过程控制系统实验、课程设计报告指导书24065.pdf

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1、-.z.一 过程控制系统实验 实验一 单回路温度控制系统的参数整定 一、实验目的 1、掌握单回路控制系统的原理性组成；了解单回路温度控制系统实验装置的组成和原 理；掌握单回路温度控制系统的参数整定方法。2、掌握 DCS 系统的监控和操作方法。二、实验仪器及设备 过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON J*-300*DCS 系统一套 三、实验线路 单回路温度控制系统流程示意图：温度调节器 SP 改变加热功率 温度检测变送 综合实验装置管路连接方式见图示下页：DCS 控制站第一个机笼的 I/O 卡件分布见以下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

2、17 18 19 各块 I/O 卡件的信号安排见下表：线色 插座脚号 信号代码 信号名 信号量程 被 测 物 理量 卡件通道 备注 咖啡色 J1/01 AI1+水箱液位LT-1 15v 420mA 0400mm液位 SP313-1 送工控机 红白 J1/02 AI1-SP313-2 白色 J1/03 AI2+锅炉液位LT-2 15v 420mA 0400mm液位 SP313-3 送工控机 橙黑 J1/04 AI2-SP313-4 淡黄 J1/05 AI3+水槽液位LT-3 15v 420mA 0400mm液位 SP313-5 送工控机 粉红黑 J1/06 AI3-SP313-6 黄黑 J1/0

3、7 AI4+出水压力PT-2 15v 420mA 0100Kpa 压力 SP313-7 送工控机 灰色 J1/08 AI4-SP313-8 白蓝 J1/09 AI5+进水流量15v 0300L/hSP313-1 送工控S P 2 4 3 S P 2 4 3 S P 2 3 3 S P 2 3 3 S P 3 1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 4 S P 0 0 0 S P 3 2 2 S P 3 2 2 S P 0 0 0 S P 3 6 3 S P 0 0 0 S P 3 6 4 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S

4、 P 0 0 0 TC TT-.z.红黑 J1/10 AI5-FIT-1 420mA 流量 SP313-2 机 黑色 J1/11 AI6+出水流量FIT-2 15v 420mA 0300L/h流量 SP313-3 送工控机 灰黑 J1/12 AI6-SP313-4 紫色 J1/13 AI7+锅炉水温TIT-1 15v 420mA 0100 度 温度 SP313-5 送工控机 白黑 J1/14 AI7-SP313-6 红色 J1/15 AI8+夹套水温TIT-2 15v 420mA 0100 度 温度 SP313-7 送工控机 绿棕 J1/16 AI8-SP313-8 淡蓝 J1/17 AI9+

5、进水电动阀 阀 位M1-I OUT 15v 420mA 0100%M1 阀位 SP313-1 送工控机 橙色 J1/18 AI9-SP313-2 蓝色 J1/19 AI10+出水电动阀 阀 位M2-I OUT 15v 420mA 0100%M2 阀位 SP313-3 送工控机 绿色 J1/20 AI10-SP313-4 黄绿 J1/21 空 24V 白红 J1/22 淡绿 J1/23 12V 0V 黄色 J1/24 粉红 J1/25 AI12-/AI13-空 送工控机 橙黑 J2/01 AO1+进水电动阀 控 制M1-IS 420mA 0100%阀门开度 SP322-1 共控机来 紫色 J2/

6、02 AO1-SP322-2 红黑 J2/03 AO2+出水电动阀 控 制M2-IS 420mA 0100%阀门开度 SP322-3 共控机来 白蓝 J2/04 AO2-SP322-4 粉红黑 J2/05 AO3+晶 闸 管SCR 控制 420mA 04.5kw 移相调控 SP322-5 共控机来 白色 J2/06 AO3-SP322-6 灰色 J2/07 AO4+变频器控制 BPQ 420mA 050Hz 变频调节 SP322-7 共控机来 绿色 J2/08 AO4-SP322-8 淡绿 J2/09 DI1+VDIN11接通信号 继电器接点 DI1=1 阀关DI1=0 阀开 SP363-1

7、送工控机 蓝色 J2/10 DI1-SP363-2 粉红 J2/11 DI2+VDIN12接通信号 继电器接点 DI2=1 阀关DI2=0 阀开 SP363-3 送工控机 黄色 J2/12 DI2-SP363-4 白黑 J2/13 DO1+驱动VDIN11 接点信号 SP364-1 共控机来 灰黑 J2/14 DO1-SP364-2-.z.淡黄 J2/15 DO2+驱动VDIN12 接点信号 SP364-3 共控机来 黄黑 J2/16 DO2-SP364-4 咖啡色 J2/17 DO3+变频使能BPQOUT 接点信号 SP364-5 共控机来 白红 J2/18 DO3-SP364-6 J2/2

