2016熱工過程控制試驗報告——姜栽沙

1、中南大埠蹌睇科學與工理年眈熱工過程控制工程實驗報告專業(yè)班級：新能源1402班學生姓名：姜栽沙學號：1004140220中南大學能源學院如17年1月組號實驗時間實驗一熱工過程控制系統(tǒng)認識與同組成員李博、許克偉、指導教師（簽名）MCGS應用成績MCGS組態(tài)軟件實現(xiàn)自動控制系統(tǒng)的整個過程。掌握MCGS組態(tài)軟件提供的一些基本功能，如基本、實驗目的通過實驗了解幾種控制系統(tǒng)（基于智能儀表、基于計算機）的組成、工作原理、控制過程特點；了解計算機與智能儀表的通訊方式。了解組態(tài)軟件的功能和特點，熟悉畫面圖素的繪制、動畫連接的使用、控制程序的編寫、構造實時數(shù)據(jù)庫。二、實驗裝置1、計算機2、MCGS組態(tài)軟件一套3、

2、對象：SK-1-9型管狀電阻爐一臺；測溫熱電偶一支（K型）。4、AI818/宇電519/LU-906K智能調(diào)節(jié)儀組成的溫控器5、THKGK-1型過程控制實驗裝置（含智能儀表、PLC、變頻器、控制閥）6、CST4001-6H電阻爐檢定爐（含電阻爐、溫度控制器、測溫元件、接口）7、電阻爐溫度控制系統(tǒng)接線圖和方框圖如圖1-1、1-2所示。三、實驗內(nèi)容1、被控變量：電阻爐溫度電阻爐溫度控制系統(tǒng)（液位、流量、壓力）被控過程：電阻爐2、操縱變量：電阻爐的功率帶檢測控制點的流程圖主要擾動：環(huán)境溫度變化，電壓值，電流值3、控制系統(tǒng)方框圖4、控制系統(tǒng)中所用的儀表名稱、型號（檢測儀表、控制器、執(zhí)行器、顯示儀表）檢

3、測儀表：CST4001-6H電阻爐檢定爐控制器：AI818/宇電519/LU-906K智能調(diào)節(jié)儀組成的溫控器執(zhí)行器：THKGK-1型過程控制實驗裝置（含智能儀表、PLC、變頻器、控制閥）顯示儀表：計算機5、智能儀表與計算機是怎樣進行通訊？有哪幾種方式？智能儀表與計算機通訊一般有三種方式，分別為USB接口，485接口，232接口，通過這些接口進行信號傳輸，計算機得以對儀表進行溫控。6、什么是組態(tài)軟件？組態(tài)軟件是指對系統(tǒng)的各種資源進行配置，達到系統(tǒng)按照預定設置，自動執(zhí)行特定任務,滿足使用者要求的目的的應用軟件。四、MCGS組態(tài)界面提供電阻爐溫度控制系統(tǒng)一套完整組態(tài)界面圖（共6個圖），包括主界面、運

4、行界面、設備工況、存盤數(shù)據(jù)、實時曲線、歷史數(shù)據(jù)。電阻爐溫度控制器調(diào)節(jié)系統(tǒng)實時2線-r設電a，七nfiAniQ設計制作"俄動14QF孫嘉甥海奇王宇的宇恒匚芾原歷史曲蛭五、思考題1、定值控制、隨動控制和程序控制有何區(qū)別？定值系統(tǒng)是設定值恒定，不隨時間而變；隨動控制系統(tǒng)是設定值隨時間不斷變化，而且預先不知道它的變化規(guī)律；程序控制系統(tǒng)是設定值在時間上按一定程序變化，被控量在時間上也按一定程序變化。2、組成一個簡單控制系統(tǒng)需要哪些基本環(huán)節(jié)？對象，檢測元件及變送器，控制器，執(zhí)行器。3、說明在計算機上完成232接口、USB接口設置步驟（要配屏幕截圖）-*rejf»i*232接口用來串口連

