过程控制综合实习指导书
过程控制综合实习指导书
李应森
辽宁科技大学电信学院
一．过程控制综合实习的目的
实习题目为《过程控制过系统综合实习》实习内容主要是基于最新购进的过程控制系统实验装置上，借助数字控制仪表，可编程控制器PLC和HIM组态软件PROTOOL，MCGS对其单容液位对象，多容液位对象，温度对象和流量对象等进行全程监控。实习过程中要理论联系实际结合以往学过的课程理论，如《过程控制系统》《过程控制仪表》《PLC应用技术》，重点强化培养解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。
二．实习内容
具体内容如下：
1．全面熟悉过程控制系统实习装置平台。
2．单容液位对象开环飞升曲线及液位检测和监控。
3．液位变送器，温度变送器和流量变送器的H-U T-U F-U输入/输出特性曲线。
4．温度对象温度检测和监控。
5．S7-200 PLC的回路控制及程序设计。
6．PLC程序调试，HIM测试，系统测试。
7．PID回路参数整定。
8．实验数据收集整理，撰写实习报告和参加实习考核。
以上内容只是这次实习的总体规划，具体实施时应根据学生班级人数和具体情况灵活调整，可能只是其中一部分或若干部分。
三．过程控制综合实习设备简介
1．概述
THKGK-1是过程控制的综合实习设备，在THKGK-1上可以做实习设备的基本调试与仪的整定；单容水箱对象特性测试，双容水箱对象特性测试，温度位式控制系统，智能仪表温度位式控制系统，温度PID控制系统，单容水箱液位PID控制系，双容水箱液位PID控制系，流量控制系，单容水箱压力PID控制系等过程控制的实习内容能够完全满足工业自动化专业过程控制方面的实习要求。
2．实习设备简介
系统组成
被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。调节器主要有模拟调节器（含比例P调节、比例积分PI调节、比例微分PD调节、比例积分微分PID调节）、位式调节器、智能仪表调节器、PLC控制器、单片机控制、计算机控制等。
执行器模块主要有固态继电器、磁力驱动泵、电加热丝。
变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器（TT）、压
力变送器（PT）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号DC0-5V输出。另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机实时控制实验的需要。
系统的结构组成如图1所示，被控对象的供水有两路：一路是由磁力泵1从储水箱中抽水，通过阀1再经阀3向上水箱供水、经阀4向下水箱供水、经阀5向复合加热水箱的内胆供水；另一路是
图1 系统的结构图
磁力泵2从储水箱中抽水，分别通过阀2经阀9向上水箱供水、经阀10向下水箱供水、经阀11向复合加热水箱的夹套供水。每个水箱的出水口均经过线性化处理，上水箱的水通过阀6 流到下水箱，在上水箱中安装了压力传感器（PT、LT1），用于检测压力、液位的大小;而下水箱的水经阀7流到复合加热水箱的外套，再经阀8流回储水箱，各水箱都设有溢流口，保证水箱满后不外流并顺利经溢流口流回储水箱。在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感器（TT），它们分别用于加热和检测温度。
挂箱介绍
1）GK-01电源控制屏
GK-01电源控制屏如图3所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：
1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动和停止按钮、漏电保护器、电加热器控制开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。
图3 GK-01控制屏面板图
具体操作方法如下：
1）、将电源插座接220V市电电源，要注意“左零右火”的接线方式并且要有可靠的接地保护。如果一插上电源就有嘶嘶的声音，这时要检查电源的接线方式是否正确，是否可靠接地。
2）、插上三芯插头，此时控制屏左、右两侧的三芯电源插座均带电。
3）、先打开空气开关，再打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总
电源接通。
4）、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。
5）、拨动照明钮子开关到“上”侧，此时接通日光灯电源，日光灯亮。
注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏上漏电时保护系动作，告警灯亮并自动切断系统电源，等到解除报警时才能起动。
2、三相异步电动机电源接线区：它与GK-07交流变频控制挂件配合使用。在此接线区一共有 U1、V1、W1, U2、V2、W2六个强电接线柱，它们与三相异步电动机引线相对应，已在内部连好。
3、加热器控制接线区：包括固态继电器接线端和电加热器接线端，面板上给出了基本的工作原理。如果用温度位式控制，直接将固态继电器的220V输出端与电加热器的输入端相连；如果用温度连续控制，直接将单相调压模块的输出端与电加热器的输入端相连。
4、温度智能位式调节仪：在此把调节仪的输出和输入端子都引到面板上了，输出端包括位式调节输出及变送输出两部分，输入端包括PT100铂热电阻输入。最下面有PT100铂热电阻输出端，是检测加热水箱温度的，可以直接加到智能仪表的“PT100铂热电阻”输入端。2）GK-02传感器输出与显示
1、此挂件主要是对各个传感器变换信号的显示，包括上水箱的液位和压力；下水箱的液位
以及交流支路管道的流量。
2、如右图4所示，图中左边为各个传感器变换输出端，右边显示各个被控参量的实时测量值。
当打开电源时，各个表头就会显示相应被控参量的当前测量值。在水箱没有水的情况下有可能显示不为零，这是由于传感器的零点漂移引起的，通过调节压力变送器的零点电位器来纠正误差，具体方法后述。
3、左边输出端是各个传感器通过检测、变换后输出的电压值，也就是反馈值。它的输出与各
个被控参量显示之间有一定的比例关系，对应比例如下：
液位传感器：输出0～5V电压对应0～20Cm的高度→1V电压对应5Cm的
高度。
压力传感器:输出0～5V电压对应0～2000Pa的压力→1V电压对应400Pa的高度。
流量传感器:输出0～5V电压对应0～75ml/S的流量→1V电压对应15ml/S的流量。
温度传感器：输出0～5V电压对应0～100℃的温度→1V电压对应20℃的温度。
以上关系式是根据被控对象的量程和各个传感器的量程换算出来的，在实验过程中要注意。
图4 GK-02控制屏面板图
3）GK-03单片机控制
单片机控制挂件如图5所示。
它可以同时采集五路信号，一路输出用来控制执行器，以实现自
动控制。单片机控制挂件的主要组成部分有：
1、五路模拟量输入：分别为LT1、PT、LT
2、FT、TT，其接线端
正好与右侧GK-02屏上传感器输出端相对应，模拟量输入为0～5V标
准电压信号。
2、一路模拟量输出：此输出为单片机的控制输出端，输出为0～
5V标准信号。
3、通讯接口方式：通过RS232串行通讯口与计算机通讯，以实
现计算机监控。
4、键盘操作：共有六个功能键，分别为回路、向上、向下、整定、
移位、确认。通过对这几个功能键的操作可以对单片机的各个参数进
行整定。
5、两个显示框：功能显示框（显示所选参数）,数值显示（显示
对应参数值）。
图5 GK-03挂箱面板图
4）GK-04 模拟PID调节器挂箱
如图6所示，本挂箱由给定信号源、比例积分微分设定旋钮以及
PID调节回路组成。
调节器的结构、使用方法如下：
1、接线端：给定信号输入端、反馈信号输入端、PID信号输出
端。注意地线是公共的，只有两个地线接线端子，给定信号的大小由本
模块中给定信号源提供，反馈信号输入是由传感器输出提供，调节器输
出信号用于控制执行器（如交流电机）。
2、积分时间波段开关：共有三档：X∞、X1、X10。当选择X∞档
时才可进入纯P，或PD控制方式。
P、I、D参数设置：
“P比例调节”——比例系数KC（即放大系数）的调节。它是比
例度δ的倒数，即KC=1/δ。
“I积分调节”——指积分时间常数Ti的调节，调节范围“0.01
至2.5分”和“0.1至25分”。
“D微分调节器”——指微分时间常数Td的调节，调节范围“0.01
至10分”。图6 GK-04挂箱面板图3、“I”有开/关两种状态，“D”也有开/关两种状态（通过钮子开关切换，两个开关处于“开”时积分和微分才起作用）。
4、若需要选用“PI”控制，具体设置为：“I”波段开关置于X1或X10档，I开/关置于“开”，电位器P、I旋至某一个刻度即可。此时“D”开关应置于“关”。
5、正/反作用开关：用于改变调节器的正反作用，实质上是改变输入偏差信号的正负号，以构成一个负反馈系统。
6、手动/自动开关：当开关置于“手动”时，调节手动电位器，即可手动控制调节器输出信号。若需要进行PID控制，则此开关必须位于“自动”状态。
7、给定信号源：其输出信号由钮子开关切换输出值的正、负。
8、当进行串级模拟PID控制实验时，可利用两个GK-04调节器组成所需的自动控制系统。
5）GK-05位式、连续控制器挂箱
如图7所示，位式、连续控制挂箱由位式控制器、智能仪表、单相移相调压模块和给定信号源四部分组成。
1、位式控制器
输入端为Vmax 、Vi、Vmin,输出端为V o （在温度控制系统中用于控制固态继电器的通断）。其中Vmax表示上限电压值，Vmin表示下限电压值，Vi为反馈信号的输入端。
接线原则：上正下负（即上方空芯接线柱接电压信号正端，下方空芯接线柱接电压信号地端）。
注意：其中Vmax应大于Vmin，为保证实验效果明显，可设定Vmax与Vmin差值大于1V。
2、智能仪表
图7 GK-05挂箱面板图
本挂箱采用的是上海万迅仪表有限公司的AI-718A型智能仪表，0～5V、1～5V输入、铂热电阻输入、调节输出以及RS485通讯口等各端子已引到面板上。使用时只要将相应的连线接好就可以了，输出端是0～5V的标准信号用于驱动执行机构。