8、5 PE1/2 接地 送工控机 说明：J1/01J1/08 卡件通道为 SP313 的第 1 路即 SP313(1)J1/09J1/16 卡件通道为 SP313 的第 2 路即 SP313(2)J1/17J1/20 卡件通道为 SP313 的第 3 路即 SP313(3)四、实验容及实验方法 一、实验容 1、熟悉单回路温度控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号和 DCS 卡件的连接方 式。2、根据温度控制系统管路连接方式调节相关手动球阀至对应开关位置，进展单回路控 制系统参数整定的方法整定 PID 参数。3、观察和比拟 PID 参数变化对系统性能的影响。二、实验方法及步骤 1、按照综合实验装

9、置管路图正确开关各手动球阀。2、综合实验装置上电，翻开水泵，等高位水箱开场溢流恒压状态下，锅炉水位到 高度的 2/3 时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、SUPCON J*-300*DCS 系统上电，工程师站上调出监控画面组态设计已做好，手动操作给锅炉加热到设定温度。4、小开度翻开锅炉的进、出水阀，使锅炉水流动，手动调节加热功率大小，使锅炉水 温根本稳定在设定值上，初置调节器 PID 参数值，将 DCS 切换到自动控制状态。5、在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻，以模拟扰动，观察系统的调节 过程、响应曲线。6、根据单回路系统的参数整定方法，不断调整 PID 参数，记录过程过渡曲线，比拟

10、不 同 PID 参数下系统的响应情况。实验二 单回路液位控制系统的参数整定 一、实验目的 1、掌握单回路液位控制系统实验系统的组成和原理；了解单回路控制系统不同参数时 系统性能的差异。进一步掌握单回路液位控制系统的参数整定方法。2、熟练掌握 DCS 系统的监控和操作方法。二、实验仪器及设备-.z.过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON J*-300*DCS 系统一套 三、实验线路 单回路液位控制系统流程示意图：SP 液位调节器 q1 液位检测变送 q2 综合实验装置管路连接方式见图示下页：DCS 控制站第一个机笼的 I/O 卡件分布见以下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1

11、1 12 13 14 15 16 17 18 19 各块 I/O 卡件的信号安排见 实验一的“I/O 卡件信号安排表 四、实验容及实验方法 一、实验容 1、熟悉单回路液位控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号和 DCS 卡件的连接方 式。2、根据单回路控制系统参数整定的方法整定 PID 参数。3、观察 PID 参数变化对系统性能的影响。二、实验方法及步骤 1、按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。2、综合实验装置上电，翻开水泵，等高位水箱开场溢流恒压状态下，锅炉水位到 高度的 2/3 时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、UPCON J*-300*DCS 系统上电，工程师站上调出监控画面组态

12、设计已做好，手动操作翻开锅炉的进水调节阀至*一开度 50%-70%，同时翻开锅炉出水球阀使锅炉进水、出水流量根本相等。4、在工程师站监控画面上利用手操器小开度调整锅炉的进水阀开度，使锅炉液位根本 保持在给定值上，初置调节器 PID 参数值，将 DCS 切换到自动控制状态。5、往锅炉里加少量水或翻开锅炉进水电磁阀片刻或人为少许改变锅炉的出水阀开度 可增大或减小，以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。6、根据单回路系统的参数整定方法，不断调整 PID 参数，记录过程过渡曲线，比拟不 S P 2 4 3 S P 2 4 3 S P 2 3 3 S P 2 3 3 S P 3 1 3 S P 3

13、1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 4 S P 0 0 0 S P 3 2 2 S P 3 2 2 S P 0 0 0 S P 3 6 3 S P 0 0 0 S P 3 6 4 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 LC LT-.z.同 PID 参数下系统的响应情况。实验三 串级控制系统的参数整定 一、实验目的 1、掌握串级控制系统的构造和工作原理。2、掌握串级控制系统的参数整定方法。3、了解单回路系统、串级控制系统两者的控制性能差异。二、实验仪器及设备 过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON J*-300*DCS 系

14、统一套。三、实验线路 锅炉夹套水温串级控制系统流程示意图：副调节器 改变加热功率 SP 主调节器 锅炉温度检测变送 锅炉夹套温度检测变送 综合实验装置管路连接方式见图示下页：DCS 控制站第一个机笼的 I/O 卡件分布见以下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 各块 I/O 卡件的信号安排见下表：线色 插座脚号 信号代码 信号名 信号量程 被 测 物 理量 卡件通道 备注 咖啡色 J1/01 AI1+水箱液位LT-1 15v 420mA 0400mm液位 SP313-1 送工控机 红白 J1/02 AI1-SP313-2 白色

15、J1/03 AI2+锅炉液位LT-2 15v 420mA 0400mm液位 SP313-3 送工控机 橙黑 J1/04 AI2-SP313-4 淡黄 J1/05 AI3+水槽液位15v 0400mmSP313-5 送工控S P 2 4 3 S P 2 4 3 S P 2 3 3 S P 2 3 3 S P 3 1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 4 S P 0 0 0 S P 3 2 2 S P 3 2 2 S P 0 0 0 S P 3 6 3 S P 0 0 0 S P 3 6 4 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0

