皮带线单元本系统各单元采用西门子CPU226作为控制部件，各单元之间可以互相通讯。

在系统中采用了大量的气动原件、传感器、步进电机和异步电机等。

CPU226简介:CPU226 集成24输入/16输出共40个数字量I/O点。

可连接7个扩展模块，最大扩展至248路数字量I/O点或35路模拟量I/O点。

26K字节程序和数据存储空间。

6个独立的30KHz高速计数器，2路独立的20KHz高速脉冲输出，具有PID控制器。

2个RS485通讯/编程口，具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力，I/O端子排可很容易地整体拆卸。

用于较高的控制系统，具有更多的输入/输出点，更强的模块扩展能力，更快的运行速度和功能更强的内部集成特殊功能。

可完全适用于一些复杂的中小型控制系统。

第二章机械手单元本系统各单元采用西门子CPU226作为控制部件。

在系统中采用了气动元件、电磁阀、传感器、直流电机、继电器等。

实验一、单容水箱特性的测试一、实验目的1. 掌握单容水箱的阶跃响应的测试方法，并记录相应液位的响应曲线。

2. 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相关的方法确定被测对象的特征参数T和传递函数。

二、实验设备1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置2. 计算机及相关软件3. 万用电表一只三、实验原理图2-1单容水箱特性测试结构图由图2-1可知，对象的被控制量为水箱的液位H，控制量（输入量）是流入水箱中的流量Q1，手动阀V1和V2的开度都为定值，Q2为水箱中流出的流量。

根据物料平衡关系，在平衡状态时Q1-Q2=0 (1)动态时，则有Q1-Q2=dv/dt (2)式中V 为水箱的贮水容积，dV/dt为水贮存量的变化率，它与H 的关系为dV=Adh ,即dV/dt=Adh/dt (3)A 为水箱的底面积。

把式(3)代入式(2)得Q1-Q2=Adh/dt (4)基于Q2=h/RS，RS为阀V2的液阻,则上式可改写为Q1-h/RS=Adh/dt即ARsdh/dt+h=KQ1或写作H(s)K/Q1(s)=K/(TS+1) (5)式中T=ARs,它与水箱的底积A和V2的Rs有关:K=Rs。

式(5)就是单容水箱的传递函数。

对上式取拉氏反变换得(6)当t—>∞时,h(∞)=KR0 ,因而有K=h(∞)/R0=输出稳态值/阶跃输入当t=T 时，则有h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h(∞)式(6)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。

当由实验求得图2-2所示的阶跃响应曲线后,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T。

该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点所对应的时间就是时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数。

如果对象的阶跃响应曲线为图2-3,则在此曲线的拐点D处作一切线，它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A 点。