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1、KNT-PGK3过程控制实训装置实验指导书目 录使用说明及注意事项 3第一章 实验装置说明 4第二章 系统原理与工艺说明 6第三章 对象特性测试实验 8第四章 上水箱液位特性控制 13第五章 供水流量特性控制 23第六章 供水压力特性控制 27第七章 温度特性控制 31使用说明及注意事项1、安全注意事项1）上机实训前必须认真仔细阅读实验指导书。2）严禁散落长发、衣冠不整操作设备。3）安装设备时注意不要损坏各种阀件及气动元件。4）请勿使用损坏的插座或电缆，以免发生触电及火灾。5）安装时请在清洁平坦的位置，以防发生意外事故。6）请使用额定电压，以防发生意外事故。7）必须使用带有接地端子的多功能插座
2、,确认主要插座的接地端子有没有漏电，导电。8）为了防止机械的差错或故障，请不要在控制器和电磁阀附近放置磁性物品。9）设备的安装或移动时，请切断电源。2、使用注意事项1）长时间不使用设备时请切断电源。2）在光线直射, 灰尘, 震动, 冲击严重的场所请勿使用。3）在湿度较大或容易溅到水的场所, 以及导电器械, 易燃性物品附近请勿 使用。4）请勿用湿手触摸电源插头.防止触电或火灾。5）用户在任意分解, 修理, 改造下无法享有正常的保修权利。6）注意切勿将手以及衣物夹进电机或气缸操作部位。第一章 实验装置说明 一、系统方案综述及特点本系统主要有控制柜（内含GE-FANUC标准PAC-3i系统、电源系统
3、、控制面板）、控制对象（过程控制实训装置）两大部分组成。真正模拟了工业现场环境。它实现了温度、流量、液位、压力4个基本模拟量的单独或配合实验，和触摸屏可选择性监控等功能。同时也用到数字量方面的基本知识。这样，学生在这里不仅能学到新的知识，如ifix组态软件、触摸屏的运用等，还能得到前面所学知识的复习和巩固，它是一套综合性的实训设备。二、系统构成示意图为了方便学生实验和实训，并根据学校反馈信息，我们将各个部分的安装位置布置如下图：我们针对系统构成示意图做个简单的说明：前面说到：成套过程控制系统分成控制对象和控制柜两大部分。控制柜内含GE-FANUC标准PAC-3i系统、电源系统、控制面板等，它就
4、相当于实际工业现场的配电室；控制对象内有模拟现场的水塔，还有工业级仪表、各种阀类等显示和执行部件，我们可以把它看成是真正的现场，各个终端实时数据都能在这里采集，方便学生观察于操作。另外，通过上位机组态，我们可以监控现场情况，这就相当于实际的控制室。这样，整套设备采用透明有机玻璃挡板，能给学生一个开放的实验环境和工业现场的感觉。技术参数：项 目技术参数备 注尺寸10006001600mm电源AC 220V,50Hz过载或短路保护工作电压DC 24V,6A 组 件过程控制对象水箱有机玻璃支架铝型材变频器1个西门子水泵1个比例阀2个压力变送器1个南京高华温度显示仪表1个压力指示仪表1个流量指示仪表1
5、个流量计1个SMC液位传感器1个电磁阀1个温度传感器1个加热管1个工具柜材料Q235钢板数量1个PLCGE Fanuc(学校提供外置第二章 系统原理与工艺说明一、系统原理图修改前修改后原理说明：系统主要有三个水箱（一个储水箱，两个功能水箱）、一个泵（动力源）、以及各个支路上完成不同功能的执行部件和检测元件组成。当设备不用时，全部的水都在储水箱或者全部放空，用到设备时，先往除储水箱中注水，再由泵往两功能水箱注水，超出水位时，水箱通过溢流管回水至储水箱。当达到要求水位时，通过各个支路之间的配合，完成实验要求。当做流量实验时：可设定固定流量值，那系统按照设定流量供水，当需改变系统流量时，只需改变控制
6、终端流量数值，通过控制变频器来增大或者改变系统流量大小。其他支路配合按照实验要求而定。现场仪表、触摸屏、监控见面同时显示当前流量值，便于学生对比。当做压力实验时：电磁阀1、手动发1可选择闭合，单独测压力这个支路，通过调节支路上的电动执行器，来达到恒定压力的效果。当压力超过或低于一定值时，系统会相应的调整流量大小来补偿。当做液位实验时:可通过电磁阀1、压力支路的开闭或电动执行器2的开闭来补充或放走一部分液体，来达到恒定液位的效果。当做温度实验时：加温棒将把加温水箱内的水温度加至设定温度，等待温度传感器检测，到达设定温度时，停止加温，温度传感器将进行实时检测，来保证水箱内水温恒定。做系统实验时：系