3、单相移相调压模块
面板上已经引出信号输入端和调压输出端，打开挂件上的电源开关，此模块就得电。当输入控制信号时，输出端就有电压输出，随着控制信号的变化，输出电压也会跟着变化。
4、给定信号源
分别由两路1.25～6V 的可调直流电源组成，电位器RP1和RP2分别用于调节输出电压大小，它们作为位式控制器上、下限幅值的给定。 6）GK-06控制系统流程图
图8所示，是本实验装置的控制对象系统流程图。
两路供水系统都可以供水给每个对象，包括上水箱、下水箱、复合加热水箱。
两套动力系统都采用了交流变频调速，分别驱动三相电机带动磁力驱动泵打水，每条支路都有相应的阀控制其进水量。在实验时按照实验指导书以及实验接线图连接好实验系统的连线，然后再打开对应的阀门。
图8 控制系统流程图
1）GK-07交流变频调速
如图9所示，交流变频控制挂箱面板图。变频器为三菱FR-S520S-0.4K 型。具体使用说明、参数设置及操作，详见产品使用手册 。
挂箱面板接线端子功能说明
为了使变频器各接线端子不因每次做实验经常的装拆线而损坏或丢失，应将常用端子引到挂箱面板上，以方便实验连线，它们分别是：
1、A 、B 、C ：变频器的三个输出端，（连接GK-01中的三相鼠笼电机三相定子绕阻的接线端U 、V 、W ）。
2、2和5：外部电压控制信号（0~5V ）输入端，2接信号正极，5接信号地端 。
3、STF 、STR ：电机正转与反转控制端，当STF 与SD 相连时电机为正转，当 STR 与SD 相连时电机为反转。
4、其它：
PC ：外部晶体管公共端 、DC24V 电源接点输入端 。 SE ：集电极开路公共。
RUN ：集电极开路。 图9GK-07挂箱面板图 10：频率设定用电源。
4：频率设定电流信号。
6）、RH、RM、RL：RH、RM、RL 分别与SD连接实现多段速度选择。
7）a、b、c：报警输出。
8）AM：模拟信号输出。
9）、RST：复位。
10）、SD：输入/输出公共端。
8）GK-08 PLC可编程控制
PLC结构概述
PLC可编程控制挂箱面板，如图10所示，采用西门子S7-200
PLC系列产品。
1、PLC可编程控制面板上引出二路模拟量输入端（AI1、AI2），
一路模拟量输出端（AO），十路开关量输入端（DI1—DI10），四路
开关量输出端（DO1—DO4）。
2、CPU为224，它集成14输入/10输出，总共有24个数字量
I/O点。13K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。此外，还有1个RS485通讯
/编程口，它具有PPI通讯协议、MPI通讯协议和自由方式通讯能力。
3、EM 235 模拟量扩展模块，具有4路模拟量输入，2路模拟
量输出（实际的物理点数为：4输入，1输出）。
4、PLC的编程环境软件为：STEP 7-Micro/WIN32 V3.0 ，STEP
7-Micro/WIN32 V3.0可以对S7-200的所有功能进行编程。
CPU通过PC/PPI 电缆或通过插在PG/PC上的CP 5511或CP 5611
网卡与PC/PPI电缆可以在Windows 95或Window 98下图10 GK-08挂箱面板图实现多主站模式。
5、上位机的监控软件为：PROTOOL—CS、MCGS工控组态软件以及人机控制（触摸屏控制），这三种软件都分别可以和PLC实现通讯，可以和PLC进行数据交换。基于本实验装置所提供的软件和硬件都是比较丰富的，学生可以根椐自已的爱好去选择不同的软件进行组态、编程以及运行调试，因而有益于学生动手能力的提高。
四．实习内容
实习一、实验装置的基本操作与仪表调试
一、实习目的
1、了解本实验装置的结构与组成。
2、掌握压力变送器的使用方法。
3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。
二、实习设备
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
三、实习装置的结构框图
图4-1、液位、压力、流量控制系统结构框图
四、实习内容
1、设备组装与检查：
1）、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。
3）、按下起动按钮，此时交流电压表指示为220V，所有的三芯蓝插座得电。
4）、关闭各个挂件的电源进行连线。
2、系统接线：
1）、交流支路1：将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端（注意：2正、5负），GK-07的输出“A、
B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端；GK-07 的“SD”
与“STR”短接，使电机驱动磁力泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
2）、交流支路2：将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”
两端（注意：2正、5负）；将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端；GK-07 的“SD”与“STR”短接，使电机正转打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。
3、仪表调整：（仪表的零位与增益调节）
在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出：LT1、PT、LT2、FT（输出标准DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应水位高度、压力、流量的值。对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器，当拧开其右边的盖子时，它里面有两个3296型电位器，这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。（标有ZERO 的是调零电位器，标有SPAN的是调增益电位器）
4、调试步骤如下：
1)、首先我们在水箱没水时调节零位电位器，使其输出显示数值为零。 2）、用交流支路1打水（也可以用交流支路2打水）：打开阀1、阀3、阀4，关闭阀5、阀6、阀7，然后开启GK-07变频器及GK-04给定启动三相磁力泵给上、下水箱打水，使其液面均上升至10cm 高度后停止打水。 3）、看各自表头显示数值是否与实际水箱液位高度相同，如果不相同则要调节增益电位器使其输出大小与实际水箱液位的高度相同，同法调节上、下水箱压力变送器的零位和增益。 4）、按上述方法对压力变送器进行零点和增益的调节，如果一次不够可以多调节几次，使得实验效果更佳。
实习二、单容水箱对象特性的测试
一、 实习目的
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、 实习设备
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、实习原理
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，且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4-2所示：
图4-2、 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：
Q R h dt
h
d C
R ∆=∆+∆221
-2 )()(2===K
R s H s G
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： 2-2
2-3
2-4
式（2-3）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。由式（2-4）可知该曲
线上升到稳态值的63.2%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，此切线与稳 态值的交点所对应的时间就是时间常数T 。
图2-2 阶跃响
应曲线
其理论依据是：
上式表示h （t ）若以在原点时的速度h （∞）/T 恒速变化，即只要花T 秒时间就可达到稳态值h （∞）。
式（2-2）中的K 值由下式求取：
K = h(∞)/R0 = 输入稳态值/阶跃输入 四、实习内容与步骤
1、按实验一的要求和步骤，对上、下水箱液位传感器进行零点与增益的调整。
2、按照图2-1的结构框图，完成系统的接线 （接线参照实验1），并把PID 调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于开环状态。
3、将单片机控制挂箱GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别与GK-02的传感器输出端“LT1、LT2”相连；用配套RS232通讯线 将GK-03的“串行通信口”与计算机的COM1
T S KR S KR TS S KR S H /1)1()(0
00+-
=+= )0.632h(0.632KR ) -(1KR h(T ) : ,01
-0e ∞====则有时当T t 阶跃输入
输出稳态值
因而有
时，当即=∞==∞∞−→−=O . O T 1-O R )(K R )()e -(1KR h(t) h K h t t
0.63h h h 5)-(2 )
()(00100T
h T KR T KR dt t dh t t T t e ∞====-=
连接；打开所有电源开关用单片机进行液位实时监测；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲线。
4、利用PID调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在4cm左右。
