天煌實驗指導(dǎo)書

1、 目 錄1實驗一、單容水箱特性的測試12實驗二、雙容水箱特性的測試53實驗三、鍋爐內(nèi)膽特性的測試94實驗四、電動調(diào)節(jié)閥流量特性的測試125實驗五、單容水箱液位定值控制系統(tǒng)156實驗六、雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)187實驗七、三容水箱液位定值控制系統(tǒng)218實驗八、鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)249實驗九、鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng)2710實驗十、變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制系統(tǒng)3011實驗十一、鍋爐內(nèi)膽水溫位式控制系統(tǒng)3312實驗十二、水箱液位串級控制系統(tǒng)3713實驗十三、三閉環(huán)液位控制系統(tǒng)4014實驗十四、下水箱液位與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級控制系統(tǒng)4315實驗十五、鍋爐夾套水溫與鍋爐內(nèi)膽

2、水溫的串級控制系統(tǒng)4616實驗十六、鍋爐內(nèi)膽水溫與內(nèi)膽循環(huán)水流量的串級控制系統(tǒng)4917實驗十七、單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)5218實驗十八、流量變比值控制系統(tǒng)5619實驗十九、下水箱液位的前饋-反饋控制系統(tǒng)5920實驗二十、鍋爐內(nèi)膽水溫的前饋-反饋控制系統(tǒng)6321實驗二十一、盤管出水口溫度滯后控制系統(tǒng)6722實驗二十二、流量純滯后控制系統(tǒng)7023實驗二十三、鍋爐內(nèi)膽水溫與鍋爐夾套水溫解耦控制系統(tǒng)7324實驗二十四、上水箱水溫與液位的解耦控制系統(tǒng)78實驗一、單容水箱特性的測試一、實驗?zāi)康?. 掌握單容水箱的階躍響應(yīng)的測試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線。2. 根據(jù)實驗得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方

3、法確定被測對象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備1. THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置。2. 計算機及組態(tài)王軟件。三、實驗原理圖1-1單容水箱特性測試結(jié)構(gòu)圖由圖1-1可知，對象的被控制量為水箱的液位H，控制量（輸入量）是流入水箱中的流量Q1，手動閥V1和V2的開度都為定值，Q2為水箱中流出的流量。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在平衡狀態(tài)時：Q10-Q20=0 （1-1）動態(tài)時，則有：Q1-Q2= （1-2）式中V為水箱的貯水容積，為水貯存量的變化率，它與H的關(guān)系為：，即= A （1-3）A為水箱的底面積。把式（3）代入式（2）得：Q1-Q2=A （1-4）基于Q2=，RS為閥V2的液阻，則上式可改寫

4、為：Q1-= A 即：ARS+h=KQ1或?qū)懽鳎? （1-5）式中T=ARS，它與水箱的底積A和V2的RS有關(guān)；K=RS。式（1-5）就是單容水箱的傳遞函數(shù)。若令Q1（S）=，R0=常數(shù)，則式（1-5）可改為：H（S）=×=K-對上式取拉氏反變換得：h(t)=KR0(1-e-t/T) （1-6）當(dāng)t>時，h（）=KR0，因而有K=h（）/R0=輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入。當(dāng)t=T時，則有：h(T)=KR0(1-e-1)=0.632KR0=0.632h()。式（1-6）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2所示。當(dāng)由實驗求得圖1-2所示的階躍響應(yīng)曲線后，該曲線上升

5、到穩(wěn)態(tài)值的63%。圖1-2 單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線所對應(yīng)的時間，就是水箱的時間常數(shù)T。該時間常數(shù)T也可以通過坐標原點對響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點所對應(yīng)的時間就是時間常數(shù)T，由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。如果對象的階躍響應(yīng)曲線為圖1-3，則在此曲線的拐點D處作一切線，它與時間軸交于B點，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點。圖中OB即為對象的滯后時間，BC為對象的時間常數(shù)T，所得的傳遞函數(shù)為：H(S)=圖1-3 單容水箱的階躍響應(yīng)曲線四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）把電動調(diào)節(jié)閥22