7、统通过压力、流量、液位、温度4个参数之间的配合，做到恒压（模拟量）、恒流量（模拟量）、恒液位（模拟量）、恒温度（模拟量）。完成实验后:两功能水箱的水通过手动阀3、4回流至储水箱。在控制方面：系统支持HAT协议，输入参数为温度，输出端为比例阀2。第三章 对象特性测试实验被控对象数学模型的建立通常采用下列二种方法。一种是分析法，即根据过程的机理，物料或能量平衡关系求得它的数学模型；另一种是用实验的方法确定。本装置采用实验方法通过被控对象对阶跃信号的响应来确定它的参数及数学模型。由于此法较简单，因而在过程控制中得到了广泛地应用。第一节 单容自衡水箱液位特性测试实验一、实验目的1掌握单容水箱的阶跃响应
8、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，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数；二、实验设备 1.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、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或设备等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。手动阀、电磁阀全开，设上水箱流入量为Q1，改变电动调节阀1的开度可以改变Q1的大小，上水箱的流出量为Q2，改变出水阀的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水
9、的过程。若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。3-1单容水箱特性测试图由图3-1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Q10-Q20=0 （3-1）动态时，则有 Q1-Q2= （3-2） 式中V为水箱的贮水容积，为水贮存量的变化率，它与h的关系为，即= A （33） A为水箱的底面积。把式（3-3）代入式（2-2）得 Q1-Q2=A （3-4）基于Q2=，RS为阀V2的液阻，则上式可改写为Q1-= A 即ARS
10、+h=KQ1或写作 = （3-5）式中T=ARS，它与水箱的底面积A和V2的RS有关；K=RS。式（3-5）就是单容水箱的传递函数。若令Q1（S）=，R0=常数，则式（2-5）可改为H（S）=K-对上式取拉氏反变换得 h(t)=KR0(1-e-t/T) （3-6）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（3-6）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3-2所示。图3-2 单容水箱的单调上升指数曲线当由实验求得图3-2所示的阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所
11、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式（3-5）所示。图3-3 单容水箱的阶跃响应曲线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。图中OB即为对象的滞后时间，BC为对象的时间常数T，所得的传递函数为：H(S)=四、实验控制系统流程上水箱液位检测信号LT1为标准的模拟信号，传送到控制器GE的PLC上，现场的4-20mA信号到CPU的传送。五、实验内容与步骤本实验选择上水箱作为被测对象。实
12、验之前先将储水箱中贮足水量，然后将与上水箱的相连的进水阀门全开，将上水箱出水阀门开至适当开度，其余阀门均关闭。1、接通控制柜电源：先开总电源，再逐个开分项电源；2、等待CPU运行正常，即没有红灯亮或闪烁时，查看触摸屏画面，观察当前参数与阀门状态；3、触摸屏切换到阀控制回路，在手动阀都打开后，顺序打开电磁阀，注意电动阀要关闭；4、在触摸屏界面上面的画面中点击“手动”，并将设定值和输出值设置为一个合适的值；5、启动磁力驱动泵，注意变频器设定为定值，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少输出量（直接在变频器上调节和出水阀门上调节），使上水箱的液位平衡于设定值；6、点击界面中间的“曲线”键，在界面的右方将