5、观察系统的被调量——水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，记录此时调节器手动输出值VO 以及水箱水位的高度h1和显示仪表LT1的读数值并填入下表。
6、迅速增调“手动调节”电位器，使PID的输出突加10%，利用上位机监控软件记下由此引起的阶跃响应的过程曲线，并根据所得曲线填写下表。
等到进入新的平衡状态后，再记录测量数据，并填入下表：
7、将“手动调节”电位器回调到步骤5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的
8、重复上述实验步骤。
五、思考题
1、在做本实验时，为什么不能任意变化阀V1或V2的开度大小？
2、用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？
六、注意事项
1、做本实验过程中，阀V1和V2不得任意改变开度大小；
2、阶跃信号不能取得太大，以免影响系统正常运行；但也不能过小，以防止对象特性的不真实性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。
3、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。
实验三、智能仪表温度位式控制系统
一、实验目的
1、了解智能仪表的使用及参数的自整定。
2、设计温度二位控制系统。
二、实验设备
1、THKGK-1过程制实验装置：
GK-02、GK-03 、GK-04、GK-07
2、AI-708智能调节器（GK-01面板上）
三、实验原理
1、AI-708智能调节仪简介：
1）、特点与用途：AI-708型仪表，具备0.2级精度，可编程输入，通过参数设置即可选择热电偶、热电阻、线性电阻和电压（电流）的输出，具备位式调节、AI人工智能调节、通讯、变送和上限、下限、正偏差、负偏差等报警功能，具有可编程模块化输出，支持时间比例（继电器触点开关、SSR电压、可控硅无触点开关及单相/三相可控硅过零触发信号等）和线性电流（包括0 – 10mA及0 – 20mA等）。它适用于化工、石化、火电、制药、冶金等行业做高精度测量、显示、变送、位式/人工智能/PID调节或报警等工作。其中AI人工智能调节可使系统实现较为理想的温度控制。
2）、主要参数功能说明：
Ctrl (控制方式)：
Ctrl=0 , 采用位式调节，只适合要求不高的场合。
Ctrl=1 ，采用AI人工智能调节/PID调节，该设置下，允许从面板启动执行自整定功能。Ctrl=2 ，启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置3或4。
Ctrl=3 ，采用AI人工智能调节，自整定结束后仪表自动进入该设置，在该设置下不允许从面板启动自整定参数功能，以防止误操作重复启动自整定。
Ctrl=4 ，该方式下与Ctrl=3 时基本相同，但其P参数定义为原来的10倍，即可将P参数放大10倍，获得更精细的控制。
HIAL(上限报警)：测量值大于HIAL+dF值时，仪表将产生上限报警。测量值小于HIAL-dF值时，仪表将解除上限报警。设置HIAL到其最大值（9999）可避免产生报警作用。
LOAL(下限报警)：测量值小于LOAL-dF时产生下限报警，当测量值大于LOAL+dF时下限报警解除。设置LOAL到其最小值（-1999）可避免产生报警作用。
dHAL（正偏差报警）：采用AI人工智能调节时，当正偏差（测量值PV减给定值SV）大于dHAL+dF 时产生正偏差报警。当偏差小于dHAL-dF时正偏差报警解除。设置dHAL=9999时，负偏差报警功能被取消。
dLAL(负偏差报警)：采用AI人工智能调节时，当负偏差（测量值PV减给定值SV）大于dLAL+dF 产生负偏差报警，当偏差小于dLAL-dF时负偏差报警解除。设置dLAL=9999时，负偏差报警功能被取消。
dF（回差）：回差用于避免因测量输入值波动而导致位式调节频繁通断或报警频繁产生/解除。
另外：Sn（输入规格）、CF（系统功能选择）、M5（保持参数），P（速率参数）等。（详见AI人工智能工业调节器使用说明书）
2、温度二位控制原理与调试方法：
1）、AI-708智能调节器作为二位调节器时的参数设置：
控制方式：Ctrl=0
输入规格：SN=21（PT100）
输入下限值：dIL=0
输入上限值：dIH=100
输出方式：OP1=0
输出下限值：OPL=0
输出上限值：OPH=100
回差：dF=0.3
系统功能选择：CF=4
通讯地址：Addr=00(0mA)
通讯波特率：BAUd=100(10mA)
运行及上电信号处理：RUN=1
（参数设置操作方法详见本书第一部分的《GK-02装置结构展示》的相关内容）
2）、AI-708作为二位调节器时的工作原理
当PV（测量温度）减小到小于SV-dF（设定温度减回差）时，调节器输出DC12V控制电压；当PV 增大到大于SV+dF（设定温度加回差）时，调节器输出控制电压为0；调节器输出的电压直接控制固态继电器的通断，以控制被控对象是否加热，从而达到控制温度的目的。
由过程控制原理可知，二位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图5-1所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为品质的指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，
若要振幅小，则周期必然短；若要周期长，
则振幅必然大。因
此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。图5-1、二位控系统的过程曲线
3）、二位控制系统方框图与结构图
图5-2 智能仪表温度控制系统方块图
四、实验内容与步骤
1、按图5-2所示的方块图，完成实验系统的连线工作。
2、按实验原理中的说明，先对AI-708智能仪表进行参数和给定值的设置，然后打开GK-01上的加热开关，使系统投入自动运行。
3、以复合加热水箱作为被控对象，手动控制交流电机使之恒速往复合加热水箱内套加水。
4、用上位机采集实时数据并显示过渡过程曲线：将AI-708的温度检测信号输出端“TT”接单片机控制GK-03的信号输入端“TT”；设置单片机回路5参数St=2、CH=100、CL=0（参数设置方法详见本书第一部分第2章《GK-02装置结构展示》中的使用说明）；用串行通信线将GK-03与上位机相连，以便实验时观察过程的曲线。
5、参考实验四的步骤，改变设定温度值，记录在不同温度下的过程曲线。
6、用直流电机驱动泵向加热水箱打水作为扰动，并记录过程曲线。
五、注意事项
1、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可，方可接通电源开始实验。
2、在老师指导下将计算机接入系统，利用计算机显示屏作记录仪使用，并保存每次实验记录的数据和曲线。
六、实验报告
1、记录控制系统过渡过程曲线。
2、画出加冷却水时被控量的动态响应曲线，并比较振荡周期和振荡幅度大小。
3、综合分析智能仪表温度位式控制系统的特点。
实习四．闭环控制系统设计
一、实习目的
1、了解S7-200PLC可编程控制器的结构与功能。
2、熟悉Step-7-micro/Win32编程软件、PROTOOL 或MCGS组态软件的使用
与CP5611卡的安装方法。
3、掌握S7-200PLC程序下载方法。
二、实习设备
1、THKGK-1过程控制实习装置
GK-02、GK-07、GK-08
2、计算机及STEP7运行环境（安装好演示程序）、MPI电缆线
三、实习要求
可编程控制器（PLC）是当代工业自动化的主导产品之一，它是一种工业专用计算机。由于这种工业计算机采用面向用户的指令，因而编程方便。它不仅能完成“逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作”，而且具有“数字量或模拟量输入/输出控制”的能力。它还容易与“工业控制系统联成一体”，易于扩充。由于PLC具有极强的控制功能，因而在过程控制中得到了广泛的应用。
组态软件PROTOOL和MCGS是当前生成控制系统HMI的流行软件，它与PLC结合起来可以提高控制功能，改善控制品质和操作质量。
该任务要求任选对象（温度，液位，流量）实施闭环控制，用S7-200 PID指令作为控制器，PROTOOL或MCGS组态软件作为HMI生成工具，能够实现手/自动转换，HMI上面可以修改PID参数，设定值输入，PV，MV和SV的文本显示和趋势曲线显示。具体任务包括PLC程序设计，组态软件程序设计，程序调试，系统参数整定等，并提交程序清单和图形样本。
实习步骤（以单回路水位控制系统为例）
1、熟悉PLC及演示软件的操作（PLC的使用及实验操作步骤详见THKGK-1型过程控制实验装置使用说明中的GK-08的使用说明）。
2、设计一个单回路水位控制系统：PLC起调节器的功能，一方面它可与差压传感器相连，获取输入信号，比较测量水位值和设定值，得到偏差，通过对偏差的处理获得控制信号；PLC输出信号直接控制电机转速，从而达到控制水位的目的。另一方面它又与计算机通讯，实现计算机的监控（注意：PLC的程序必须由上位机下载，设定值、PID参数也通过上位机软件PROTOOL-CS设定）。
1）、按图4-1所示组成一个单回路上水箱或下水箱（虚线部分）的水位控制系统。
图4-1、PLC控制系统结构图
2）、按装置使用说明中的要求，对上下水箱的液位传感器进行零位与增益的调整。
3）、用CP5611自带电缆线连接RS485通信口与CP5611卡。
4）、打开GK-08的电源开关，并将PLC置于STOP工作方式，下载程序，然后将PLC 置于RUN工作方式。
5）、按不同的控制方式设定相应的控制参数KC、TI、TD。
7）、在参数设定后，用鼠标向上拉动设定值键至所需的控制值(即设定水箱水位的高度)，再点击自动进入自动运行状态。在实时液位曲线显示区将有三条不同颜色曲线显示这三个变量的动态值。