6、0V電源輸入端L、N接至單相電源的3L、3N端。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）將6024模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到電動調(diào)節(jié)閥“420mA”控制信號輸入的“+”、“-” 端。（3）I/O信號接口壓力變送器LT1的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT1的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1接好實驗線路，打開閥F1-1，并把閥F1-6和F1-9開至某一開度，且使F1-6的開度大于F1-9的開度。2啟動組態(tài)王，進入運行系統(tǒng)，打開實驗一監(jiān)控畫面。3手動調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的輸出值，

7、使水箱的液位處于某一平衡位置。4改變電動調(diào)節(jié)閥額輸出值，使其輸出有一個正（或負）階躍增量的變化（此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間后，水箱的液位進入新的平衡狀態(tài)，如圖1-4所示。圖1-4單容水箱特性響應(yīng)曲線5記下水箱液位的歷史曲線和階躍響應(yīng)曲線。6把由計算機作用的實驗曲線進行分析處理，并把結(jié)果填表入下表中： 參數(shù)值測量值液位hKT正向輸入負向輸入平均值七、實驗報告1寫出常規(guī)的實驗報告內(nèi)容。2分析用上述方法建立對象的數(shù)學(xué)模型有什么局限性。實驗二、雙容水箱特性的測試一、實驗?zāi)康?. 熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。2. 根據(jù)由實際測得雙容

8、液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其傳遞函數(shù)。二、實驗設(shè)備1. THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置。2. 計算機、組態(tài)王軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、原理說明圖2-1 雙容水箱對象特性結(jié)構(gòu)圖 由圖2-1所示，被控對象由兩個水箱相串聯(lián)連接，由于有兩個貯水的容積，故稱其為雙容對象。被控制量是下水箱的液位，當(dāng)輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱的液位變化曲線如圖2-2所示。由圖2-2可見，上水箱液位的響應(yīng)曲線為一單調(diào)的指數(shù)函數(shù)（圖2-2 (a)），而下水箱液位的響應(yīng)曲線則呈S形狀（圖2-2 (b)）。顯然，多了一個水箱，液位響應(yīng)就更加滯后。由S形曲線的拐點P處作一切線，它與時間軸的交點為A

9、，OA則表示了對象響應(yīng)的滯后時間。至于雙容對象兩個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)可按下述方法來確定。圖2-2 雙容液位階躍響應(yīng)曲線圖2-3 雙容液位階躍響應(yīng)曲線在圖2-3所示的階躍響應(yīng)曲線上求?。海?）h2（t）|t=t1=0.4 h2()時曲線上的點B和對應(yīng)的時間t1；（2）h2（t）|t=t2=0.8 h2()時曲線上的點C和對應(yīng)的時間t2。 然后，利用下面的近似公式計算式。 0.32t1/t20.46由上述兩式中解出T1和T2，于是求得雙容（二階）對象的傳遞函數(shù)為：G（S）=四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）把

10、電動調(diào)節(jié)閥220V電源輸入端L、N接至單相電源的3L、3N端。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）將6024模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到電動調(diào)節(jié)閥“420mA”控制信號輸入的“+”、“-” 端。（3）I/O信號接口壓力變送器LT2的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT2的“+”、“-” 端。（4）I/O信號接口壓力變送器LT3的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT3的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1接好實驗線路，打開手動閥F1-1、F1-7，調(diào)整F

11、1-10、F1-11到適當(dāng)開度，并且：F1-7的開度>F1-10的開度>F1-11的開度。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3啟動組態(tài)王，進入到運行系統(tǒng)，調(diào)節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的輸出值，使下水箱的液位處于某一平衡位置（一般為水箱的中間位置）。4改變調(diào)節(jié)閥的輸出值，使下水箱的液位由原平衡狀態(tài)開始變化，經(jīng)過一定的調(diào)節(jié)時間后，下水箱液位進入另一個平衡狀態(tài)。5記錄下水箱液位的歷史曲線和在階躍擾動后的響應(yīng)曲線。6把由計算機作用的實驗曲線進行分析處理，并把結(jié)果填表入下表中： 參數(shù)值測量值液位hKT1T2正向輸入負向輸入平均值七、實驗報告1完成常規(guī)實驗報告內(nèi)容。2對實驗的數(shù)據(jù)進行分析。實驗三、鍋爐內(nèi)膽特性的

