过程控制工程实验指导书(2015版)412.pdf

第页1过 程 控 制 工 程实 验 指 导 书过 程 控 制 工 程实 验 指 导 书华东理工大学华东理工大学2015 年年 4 月月2前言前言《过程控制工程实验》是《过程控制工程》课程教学体系中不可缺少的重要环节，旨在通过动手实践操作，加深学生对理论知识和基本概念的理解与掌握，培养学生的工程实施能力，激发学生的创造力本实验课程由基本实验、演示实验、设计实验、计算机仿真实验和 DCS 控制系统实训实验组成基本实验以模拟对象装置、控制器、记录仪等仪器、仪表为工具，通过线路连接搭成各种控制回路并进行调试， 使学生认识对象特性及控制参数调整对过程的影响；演示实验和设计实验以小型温度、压力、液位控制系统实验装置为工具，通过演示或实际设计操作，使学生认识实际生产装置的控制方法；计算机仿真实验使学生了解计算机仿真对自动控制系统的意义、作用和基本方法，了解 MATLAB 软件包仿真过程的方法，并进一步了解过程参数的测试方法和控制系统的工程整定方法PLC、DCS 控制系统的实训实验可以让学生通过实验掌握目前工业领域上主流先进的 PLC、 DCS 控制系统的回路控制的构成、软硬件组成，能基于其上的求取控制系统数学模型的特性，并学会使用 ABB PLC、DCS 控制系统进行控制系统的设计。

通过熟悉 DELTAV DCS 控制系统的现场总线系统的架构， 掌握 DELTAV DCS 控制系统 FF 现场总线设备的基本类型和操作方法，并学习现场总线设备的信息查询和硬件连接方式、方法基于数字虚拟仿真工厂的控制系统设计及调试实验，可以通过目前工业上标准的 OPC 接口技术实现远程的虚拟过程控制工程实验同时，基于真实的 Honeywell PKS DCS 控制系统，控制采用Aspen plus 软件平台搭建整个与石化工业乙烯生产实际过程中完全一致的虚拟的乙炔加氢、绿油吸收和乙烯精馏生产过程可以实现控制系统实验的虚拟化本实验指导书适用于自动化专业和测控技术与仪器专业， 由孙京诰、 刘漫丹、 杨洁、王为国等教师共同编写华东理工大学信息学院2015 年 4 月3目录目录2014～2015 学年第 2 学期实验安排...........................................................................4实 验 要 求..................................................................................................................5实验 1对象动态特性测试.........................................................................................5实验 2控制器参数对控制质量的影响.....................................................................7实验 3用曲线拟合法估计模型参数.........................................................................8实验 4干扰位置对控制质量的影响.......................................................................10实验 5前馈控制系统...............................................................................................11实验 6串级控制系统...............................................................................................13实验 7DELTAV DCS 控制系统的三容压力对象特性的测试...............................14实验 8DELTAV DCS 系统控制器的参数整定（三阶对象）...............................15实验 9DELTAV DCS 系统基于现场总线设备的三阶液位对象控制...................16实验 10 复杂控制系统仿真及参数整定...................................................................17实验 11 液位控制综合实验.......................................................................................18实验 12 温度控制综合实验.......................................................................................24实验 13 基于数字虚拟仿真工厂的控制系统设计及调试.......................................30附 1：MATLAB 仿真程序说明.................................................................................31附 2：小型模拟对象仪的使用说明...........................................................................32附 3：PID 自整定控制器的使用说明.......................................................................35附 4：液晶无纸记录仪的使用说明...........................................................................39附 5：DELTAV DCS 控制系统的操作站基本操作指导..........................................3642014～～2015 学年第学年第 2 学期实验安排学期实验安排 1．时间安排（以下时间安排为暂定，具体时间安排需等协商后通知大家） ： 本学期实验课程暂定为第7周——第15周。

