過程控制實訓

1、一、實習的主要內(nèi)容 圖1 系統(tǒng)總貌圖實驗設(shè)備1實驗對象及控制屏、sa-11掛件一個、sa-13掛件一個、sa-14掛件一個、計算機一臺（dcs需兩臺計算機）、萬用表一個；2sa-12掛件一個、rs485/232轉(zhuǎn)換器一個、通訊線一根；3sa-21掛件一個、sa-22掛件一個、sa-23掛件一個；4sa-31掛件一個、sa-32掛件一個、sa-33掛件一個、主控單元一個、數(shù)據(jù)交換器兩個，網(wǎng)線四根； 5sa-41掛件一個、cp5611專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線；6sa-42掛件一個、pc/ppi通訊電纜一根。1） 單容自衡水箱液位特性測試控制要求：1掌握單容水箱的階躍響應(yīng)測試方法，并記錄相應(yīng)液位的響應(yīng)曲線；根

2、據(jù)動態(tài)物料平衡關(guān)系有q1-q2=a (2-1)將式(2-1)表示為增量形式q1-q2=a (2-2)式中：q1，q2，h分別為偏離某一平衡狀態(tài)的增量； a水箱截面積。在平衡時，q1=q2，0；當q1發(fā)生變化時，液位h隨之變化，水箱出口處的靜壓也隨之變化，q2也發(fā)生變化。由流體力學可知，流體在紊流情況下，液位h與流量之間為非線性關(guān)系。但為了簡化起見，經(jīng)線性化處理后，可近似認為q2與h成正比關(guān)系，而與閥f1-11的阻力r成反比，即q2=或r= (2-3) 式中：r閥f1-11的阻力，稱為液阻。將式(2-2)、式(2-3)經(jīng)拉氏變換并消去中間變量q2，即可得到單容水箱的數(shù)學模型為w0（s）= 2根據(jù)

3、實驗得到的液位階躍響應(yīng)曲線，用相應(yīng)的方法確定被測對象的特征參數(shù)k、t和傳遞函數(shù)；圖1 單容自衡水箱特性測試系統(tǒng) （a）結(jié)構(gòu)圖 （b）方框圖圖2 單容水箱的階躍響應(yīng)曲線2） 雙容水箱特性的測試控制要求：1掌握雙容水箱特性的階躍響應(yīng)曲線測試方法；2根據(jù)由實驗測得雙容液位的階躍響應(yīng)曲線，確定其特征參數(shù)k、t1、t2及傳遞函數(shù)；圖3 雙容水箱對象特性測試系統(tǒng)(a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖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。在圖4所示的階躍響應(yīng)曲線上求取：(1) 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

4、對應(yīng)的時間t2。圖4 雙容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線 0.32t1/t20.46由上述兩式中解出t1和t2，于是得到上式所示的傳遞函數(shù)。在改變相應(yīng)的閥門開度后，對象可能出現(xiàn)滯后特性，這時可由s形曲線的拐點p處作一切線，它與時間軸的交點為a，oa對應(yīng)的時間即為對象響應(yīng)的滯后時間。于是得到雙容滯后（二階滯后）對象的傳遞函數(shù)為：g（s）=3） 電動調(diào)節(jié)閥流量特性的測試控制要求：1了解電動調(diào)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)閥的流量特性圖5 電動閥流量特性測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖6 電動閥連接示意圖電動調(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)中的一個重要執(zhí)行元件。電動調(diào)節(jié)閥接受來自調(diào)節(jié)器的

5、420madc信號u，將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的閥門開度l，以改變閥截流面積f的大小，從而改變流量。調(diào)節(jié)閥的靜態(tài)特性kvdq/du，其中u是調(diào)節(jié)器輸出的控制信號，q是被調(diào)介質(zhì)流過閥門的相對流量。調(diào)節(jié)閥的動態(tài)特性gv(s)=kv/(tvs+1)，其中tv為調(diào)節(jié)閥的時間常數(shù)，一般很小，可以忽略。但在如流量控制這樣的快速過程中， tv有時不能忽略。調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特性是指閥芯與閥座間節(jié)流面積與閥門開度之間的關(guān)系，通常有四種結(jié)構(gòu),即快開特性、直線特性、拋物線特性、等百分比特性。調(diào)節(jié)閥的流量特性，是指介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥門相對開度之間的關(guān)系，因為執(zhí)行機構(gòu)靜態(tài)時輸出l（閥門的相對開度）與u成比例關(guān)系，所以調(diào)節(jié)閥靜態(tài)