13、显示液位的变化曲线。7、在触摸屏界面窗口改变给定的变频器数值，使其输出有一个正（或负）阶跃增量的变化（此增量不宜过大），使水箱液位上升或下降，经过一定时间的调节后，水箱的液位进入新的平衡状态，其响应曲线如图3-4所示。图3-4单容箱特性响应曲线8、观察触摸屏监控界面A水箱液位的阶跃响应曲线。9、实验曲线所得的结果填入下表。 参数值测量值放大系数K周期T时间常数液位h正阶跃输入负阶跃输入平均值10、实验完毕后，在触摸屏上依次关闭工频磁力泵、电磁阀,顺序不可颠倒；11、最后关闭电源：先关分项电源，最后关闭总电源，逐渐减小负荷。六、实验报告1画出单容水箱特性测试实验的结构框图。2根据实验测得的数据和
14、曲线，分析并计算出单容水箱液位对象时的参数及传递函数。3、实验心得体会。七、思考题1在实验进行过程中，为什么不能任意改变出水口阀开度的大小？2用响应曲线法确定对象的数学模型时，其精度与那些因素有关？第四章 上水箱液位特性控制第一节 单回路控制系统的概述一、单回路控制系统的概述图4-1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器组成一个单闭环控制系统。系统的给定量是某一定值，要求系统的被控制量稳定于给定量。由于这种系统结构简单，性能较好，调试方便等优点，故在工业生产中已被广泛应用。图4-1 单回路控制系统方框图二、干扰对系统性能的影响1、干扰通道的放大系数、时间常
15、数及纯滞后对系统的影响。干扰通道的放大系数Kf会影响干扰加在系统中的幅值。若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。如果干扰通道是一惯性环节，令其时间常数为Tf，如果时间常数Tf越大，干扰对被控量的作用就越小。通常干扰通道中还会有纯滞后环节，它使被调参数的响应时间滞后一个值，但不会影响系统的调节质量。2、干扰进入系统中的不同位置。复杂的生产过程往往有多个干扰量，它们作用在系统的不同位置，如图3-2所示。同一形式、大小相同的扰动作用在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。图4-2 扰动作用于不同位置的控制系统三、控制规律的选择P
16、ID控制规律及其对系统控制质量的影响已在有关课程中介绍，在此将有关结论再简单归纳一下。1、比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。这种调节器的主要缺点是系统有静差存在。其传递函数为GC(s)= KP = (4-1) 式中KP为比例系数，为比例带。2、比例积分(PI)调节PI调节器就是利用P调节快速抵消干扰的影响，同时利用I调节消除残差，但I调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。其传递函数为GC(s)=KP(1+)(1+) (4-2) 式中TI为积分时间。3、比例微分(PD)调节
17、这种调节器由于有微分的超前作用，能增加系统的稳定度，加快系统的调节过程，减小动态误差，但微分抗干扰能力较差，且微分过大，易导致调节阀动作向两端饱和。因此一般不用于流量和液位控制系统。PD调节器的传递函数为GC(s)=KP(1+TDs)(1+TDs) (4-3) 式中TD为微分时间。4、比例积分微分(PID)调节器PID是常规调节器中性能最好的一种调节器。由于它具有各类调节器的优点，因而使系统具有更高的控制质量。它的传递函数为GC(s)=KP(1+TDs)(1+TDs) (4-4) 图4-3表示了同一对象在相同阶跃扰动下，采用不同控制规律时具有相同衰减率的响应过程。图4-3 各种控制规律对应的响
18、应过程四、调节器参数的整定方法调节器参数的整定一般有两种方法：一种是理论计算法，即根据广义对象的数学模型和性能要求，用根轨迹法或频率特性法来确定调节器的相关参数；另一种方法是工程实验法，通过对典型输入响应曲线所得到的特征量，然后查照经验表，求得调节器的相关参数。工程实验整定法有以下四种：（一）经验法若将控制系统按照液位、流量、温度和压力等参数来分类，则属于同一类别的系统，其对象往往比较接近，所以无论是控制器的形式还是所整定的参数均可相互参考。表3-1为经验法整定参数的参考数据，在此基础上，对调节器的参数作进一步修正。若需加微分作用，微分时间常数按TD=()TI计算。表3-1 经验法整定参数系统
19、参数(%)TI(min)TD(min)温度20603100.53流量401000.11压力30700.43液位2080(二)临界比例度法这种整定方法是在闭环情况下进行的。设TI=，TD=0，使调节器工作在纯比例情况下，将比例度由大逐渐变小，使系统的输出响应呈现等幅振荡，如图4-4所示。根据临界比例度k和振荡周期TS，按表3-2所列的经验算式，求取调节器的参考参数值，这种整定方法是以被控量的动态曲线按4：1衰减为目标。图4-4 具有周期TS的等幅振荡表3-2 临界比例度法整定调节器参数 调节器参数调节器名称TI(S)TD(S)P2kPI2.2kTS/1.2PID1.6k0.5TS0.125TS临