5、接USB的數(shù)據(jù)線，將接口轉(zhuǎn)為USB后，插上USB接口，安裝好接線的驅(qū)動即可。4、簡述智能儀表（宇電519）在MCGS組態(tài)軟件中設備窗口進行組態(tài)配置的方法和步驟（要有屏幕截圖）。選擇設備構件；設置構件屬性；連接設備通道。5、設計兩種流量控制系統(tǒng)，分別畫出兩個控制系統(tǒng)的原理圖、方框圖，比較說明兩種控制系統(tǒng)的優(yōu)劣。Hn15-27MV壺也切悼爐典型工業(yè)加熱爐燃燒過程流量控制系統(tǒng)有以下兩種:卡而大啰比值串級控制系統(tǒng)優(yōu)：比值系數(shù)可以預先設定，在系統(tǒng)穩(wěn)定運行的情況下，通過分析煙氣含氧量計算熱效率，人工調(diào)整比值器的設定值，可以使燃燒處于較佳狀態(tài)。缺：在動態(tài)過程中，不能保持適當?shù)目諝馊剂媳取＝徊嫦薹刂葡到y(tǒng)優(yōu)：

6、發(fā)生擾動時，由于高低值選擇器的限幅作用，使得系統(tǒng)能在一定的范圍內(nèi)維持空氣-燃料比，克服了一般比值調(diào)節(jié)方式的局限性。6、對電阻爐溫度進行溫度控制時，常用的執(zhí)行器有哪幾種？各有什么特點？氣動執(zhí)行器：結(jié)構簡單，輸出推力大，動作可靠，性能穩(wěn)定，維護方便，價格便宜，本質(zhì)安全防爆。控制精度較低，雙作用的氣動執(zhí)行器，斷氣源后不能回到預設位置。單作用的氣動執(zhí)行器，斷氣源后可以依靠彈簧回到預設位置。電動執(zhí)行器：能源取用方便，信號傳輸速度快，傳送距離遠，便于集中控制，靈敏度和精度較高，與電動調(diào)節(jié)儀表配合方便，安裝接線簡單。結(jié)構復雜，體積較大，推力小，價格貴。實驗二對象動態(tài)特性測試與識別組號同組成員李博、許克偉、成

7、績實驗時間指導教師（簽名）、實驗目的了解飛升曲線法（即階躍法）測量對象動態(tài)特性的方法,并根據(jù)飛升曲線識別對象的動態(tài)特性，通過數(shù)據(jù)處理建立對象的數(shù)學模型。二、實驗儀器及設備1、計算機2、MCGS組態(tài)軟件一套3、對象：SK-1-9型管狀電阻爐一臺；測溫熱電偶一支（K型）。4、AI818/YD519/LU-906K智能調(diào)節(jié)儀組成的溫控器一臺。三、預習填空1、在實際工作中，常常用實驗的方法來研究對象的特性。通常采用飛升曲線（即階躍法）測量對象動態(tài)特性，通過數(shù)據(jù)處理建立對象的動態(tài)特性。表征對象動態(tài)特性的通常用微分方程式或傳遞函數(shù)。2、對象特性的實驗測取法有響應曲線法矩形脈沖法正弦波法和隨機信號法四種。3

8、、表征對象特性的參數(shù)有放大系數(shù)K時間常數(shù)T和滯后時間p。4、對象特性的類型有自衡非振蕩自衡振蕩和反向特性四種。5、時間常數(shù)可以通過響應曲線和實驗測定求出。四、實驗裝置示意圖電阻爐特性測試原理圖、接線圖、數(shù)據(jù)采集MCGS組態(tài)界面圖。電阻爐特性測試原理圖:接線圖:日,日日日婚電偶>4控硅也祖爐調(diào)節(jié)器22QVAC數(shù)據(jù)采集MCGS組態(tài)界面圖:五、實驗數(shù)據(jù)對象飛升曲線測試數(shù)據(jù)見表1.表1對象飛升曲線測試記錄時間（分）012345爐溫（C）100132190270300320爐溫變化值AT（C）03258803020加階躍前電爐初始電壓（V）50加階躍前電爐溫度T0（C）100加階躍后電爐120注：

9、AT=Tn-T0;Tn每分鐘讀得的溫度值（C）。w而大埠五、實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)對象飛升曲線測試數(shù)據(jù)，繪制響應特性曲線（要求用坐標紙畫準，或者用作圖軟件繪制）。電阻爐溫度響應特性曲線0034時間t/min六、實驗結(jié)論1、簡述實驗原理實驗測取時，就是在所研究的對象上加上一個人為的干擾，然后測取表征對象特性的物理量，即輸出參數(shù)隨時間變化的規(guī)律，得出一系列實驗數(shù)據(jù)或曲線，并對這些數(shù)據(jù)或曲線加以處理，便得到表征對象動態(tài)特性的微分方程式或傳遞函數(shù)。2、根據(jù)飛升曲線，求取放大系數(shù)、時間常數(shù)和滯后時間。放大系數(shù)：曲線上A點的切線斜率值。K=處F時間常數(shù)：To滯后時間：.=.1.23、通過數(shù)據(jù)處理，求出對象特性的

