学生实习(实训)总结报告——关于过程控制系统装置综合实训总结-精品.docx

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1、重庆科技学院学生实习（实训）总结报告院（系）:电气与信息工程学院专业班级：测控普-07学生姓名：刘恩刚学号：2007440774实习（实训I）地点：I506和I501报告题目:关于过程控制系统装置综合实训总结报告日期：2010年12月26日指导教师评语：成绩（五级记分制）：指导教师（签字）：目录1实训安排12简单控制系统电器连接图22. 1温度采集传感器PT1oo22.2 AS3010智能仪表22.3 CHNT612模块22.4 上位机33复杂控制系统的组成和参数调整43. 1液位-流量的串级控制系统43.1.1液位-流量的串级控制系统组成43.1.2 液位-流量的串级控制系统参数整定43.1

2、.3 液位-流量的串级控制系统参数整定结果及分析53.2下水箱液位的前馈反馈控制系统53. 2.1下水箱液位的前馈一反馈控制系统的原理和结构54. 2.2下水箱液位的前馈一反馈控制系统参数的整定65. 2.3下水箱液位前馈一反馈控制系统参数整定结果及分析73.3 单闭环流量比值控制系统83. 3.1单闭环流量比值控制系统原理及结构84. 3.2单闭环比值控制系统的参数整定85. 3.3单闭环比值控制系统参数整定结果及分析83.4 单容、双容水箱性的测试93.4.1单容水箱的特性测试93.4.2双容水箱的特性测试104仿真体会125总结131实训安排这次实训共有两个星期，主要有以下4个大的内容。

3、第一个任务是查简单控制回路电器连接图。查完用Prote1画出来，绘制电器连接图。流量温度，压力电路图。分10人，每人做一个图，一天。第二个任务是对象的传递函数，做控制对象的数学模型，用实验法。一天时间，单容水箱和双容水箱的数学模型。第三个任务是复杂控制系统的组成和参数调整，3天。做3个复杂控制系统，液位流量的串级控制系统，做单闭环比之控制系统，做一个前馈控制系统，每个系统做一天，要完成系统接线。要完成干扰源的加入已经各种情况下的参数整定。第四个任务是典型控制系统的操作。3个代表：热交换系统，投运操作，间歇反映,连续反映。2简单控制系统电器连接图本小组是第一组，在这一组中，本同学组要是查看温度控

4、制系统的电器连接图，在这个温度控制系统中，组要由4部分组成。及采集温度的传感器PT1o0、智能温度控制模块AS3010智能仪表、进行适时监控的PC机、电压转换器等。2.1 温度采集传感器PTIOO在本温度控制系统中，所用的传感器是工业上常用的PT1OO温度传感器，它具有测量精度高，线性度较好的优点。而且它比起热电偶来说，具有在较低温度下有较大的输出信号的优点；比起铜热电阻来讲，它不易被氧化，性能比铜热电阻稳定。总之，它是在测温范围在-50到500的首选产品。用这个温度传感器测温的时候，由于控制芯片往往离传感器比较远，在测温电桥中，如果采用两线制，导线电阻带来的误差往往非常大。如果采用四线制，成

5、本有比较高，所以往往都采用的是三线制。在本温度系统中，也是采用三线制接法。2.2 AS3010智能仪表AS3010智能仪表可以直接把PT1OO的电阻信号转变成4到20毫安的标准信号。因此，在本加热系统中，是直接把PT1OO的电阻信号接在了AIO+和AI0一的接线端子。这样就可以成功地把电阻信号转换成了DDZ-3型标准信号。AS3010可以进行PID运算，把标准电流信号来做PID运算，再把输出信号以4到20毫安的标准信号输送到CHNT612,它可以接收来自控制器的DDZ3型标准控制信号，在由它来控制加热炉的380V三相电。在AS3中，还有串行总线端口，有了这个端口，就可以和上位机进行通讯，上位机