8）、待被控水箱水位趋于稳定后加入一定的正（或负）阶跃信号（即向上或向下拉动设定键至某值），观察与记录输出值与采样值的变化规律，记录一条完整的过渡过程曲线。记录表格自拟。
五、思考问题
1、试将PLC控制与其它控制方式做一简要比较。
2、试编写一个温度控制的PID算法应用程序。
3、通过对PROTOOL软件的熟悉，试组态一个MCGS上位机监控界面。
六、注意事项
1、实习线路连好，需经指导老师检查认可后方可接通电源。
2、实习前必须熟练GK-08的使用说明。
09自动化《过程控制系统》实验指导书
实验1 用曲线拟合法估计模型参数 实验目的： 1) 掌握用曲线拟合法测试对象动态特性； 2) 熟悉MATLAB 仿真平台。 实验原理： 图1.1 输入-输出过程模型 在如图1.1 所示的过程模型中，可以通过实验测试或依据积累的操作数据，用数学方法得出过程的经验模型。 在获取了输入输出数据后，进行曲线拟合，可采用计算机和相关的软件实现。首先根据实验数据和其它验前知识，假定对象的模型结构，然后最小化模型输出)(t y 和实际输出y(t)在采样点上的误差平方和，即 ∑=-=n i i i t y t y J 1 2))()((min 进行搜索时，当J 最小时相应的对象参数即为最优参数。式中，n 为计算数据的个数。优化的算法很多，如共轭梯度法、最速下降法、Powell 法、单纯型法、罚函数法等。 本实验利用MA TLAB 优化工具箱中的“lsqcurvefit”函数对过程阶跃响应曲线进行拟合，用户假定模型的结构，编写相应的fun 函数，即ym=fun (x , t )，其中x 为模型的参数向量，待确定，t 为时间向量。给出待估计参数的初始值x0，调用曲线拟合函数计算模型参数向量的估计值x ，格式为x = lsqcurvefit (fun , x 0, t , y )，其中y 为与时间向量t 对应的输出实验数据。 实验要求： 1) 用SIMULINK 工具箱搭建如图1.2所示的开环对象测试系统，模拟实验测试环节 获取输入输出数据，此处输入采用单位阶跃信号。设置合适的“start time”和“stop time”，使得能够得到一个完整的动态过程。仿真类型设置为“Fixed -step”，并设置合适的计算步长（0.01～0.1）。 输入输出数据保存在dataty.mat 文件中，设置变量名为ty ；run 之后，可在命令窗口中输入load dataty.mat 将数据文件中的数据读入工作空间中，然后用size(ty)查看
过程控制系统实验指导书
过程控制系统 实 验 指 导 书 自动化工程学院自动控制系
实验一实验装置* 学时数：2 实验目的： (1)了解过程控制系统实验装置的总体组成部分。 (2)了解各部分的主要构件及作用。 (3)特别应知道以下内容：各种被控对象的位置、检测元件的位置及 用途、执行器件(动力器件) 的位置及用途、供水管线各阀门与供 水方式间的关系、智能仪表的调节方式及含意。 实验原理: 一概述 “THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。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，滞后控制、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AI智能仪表，DDC远程数据采集，DCS分布式控制，PLC 可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统。 被控对象 实验对象总貌图如图1-1所示： 被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW 三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。 检测装置 (1)压力传感器、变送器：三个压力传感器分别用来对上、中、下三个 水箱的液位进行检测，其量程为0～5KP，精度为0.5级。采用工业 用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技 术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作 时需提供24V直流电源，输出：4～20mADC。 (2)温度传感器：装置中采用了六个Pt100铂热电阻温度传感器，分别用 来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有3个测试点）以及上水箱出 口的水温。Pt100测温范围：-200～+420℃。经过调节器的温度变送 器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。Pt100传感器精 度高，热补偿性较好。 (3)流量传感器、变送器：三个涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控 制的动力支路、由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行 检测。它的优点是测量精度高，反应快。采用标准二线制传输方式，
过程装备与控制工程实习报告4篇
过程装备与控制工程实习报告4篇 本文是关于过程装备与控制工程实习报告4篇，仅供参考，希望对您有所帮助，感谢阅读。 1. 引言 生产实习是高等工科院校在教学过程中的一个重要的实践环节，是理论与实际相结合的有效方式，对于同学们接触工人、了解工厂、热爱自己的专业、热爱未来工作、扩大视野，并为后续课程学习增加感性认识提供了一个难得的机会。 过程装备与控制工程专业很多课程比较抽象，很多知识在没有与实践相结合的基础上是很难让人理解的，因此在专业课学习过程中组织学生去工厂认识实习与生产实习是非常有必要的。我们工科学生的生产实习是理论联系实际、培养高级工程技术人才、为后续专业课学习打下感性认识基础的非常重要的实践环节。实习时间虽然短暂，但在带队老师和工人师傅的细心介绍和耐心指导下，我感觉受益匪浅。 2. 实习目的 a) 通过观察和分析化工设备各生产过程，学到本专业的生产实践知识和了 解化工设备制造的感性认识，有利于对后续课程的理解； b) 理论联系实际。用已学的理论知识去分析实习场所看到的实际生产技 术，使理论知识得到充实、印证、巩固、深化，既体会学习书本知识的必要性，又提高解决实际工程技术问题的能力； c) 得到一次综合能力的训练和培养。 3. 实习单位简介 xxxx化肥有限公司是以生产农用化学肥料为主的国家大型化工企业，始建于1958年。公司位于苏北唯一的三级一类城市——xx。新亚欧大陆桥横贯东西与胶新、新长铁路交汇、京沪、连霍两条高速公路与205国道在境内形成双十交叉。京杭大运河傍市而过，直抵长江，距xx、xx、xx机场均100公里距离，交通区位得天独后。 在半世纪拼搏与奋斗中，xx人形成了“团结、实干、创新、奉献、”为精神
过程控制装置实验指导书
过程控制装置实验指导书 河北理工大学计控学院 实验中心
目录 实验一DBW热电阻温度变送器的调校 (3) 实验二调节器的认识和校验 (5)
实验一DBW热电阻温度变送器的调校 一、实验目的 1．熟悉和掌握变送器的结构及工作原理 2．学会热电阻温度变送器的零点调整量程调整精度检验方 二、实验仪器及设备 1 DBW—1240型热电阻温度变送器 2 直流电源一台 3 ZX54电阻箱一台 4 电流表一块 三、实验步骤及方法 1 接线： + - 温度变送器接线图
2 零点与量程调整 用直流精密电阻箱代替Rt，根据仪表测量范围调节Rt（本仪表在外壳上已表注为0—100°C范围）,调节电阻箱使其值为相应的下限热电阻值.同时调节调零电位器,使输出为4mA或1V.调节电阻箱使其为上限温度所对应的热电阻值,同时调节量程电位器,使输出为20mA或5V,反复进行多次直到“零点”和“满度”都满族要求为止. 3 精度检验 零点和满度调好后,调节Rt(即电阻箱),分别给出(T上-T下)的0％、25％、50％、75％、100％所对应的热电阻值再加上 R t下，其输出分别为4mA、8mA 、12mA、16mA、20mA.。否则应进行调整或检查出故障予以排除。 4 数据处理 附表：铂电阻分度表，分度号：Pt100 R0=100.00Ω
实验二调节器的认识和校验 一、实验目的 1、熟悉调节器的外型结构，掌握调节器的操作方法，从而进一步理解调节器的工作原理及整机特性。 2、熟悉调节器的功能，了解调节器各可调部件的位置及作用。 3、掌握调节器的主要技术性能的调校、测试方法。 二、实验装置 （一）实验所需仪器、设备 1、调节器 2、电流表 3、直流稳压电源 4、250欧姆电阻 （二）接线端子说明 1 2 端1～5V电压输入端， 2 3 端0.2～1V电压输入端， 2 3 4端热敏电阻输入端， 5 7端4～20mA电流输出端， 9 10端220V电源输入端， 17 18端温度变送输出端。 三、实验指导 1、调节器的主要性能技术指标 输入信号：1～5VDC 外给定信号：0.2～1V 输出信号：4～20mADC 负载电阻：250～750Ω 电源：100 ～240VAC 2、实验注意事项 （1）接线时注意电源的种类、极性，严防接错电源。 （2）通电前应请指导老师确认无误后方可通电。 （3）动手调校前，应搞清调节器各部件的作用，凡实验中未设计的可调元件一律不得擅自调整。 （4）调节器在调校前应预热15分钟。 （5）实验前先准备好实验记录数据表2-2和表2-3，并预习数据处理的各项误差计算公式。 四、实验原理 调节器的主要功能是接受变送器送来的测量信号Vi，并将它与给定信号Vs进行比较得出偏差ε，对偏差ε进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变调节器控制作用的
过程控制实验指导书
北方民族大学 Beifang Ethnic University 《过程装备控制技术应用》课程实验指导书 北方民族大学教务处
北方民族大学 《过程控制技术及应用》课程实验指导书 编著姜国平、刘天霞、汤占歧 校审 北方民族大学教务处 二〇一〇年六月