10、數(shù)學模型。T答yt=Kxt對于一階有純滯后的則為dytdtyt=Kxtd而大，李實驗三電阻爐溫度的檢測與控制綜合實驗組號同組成員李博、許克偉、成績實驗時間指導教師（簽名）、實驗目的本實驗是通過對電阻爐的溫度測量與控制系統(tǒng)的設計及安裝、調(diào)試，加深已學過知識的掌握及應用能力。二、實驗儀器及設備列出實驗中用到的主要設備的名稱、型號、規(guī)格、技術指標1、控制器：智能控制儀表、計算機、PLC、單片機、溫度變送器2、執(zhí)行器：可控硅調(diào)壓主回路、中間繼電器、交流接觸器3、檢測元件：K分度熱電偶、K分度鎧裝熱電偶、Pt100熱電阻三、預習填空1、調(diào)節(jié)器基本控制規(guī)律有P、一積分時間Ti、微分時間TdPJPID,對應

11、設置的三個參數(shù)為比例帶8、2、比例度增大，調(diào)節(jié)器輸出信號分時間增大，調(diào)節(jié)器輸出信號減小增大O積分時間增大，調(diào)節(jié)器輸出信號3、智能儀表的通訊接口是USB,在控制時計算機用的通訊接口有和232兩種。4、在對電阻爐進行溫度控制時，如果要連續(xù)穩(wěn)定控溫，執(zhí)行器應選用如果對溫度采用位式控制，執(zhí)行器可選用中間繼電器四、實驗裝置示意圖請畫出電阻爐溫度控制系統(tǒng)原理圖、方框圖，電阻爐溫度控制系統(tǒng)主要設備如圖示，請畫出設備接線圖。3丁!9'|回可控物圖2電阻爐溫度控制系統(tǒng)主要設備原理圖:方框圖:五、實驗內(nèi)容1、設計電阻爐溫度控制系統(tǒng)，完成電阻爐溫度控制系統(tǒng)方框圖、接線圖、設備組態(tài)圖。方框圖和接線圖如四、實驗

12、裝置示意圖所示。設備組態(tài)圖:2、描述智能儀表控制組態(tài)(包括設定值改變、檢測元件設定、輸入信號確認、控制參數(shù)(P、I、D)設定與查詢)的過程。檢測元件將生產(chǎn)工藝參數(shù)檢測出來，通過信號調(diào)節(jié)電路處理，傳輸給A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為計算機所能接收的數(shù)據(jù)，組態(tài)軟件對其所采集的數(shù)據(jù)進行顯示，運算與輸出控制等，處理結(jié)果可通過ODBC、DDE及OPC等被其它應用程序使用，并傳送到遠程終端。3、電阻爐溫度控制MCGS主界面、運行界面后俎客工牲口1血區(qū)|六、實驗結(jié)論1、根據(jù)實驗觀察，概括PID控制特性。理想PID控制的特性方程可以用如下微分方程表示。u(t)=Kp(e1edtTdde)G(s)=Kp(1二Tds)T,

13、dtTs由比例單元P、積分單元I和微分單元D組成。PID控制的基礎是比例控制；積分控制可消除穩(wěn)態(tài)誤差，但可能增加超調(diào)；微分控制可加快大慣性系統(tǒng)響應速度以及減弱超調(diào)趨勢。2、分析電阻爐溫度變化曲線特點，說明電阻爐溫度控制系統(tǒng)采用什么控制規(guī)律。比例微分控制規(guī)律不能消除余差，為使電阻爐溫度能夠穩(wěn)定，比例微分系統(tǒng)的控制質(zhì)量仍不夠理想，為了消除余差，得到更合適的控制質(zhì)量，所以應采用PID控制規(guī)律?？ǘ蠖鄬嶒炈摹稳菟湟何籔ID控制系統(tǒng)組號同組成員成績實驗時間指導教師（簽名）一、實驗目的1、通過實驗熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2、研究系統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的階躍響應。3、研究系