6、可以直接监控整个温度控制系统的运行状况，也可以在上位机上修改PID各个参数。2.3CHNT612模块CHNT612模块是接收AS3010传来的标准控制信号，它可以按照传来的4到20毫安标准信号的大小，成正比地输出加热炉的电压控制信号。这样，就达到了用小信号控制大信号的目的。2. 4上位机在本系统中，上位机起到实时监控的目的，同时还可以在上位机上设计积分时间、微分时间、比例系数、温度的设定值等参数。它和AS3O1O之间的通讯，是通过串行总线进行的，整个控制系统的接线框架就是这样，图2就是整个加热炉温度控制系统的接线图。3复杂控制系统的组成和参数调整2.1 液位-流量的串级控制系统2.1.1 液位

7、-流量的串级控制系统组成串级调节是改善调节质量的有效方法之一，它得到了广泛的应用。它适用于控制对象的容量滞后、纯滞后大，干扰较大以及非线性严重的控制场合。它是一个双回路控制系统，实质上是把两个调节起串接起来，通过它们的协调工作，使一个被调参量准确保持为给定值。传级控制系统由主回路和副回路两个闭环组成，其中，副环的对象惯性小，工作频率高，而主环的惯性大，工作频率低。为了提高系统的调节性能，希望主副环的工作频率相差三倍以上，以避免频率相近发生共振现象而破坏正常工作。在本串级控制系统中，是下水箱的液位控制系统。所以控制对象是下水箱的液位。要保持下水箱液位不变，如果用简单控制，则是通过检测下水箱的液位

8、，如果下水箱的液位高于设定值，则就减小控制阀门的开度，从而控制流量的减小;如果下水箱的液位低于设定值，则加大控制阀门的开度，从而加大流量的输出；这样就保持了水箱液位的相对恒定。但是这样存在一个问题，就是当管道的压力变化的时候，同样的阀门开度，却带来了不同的流量大小，这样流量的扰动使控制效果变坏。同时，当流量变化后，要经过一定的输送管道才能到达容器，这样有加大了纯滞后时间，使总的滞后时间加大，从而使控制效果变差。为了解决上述问题，本控制方案采用了串级控制体统，为了避免流量的变化对调节系统性能的影响，本控制系统增加了一个副回路，即通过传感器检测管道的流量，通过流量信号和液位信号来构成双闭环，用最后

9、的输出控制电磁阀，从而实现了下水箱液位的串级控制。整体来看，本系统是这样组成的，通过传感器检测下水箱的液位，在把传感器的输出信号给AS3010的第一个智能控制器，把第一个智能控制器的输出给第二个控制器的外给定信号，这相当于是低二个控制器的设定值，只不过设定值是外给定的。同时，把流量信号传递给了这个控制器，这个流量信号就是这个控制器的测量值，这样就实现了下水箱液位的串级控制。2.1.2 液位-流量的串级控制系统参数整定在本次控制器的整定参数中，是使用的“两步整定法”，在主环闭合的情况下，将主调节器的比例带P1设置在100%,用经验法整定副回路。求出副回路在衰减率为0.75左右时副调节器的比例度P

10、2。将副回路置于求得的这一比例度上,并且把副回路视为调节系统的一个组成部分，用同样的方法，求出主回路在衰减率为0.75左右的主调节器的比例度P和被调量Y1在出现第一个高峰时的时间Tro然后根据P、Tr按经验公式求出主调节器的参数。就这一按，先副后主的原则，先放上副调节器的参数，在放上主调节器的参数。反复调试，求出主副回路的最佳P1D参数。2.1.3 液位-流量的串级控制系统参数整定结果及分析图3.1.3是液位-流量的串级控制系统参数整定结果，它是在变频器的扰动频率加35HZ的扰动信号下系统的飞升曲线图。由图可以看见，副回路是用的纯比例调节，它的作用是消除主要的误差，所以，理论上用纯比例调节比较

11、合适,纯比例调节足够消除大部分误差。同时，可以发现主回路是用的P1D调节，因为主回路的作用是消除静态误差，所以调节器中包含积分项是很有必要的，微分作用是为了减小调节时间。最后，本串级调节系统的静态误差为0左右,在这么大的扰动下做到0.1的静态误差还是相当满意的。手功手动I图3.1.3液位-流量的串级控制系统参数整定结果tt(PV1)设定值(SVD而出值(MV1)比例带(PI)一枳分时间(Ti)徽分时间(TdI)汨j值，32.设定值(SV2)(S.MV2;比例带(P2)-枳分Be间IT.就分不画西4545.032.010.040.00.0Fi放大曲线0.0470.48087.03. 2下水箱液位