前言 过程装备控制技术实验室是为化工学院过程装备控制工程、化学与化学工程两个专业开设的实验课程。该实验装置主要以MPCE—1000实验系统为主，在实验教学过程中，充分强调培养学生的工艺对象分析能力、现场动手能力、控制方案综合设计能力、系统化思维能力及最新控制技术的应用能力。该实验室目前承担7个综合实验和一个开放实验的任务。实验内容多样且灵活，设备、管道、工艺参数、执行机构、控制点均可自定义，结合化工仿真软件使学生了解和熟悉化工生产过程中常见参数的控制方法及控制中常用的控制器件，如各种仪表的性能、使用方法和使用场合；了解并学会工业控制中仪表、测量、执行器的成套方法，学会按照实际被控系统要求进行实际控制系统的设计和实现；培养学生观察问题，分析问题和实验数据处理的能力，提高相关学科知识的综合运用能力；使学生了解和掌握用科学实验解决工程问题的方法。
目录 第一部分绪论 第二部分实验任务及要求 一、本课程实验的作用与任务 二、本课程实验的基础知识 三、本课程实验教学项目及其教学要求 第三部分基本实验指导 实验一流量自衡过程动态特性测试 实验二流量非自衡自衡过程动态特性测试 实验三液位自衡动态特性测试 实验四反应温度非自衡过程 实验五一阶惯性通道传递函数模型测试 实验六衰减振荡法液位PID控制器参数整定 实验七气体压力PID单回路控制系统的设计与整定
统计过程控制作业指导书
统计过程控制作业指导书 一、引言 统计过程控制（SPC）是一种利用统计技术对生产过程进行监控和管 理的工具，旨在提高产品质量、降低生产成本并减少不良率。本作业指导书旨在为实施统计过程控制的工作人员提供一套标准化操作流 程和实施方法。 二、目的 本作业指导书的主要目的是确保统计过程控制在生产过程中的有效 实施，提高产品质量和生产效率，同时降低生产成本和不良率。 三、适用范围 本作业指导书适用于所有需要进行统计过程控制的行业和公司，包括但不限于制造业、服务业、医疗行业等。 四、职责 质量管理部门负责制定和实施本作业指导书，确保所有工作人员了解并遵守本指导书。所有参与统计过程控制的工作人员应接受相关培训，并能够理解和执行本指导书。
五、操作流程 1、确定控制对象：在实施统计过程控制前，需要明确控制对象，包括产品、过程参数等。 2、数据收集：收集与控制对象相关的数据，确保数据准确、完整。 3、数据整理：对收集到的数据进行整理和分析，包括数据清洗、异常值处理等。 4、绘制控制图：根据整理后的数据，绘制控制图，包括均值-极差图、均值图等。 5、过程分析：分析控制图，查找异常原因，采取改进措施。 6、持续监控：对改进后的过程进行持续监控，确保过程稳定。 六、实施方法 1、培训：对参与统计过程控制的工作人员进行培训，确保他们了解并掌握相关知识和技能。 2、制定计划：制定详细的实施计划，包括实施时间、人员分工等。 3、实施：按照实施计划进行统计过程控制的实施。
4、检查与调整：在实施过程中，定期检查统计过程控制的效果，根据检查结果进行调整。 5、总结与反馈：完成实施后，对实施效果进行总结，将结果反馈给相关部门和人员。 七、注意事项 1、严格遵守本作业指导书的操作流程和实施方法。 2、对所有参与统计过程控制的工作人员进行定期培训和考核。 3、确保数据的准确性和完整性，避免因数据问题导致误判。 4、在实施过程中保持耐心和细心，遵循科学方法和规范操作。 5、对实施效果进行定期评估，及时调整实施方案。 6、对所有涉及敏感信息的资料进行妥善保管，确保信息安全。 7、在实施过程中遇到问题时，及时向质量管理部门报告并寻求解决方案。 磨床作业指导书 一、目的
《先进过程控制系统》实验指导书
先进过程控制系统 实验指导书 过程控制系统实验 (2) 实验一组合型过程控制系统简介及过程控制演示 (2) 实验二传感器、执行器实验 (8) 实验三系统动态特性的测试 (10) 实验四液位单回路控制系统的设计及参数整定 (12) 实验五PLC和DCS综合控制演示 (14) 仿真实验 (24) 实验一MATLAB与SIMULINK熟悉实验 (24) 实验二过程参数PID控制仿真 (25) 实验三复杂过程对象PID控制仿真 (26) 实验四非线性控制时滞系统迭代学习控制算法仿真 (27) 实验五利用输入-输出的模型参考自适应控制系统的设计与仿真 (34)
过程控制系统实验 实验一组合型过程控制系统简介及过程控制演示 一、FESTO紧凑型过程控制系统介绍 FESTO紧凑型过程控制系统如图1-1所示，在这套系统上，我们可以进行液位、温度、压力、流量的控制。 图 1-1 二、组合式过程控制系统介绍 结合过程计算机控制系统理论的学习，我们研制了一套组合式过程控制系统，这套系统可以通过灵活、方便的管路组合，实现过程控制中的五种典型控制方式—单回路控制，串级控制、前馈控制、均匀控制和比值控制。
三、主要仪器与设备 1、计算机 2、接口研华 USB-4711A USB-4711A系列包括即插即用数据采集模块，因此无需再打开您的计算机机箱来安装板卡。仅需插上模块，便可以采集到数据，简单高效。USB-4711A 是给任何带有USB端口的计算机增加测量和控制能力的最佳途径。它通过USB 端口获得所有所需的电源，所以它无需连接外部的电源。USB-4711A在一块卡上包含了所有的数据采集功能，如：16路AI，2路AO，8路DI，8路DO，1路32位计数器，其中A/D数据采集为12位。USB-4711A板卡的如图1-2。 图 1-2 USB-4711A板卡
自动化过程控制实验指导书
一、过程控制仪表认识实验 一、实验目的 1、熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。 2、掌握常用传感器的工作原理及使用方法。 二、实验内容 1、水箱 本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。 整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。 打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。 2、微型锅炉、纯滞后系统、热电阻 本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。 热电阻为Pt100，三线制工作。 温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。 系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为4—20mA的标准电流，输出为380V的交流电。 3、液位传感器 本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。 压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。 零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。 满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。
调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。 4、电动调节阀 采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-20—70摄氏度，输入信号为4—20mA的控制信号，输出信号为4—20mA 的阀位信号。 5、变频器 采用日本三菱FR-S520变频器，内控为0—50HZ，外控为4—20mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。 内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。 外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。 内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。 6、水泵 采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。 7、流量计 流量计由流量传感器和转换器组成。 采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为0—0.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，4—20mA 标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。 转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。 它为内置电源。 8、调节器 采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID 控制器。 输入为1、2端子，输入为1—5V。 输出为7、8端子，输出为4—20mA。 主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。
《检测与过程控制技术》实验指导书
《检测与过程控制技术》八个实验 1.实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验（前三个实验相关章 节：压力检测） (1) 2.实验二金属箔式应变片半桥性能实验 (3) 3.实验三金属箔式应变片全桥性能实验 (5) 4.实验十四电容式传感器的位移实验（相关章节：物位检 测） (6) 5.实验三十五热电偶测温性能实验（相关章节：温度检测） (7) 6.实验三十七热电阻测温特性实验（相关章节：温度检 测） (8) 7.实验三十九气体流量的测定实验*（相关章节：流量检测） (9) 8.温度测量控制实验（相关章节：PID控制规律） (10) ①实验一金属箔式应变片单臂电桥性能实验 一、实验目的：了解金属箔式应变片的应变效应，单臂电桥工作原理和性能。 二、基本原理： 电阻丝在外力作用下发生机械变形时，其电阻值发生变化，这就是电阻应变效应，描述电阻应变效应的关系式为：ΔR/R=Kε 式中ΔR/R为电阻丝的电阻相对变化值，K为应变灵敏系数，ε=Δl/l为电阻丝长度相对变化。 金属箔式应变片是通过光刻、腐蚀等工艺制成的应变敏感元件，用它来转换被测部位的受力大小及状态，通过电桥原理完成电阻到电压的比例变化，对单臂电桥而言，电桥输出电压，U01=EKε/4。（E为供桥电压）。 三、需用器件与单元：应变式传感器实验模板、应变式传感器、砝码（每只约20g）、数显表、±15V电源、±4V电源、万用表（自备）。