14、統(tǒng)分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)器時的抗擾動作用。4、定性地分析P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)變化對系統(tǒng)性能的影響。二、實驗儀器及設備列出實驗中用到的主要設備的名稱、型號、規(guī)格、技術指標1、液位傳感器：THKGK-1型過程控制實驗裝置LWGY-42、控制器：THKGK-1型過程控制實驗裝置GK-043、變頻器：THKGK-1型過程控制實驗裝置GK-074、控制閥：THKGK-1型過程控制實驗裝置GK-03三、預習填空1、在階躍信號輸入作用下，一般希望控制過渡過程衰減比n為410。常用的單項品質(zhì)指標還有超調(diào)量、余差及過渡時間。2、對于階躍擾動作用的系統(tǒng)，若將比例度8減小，則過渡過程最大偏差減小，衰減比

15、減小，振蕩頻率減小。3、采用積分控制規(guī)律能消除余差。4、微分作用能改善控制指標的主要原因是微分輸出的大小與偏差變化速度及微分時間成正比，即使偏差很小，但只要出現(xiàn)變化趨勢，即可馬上進行控制，即超前控制。但微分時間過大，會引起系統(tǒng)振蕩。加上適當?shù)奈⒎肿饔煤螅粢３衷p比不變，則應相應減小比例度。5、描述一階阻容環(huán)節(jié)的特性參數(shù)有放大系數(shù)K、時間常數(shù)T和滯后時間t。控制通道是指以操縱量作為輸入，被控量作為輸出的通道,擾動通道是指以擾動量作為輸入，被控量作為輸出的通道。6、差壓變送器測量液位時，經(jīng)常遇到零點遷移問題，其實質(zhì)是同時改變差壓變法器的上限與下限（即測量范圍），而不改變量程：其目的（作用）使

16、變送器的輸出信號下限與測量范圍的下限值相對應，適用現(xiàn)場安裝變送器的工作條件。四、實驗裝置示意圖與接線圖1）液位控制系統(tǒng)設計單容水箱液位檢測與控制工藝流程如圖1所示，請畫出帶檢測控制點的流程圖和控制系統(tǒng)方框圖；液位控制系統(tǒng)主要設備如圖2所示，請畫出液位控制系統(tǒng)設備接線圖。圖1單容水箱液位控制流程圖變理器帶入<M-EM&&&三相電源a©24VDC電淹圖2液位控制系統(tǒng)主要設備液位控制系統(tǒng)方框圖:給定值反饋值卡而大啰2）液位控制系統(tǒng)MCGS組態(tài)的主界面（組態(tài)界面上要有參與實驗人員名字）五.實驗結(jié)果與分析1、如何實現(xiàn)減小或消除余差？純比例控制能否消除余差？適當增加

17、積分作用可以消除余差；純比例控制不能消除余差，因為比例作用控制的輸入輸出信號一一對應，輸入信號為e,當被控對象的負荷發(fā)生變化后，調(diào)節(jié)機構必須移動到某一與負荷相適應的位置，才能使系統(tǒng)相平衡，因此不可避免的存在余差。2、試定性地分析三種調(diào)節(jié)器的參數(shù)8、（8、Ti）和（8、Ti和Td）的變化對控制過程。P調(diào)節(jié)器：Kp越大或8越小則控制作用越強，余差越小，最大偏差越?。籏p太大或8太小則控制作用太強，穩(wěn)定性降低、甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。PI調(diào)節(jié)器：8越小則控制作用越強，余差越小，最大偏差越小；在同樣的比例度8下，TiJ,積分作用T,容易消除余差，有利的一面；TiJ,積分作用T,系統(tǒng)振蕩加劇，有不易穩(wěn)定的傾向，

18、Ti越短，振蕩越強烈，甚至發(fā)散，不利的一面。PID調(diào)節(jié)器：比例控制參數(shù)一一對動態(tài)特性的影響：比例控制加大，使系統(tǒng)的動作靈敏提高，速度加快，偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。當太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。對穩(wěn)態(tài)特性的影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，加大比例控制，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大只是減少穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除誤差。Ti通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。積分控制參數(shù)一一對動態(tài)特性的影響：積分控制Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定；Ti偏小，振蕩次數(shù)較多；Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。對穩(wěn)態(tài)特性的影響：積分控制Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但是若Ti太大時，

19、積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。微分控制參數(shù)一一微分控制可以改善動態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時間縮短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。當Td偏大或偏小時，都會使超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較長，只有Td合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。3、P調(diào)節(jié)時，作出不同8值下的階躍響應曲線。圖1Ti不變、不同8值時的階躍響應曲線4、PI調(diào)節(jié)時，分別作出Ti不變、不同8值時的階躍響應曲線和8不變、不同Ti值時的階躍響應曲線。圖28不變、不同Ti值時的階躍響應曲線5、畫出PID控制時的階躍響應曲線，并分析微分D的作用。微分控制參數(shù)一一微分控制可以改善動態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時間縮短，允許加大