12、測試一、實驗?zāi)康?了解鍋爐內(nèi)膽溫度特性測試系統(tǒng)的組成。2掌握鍋爐內(nèi)膽溫度特性的測試方法。二、實驗設(shè)備1THJ-2型過程控制實驗裝置。2計算機、組態(tài)王軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、實驗原理圖3-1 鍋爐內(nèi)膽溫度特性實驗結(jié)構(gòu)示意圖1鍋爐夾套不加冷卻水加滿鍋爐內(nèi)膽的水，手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，使可控整流電源的輸出電壓為100V左右。此電壓加在加熱管兩端，內(nèi)膽中的水溫因之而逐漸上升。根據(jù)熱平衡的原理，當(dāng)內(nèi)膽中的水溫上升到某一值時，水的吸熱和放熱作用完全相等，從而使內(nèi)膽中的水溫達到一平衡狀態(tài)。由熱力學(xué)原理可知，鍋爐內(nèi)膽水溫的動態(tài)變化過程是用一階常微分方程來描述，即其數(shù)學(xué)模型為一階慣性

13、環(huán)節(jié)。2鍋爐夾套加冷卻水當(dāng)鍋爐夾套中注滿冷卻水，這相當(dāng)于改變了鍋爐內(nèi)膽環(huán)境的溫度，使其散熱作用增強。顯然，在這種狀況下，如果用夾套無水時一樣大小的可控電壓去加熱，在平衡狀態(tài)時，內(nèi)膽的水溫必然要低于前者。如果要使內(nèi)膽的水溫達到夾套無水時相同的值，則需要提高可控硅的整流電壓。四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)地接到移相調(diào)壓部件三相電源輸入端的U、V、W端，調(diào)壓部件的輸出端U0、V0、W0對應(yīng)接到三相電加熱管的輸入端的U0、V0、W0。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+

14、”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）24V直流電源輸出2的“+”、“-”端分別接到6015模塊輸入的“+”、“-”端；（3）將鉑電阻TT1的1a、1b、1c端分別接至6015模塊TT1的1a、1b、1c端。（4）將6024模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到三相SCR移相裝置的移相調(diào)壓輸入的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1完成實驗系統(tǒng)的接線。2接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3打開F1-1、F1-4、F1-13和電磁閥，使鍋爐內(nèi)膽水位達到滿刻度的2/3左右，然后關(guān)閉電磁閥。4啟動組態(tài)王軟件，進入運行系統(tǒng)，打開實驗三監(jiān)控畫面，設(shè)定鍋爐內(nèi)膽加熱溫度，

15、實時記錄鍋爐內(nèi)膽水溫的響應(yīng)過程。5待鍋爐內(nèi)膽的水溫處于某一平衡位置時，通過增/減輸入值改變其手動輸出量的大小，使其輸出有一個正或負階躍增量的變化，讓鍋爐內(nèi)膽的水溫進入新的平衡狀態(tài)。6在實時曲線窗口觀察內(nèi)膽水溫變化的實時曲線，并分析和計算鍋爐內(nèi)膽的水溫參數(shù)K及T值。7把內(nèi)膽中已加熱的水通過出水閥放掉，重新注滿冷水；并通過閥F1-12在夾套中注入冷卻水，然后重新開始實驗，實時記錄內(nèi)膽中水溫的變化過程，重新分析和計算鍋爐內(nèi)膽的水溫參數(shù)K及T值。七、實驗報告1按常規(guī)內(nèi)容寫好實驗報告。2對計算機在兩種不同條件下所測得的內(nèi)膽溫度變化曲線進行分析比較。實驗四、電動調(diào)節(jié)閥流量特性的測試一、實驗?zāi)康?了解電動閥

