过程控制设计实验报告压力控制.docx

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1、过程控制设计实验报告压力控制 目录 第一章过程控制仪表课程设计的目的 (1) 1.1 设计目的 (1) 1.2 课程在教学计划中的地位和作用 (1) 第二章液位控制系统（实验部分） (2) 测量方法、信号处理技术和控制系统的设计，掌握测控对象参数检测方法、变送器的功能、测控通道技术、执行器和调节阀的功能、过程控制仪表的PID控制参数整定方法，进一步加强对课堂理论知识的理解与综合应用能力，进而提高学生解决实际工程问题的能力。基本要求如下: 1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号； 2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号； 3. 掌握PID调节器的功能原理，完成

2、相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。 4通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。 1.2课程设计的基本要求 本课程设计是为过程控制仪表课程而开设的综合实践教学环节，是对 控制参 1. 掌握变送器功能原理，能选择合理的变送器类型型号； 2. 掌握执行器、调节阀的功能原理，能选择合理的器件类型型号； 3. 掌握PID调节器的功能原理，完成相应的压力、流量、液位及温度控制系统的总体设计，并画出控制系统的原理图和系统主要程序框图。 4通过对一个典型工业生产过程（如煤气脱

3、硫工艺过程）进行分析，并对其中的一个参数（如温度、压力、流量、液位）设计其控制系统。 第二章液位控制系统（实验部分） 2.1 控制系统工艺流程 液位控制系统装置由三个相同大小的容器、液位检测变送仪表及执行机构组成，配套的仪表屏上安装了配有带连接信号插座孔的整个工艺过程模拟流程图、调节控制仪表、手操器、显示仪表等。工艺过程模拟流程图如图2.1所示。 图2.1 带连接信号插座孔的液位装置工艺模拟流程图 ，控 孔为调 1号通 0100mmH2O，变送输出为420mA。 VL：电子式电动调节阀为电子小流量调节阀，电动调节阀输入420 mA 电流信号，对应阀门输出开度0100%。 V12和I12 ：两路

4、电压/电流转换器。其中V1为第1路电压输入信号端，I1 为第1路电流输出信号端，V2为第2路电压输入信号端，I2 为第2路电流 输出信号端，O上孔（）插孔接电压/电流转换器来的正信号，下孔（）插孔接电压/电流转换器来的负信号，不能接错。 三级串联水箱如图2.2所示，它由三个水箱组成，稳压水由两路经过电动调节阀VL1和VL2以及手动阀V1V6，分别流入三个水箱。调节阀VL1和VL2可以一个作为控制回路的执行机构，另一个用于产生扰动信号。若以进入水箱的水流量作为输入量，水位作为其输出量，则每一个水箱可以看成是一阶 、V3 和个水箱H1 （2）电子阀；（3）液位变送器；（4）PID智能调节器等组成。

5、它们连接成控制系统的方框图如图2.3所示。 图2.3 单回路液位控制系统方框图 图2.3中被控对象是三级串联的水箱，被控制量是水箱的液位Hs，调节参数是流入水箱的水流量Q，水箱液位由液位变送器检测得到液位反馈信号Hf，它和液位设定信号Hs进行比较，得到偏差信号Hi，调节器对输入偏差Hi进 行PID运算，输出变化量u控制信号，控制电子调节阀门的阀位，改变调节参数Q，使被调参数H保持在设定值。其中f为系统扰动信号。 控制要求：稳态误差在2%以内，响应时间少于100s 2. 双回路串级控制 串级PID控制就是将两个PID控制器串联在一起，控制一个执行阀，实现定值控制。在大多数控制情况下，主控制器采用

6、比例、积分、微分控制，副控 图 液位串级控制系统具有两个调节器、两个闭环回路和两个执行对象，由于着眼点不同，使得主调节器和副调节器的控制规律选择不一样。设置副回路的目的主要是为了提高主变量的控制质量，因此，副回路具有快速抗干扰的功能，起着“粗调”和“先调”的作用，对副变量本身没有严格的要求。因此，副控制器一般只选择比例或比例积分作用，而主变量是需要严格控制的，主控制器常采用比例积分或者比例积分微分控制器。 控制要求：响应时间和稳态误差都要尽可能的小，动态响应曲线接近理想曲线，超调量20%，调节时间Ts100s，余差5% 系统的实验调试 (1)按设计好的线路图接线，确定无误后方可合上电源。 (2

7、)按照课本要求设置PID智能控制调节器控制参数（包括二级参数）。 (3)先设定主、副调节器的控制规律、PID参数。智能调节器1主给定 量打开 曲线波动周期长，积分时间再加长 曲线振荡频率快，先把微分降下来 动差大来波动慢。微分时间应加长 理想曲线两个波，前高后低4比1 一看二调多分析，调节质量不会低 (4)记录各个参数 主回路T0 = 3s,P = 50, I = 40,D = 5,Kp = 2,Ki = 0.3,Kd =5/3 副回路T0 = 3s,P = 100, I = 45,D = 3,Kp = 1,Ki =2/15,Kd =0.5 最终调节达到的效果：调节时间90s；超调量0.16；

8、余差0.02 第三章水箱压力控制系统设计 摘要 本文设计了以PC机为上位机、AT89C51单片机为下位机，并辅之以传感器、变频器以及相关接口部件的二级集散压力控制系统。着重介绍了基于TLC2543单片机的数据采集与处理系统。 2 制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择的不合适，则会使控制质量变坏，达不到预期的效果。因此，当一个单回路系统搭建好以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的问题。 图1单容水箱压力控制系统简图 2、系统总体设计 2.1 单片机监控系统的作用和功能 该系统实现控制功能的主要单元是一个基于单片机的压力控制 系统，其结构框图如图2所示。主要组成部分有：基于扩散

9、硅传感器的压力检测单元、A/D 转换单元、以AT89C51单片机为核心的控制单元以及调节水箱进水量的变频调速单元具体的工作过程是：设定欲 压值与设定的电压值进行比较，从而按所得偏差信号进行控制运算。本实验装置针对压力缓慢变化的模拟信号，考虑到经济、实用等因素，在原有控制器的基础上，以AT89C51 单片机为核心，利用少量的I/O 接口，采用TLC2543串行A/D 转换芯片，扩展出一个数据采集系统。 AT89C51 单片机是ATEML 公司出产的一款经济、高性能单片机，其主要特性如下： 1）工作频率为024MHz 2）两个标准16 位定时/计数器 3）32 条可编程I/O 口线，5 个中断源

10、压力作用下，根据半导体的压阻效应，把压力的变化转换成电阻的变化，经过测量电路所测的输出电压反映出所受压力的变化，即液位的变化。当硅膜片上受到压力1 P 和2 P 作用时，由于它们对膜片产生的压力正好相反，因此作用在膜片上的压力P = P ? P 从而可以进行压差测量。 实验中具体的测量方式为空气管传感方式：将一根管子竖直立起，其一端放于液体容器中，另一端完全敞开，则在管子里面的液面与容器中的是完全相同的。若将管子的上端封住（接到MPX201ODP 的压力面），管子内就会留有一定体的气体。当容器内液位变化时，管内空气的压力将会成比例地变化，则MPX201ODP 传感器的压力 顾几个方面的折中值。从尽快消除控制系统的静态误差的角度考虑，希望PID 算法的积分系数尽量的大；但从降低控制过程中超调量的角度考虑，又希望PID 控制算法的积分系数尽量的小。因此在本实验装置的控制系统中，我们采用变速积分PID 算法，根据控制系统的当前状态，动态、合理地改变PID 控制算法的积分常数，以提高控制品质。