東南大學(xué)過程控制實(shí)驗(yàn)報(bào)告一

東南大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 過程控制 第一次實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱： 被控過程的認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn) 院（系）：自動(dòng)化專業(yè)：自動(dòng)化 姓名： 學(xué)號(hào): 同組人員： 實(shí)驗(yàn)時(shí)間： 2017年4月9日評(píng)定成績(jī)： 審閱教師： TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"一.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?3二?實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 3\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)步驟 4\o"CurrentDocument"實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象 4\o"CurrentDocument"五?思考題 11一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解被控過程系統(tǒng)的組成；2、熟悉過程控制教學(xué)裝置的設(shè)備和管線；3、掌握過程控制系統(tǒng)的理論建模方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容以表征生產(chǎn)過程的參量為被控制量使之接近給定值或保持在給定范圍內(nèi)的自動(dòng)控制系統(tǒng)。這里“過程”是指在生產(chǎn)裝置或設(shè)備中進(jìn)行的物質(zhì)和能量的相互作用和轉(zhuǎn)換過程。表征過程的主要參量有溫度、壓力、流量、液位、成分、濃度等。通過對(duì)過程參量的控制，可使生產(chǎn)過程中產(chǎn)品的產(chǎn)量增加、質(zhì)量提高和能耗減少。一般的過程控制系統(tǒng)通常采用反饋控制的形式。在利用HGK-1過程控制實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，可掌握下列內(nèi)容：1、 測(cè)定控制對(duì)象特性的方法；2、 熟悉自動(dòng)化儀表的使用方法；3、 掌握單回路控制系統(tǒng)的組成及其參數(shù)整定；4、 掌握復(fù)雜控制回路系統(tǒng)的組成及其參數(shù)整定；5、 理解控制參數(shù)對(duì)控制系統(tǒng)品質(zhì)指標(biāo)的影響；6、 學(xué)習(xí)過程控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、接線、投運(yùn)等綜合能力；在利用本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行各實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目后，可達(dá)到下列基本要求和目標(biāo)：1、 明確實(shí)驗(yàn)任務(wù)；2、 提出實(shí)驗(yàn)方案；3、 完成實(shí)驗(yàn)工作。本實(shí)驗(yàn)教學(xué)裝置的實(shí)驗(yàn)電氣接線圖如圖1所示。圖1實(shí)驗(yàn)電氣接線圖三、實(shí)驗(yàn)步驟1、繪制實(shí)驗(yàn)裝置電器及設(shè)備分布圖；2、繪制電器接線圖及電路原理圖；按照實(shí)驗(yàn)流程圖配管，并完成儀表配線；3、了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象，水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實(shí)驗(yàn)中對(duì)儀表進(jìn)行操作和觀察；4、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置面板圖，要求做到：由面板上的每只儀表的圖形、文字符號(hào)能準(zhǔn)確地找到該儀表的實(shí)際位置；5、熟悉工藝管道結(jié)構(gòu)、每個(gè)手動(dòng)閥門的位置及其作用。四、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象1、實(shí)驗(yàn)裝置及設(shè)備分布圖圖4.1液位控制系統(tǒng)本系統(tǒng)包含水箱、加熱器、變頻器、泵、電動(dòng)閥、電磁閥、進(jìn)水閥、出水閥、增壓器流量計(jì)、壓力傳感器、溫度傳感器和操作面板等。

圖4.2操作面板本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)控制面板有4個(gè)P909儀表分別用于顯示壓力、流量、液位和溫度。每個(gè)P909有4組接口，分別為外給定、PV、OUT和報(bào)警。其中PV為測(cè)量值的輸入口，即在閉環(huán)回路中為反饋值的輸入口，該接口一般與變送器相連，外給定是作為串級(jí)控制中外環(huán)輸出作為內(nèi)環(huán)給定值，OUT口是控制器根據(jù)給定信號(hào)SV和反饋信號(hào)PV后，通過控制器控制算法的控制量，用于控制實(shí)驗(yàn)裝置中執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如電磁閥、電動(dòng)閥等。圖4.3參數(shù)顯示及操作屏此顯示屏可顯示鍋爐溫度、水箱液位、水泵壓力、管道流量和閥門開度等參數(shù)，并且有一個(gè)交流變頻控制器可以控制水泵的工作頻率。此外，還有啟動(dòng)和急停按鈕，啟動(dòng)按鈕用于整個(gè)系統(tǒng)的啟動(dòng)，急停按鈕用于出現(xiàn)意外情況時(shí)的緊急停止。2、電器接線圖及電路原理圖圖2.1液位控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖圖2.2液位控制系統(tǒng)框圖4-20mAi液位變送器電動(dòng)閥Z 艸國stPOU4-20mAi液位變送器電動(dòng)閥Z 艸國stPOUwesflo圖2.3電氣連接圖將液位變送器的輸出接到PV,測(cè)量液位，輸出OUT接到電動(dòng)閥控制其閥門開度。通過修改設(shè)定值SV，可以觀察到水箱液位PV發(fā)生變化。3、實(shí)驗(yàn)設(shè)備（1）壓力傳感器：YMC303P-1-A-3RANGE0-6kPa,OUT4-20mADC,SUPPLY24VDC,IP67，REDSUP+，BLUEOUT+/V-