16、節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與工作原理。2通過實驗，進一步了解電動調(diào)節(jié)閥流量的特性。二、實驗設(shè)備1THJ-2型過程控制實驗裝置2計算機、組態(tài)王軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、實驗原理電動調(diào)節(jié)閥包括執(zhí)行機構(gòu)和閥兩個部分，它是過程控制系統(tǒng)中的一個重要環(huán)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥接受調(diào)節(jié)器輸出420mADC的信號，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)輸出軸的角位移，以改變閥節(jié)流面積S的大小。圖4-1為電動調(diào)節(jié)閥與管道的連接圖。圖4-1 電動調(diào)節(jié)閥與管道的連接圖圖中： u-來自調(diào)節(jié)器的控制信號（420mADC）；-閥的相對開度；s -閥的截流面積；q-液體的流量 。由過程控制儀表的原理可知，閥的開度與控制信號的靜態(tài)關(guān)系是線性的，而

17、開度與流量Q的關(guān)系是非線性的。圖4-2為本實驗結(jié)構(gòu)示意圖。圖4-2 電動調(diào)節(jié)閥特性實驗結(jié)構(gòu)示意圖四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）把電動調(diào)節(jié)閥220V電源輸入端L、N接至單相電源的3L、3N端。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）將6024模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到電動調(diào)節(jié)閥“420mA”控制信號輸入的“+”、“-” 端。（3）I/O信號接口流量變送器FT1的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通

18、道的FT1的“+”、“-” 端。六、實驗報告與步驟1完成實驗系統(tǒng)的接線。2打開F1-1、F1-8、F1-11，接通總電源和相關(guān)儀表的電源。3把調(diào)節(jié)器置于手動狀態(tài)，并使其輸出相應(yīng)于電動閥開度的10%、20%、······100%，分別記錄不同狀態(tài)時調(diào)節(jié)器的輸出電流和相應(yīng)的流量。4由電流I作橫作標，流量Q作縱坐標，畫出Q=F（I）的曲線。七、實驗報告1. 完成常規(guī)的實驗報告內(nèi)容。2. 根據(jù)所畫出的曲線，判別該電動閥的閥體是快開特性、等百分比特性、快開特性。實驗五、單容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。2

19、掌握單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定。3研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗設(shè)備1THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)裝置。2計算機、上位機組態(tài)王軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、實驗原理本實驗系統(tǒng)的被控對象為上水箱，其液位高度作為系統(tǒng)的被控制量。系統(tǒng)的給定信號為一定值，它要求被控制量上水箱的液位在穩(wěn)態(tài)時等于給定值。由反饋控制的原理可知，應(yīng)把上水箱的液位經(jīng)傳感器檢測后的信號作為反饋信號。圖5-1為本實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖5-2為控制系統(tǒng)的方框圖。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下無靜差，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為PI或PID。圖5-1 上水箱液位定值控制結(jié)構(gòu)圖圖5-2 上

20、水箱液位定值控制方框圖四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）把電動調(diào)節(jié)閥220V電源輸入端L、N接至單相電源的3L、3N端。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）將6024模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到電動調(diào)節(jié)閥“420mA”控制信號輸入的“+”、“-” 端。（3）I/O信號接口壓力變送器LT1的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT1的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1完成系統(tǒng)的接線，接通總

21、電源和相關(guān)儀表的電源。2打開閥F1-1、F1-2和F1-6，閥F1-9的開度開至50%左右。3啟動組態(tài)王軟件，進入運行系統(tǒng)，點擊實驗五，進入實驗五監(jiān)控畫面。4按單回路調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法整定好調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，并填入實驗窗口中P、I、D參數(shù)相應(yīng)的位置。5在實驗窗口中設(shè)置好實驗的給定值(一般為810左右)，并在“輸出值(OP)”的地方手動輸入一適當(dāng)?shù)闹?一般6080)去控制電動調(diào)節(jié)閥的開度，然后按下“開始實驗”按鈕，通過電動調(diào)節(jié)閥給上水箱注入水。6適當(dāng)?shù)母淖兪謩虞斎胫档拇笮?，待其液位達到給定值所要求的值，且基本穩(wěn)定不變時，按下“自動”按鈕，把輸出切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。待液位平衡后，