四、实验步骤： 1、根据图（1-1），应变式传感器已装于应变传感器模板上。传感器中各应变片已接入模板左上方的R1、R 2、R 3、R4标志端。加热丝也接于模板上，可用万用表进行测量判别，R1=R2=R3=R4=1KΩ，加热丝阻值约为50Ω左右。 2、实验模板差动放大器调零，方法为：①接入模板电源±15V（从主控箱引入），检查无误后，合上主控箱电源开关，将实验模板增益调节电位器Rw3顺时针调节到大致中间位置，②将差放的正、负输入端与地短接，输出端与主控箱面板上数显电压表输入端Vi相连，调节实验模板上调零电位器RW4，使数显表显示为零（数显表的切换开关打到2V档），完毕关闭主控箱电源。 3、参考图（1-2）接入传感器，将应变式传感器的其中一个应变片R1（即模板左上方的R1）接入电桥作为一个桥臂，它与R5、R6、R7接成直流电桥（R5、R6、R7在模块内已连接好），接好电桥调零电位器Rw1，接上桥路电源±4V（从主控箱引入），检查接线无误后，合上主控箱电源开关，先粗调节Rw1，再细调RW4使数显表显示为零。
过控实验指导书
过程控制系统实验指导书编制于忠得扬增平 大连轻工业学院信息科学与工程学院
前言 本实验指导书是根据“过程控制系统课程教学大纲”的要求，结合浙江天煌科技实业有限公司提供的“THJ－3型高级过程控制实验装置”的资源情况编制的。旨在满足自动化本科“过程控制系统”课程8～10学时实验需要。 通过实验，希望能够使学生在以下几个方面学习和提高实验技能，加深对本门课程理论知识的掌握。 1、变送器特性的认识及零点迁移与满度调整； 2、自动化仪表的初步使用； 3、变频器的基本原理和初步使用； 4、电动调节阀的流量特性和原理； 5、测定被控对象特性的方法； 6、单回路控制系统的投运与参数整定； 7、串级控制系统的投运参数整定； 8、比值控制回路系统的投运参数整定； 9、控制参数对控制系统控制质量指标的影响； 10、控制系统的设计、计算、分析、接线、投运。
目录 THJ-3型过程控制系统实验装置简介 (3) 实验一过程控制系统操作实验 (12) 实验二单容水箱液位特性测试实验 (13) 实验三液位单回路系统实验 (18) 实验四水箱液位流量串级系统实验 (21) 实验五单闭环流量比值系统实验 (25)
THJ-型过程控制系统实验装置简介 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。 一、被控对象 1、对象组成 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。 水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用优质淡蓝色圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸为：d=35cm,h=20 cm。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶液位单回路控制实验和双闭环、三闭环液位串级控制等实验。储水箱是采用不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝完全能满足上、中、下水箱的实验需要。储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩，防止两套动力支路进水时有杂物进入泵中。 模拟锅炉：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，由二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度，可完成温度的串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验。 盘管：长37米（43圈），可做温度纯滞后实验，在盘管上有三个不同的
PLC综合实训室实训指导书
PLC综合实训室实训指导书 ---基于西门子全自动网络控制系统 自动化教研室 实训一控制网络系统的组成及其认识实验 实训目的： （1）系统了解本控制网络系统的硬件组成部件及其特点。 （2）了解本控制系统软件的特点及其配置。 （3）教育学生爱护实验装置，养成良好实验习惯。 实训内容及步骤： （1）系统简述 全自动控制系统是基于PROFIBUS和工业以太网通讯协议、在传统过程控制实验装置的基础上升级而成的新一代过程控制系统。
控制对象总貌图如图1-2所示。 图1-2 控制对象总貌图
本实验装置由被控对象和上位控制系统两部分组成。系统动力支路由由变频器、三相磁力驱动泵（380V变频）、压力传感器、液位传感器及手动阀组成。 1、被控对象 被控对象由不锈钢储水箱、圆筒形有机玻璃水箱组成。 水箱：包括有机玻璃水箱和储水箱。圆筒型有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直能接观察到液位的变化和记录结果。水箱尺寸为：d=18cm,h=60 cm。储水箱尺寸为：长×宽×高=60cm×50㎝×40㎝。 管道：整个系统管道采用不锈钢管组成，所有的水阀采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀，当水箱需要更换水时，将球阀打开让水直接排出。 2、检测装置 压力传感器、液位传感器：采用工业用的扩散硅压力变送器，扩散硅差压变送器，其精度为0.5级，因为为二线制，故工作时需串接24V直流电源。 3．执行机构 变频器：本装置采用SIEMENS带PROFIBUS-DP通讯协议模块的变频器，其输入电压为三相AC380V，输出为三相AC380V。 水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为CHL-2-50，流量为32升/分，扬程为5米，功率为550W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。 可移相SCR调压装置：采用可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热，从而控制锅炉的温度。 电磁阀：在本装置中作为气动调节阀的旁路，起到阶跃干扰的作用。电磁阀型号为：2W-160-25 ；工作压力：最小压力为0Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2 ；工作温度：－5～80℃。 4．控制器 控制器采用SIEMENS公司的S7300 CPU，型号为314C-2DP，本CPU既具有能进行多点通讯功能的MPI接口，又具有PROFIBUS-DP通讯功能的DP通讯接口。本机还集成了24点开关量输入、26点开关量输出；4点模拟量输入、2点模拟量输出、1点电阻输入。 （3）总线控制柜 总线控制柜有以下几部分构成： 1、控制系统供电板：该板的主要作用是把工频AC220V转换为DC24V，给主控单
宁波工程学院 过程控制系统 CS4000DCS实验指导书 廖远江 201402(4次实验)
过程控制系统 实验指导书 宁波工程学院 电子与信息工程学院 电气工程及其自动化教研室
目录 目录 ................................................................................................................................................. II 实验一、一阶单容水箱对象特性测试实验.. (1) 实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 (5) 实验三、单容水箱液位PID整定实验 (9) 实验四、双容水箱液位PID整定实验 (12)
宁波工程学院过程控制系统实验指导书 实验一、一阶单容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 CS4000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： 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：
《工业自动化仪表与过程控制》实验指导书
《工业自动化仪表与过程控制》实验指导书 授课学时：8课时 授课班级：芙蓉自动化0901、0902 授课学期：2012年上学期 授课教师：敖章洪
工业自动化仪表与过程控制实验项目一览表 实验参考书： https://www.wendangku.net/doc/ad19222498.html,GK-1型操作说明书.实验指导书
实验一实验装置的基本操作与仪表调试实验学时：2学时 实验类型：验证 实验要求：必做 一、实验目的 1）、了解本实验装置的结构与组成。 2）、掌握液位、压力传感器的使用方法。 3）、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。 二、实验设备 1) TKGK-1型过程控制实验装置： 交流变频器GK-07-2 直流调速器GK-06 PID调节器GK-04 2)万用表 三、实验装置的结构框图 图1-1、液位、压力、流量控制系统的结构框图 四、实验内容 1、设备组装与检查： 1）、将GK-07-2、GK-06、GK-04挂件由左至右依次挂于实验屏上。并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。