20、界比例度法的优点是应用简单方便，但此法有一定限制。首先要生产过程能承受受控变量等幅振荡的波动，其次是受控对象应是二阶以上或具有纯滞后的一阶以上的环节，否则在比例控制下，系统是不会出现等幅振荡的。在求取等幅振荡曲线时，应特别注意控制阀出现开、关的极端状态。（三）衰减曲线法（阻尼振荡法）图4-5 4：1衰减曲线法图形在闭环系统中，先把调节器设置为纯比例作用，然后把比例度由大逐渐减小，加阶跃扰动观察输出响应的衰减过程，直至出现图4-5所示的4：1衰减过程为止。这时的比例度称为4：1衰减比例度，用S表示之。相邻两波峰间的距离称为4：1衰减周期TS。根据S和TS，运用表4-3所示的经验公式，就可计算出调
21、节器预整定的参数值。表4-3 衰减曲线法计算公式 调节器参数调节器名称（%）TI(min)TD(min)PSPI1.2S0.5TSPID0.8S0.3TS0.1 TS （四）动态特性参数法所谓动态特性参数法，就是根据系统开环广义过程阶跃响应特性进行近似计算的方法，即根据第二章中对象特性的阶跃响应曲线测试法测得系统的动态特性参数（K、T、等），利用表4-4所示的经验公式，就可计算出对应于衰减率为4：1时调节器的相关参数。如果被控对象是一阶惯性环节，或具有很小滞后的一阶惯性环节，若用临界比例度法或阻尼振荡法（4：1衰减）就有难度，此时应采用动态特性参数法进行整定。表4-4 经验计算公式调节器参数调
22、节器名称（%）TITDP100%PI1.1100%3.3PID0.85100%20.5第二节 上水箱液位PID整定实验一、实验目的1、了解单容液位定值控制系统的结构与组成。2、掌握单容液位定值控制系统调节器参数的整定和投运方法。3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。4、了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用。二、实验设备1.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、实验原理本实验系统结构图和方框图如图4-6所示。被控量为上水箱的液位高度，实验要求它的液位稳定在给定值。将超声波传感器检测到的上水箱液位信号作为反馈信号，在与给定量比较
23、后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制上水箱液位的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI或PID控制。四、实验控制系统流程上水箱液位检测信号LT1为标准的模拟信号，传送到控制器GE的PLC上，现场的4-20mA信号到CPU的传送。五、实验内容与步骤本实验选择作上水箱为被测对象，实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将上水箱的进水阀门全开，将上水箱出水阀门开至适当开度，40%-70%，其余阀门均关闭。水位控制分为2路基本控制，一路是工频（就是把变频器设定为工频定值）磁力泵加电动调节阀的控制方式，另外一路是变频磁力泵加电磁阀的控制方式。当然也可以，2
24、路调节一起使用，基于他们的基本原理都是一样的，我们就参照2路基本的回路调节进行讲解。（一）工频泵加电动调节阀控制方式在触摸屏的操作画面上，切换到手动控制和阀控制。这时候启动工频磁力泵，在操作画面上左侧的控制区域的输出项中手动设定阀门的开度，等实际的水位值达到设定值以后，投入自动，适当改变调节的参数（kp和ts）值，观察曲线变化的情况，查看参数改变对调节回路的影响。正常情况下，当实际水位小于设定值时，阀门会逐渐开大，直到阀门全开，慢慢的，水位慢慢上升至设定值，阀门会逐渐关小，直到最后，阀门全部关闭。为了模拟显示工业环境下的用水，可以打开手动阀进行排水，以达到模拟的效果。这时候随着时间的推移，水位
25、肯定会有下降，阀门的开度会逐渐变大，直到最后，进水和出水的水量一致时，阀门的开度稳定一个范围内。六、实验步骤：1、接通控制柜电源：先开总电源，再逐个开分项电源；2、等待CPU运行正常，即没有红灯亮或闪烁时，查看触摸屏画面，观察当前参数；3、触摸屏切换到水位阀控制回路，并且切换为手动模式下，在手动阀都打开后，打开电动阀等；4、在触摸屏界面上面的画面中点击“手动”， 并将设定值和输出值设置为一个合适的值；5、将电动调节阀的阀位设置到30%的开度；6、启动磁力驱动泵，把变频器的数值设定为定值，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少输出量，使上水箱的液位平衡于设定值，在控制画面的水位设定栏中输入流量设定值