22、通過以下幾種方式加干擾：（1）當(dāng)系統(tǒng)穩(wěn)定運行后，突加階躍擾動（將給定量增加5%15%），觀察并記錄系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。（2）待系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)后，適量改變閥F1-6的開度，以作為系統(tǒng)的擾動，觀察并記錄在階躍擾動作用下液位的變化過程。7通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標。七、實驗報告1用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。2列表記錄，在上述參數(shù)下求得階躍響應(yīng)的動、靜態(tài)性能指標。3列表記錄，在上述參數(shù)下求系統(tǒng)在階躍擾動作用下響應(yīng)曲線的動、靜態(tài)性能指標。實驗六、雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?通過實驗，進一步了解雙容對象的特性。2掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參

23、數(shù)的改變對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、實驗設(shè)備1THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)裝置。2計算機、上位機組態(tài)王軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、實驗原理本實驗系統(tǒng)以中水箱與下水箱為被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量?；谙到y(tǒng)的給定量是一定值，要求被控制量在穩(wěn)態(tài)時等于給定量所要求的值，所以調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為PI或PID。圖6-1為實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖6-2為控制系統(tǒng)的方框圖。圖6-1 雙容液位定值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖6-2 雙容液位定值控制系統(tǒng)方框圖四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）把電動調(diào)節(jié)閥

24、220V電源輸入端L、N接至單相電源的3L、3N端。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）將6024模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到電動調(diào)節(jié)閥“420mA”控制信號輸入的“+”、“-” 端。（3）I/O信號接口壓力變送器LT2的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT2的“+”、“-” 端。（4）I/O信號接口壓力變送器LT3的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT3的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1打開閥F1-1、F1-7、F1-10和F1-11，且使F1-

25、10的開度大于F1-11的開度。2啟動組態(tài)王，進入運行系統(tǒng)，點擊實驗六，進入實驗六監(jiān)控畫面。3完成實驗系統(tǒng)的接線，接通總電源和相關(guān)儀表的電源。4用臨界比例度法或4：1衰減振蕩法整定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，并填入實驗窗口中P、I、D參數(shù)相應(yīng)的位置。5在實驗窗口中設(shè)置好實驗的給定值(一般為810左右)，并在“輸出值(OP)”的地方手動輸入一適當(dāng)?shù)闹?一般6080)去控制電動調(diào)節(jié)閥的開度或變頻器的輸出，然后按下“開始實驗”按鈕，通過電動調(diào)節(jié)閥或變頻器給中、下水箱打水。6適當(dāng)?shù)馗淖兪謩虞斎胫档拇笮?，待下水箱的液位達到給定值所要求的值，且基本穩(wěn)定不變時，按下“自動”按鈕，把輸出切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀

26、態(tài)。7當(dāng)系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)運行后，突加階躍擾動（將給定量增/減5%15%），觀察系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。8通過反復(fù)多次調(diào)節(jié)PI的參數(shù)，使系統(tǒng)具有較滿意的動態(tài)性能指標。七、實驗報告1用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。2列表表示在上述參數(shù)下，系統(tǒng)階躍響應(yīng)的動、靜態(tài)性能。3列表表示在上述參數(shù)下，在擾動作用于中水箱或下水箱時輸出響應(yīng)的動態(tài)性能。4列表表示經(jīng)調(diào)試后求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)和相應(yīng)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標。實驗七、三容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?. 了解三容串接液位定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)組成。2. 通過本實驗掌握三容單回路系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定和系統(tǒng)的投運方法。3. 研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。二、

27、實驗設(shè)備1. THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)裝置。2. 計算機、上位機組態(tài)王軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、實驗原理圖7-1 三容液位定值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖7-2 三容液位定值控制系統(tǒng)方框圖圖7-1為實驗系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖7-2為該系統(tǒng)的方框圖。由圖可知，由上、中、下三個水箱串聯(lián)組成系統(tǒng)的被控對象，它的傳遞函數(shù)是由時間常數(shù)不同的三個慣性環(huán)節(jié)來描述，系統(tǒng)的被控制量是下水箱的液位高度?；谙到y(tǒng)的給定量是定值，要求在穩(wěn)態(tài)時，被控制量等于給定量所要求的值，因而調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律應(yīng)為PI或PID。為了在實驗時能滿足下水箱液位達到設(shè)定的高度，要求三只水箱放水閥間的開度必須滿足下列關(guān)系:F1-9