2）、检查挂件的电源开关是否关闭。 3）、用万用表检查挂件的电源保险丝是否完好。 2、系统接线 1）、直流部分：将一台GK04的PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”接GK06的控制电压“输入”；GK06的“电枢电压”和“励磁电压”输出端分别接GK01的直流他励电动机的“电枢电压”和“励磁电压”输入端。 2）、交流部分：将另一台GK04的PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置，并将其“输出”端接GK-07-2变频器的“2”与“5”接线端；将GK-07-2变频器的输出“A、B、C”接GK-01上三相异步电机的“A、B、C”输入端；将三相异步电机接成三角形，即“A”接“Z”、“B”接“X”、“C”接“Y”；GK-07-2 的“SD”接“STR”使电机正转打水，（若此时电机为反转则“SD”接“STF”）。 3、启动实验装置： 1）、将实验装置电源插头接到~220V市电电源。 2）、打开电源空气开关与电源总钥匙开关。 3）、按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源，交流电压表指示220V。 4、仪表调整：（仪表的零位与增益调节） 在GK-02装置结构展示屏的左侧，有五组传感器检测信号输出：LT1、PT、LT2、FT、TT（输出标准信号DC0~5V），它们旁边分别设有数字显示器，以显示相应的输出值。在LT1、PT、LT2数字显示器的右边各有二个电位器，可通过这些电位器调整相应传感器的零位和增益，在每次实验进行之前，必须作好这些准备工作。 调试步骤如下： 1)、将三根?6的橡皮导气管（约0.6m长）的一端分别竖直地插入上、下水箱底部（上水箱两根，下水箱一根），再将它们的另一端接到三个差压传感器（MPX2010DP）的正压室。 2）、打开阀1、阀3，关闭阀7、阀8，（或者打开阀7、阀8，关闭阀1、阀3）关闭阀2、阀4、阀5、阀6，然后开启变频器（或直流调速器），启动一个齿轮泵，给上、下水箱供水，使其液面均上升至10cm高度，关闭变频器（或直流调速器）。 3）、将各增益调节电位器置于中间位置，然后调节零位调节电位器，使LT1 两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，LT2两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，PT两端的输出电压为3.33V（显示器显示980）。 4）、零位调节 a、打开阀2、阀4，排空上、下水箱中的水，关闭阀2、阀4。 b、调节“零位调节”电位器，使LT1、LT2和PT输出为零伏，显示器显示为 00.00cm。注：稳定几分钟后进入下一步。 5）、开始增益调节： a、启动齿轮泵，使上、下水箱水位上升至于10cm高度，然后再关闭齿轮泵。 b、调节“增益调节”电位器，使LT1、LT2显示器显示10.00cm，Pa显示器显示980Pa。 6）、重复实验步骤4、5，反复调整零位和增益，使上、下水箱水位为零时，LT1、LT2、PT输出都为0V（显示器显示00.00）；上、下水箱水位上升至于10cm高度时，LT1两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，LT2两端的输出电压为3.33V(显示器显示10.00)，PT两端的输出电压为3.33V（显示器显示980）。
过程控制及仪表实验指导书
过程控制及仪表实验指导书 过程控制系统及仪表 实验指导书 潘岩左利 长沙理工大学 电气与信息工程学院 20XX年4月 1 目录 第一章系统概述第二章实验装置介绍 一、THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台三、软件介绍 四、实验要求及安全操作规程第三章实验内容 实验一、单容自衡水箱液位特性测试实验实验二、双容水箱特性的测试实验实验三、单容液位定值控制系统实验 2 第一章系统概述 THSA-1型过程综合自动化控制系统(Experiment Platform of Process Synthetic automation Control system)THJ-3型高级过程控制对象系统实验装置、THSA-1
型综合自动化控制系统实验平台及上位监控PC机三部分组成。如图1-1所示。 图1-1 THSA-1过程综合自动化控制系统实验平台 该套实验装置紧密结合工业现场控制的实际情况，能够对流量、温度、液位、压力等变量实现系统参数辨识，并能够进行单回路控制、串级控制、前馈-反馈控制、滞后控制、比值控制、解耦控制等多种控制实验，是一套集成了自动化仪表技术、计算机技术、自动控制技术、通信技术及现场总线技术等的多功能实验设备。 THSA-1型过程综合自动化控制系统能够为在校学生和相关科研人员提供有力帮助。学生通过学习，应对传感器特性及零点漂移有初步认识，同时能掌握自动化仪表、变频器、电动调节阀等仪器的规范操作，并能够整定控制系统中相关参数。 这套实验设备综合性强，所涉及的工业生产过程多，所有部件均来自工业现场，严格遵循相关国家标准，具有广泛的可扩展性和后续开发功能，有利于培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的创新能力. 整套实验装置的电源、控制屏均装有漏电保护装置，装置内各种仪表均有可靠的自保护功能，强电接线插头采用封闭式结构，强弱电连接采用不同结构接头，安全可靠。 3
过程控制实验指导书讲解
过程控制实验指导书 授课学时：16课时 授课专业：自动化 授课教师：姜倩倩
目录 过程控制实验项目一览表 ............................................................................................ - 1 - 实验一：一阶系统数学模型的建立 ............................................................................ - 2 - 实验二：PID控制器参数自整定............................................................................... - 4 - 实验三水箱液位PID控制........................................................................................ - 8 - 实验四水箱压力的PID调节控制 .......................................................................... - 14 - 实验五串级水位控制系统设计 ............................................................................ - 17 - 实验六前馈-反馈控制系统仿真实验 .................................................................... - 19 - 实验七单片机液位控制系统 .................................................................................. - 22 - 实验八单容液位PLC控制 ...................................................................................... - 25 -
过程装备与控制工程认识实习报告
过程装备与控制工程认识实习报告 篇一：过程装备与控制工程专业毕业实习报告范文 过程装备与控制工程专业 毕 业 实 习 报 姓名：杜宗飞学号：2011090118 专业：过程装备与控制工程班级：过程装备与控制工程01班指导教师：赵建明实习时间：XXXX-X-X—XXXX-X-X 20XX年1月9日 目录 目录............................................................................... (2) 前
言............................................................................... (3) 一、实习目的及任务............................................................................... .. (3) 实习目的................................................................................. .. (3) 实习任务要求................................................................................. (4) 二、实习单位及岗位简介............................................................................... (4) 实习单位简介................................................................................. (4) 实习岗位简介（概况）............................................................................. (5) 三、实习内容（过程）...........................................................................