实际实验安排根据具体实验进程机动调整创新实验：根据2015 年西门子杯全国大学生工业自动化挑战赛考题，3 人为一组提交报告！ 创新实验请利用课余时间完成，答疑时间另行商定创新实验请各班班长帮助协调完成 全国大学生“西门子杯“工业自动化挑战赛2015年大赛赛题网址: 创新实验报告请班长收齐提交到奉贤校区信息大楼教务沈亮老师办公室上课时间表：上课时间表： 1-2 节08:00-09:40 3-4 节09:55-11:30 中午11:35-13:155-6 节13:30-15:05 7-8 节 15:25-17:002．实验地点、内容安排： 实验1，对象动态特性测试；奉贤校区信息大楼204 实验2，控制器参数对控制质量的影响；奉贤校区信息大楼204 实验3，用曲线拟合法估计模型参数； 奉贤校区信息大楼机房暂定211机房 实验4，干扰位置对控制质量的影响； 奉贤校区信息大楼204 实验5，前馈控制系统； 奉贤校区信息大楼机房暂定211机房 实验6，串级控制系统； 奉贤校区信息大楼204 实验11，液位控制综合实验；奉贤校区信息大楼208 东 实验12，温度控制综合实验；奉贤校区信息大楼208 东 实验9，DELTAV DCS系统基于现场总线设备的三阶液位对象控制；奉贤信息楼203 实验10，复杂控制系统仿真及参数整定。

奉贤校区信息大楼机房暂定211机房备注：、、......代表实验 1、实验 2、实验 3......5实 验 要 求实 验 要 求1)每次实验前，必须预习实验内容，实验结束后，必须书写实验报告2)实验报告中应写明如下内容：1)实验名称，姓名、班级、学号，若是分组实验，则写明同组合作者姓名；2)实验的目的、实验设备；3)实验的基本原理；4)实验设备连接图或仿真模块连接图、计算机程序等；5)实验详细步骤；6)实验结果，包括数据、图、表、曲线等；7)实验计算及分析、结论等；8)实验思考题、心得体会及建议等3)实验结束后，须关闭仪表电源，整理好仪表实验实验 1对象动态特性测试对象动态特性测试实验目的：1)了解对象动态特性测试的阶跃响应法；2)掌握对象动态特性测试的数据处理方法实验设备：模拟对象仪一台，控制器一台，无纸记录仪一台实验原理：对象输入信号为阶跃信号时，对象的输出称为阶跃响应，根据阶跃响应曲线测试对象动态特性称为阶跃响应测试法阶跃响应测试法是系统在开环运行条件下， 待系统稳定后， 手动地给对象加入的阶跃输入信号，同时记录对象的输出数据或阶跃响应曲线， 然后根据已给定的对象模型结构， 对实验数据进行处理，确定模型中的各参数。

对于工业生产过程中最常见的自衡的非振荡过程，常采用两点法和曲线拟合法进行对象参数的确定两点法：当对象模型可以用一阶加时滞环节来近似描述时，可用两点法直接求取对象参数6当对象输入阶跃信号  0 00 )(ttrtu，对象的传递函数用seTSKsG 1)(近似描述时，对象的输出响应曲线计算公式为：)1 ()(Tt eKrty在响应曲线上取两点),(11ytA和),(22ytB，联立求解得  2121122112MMMtMtMMttT其中，)1ln(1 1KryM，)1ln(2 2KryM实验要求：1)对一个一阶对象进行动态特性测试；2)对一个高阶对象进行动态特性测试；3)画出对象的标准响应曲线，与测试曲线进行比较结果分析：被测对象111 STK ) 1)(1)(1(321321  STSTSTKKK实际 设置值K1= T1=K1= K2= K3=T1= T2= T3=正向阶跃反向阶跃正向阶跃反向阶跃阶跃响应 曲线参数估计K1= T1=K1= T1=K1*K2*K3= T= τ=K1*K2*K3= T= τ=思考问题：1．采用两点法进行图解时，为什么通常取1y、2y在 0.284 至 0.865 间的值？2．除了阶跃响应法测试对象特性外，还可以用哪些方法？7实验实验 2控制器参数对控制质量的影响控制器参数对控制质量的影响实验目的：1)了解控制器的比例度δ、积分时间 Ti及微分时间 Td的改变对控制质量的影响。

2)了解控制系统参数整定的方法实验设备：模拟对象仪一台，控制器一台，无纸记录仪一台实验原理：当控制系统确定后，控制器的参数整定就直接影响控制质量的好坏，控制质量的好坏可用品质指标来衡量，也可用积分准则来衡量对于定值控制系统和随动控制系统，由于控制的要求不同，因此所希望的质量指标也不同，控制器参数的整定值也会有所不同比例控制作用是最基本的控制作用，比例度过小，会使控制系统变得不稳定，但余差减小，积分作用的引入主要是改善控制系统的静态品质，即消除余差，但会使系统的动态品质恶化，选择微分时间应适合，使引入微分作用后相位超前起主导作用，而幅值增大不大，这样才能改善控制系统的动态品质控制系统的参数整定是基于上述知识，根据经验法、半经验法等进行的实验要求：1． 利用模拟对象仪和控制器，构造一个具有干扰通道的三阶对。