28、開度>F1-10開度>F1-11開度 （7-1）這樣，當(dāng)系統(tǒng)運行于穩(wěn)態(tài)時，三個水箱液位高度間關(guān)系必然會滿足下列的不等式： 下水箱液位>中水箱液位>上水箱液位 （7-2）即滿足上述的不等式關(guān)系后，系統(tǒng)在穩(wěn)態(tài)時才會出現(xiàn)流量的平衡關(guān)系：Q1=Q2=Q3=Q4。四、組態(tài)監(jiān)控圖五、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)接到三相磁力泵（380V）的U、V、W端。（2）把電動調(diào)節(jié)閥220V電源輸入端L、N接至單相電源的3L、3N端。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）將6024模塊“420mA輸

29、出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到電動調(diào)節(jié)閥“420mA”控制信號輸入的“+”、“-” 端。（3）I/O信號接口壓力變送器LT1的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT1的“+”、“-” 端。（4）I/O信號接口壓力變送器LT2的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT2的“+”、“-” 端。（5）I/O信號接口壓力變送器LT3的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到6024模塊信號輸入通道的LT3的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1打開F1-1、F1-6，且將F1-9、F1-10、F1-11開至適當(dāng)開度，且閥F1-9的開度>閥F1-10的開度>

30、閥F1-11的開度。關(guān)閉與本實驗無關(guān)的其余閥門。2啟動組態(tài)王組態(tài)軟件，進入運行系統(tǒng)，點擊實驗七，進入實驗七的監(jiān)控畫面。3啟動裝置的總電源，并合上相關(guān)電源（三相電源、單相、24V電源），開始進行實驗。4用臨界比例度法或4：1阻尼振蕩法，整定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，并填入實驗窗口中P、I、D參數(shù)相應(yīng)的位置。5在實驗窗口中設(shè)置好實驗的給定值(一般為810左右)，并在“輸出值(OP)”的地方手動輸入一適當(dāng)?shù)闹?一般6080)去控制電動調(diào)節(jié)閥的開度或變頻器的輸出，然后按下“開始實驗”按鈕，通過電動調(diào)節(jié)閥或變頻器給上、中、下水箱打水。6適當(dāng)?shù)馗淖兪謩虞斎胫档拇笮?，待下水箱的液位達到給定所要求的值，且基本穩(wěn)定不變

31、時，按下“自動”按鈕，把輸出切換為自動，使系統(tǒng)進入自動運行狀態(tài)。7當(dāng)系統(tǒng)進入穩(wěn)態(tài)運行后，突加階躍擾動（將給定量增/減5%15%），觀察系統(tǒng)的輸出響應(yīng)曲線。8通過多次反復(fù)改變調(diào)節(jié)器的比例度和積分時間常數(shù)TI的大小，使系統(tǒng)具有最佳的動態(tài)性能。記錄此時調(diào)節(jié)器的參數(shù)和系統(tǒng)被控制量的響應(yīng)曲線。七、實驗報告1用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的參數(shù)，畫出所得的波形，并標上相應(yīng)的參數(shù)值。2列表表示在所整定的參數(shù)下，系統(tǒng)階躍響應(yīng)的動、靜態(tài)性能。3列表表示在所整定的參數(shù)下，階躍擾動作用在系統(tǒng)不同位置時，被控制量響應(yīng)的動態(tài)性能。4列表表示經(jīng)調(diào)試后求得的調(diào)節(jié)器參數(shù)和相應(yīng)系統(tǒng)階躍響應(yīng)的性能指標。實驗八、鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)