6、特性又稱調(diào)節(jié)閥流量特性，即qf(l)。式中：qq/q100為相對流量，即調(diào)節(jié)閥某一開度流量q與全開流量q100之比；ll/l100相對開度，即調(diào)節(jié)閥某一開度行程l與全行程l100之比。4）水箱液位串級控制系統(tǒng)1通過實驗了解水箱液位串級控制系統(tǒng)組成原理。2掌握水箱液位串級控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3了解階躍擾動分別作用于副對象和主對象時對系統(tǒng)主控制量的影響圖9 水箱液位串級控制系統(tǒng)(a) 結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖干擾均要求擾動量為控制量的515，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值（后面三種干擾方法仍

7、穩(wěn)定在原設(shè)定值），記錄此時的智能儀表的設(shè)定值、輸出值和儀表參數(shù)，下水箱液位的響應(yīng)過程曲線將如圖9所示。圖10 下水箱液位階躍響應(yīng)曲線水箱液位的串級控制系統(tǒng)，它是由主控、副控兩個回路組成。主控回路中的調(diào)節(jié)器稱主調(diào)節(jié)器，控制對象為下水箱，下水箱的液位為系統(tǒng)的主控制量。副控回路中的調(diào)節(jié)器稱副調(diào)節(jié)器，控制對象為中水箱，又稱副對象，中水箱的液位為系統(tǒng)的副控制量。主調(diào)節(jié)器的輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定，因而副控回路是一個隨動控制系統(tǒng)。副調(diào)節(jié)器的的輸出直接驅(qū)動電動調(diào)節(jié)閥，從而達到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的主調(diào)節(jié)器應(yīng)為pi或pid控制。由于副控回路的輸出要求能快

8、速、準確地復現(xiàn)主調(diào)節(jié)器輸出信號的變化規(guī)律，對副參數(shù)的動態(tài)性能和余差無特殊的要求，因而副調(diào)節(jié)器可采用p調(diào)節(jié)器。5）單回路控制系統(tǒng)控制要求：單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，它是由被控對象、執(zhí)行器、調(diào)節(jié)器和測量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的給定量是某一定值，要求系統(tǒng)的被控制量穩(wěn)定至給定量。由于這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，性能較好，調(diào)試方便等優(yōu)點，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應(yīng)用。圖7 單回路控制系統(tǒng)方框圖1比例(p)調(diào)節(jié)純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡單的調(diào)節(jié)器，它對控制作用和擾動作用的響應(yīng)都很快。由于比例調(diào)節(jié)只有一個參數(shù)，所以整定很方便。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點是系統(tǒng)有靜差存在。其傳遞函數(shù)為：gc(s)= kp = (3

9、-1) 式中kp為比例系數(shù)，為比例帶。2比例積分(pi)調(diào)節(jié)pi調(diào)節(jié)器就是利用p調(diào)節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用i調(diào)節(jié)消除殘差，但i調(diào)節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種調(diào)節(jié)器在過程控制中是應(yīng)用最多的一種調(diào)節(jié)器。其傳遞函數(shù)為：gc(s)=kp(1+)(1+) (3-2) 式中ti為積分時間。3比例微分(pd)調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)器由于有微分的超前作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過程，減小動態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導致調(diào)節(jié)閥動作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。pd調(diào)節(jié)器的傳遞函數(shù)為： gc(s)=kp(1+tds)(1+tds) (3-3) 式中td為微分時間。4比

10、例積分微分(pid)調(diào)節(jié)器pid是常規(guī)調(diào)節(jié)器中性能最好的一種調(diào)節(jié)器。由于它具有各類調(diào)節(jié)器的優(yōu)點，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質(zhì)量。它的傳遞函數(shù)為gc(s)=kp(1+tds)(1+tds) (3-4) 圖8 各種控制規(guī)律對應(yīng)的響應(yīng)過程二、實習取得的經(jīng)驗及收獲 通過這一周的實訓，加深了對像串級控制系統(tǒng)、前饋控制系統(tǒng)、比值控制系統(tǒng)等這樣的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的理解，以及對這些控制系統(tǒng)的pid參數(shù)的調(diào)整方法更加的熟悉。雖然只有短短的一周時間，但是它讓我真正地理解了復雜控制系統(tǒng)參數(shù)的整定方法和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，這是一次實踐和理論的接合。我們初步認識了過程控制系統(tǒng)在實際生產(chǎn)中的工作過程和重要作用。通過學習我們了解，每一個過程控制系統(tǒng)都是實際生產(chǎn)過程中的指揮官，而我們作為操作人員，更加應(yīng)該對自己的每一次操作負責，要知道任何一次操作的失誤，輕則影響產(chǎn)品生產(chǎn)的效率，重則會發(fā)生嚴重的安全事故。通過幾天的練習，我們的分析能力，決策能力和應(yīng)變能力都得到了較大的提高，同時我們更加明白了做事情必須一絲不茍，任何一小小的差錯都可能引起嚴重的后果。 最后，感謝瞿曌老師在這一周時間