26、，比如50mm，经过实验，水位设定值在30mm100mm范围内，调节效果较好；7、按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定PI调节器的参数，并按整定后的PI参数进行调节器参数设置，点击控制参数进行设置，并点开曲线画面；8、待液位稳定于给定值后，将调节器切换到“自动”控制状态，待液位平衡后，突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负）阶跃增量的变化；9、适当改变调节的参数（Kp和Ti）值，观察曲线变化的情况（通过点击画面中的按钮，会在窗口的右上方出现实时曲线窗口），查看参数改变对调节回路的影响。正常情况下，当实际水位小于设定值时，阀门会逐渐开大，直到阀门全开，慢慢的，水位慢慢上升至设定值，
27、阀门会逐渐关小，直到最后，阀门逐渐关死。推荐参数：Kp=5.0 Ti=40，在阀门开度40%的时候从手动切换到自动调节模式，要求扰动量为控制量的515，干扰过大可能造成系统不稳定。加入干扰后，水箱的液位变离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定至新的设定值，观察触摸屏曲线画面，记录此时的设定值、输出值和参数，液位的响应过程曲线将如图4-8所示；图4-8 液位的响应过程曲线 10、分别适量改变调节器的P及I参数，重复步骤7，通过实验界面上的按钮切换观察计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。11、分别用P、PI、PD、PID三种控制规律重复步骤48，通过实验界面下边的按钮切换观察计算
28、机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线；12、实验完毕后，在触摸屏上依次关闭泵、电动阀,顺序不可颠倒；13、最后关闭电源：先关分项电源，最后关闭总电源，逐渐减小负荷。六、注意事项在系统正常运行过程中，请不要切换到压力控制和流量控制回路中，因为这三个控制回路使用都是相同的控制对象，从一个控制回路切换到另外一个控制回路，会引起调节的混乱。如需要切换，请先停下当前的控制回路，切换到手动控制模式，然后将各个设备打开或者关闭。七、实验报告要求1、画出单容水箱液位定值控制实验的结构框图。2、用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。3、根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。4、比
29、较不同PID参数对系统的性能产生的影响。5、分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用。八、思考题1、改变比例度和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？2、试描述采样周期的选择原则？1、在相应阀门未打开的情况下，禁止开泵；2、相应阀门和泵开启后一定要先关泵，再顺序关阀；3、若需要查看仪表内部接线或结构，请先关闭电源；4、定期排水清理，待A、B、C水箱和储水箱水都排完并清理后再给储水箱加水，以2/3为宜；5、在空开上电的情况下，电源柜内禁止随便触摸，尤其是接线部位；6、操作触摸屏时，请严格按照实验指导书上的步骤；7、电动阀开启或关闭需要一定的时间，大概10-15s，请等待开到位或者
30、关到位后再开启或关闭下个阀门；8、PLC模块在上电的时候禁止随意插拔；9、请不要踩在管道上；10、请不要往水箱里扔杂物，以防堵管；11、液位计在A水箱最上端，若想到仪表上读取数值，请注意安全；安全事项第五章 供水流量特性控制一、实验目的1、了解单闭环流量控制系统的结构组成与原理；2、掌握单闭环流量控制系统调节器参数的整定方法；3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响；4、研究P、PI、PD和PID四种控制分别对流量系统的控制作用；二、实验设备（同前）三、实验原理图5-1 单闭环流量定值控制系统本实验系统结构图和方框图如图5-1所示。被控量为电动调节阀支路（也可采用变频器支路）的流量