20、比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。當Td偏大或偏小時，都會使超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較長，只有Td合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。6、比較P、PI和PID三種調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)余差和動態(tài)性能的影響P調(diào)節(jié)器：Kp越大或8越小則控制作用越強，余差越小，最大偏差越?。籏p太大或8太小則控制作用太強，穩(wěn)定性降低、甚至使系統(tǒng)失穩(wěn)。PI調(diào)節(jié)器：8越小則控制作用越強，余差越小，最大偏差越?。辉谕瑯拥谋壤?下，TiJ,積分作用T,容易消除余差，有利的一面；TiJ,積分作用T,系統(tǒng)振蕩加劇，有不易穩(wěn)定的傾向，Ti越短，振蕩越強烈，甚至發(fā)散，不利的一面。PID調(diào)節(jié)器：比例控制參數(shù)一一對動態(tài)特性的影響：比例控制加

21、大，使系統(tǒng)的動作靈敏提高，速度加快，偏大，振蕩次數(shù)加多，調(diào)節(jié)時間加長。當太大時，系統(tǒng)會趨于不穩(wěn)定。若太小，又會使系統(tǒng)的動作緩慢。對穩(wěn)態(tài)特性的影響：在系統(tǒng)穩(wěn)定的情況下，加大比例控制，可以減小穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制精度，但加大只是減少穩(wěn)態(tài)誤差，卻不能完全消除誤差。積分控制參數(shù)一一對動態(tài)特性的影響：積分控制Ti通常使系統(tǒng)的穩(wěn)定性下降。Ti太小系統(tǒng)將不穩(wěn)定；Ti偏小，振蕩次數(shù)較多；Ti太大，對系統(tǒng)性能的影響減少。對穩(wěn)態(tài)特性的影響：積分控制Ti能消除系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)誤差，提高控制系統(tǒng)的控制精度。但是若Ti太大時，積分作用太弱，以至不能減小穩(wěn)態(tài)誤差。積分控制參數(shù)一一微分控制可以改善動態(tài)特性，如超調(diào)量減少，調(diào)節(jié)時間縮

22、短，允許加大比例控制，使穩(wěn)態(tài)誤差減小，提高控制精度。當Td偏大或偏小時，都會使超調(diào)量較大，調(diào)節(jié)時間較長，只有Td合適時，可以得到比較滿意的過渡過程。實驗五、流量PID控制系統(tǒng)組號同組成員成績實驗時間指導教師（簽名）一、實驗目的1、了解流量計的結(jié)構及其使用方法。2、熟悉單回路流量控制系統(tǒng)的組成。3、研究P、PI和PID調(diào)節(jié)器對系統(tǒng)的控制效果。4、改變P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)，觀察它們對系統(tǒng)性能所產(chǎn)生的影響。二、實驗儀器設備列出實驗中用到的主要設備的名稱、型號、規(guī)格、技術指標1、流量傳感器：渦輪流量計LWGY-42、控制器：THKGK-1型過程控制實驗裝置GK-043、變頻器：THKGK-1型

23、過程控制實驗裝置GK-07-24、控制閥：THKGK-1型過程控制實驗裝置GK-03三、預習填空1、渦輪流量計的是通過測量葉輪旃轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速測流量,渦街流量計通過測量卡門渦街的頻率來測量流量。容積式流量計是通過測量旋轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動次數(shù)來測量流量。2、均速管流量計是通過測量管道中液體的諫度和壓力.得到流諫來測量液體流量，測點分布時采用對數(shù)-線性方法。3、電磁流量計根據(jù)電磁感應原理進行流量測量,流量測量時管道內(nèi)無可動部件.因此，壓力損失很小,可以測量不可壓縮牛頓流體。4、流量控制通常有氣動執(zhí)行器和電動執(zhí)行器兩種執(zhí)行器:前者是通過改變芯與閥座間的流通面積來控制流量,后者是通過改變電流大小來調(diào)節(jié)流量,更節(jié)能的是氣動執(zhí)行器。四、實驗裝置示意圖與接線圖1）流量控制系統(tǒng)設計（1）帶檢測控制點的流程圖：單容水箱供水系統(tǒng)工藝流程如圖1所示，請畫出帶檢測控制點的流程圖和控制系統(tǒng)方框圖；流量控制系