统计过程控制作业指导书
统计过程控制作业指导书 1. 目的 规定过程能力分析和过程控制的方法。 2. 适用X围 适用于本公司机器能力（CMK）研究、初始能力（PPK）研究和长期能力（CPK）研究。 3. 术语 3.1统计过程控制SPC 使用诸如控制图等统计技术来分析过程或其输出，以便采取适当的措施来达到并保持统计控制状态，从而提高过程能力。 3.2 过程能力：一个稳定过程的固有变差（6δR/d2）的总X围。 3.3 控制图 用来表示一个过程特性的图象，图上标有根据那个特性收集到的一些统计数据，如一条中心线，一条或两条控制限。它能减少Ⅰ类错误和Ⅱ类错误的净经济损失。它有两个基本的用途：一是用来判定一个过程是否一直受统计控制；二是用来帮助过程保持受控状态。 3.4 变差 过程的单个输出之间不可避免的差别；变差的原因可分为两类：普通原因和特殊原因。 3.5 普通原因 造成变差的一个原因，它影响被研究过程输出的所有单值，在控制图分析中，它表现为随机过程变差的一部分。 3.6 特殊原因 一个间断性的，不可预计的，不稳定的变差根源。有时被称为可查明原因，存在它的信号是：存在超过控制限的点或存在控制限内的链或其它非随机的图形。 3.7 设备能力指数Cmk 设备能力满足加工精度的要求。是反映机械设备在受控条件下，当其人/料/法不变时的生产能力大小。 3.8 初始能力指数Ppk 短期过程能力研究。是从一个操作循环中获取的测量为基础。其用途：验证首批产品；设备能力研究；验证一个新的或经修改的过程实际性能是否符合工程参数。 3.9 长期能力指数Cpk 长期过程能力研究,是通过长时间进行测量所收集的数据为基础，它能包括所有可能预计的变差的原因。其用途是用来描述过程在很长时期内包括多种变差原因出现后能否满足顾客要求的能力。 3.10质量水准PPM：即每百万个零件不合格数。指一种根据实际的缺陷材料来反映过程能力的一种方法。 PPM数据常用来优先制定纠正措施。 4. 职责 4.1质量部根据设计要求负责制订Ppk、Cpk计划并组织实施，确保过程能力满足规定要求。4.2 生产部负责制订Cmk计划并组织实施，确保设备能力满足规定要求。 4.3 现场检验员负责相关数据的采集、记录相关重要事件，描点。 4.4 相关职能部门负责纠正和预防措施的制订和实施。 4.5 质量部负责纠正和预防措施的监督和验证。 5. 规定 5.1由质量部根据顾客的要求和产品的生产周期决定管理项目的抽样方法和频率（具体方法见附件二），并将其在相应的控制计划中予以明确规定，由生产部门和检验部门实施和执行。 5.2由质量部根据顾客要求和公司产品实际所能执行的统计过程控制能力确定管理项目统计过程控制的
过程控制作业指导书
1.目的 明确客户要求并可有效地监控过程反馈的信息，以此测量并改进质量管理体系的运作。 2.适用范围 适用于公司各部门对过程出现的异常、意见的处理，与客户间的沟通及对客户反馈的处理。 3.职责 3.1运营课、加工课、金型课、品质课 A.负责客户反馈、过程异常处理的组织工作。 B.负责各部门调查表格的汇总与登记。 3.2各职能部门负责人： A.落实所提出的纠正和预防措施的实施工作。 4.作业 4.1产品要求的收集与评审： 由各部门具体业务人员收集客户对产品要求的资料。产品要求主要包括产品技术要求、交付要求及支持要求。 如果在客户所提供的要求资料中有超越业务人员的权限，或非客户规定但却是预期或特定用途所不可少的产品要求的，业务人员应上报给部门负责为人确定。 如客户提出与产品的责任，包括法规和法律要求或部门负责人无法确定的要求的，必须上报总经理或副总经理审批。 如果经与供应商确定的要求与客户提出的要求有异议的，由业务人员和部门负责人配合与客户和供应商之间进行协调，最终达成一个三方可以接受的产品的综合要求并将最终结论记录。其中书面的或非书面的要求必须通过客户和供应商的确认。 如果三方未达成共识的，须以客户为主重新寻求可能满足要求的供应商。如仍然不能达成，由业务人员将作为备用文件存档。 产品要求的评审具体按《合同评审程序》执行，产生的记录按《记录管理程序》控制。
4.2与客户过程的控制： 产品信息的沟通按第4.1进行。 询价、合同或订单的处理和修订按《合同评审程序》、《采购控制程序》中相关规定进行。 业务人员通过电文、传真、信函、面访、电子邮件等方式与客户沟通，了解客户对产品的反馈信息。 由各部门建立客户档案及应收、应付账款档案。对新开发的客户，包括潜在客户，做好相关登记工作，各项记录内容要求填写公司名称、地址、联系人及联系方式等。 4.3客户投诉控制： 投诉级别按如下区分： （1）拜访、电话口头投诉为轻主投诉； （2）信件、传真函投诉为中度投诉； （3）登门拜访、媒体投诉为重度投诉。 投诉处理流程： （1）各部门业务人员接到投诉内容（如投诉人、投诉时间、投诉要求、处理期限等）记录于《顾客投诉登记表》中后进行调查确认并作原因分析。如投诉产品的必须填写所投诉产品的订购日期和当时供货日期及产品名称。 （2）对于轻度投诉，业务人员可电话回复但必须记录后上报部门负责人，对于中度以上投诉，业务人员必须在得到部门负责人或公司领导确认后方可回复客户。 （3）经调查和核实后，由各部门负责人与业务人员共同填写《顾客投诉登记表》中的处理对策项目，凡涉及索赔要求的，部门负责人须上报总经理或副总经理批准。 （4）各部门业务人员将作为对策实施及效果验证的跟踪验证员，处理对策实施后，跟踪验证员必须将实施后的效果记录在《顾客投诉登记表》中，并由部门负责人签字确认。 总结评价。部门负责人和业务人员共同对投诉处理过程进行每月底一次的总结与综合评价。投诉的内容应作为管理评审的输入。 6.相关文件