31、，实验要求电动阀支路流量稳定至给定值。将流量计FT1检测到的流量信号作为反馈信号，并与给定量比较，其差值通过调节器控制电动调节阀的开度，以达到控制管道流量的目的。为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI控制，并且在实验中PI参数设置要比较大。四、实验内容与步骤流量控制分为2路基本控制，一路是工频磁力泵加电动调节阀的控制方式，另外一路是变频磁力泵加电磁阀的控制方式。当然也可以两路调节一起使用，基于他们的基本原理都是一样的，我们就以单支路供水分别对1路基本的回路调节进行讲解。1、工频泵加电动调节阀控制方式准备工作： 1）在触摸屏的主画面上，选择使用阀控制，并切换到手
32、动控制模式； 2）电动阀打开。 3）相关电磁阀关闭，手动阀门关闭，防止水打回去； 4）将电动调节阀的阀位设置到30%的开度；5）在控制画面的流量设定栏中输入流量设定值，比如300L/H，经过实验，流量设定值在200400L/H范围内，调节效果较好。 6）在参数设定框内设定初始的调节参数KP和TI.这时候启动磁力泵（变频器设定为定值），在操作画面上左侧的控制区域的输出项中手动设定阀门的开度，等实际的流量压力值达到设定值以后，投入自动，适当改变调节的参数（Kp和Ti）值，观察曲线变化的情况（通过点击画面中的按钮，会在窗口的右上方出现实时曲线窗口），查看参数改变对调节回路的影响。正常情况下，当实际流
33、量小于设定值时，阀门会逐渐开大，直到阀门全开，慢慢的，流量慢慢上升至设定值，阀门会逐渐关小，直到最后，阀门稳定在一个合适的范围内。 推荐参数：Kp=2.0 Ti=20，在阀门开度28%的时候从手动切换到自动调节模式。五、注意事项在系统正常运行过程中，请不要切换到水位控制和压力控制回路中，因为这三个控制回路使用都是相同的控制对象，从一个控制回路切换到另外一个控制回路，会引起调节的混乱。如需要切换，请先停下当前的控制回路，切换到手动控制模式，然后将各个设备打开或者关闭。在变频泵控制模式下，可以通过在控制画面右面的工艺图中点击调节阀的图标，手动设定调节阀阀门的开度，同理，阀门控制的时候可以手动调节变
34、频器的转速。六、实验报告要求1画出单闭环流量定值控制实验的结构框图。2用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。3根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能。4比较不同PI参数对系统的性能产生的影响。5分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。七、思考题1如果采用变频器支路做实验，其响应曲线与电动阀支路的曲线有什么异同？并分析差异的原因。2改变比例度和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？3在本实验中为什么采用PI控制规律，而不用纯P控制规律？安全事项1、在相应阀门未打开的情况下，禁止开泵；2、相应阀门和泵开启后一定要先关泵，再顺序关阀；3、若需要查看仪表内
35、部接线或结构，请先关闭电源；4、定期排水清理，待A、B、C水箱和储水箱水都排完并清理后再给储水箱加水，以2/3为宜；5、在空开上电的情况下，电源柜内禁止随便触摸，尤其是接线部位；6、操作触摸屏时，请严格按照实验指导书上的步骤；7、电动阀开启或关闭需要一定的时间，大概10-15s，请等待开到位或者关到位后再开启或关闭下个阀门；8、PLC模块在上电的时候禁止随意插拔；9、请不要踩在管道上；10、请不要往水箱里扔杂物，以防堵管；第六章 供水压力特性控制一、实验目的1、了解压力控制系统的结构组成与原理；2、掌握压力控制系统调节器参数的整定方法；3、研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响；4、
36、研究P、PI、PD和PID四种控制分别对压力系统的控制作用。二、实验设备（同前）三、实验原理图6-1 压力定值控制系统压力控制分为2路基本控制，一路是工频磁力泵加电动调节阀的控制方式，另外一路是变频磁力泵加电磁阀的控制方式。基于他们的基本原理都是一样的，我们就参照2路基本的回路调节进行讲解。四、实验内容与步骤本实验的目的与原理并参照前面液位特性控制中相应方案进行，这里不再详述。1、工频泵（把变频器设定为定值）加电动调节阀控制方式实验步骤以及准备工作：1）在触摸屏的主画面上，选择使用阀控制，并切换到手动控制模式；2）电动球阀打开。3）电磁阀关闭，相关的手动阀门关闭，防止水打回去；4）将电动调节阀