圖2.4壓力傳感器壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器。一般普通壓力傳感器的輸出為模擬信號(hào)，或在一段連續(xù)的時(shí)間間隔內(nèi)，輸出為數(shù)字信號(hào)。而通常使用的壓力傳感器主要是利用壓電效應(yīng)制造而成的，這樣的傳感器也稱為壓電傳感器。交流變頻器(2)交流變頻器：功率1500W交流變頻器(2)交流變頻器：功率1500W、220V單相輸入、380V三相輸出功率；1500W電源：22OV(單相輸入｝380V(相輸出)圖2.5交流變頻器交流型變頻器是輸出電壓和頻率可調(diào)的調(diào)速裝置。交流型變頻器實(shí)際上就是一個(gè)逆變器它首先將交流電變?yōu)橹绷麟?，然后用電子元件?duì)直流電進(jìn)行開關(guān)，變?yōu)榻涣麟姟Ｒ话愎β瘦^大的交流型變頻器用可控硅，并設(shè)一個(gè)可調(diào)頻率的裝置，使頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)，用來控制電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)，使轉(zhuǎn)數(shù)在一定的范圍內(nèi)可調(diào)。(3)渦輪流量計(jì)：型號(hào)LWY-C口徑4-200mm,介質(zhì)溫度-20—+100°C，環(huán)境溫度-20—+45°C，供電電源+24V，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出4-20mA，負(fù)載0-750Q，精確度土0.5%Fs土1.0%Fs，外殼防護(hù)等級(jí)IP65

圖2.6渦輪流量計(jì)渦輪流量計(jì)是速度式流量計(jì)中的主要種類,當(dāng)被測(cè)流體流過渦輪流量計(jì)傳感器時(shí)，在流體的作用下，葉輪受力旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)速與管道平均流速成正比，同時(shí)，葉片周期性地切割電磁鐵產(chǎn)生的磁力線，改變線圈的磁通量，根據(jù)電磁感應(yīng)原理，在線圈內(nèi)將感應(yīng)出脈動(dòng)的電勢(shì)信號(hào)，即電脈沖信號(hào)，此電脈動(dòng)信號(hào)的頻率與被測(cè)流體的流量成正比。(4)泵：Q40-150L/min,H2.5-7m,Hmax2.5m,380V,VL450V,IP44,50Hz,2550rpm,1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICLB圖2.7水泵水泵是輸送液體或使液體增壓的機(jī)械。它將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能或其他外部能量傳送給液體,使液體能量增加,主要用來輸送液體包括水、油、酸堿液、乳化液、懸乳液和液

態(tài)金屬等，也可輸送液體、氣體混合物以及含懸浮固體物的液體。（5）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：型號(hào)2DYP-16P壓力1.6MPa,輸入信號(hào)4-20mA,口徑2.5mm,電源220V,反饋信號(hào)4-20mA，閥門控制精度0.1%-8%可調(diào)。圖2.8電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是工業(yè)自動(dòng)化過程控制中的重要執(zhí)行單元儀表。與傳統(tǒng)的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：電動(dòng)調(diào)節(jié)閥節(jié)能（只在工作時(shí)才消耗電能）,環(huán)保（無碳排放）,安裝快捷方便（無需復(fù)雜的氣動(dòng)管路和氣泵工作站）。（6）電磁調(diào)節(jié)閥：MODELUW-15,VOLTS220V，ORIFICE15,CYCLES60Hz,PIPESIZE1/211,OFERATINGPRESSUREMINI0kg/cm2—MAX8kg/cm2圖2.9電磁調(diào)節(jié)閥電磁閥（Electromagneticvalve）是用電磁控制的工業(yè)設(shè)備，是用來控制流體的自動(dòng)化基礎(chǔ)元件，屬于執(zhí)行器，并不限于液壓、氣動(dòng)。用在工業(yè)控制系統(tǒng)中調(diào)整介質(zhì)的方向、流量、速度和其他的參數(shù)。電磁閥可以配合不同的電路來實(shí)現(xiàn)預(yù)期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。電磁閥有很多種，不同的電磁閥在控制系統(tǒng)的不同位置發(fā)揮作用，最常用的是單向閥、安全閥、方向控制閥、速度調(diào)節(jié)閥等。五、思考題1、 過程控制中過程參量指的是什么？舉例說明之；答：過程參量是指在系統(tǒng)控制過程中，參數(shù)隨時(shí)間變化。工業(yè)上常見的過程參數(shù)，除了過程自動(dòng)化最常見的溫度、壓力、流量、液位（物位）四大參數(shù)以外，往往還要檢測(cè)物料組分、物性、噪聲、振動(dòng)等參數(shù)，甚至還要測(cè)量諸如轉(zhuǎn)化率、催化劑活性等無法（或難以）直接在線檢測(cè)的參數(shù)。2、 了解常見過程參量的測(cè)量方法；答：過程參量的一般檢測(cè)原理主要有守恒定律、場(chǎng)的定律、熱電效應(yīng)、電阻的熱效應(yīng)、應(yīng)變效應(yīng)和壓阻效應(yīng)等。溫度測(cè)量可