12、的前馈反馈控制系统3. 2.1下水箱液位的前馈一反馈控制系统的原理和结构前馈控制系统又称为扰动补偿，它是一个开环控制系统，它与反馈调节原理完全不同，是按引起被调参数变化的干扰大小进行的调节。在这个系统中要直接测量负载干扰量的变化，当干扰刚刚出现又能测出时，调节器就能发出调节信号使调节量做相应的变化，使两者抵消于被调量发生偏差之前。因此，前馈调节对干扰的克服比反馈调节块。由此可见，如果补偿得当，对应某一特定扰动，前馈控制系统的品质将十分理想，明显优越于反馈控制系统。但是，要实现完全补偿并非容易的事，因为要得到工业过程的精确数学模型是非常困难的一件事。同时，扰动也不是特定的一种或数种，因此，为了保

13、证有更大的适应性，往往把前馈控制系统和反馈控制系统结合起来，构成前馈反馈控制系统。前馈克服主要扰动的影响，反馈克服余扰动以及前馈补偿不完全部分。这样，系统理论上在大而频繁的扰动下，依旧可以得到良好的控制品质。在本下水箱液位的前馈一反馈控制系统中，是通过变频器控制其中一个水泵，手动改变变频器的频率，从而改变干扰的大小，在利用流量传感器测出这个支路流量的大小，把这个流量的大小值传输到控制器上，实现对它的开环控制。同时，把液位的高低用传感器测量出来，同时作用于控制器，并且使控制器的输出作用于电磁阀，来调节主回路的流量大小。主要的干扰就通过流量变送器测量出来，并且在干扰还没作用到对象之前，就对它进行了

14、相应的处理，实现了提前控制，使干扰消除于萌芽之中。同时，还通过测量下水箱液位来实现反馈控制，即当下水箱液位的设定值不等于实际测量值时，就通过控制器的输出作用于电磁阀，改变主流量的大小，从而保证液位的相对稳定。3.2.2下水箱液位的前馈一反馈控制系统参数的整定在本控制系统中，参数整定是用的经验法。具体来说，是通过对控制对象施加扰动，然后根据测量值跟随设定值在时间轴上的变化趋势来设定PID三个参数的大小，通过反复的施加扰动，并不断改变P1D三个参数，最终早点一组相对合适的PID参数。经验法的整定依据主要有以下几点。比例系数Kc对系统性能的影响在系统的动态过程中，比例系数越大，系统的动作越灵敏，速度

15、越快。但比例系数增大，振荡次数增多，调节时间加长。KC太大，将使系统不稳定。KC太小，又会使系统动作不灵敏。当系统达到稳态时，加大KC可以减小稳态误差，提高控制精度，但不能完全消除稳态误差。本次系统Ke在50.O到80.O效果都比较好。积分时间Ti对系统的影响在系统的动态过程中，积分控制通常使系统稳定地下降。Ti太小将使系统趋于不稳定。Ti太小，振荡次数增多；Ti太大，对系统的性能影响小，作用不明显。合适的Ti时，系统的动态过程比较理想，当系统到达稳太后，合适的Ti可以完全消除稳态误差，提高控制精度。但Ti太大，积分作用太弱，也不能消除稳态误差。在本次系统中，Ti在0.1到0.2效果都比较好。微分时间对系统性能的影响微分控制可以改善系统的动态性能，如减小超调量，缩短调节时间。但当Td偏大或者偏小时，超调量会加大，调节时间也会加长，只有合适的Td,才能得到满意的调节过程，在本次系统中，TeI在1O到1.5效果都比较好。3.2.3下水箱液位前馈一反馈控制系统参数整定结果及分析图3.2.3是下水箱液位前馈一一反馈控制系统参数整定结果，由图可以发现，这个系统的调节时间相对来说是比较长的，因为前馈控制系统的干扰一般都比较大。同时要达到消除静态误差的目的，必须找到合适的前馈系数，这个工作对于一般的学生来说还是有