37、的阀位设置到30%的开度；5）在控制画面的压力设定栏中输入压力设定值，比如40kpa，经过实验，压力设定值在2550kpa范围内，调节效果较好。6）在参数设定框内设定初始的调节参数KP和TI.这时候启动工频磁力泵，在操作画面上左侧的控制区域的输出项中手动设定阀门的开度，等实际的压力值达到设定值以后，投入自动，适当改变调节的参数（Kp和Ti）值，观察曲线变化的情况（通过点击画面中的按钮，会在窗口的右上方出现实时曲线窗口），查看参数改变对调节回路的影响。正常情况下，当实际压力小于设定值时，阀门会逐渐开大，直到阀门全开，慢慢的，压力慢慢上升至设定值，阀门会逐渐关小，知道最后，阀门稳定在一个合适的范围
38、内。 推荐参数：Kp=0.8 Ti=5，在阀门开度30%的时候从手动切换到自动调节模式。2、变频泵加电磁阀的控制方式变频泵的调节方式跟调节阀的方式差不多。准备工作： 1）在触摸屏的主画面上，选择使用泵阀控制，并切换到手动控制模式；2）电动球阀关闭，其它相关阀门关闭，上水箱出水阀门在达到一定时保持适当开度。 3）相关的阀门关闭，防止水打回去； 4）将变频器的频率设定设置到80%的开度；5）在控制画面的压力设定栏中输入压力设定值，比如40kpa，经过实验，压力设定值在2550kpa范围内，调节效果较好。 6）在参数设定框内设定初始的调节参数KP和TI.这时候启动变频磁力泵，在操作画面上左侧的控制区
39、域的输出项中手动逐渐更改变频器的频率，等实际的压力值达到设定值附近以后，投入自动，适当改变调节的参数（Kp和Ti）值，观察曲线变化的情况（通过点击画面中的按钮，会在窗口的右上方出现实时曲线窗口），查看参数改变对调节回路的影响。正常情况下，当实际压力小于设定值时，转速会逐渐增大，压力慢慢上升至设定值，转速会逐渐关小，直到最后，转速稳定在一个合适的范围内。 推荐参数：Kp=1.2 Ti=10，在转速达到90%的时候从手动切换到自动调节模式。五、实验报告要求1、画出闭环压力定值控制实验的结构框图。2、用实验方法确定调节器的相关参数，写出整定过程。3、根据实验数据和曲线，分析系统在阶跃扰动作用下的静、
40、动态性能。4、比较不同的PI参数对系统性能产生的影响。5、分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。六、思考题 1、压力变送器的压力值如何传送到CPU；2、改变比例度和积分时间TI对系统的性能产生什么影响？3、比较变频器支路和用电动调节阀支路调节的差别？并分析差异的原因。1、在相应阀门未打开的情况下，禁止开泵；2、相应阀门和泵开启后一定要先关泵，再顺序关阀；3、若需要查看仪表内部接线或结构，请先关闭电源；4、定期排水清理，待A、B、C水箱和储水箱水都排完并清理后再给储水箱加水，以2/3为宜；5、在空开上电的情况下，电源柜内禁止随便触摸，尤其是接线部位；6、操作触摸屏时，请严格按
41、照实验指导书上的步骤；7、电动阀开启或关闭需要一定的时间，大概10-15s，请等待开到位或者关到位后再开启或关闭下个阀门；8、PLC模块在上电的时候禁止随意插拔；9、请不要踩在管道上；10、请不要往水箱里扔杂物，以防堵管；安全事项第七章 温度特性控制一、实验目的1、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。3、了解PID参数自整定的方法及其参数整定在整个系统中的重要性。二、实验设备（同前）三、实验原理温度控制与常规的控制不大一样，与前面讲的水位，压力，流量控制回路最大的不同就是，温度有着很大的滞后性，所以在控制上，采用常规的PI(
42、比例积分)控制，肯定达不到控制的预期效果，本次我们选用了PID(比例微分积分)来进行控制调节。本试验装置的控制流程是，通过，加热中间水箱中的水，从上面水箱来调节水量，从而达到控制水箱水温的目的。四、实验内容与步骤 温度控制的调节与实现。准备工作：1）在触摸屏的主画面上，选择温度控制，并切换到手动控制模式；2）将变频磁力泵前面的进水手动球阀打开；3）将电加热器进水口前面的手动阀打开，给加热器进水，加热水箱的出水口暂时关闭，出水手动阀门在设定温度到达后打开较小的开度。 4）将变频器的转速设置到45%； 5）在控制画面的流量设定栏中输入温度设定值，比如25度； 6）在参数设定框内设定初始的调节参数KP、TI以及TD； 准备工作做完后，启动电加热器。控制器已经对电加热器做好了保护，当温度低于40的时候才可以手动启动，当温度高于55度