32、一、實驗?zāi)康?了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。2研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用。3了解PID參數(shù)自整定的方法及參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性。4、分析鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫與靜態(tài)水溫在控制效果上有何不同之處。二、實驗設(shè)備1THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置。2計算機、上位機組態(tài)王軟件、RS232-485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根。三、實驗原理圖8-1 鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖圖8-1為一個單回路鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖，其中鍋爐內(nèi)膽為動態(tài)循環(huán)水，變頻器、磁力泵與鍋爐內(nèi)膽組成循環(huán)水系統(tǒng)。而被控的參數(shù)為鍋爐內(nèi)膽水溫，即要求鍋爐內(nèi)膽水溫等于給定值

33、。實驗前先通過變頻器、磁力泵支路給鍋爐內(nèi)膽打滿水，然后關(guān)閉鍋爐內(nèi)膽的進水閥門F1-13。待系統(tǒng)投入運行以后，變頻器-磁力泵再以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。在內(nèi)膽水為靜態(tài)時，由于沒有循環(huán)水加以快速熱交換，而三相電加熱管功率為4.5KW，使內(nèi)膽水溫上升相對快速，散熱過程又相對比較緩慢，而且調(diào)節(jié)的效果受對象特性和環(huán)境的限制，導(dǎo)致系統(tǒng)的動態(tài)性能較差，即超調(diào)大，調(diào)節(jié)時間長。但當(dāng)改變?yōu)檠h(huán)水系統(tǒng)后，便于熱交換及加速了散熱能力，相比于靜態(tài)溫度控制實驗，在控制的動態(tài)精度，快速性方面有了很大地提高。系統(tǒng)采用的調(diào)節(jié)器為工業(yè)上常用AI智能調(diào)節(jié)儀。圖8-2 鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫控制系統(tǒng)的方框圖四、組態(tài)監(jiān)控圖五

34、、電氣接線1強電部分：（1）將三相電源的輸出端U、V、W對應(yīng)地接到移相調(diào)壓部件三相電源輸入端的U、V、W端，調(diào)壓部件的輸出端U0、V0、W0對應(yīng)接到三相電加熱管的輸入端的U0、V0、W0。（2）變頻器的L、N輸入端對應(yīng)接至單相電源的2L、2N端，輸出端A、B、C分別接至三相磁力泵(220V)的輸入端A、B、C。2弱電部分：（1）24V直流電源輸出1的“+”、“-”端分別接到6024模塊輸入的“+”、“-”端。（2）24V直流電源輸出2的“+”、“-”端分別接到6015模塊輸入的“+”、“-”端。（3）將鉑電阻TT1的1a、1b、1c端分別接至6015模塊TT1的1a、1b、1c端。（4）將60

35、24模塊“420mA輸出1”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到三相SCR移相裝置的移相調(diào)壓輸入的“+”、“-” 端。（5）將6024模塊“420mA輸出2”的“+”、“-” 端對應(yīng)地接到變頻器控制信號輸入的“+”、“-” 端。六、實驗內(nèi)容與步驟1打開閥F2-1、F2-6、F1-13，用變頻器-磁力泵支路給鍋爐內(nèi)膽加水至滿刻度的2/3左右。待實驗投入運行以后，調(diào)整F2-12開度，用變頻器-磁力泵支路以固定的小流量使鍋爐內(nèi)膽的水處于循環(huán)狀態(tài)。2啟動組態(tài)王軟件。進入運行系統(tǒng)，點擊實驗八，進入實驗八監(jiān)控畫面。3啟動裝置的總電源，并合上相關(guān)電源（三相電源、單相、24V電源），開始進行實驗。4手動操作調(diào)節(jié)器的輸出，并根據(jù)內(nèi)膽水溫的實時動態(tài)曲線求得K、T和值 ，據(jù)此查表確定PI調(diào)節(jié)器的參數(shù)和TI，并整定，然后填入實驗窗口中P、I、D參數(shù)相應(yīng)的位置。5在實驗窗口中設(shè)置好溫度的給定值(一般為5070左右)，并在“輸出值(OP)”的地方手動輸入一適當(dāng)?shù)闹等タ刂迫嘁葡嗾{(diào)壓部件的輸出，然后按下“開