16、S P 0 0 0 T2C T2T T1T T1C-.z.粉红黑 J1/06 AI3-LT-3 420mA 液位 SP313-6 机 黄黑 J1/07 AI4+出水压力PT-2 15v 420mA 0100Kpa 压力 SP313-7 送工控机 灰色 J1/08 AI4-SP313-8 白蓝 J1/09 AI5+进水流量FIT-1 15v 420mA 0300L/h流量 SP313-1 送工控机 红黑 J1/10 AI5-SP313-2 黑色 J1/11 AI6+出水流量FIT-2 15v 420mA 0300L/h流量 SP313-3 送工控机 灰黑 J1/12 AI6-SP313-4 紫色

17、 J1/13 AI7+锅炉水温TIT-1 15v 420mA 0100 度 温度 SP313-5 送工控机 白黑 J1/14 AI7-SP313-6 红色 J1/15 AI8+夹套水温TIT-2 15v 420mA 0100 度 温度 SP313-7 送工控机 绿棕 J1/16 AI8-SP313-8 淡蓝 J1/17 AI9+进水电动阀 阀 位M1-I OUT 15v 420mA 0100%M1 阀位 SP313-1 送工控机 橙色 J1/18 AI9-SP313-2 蓝色 J1/19 AI10+出水电动阀 阀 位M2-I OUT 15v 420mA 0100%M2 阀位 SP313-3 送

18、工控机 绿色 J1/20 AI10-SP313-4 黄绿 J1/21 空 24V 白红 J1/22 淡绿 J1/23 12V 0V 黄色 J1/24 粉红 J1/25 AI12-/AI13-空 送工控机 橙黑 J2/01 AO1+进水电动阀 控 制M1-IS 420mA 0100%阀门开度 SP322-1 共控机来 紫色 J2/02 AO1-SP322-2 红黑 J2/03 AO2+出水电动阀 控 制M2-IS 420mA 0100%阀门开度 SP322-3 共控机来 白蓝 J2/04 AO2-SP322-4 粉红黑 J2/05 AO3+晶 闸 管SCR 控制 420mA 04.5kw 移相调

19、控 SP322-5 共控机来 白色 J2/06 AO3-SP322-6 灰色 J2/07 AO4+变频器控制 BPQ 420mA 050Hz 变频调节 SP322-7 共控机来 绿色 J2/08 AO4-SP322-8 淡绿 J2/09 DI1+VDIN11接通信号 继电器接点 DI1=1 阀关DI1=0 阀开 SP363-1 送工控机 蓝色 J2/10 DI1-SP363-2-.z.粉红 J2/11 DI2+VDIN12接通信号 继电器接点 DI2=1 阀关DI2=0 阀开 SP363-3 送工控机 黄色 J2/12 DI2-SP363-4 白黑 J2/13 DO1+驱动VDIN11 接点信

20、号 SP364-1 共控机来 灰黑 J2/14 DO1-SP364-2 淡黄 J2/15 DO2+驱动VDIN12 接点信号 SP364-3 共控机来 黄黑 J2/16 DO2-SP364-4 咖啡色 J2/17 DO3+变频使能BPQOUT 接点信号 SP364-5 共控机来 白红 J2/18 DO3-SP364-6 J2/25 PE1/2 接地 送工控机 说明：J1/01J1/08 卡件通道为 SP313 的第 1 路即 SP313(1)J1/09J1/16 卡件通道为 SP313 的第 2 路即 SP313(2)J1/17J1/20 卡件通道为 SP313 的第 3 路即 SP313(3

21、)四、实验容及实验方法 一、实验容 1、熟悉锅炉夹套水温串级控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号和 DCS 卡件的 连接方式。2、根据串级控制系统参数整定的方法整定主、副调节器 PID 参数，观察 PID 参数变化 对系统性能的影响。3、比拟单回路系统、串级控制系统两者的控制性能差异。二、实验方法及步骤 1、按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。2、综合实验装置上电，翻开水泵，等高位水箱开场溢流恒压状态下，锅炉水位到 高度的 2/3 时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、SUPCON J*-300*DCS 系统上电，工程师站上调出监控画面组态设计已做好，手动操作给锅炉加热到一定温度，使锅炉

22、夹套水温到设定温度。4、小开度翻开锅炉的进、出水阀，使锅炉水流动，手动调节加热功率大小，使锅炉夹 套水温根本稳定在设定值上，初置调节器主、副调节器 PID 参数值，将 DCS 切换到自动控制状态。5、在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻，以模拟锅炉温度扰动，观察系 统的调节过程、响应曲线。6、在锅炉夹套里加少量冷水，以模拟锅炉夹套水温扰动，观察系统的调节过程、响应 曲线。7、根据串级控制系统的参数整定方法，不断调整主、副调节器 PID 参数，记录过程过-.z.渡曲线，比拟不同 PID 参数下系统的响应情况，并比拟单回路控制系统和串级控制系统的性能差异。实验四 集散控制系统的监控组态 一

23、、实验目的 1、掌握单回路控制系统的设计方法和设计步骤；2、掌握集散控制系统的组成、构造和通讯体系；3、了解集散控制系统的组态设计方法和步骤。4、熟练掌握 DCS 的工程师站下载组态的方法和监控操作方法。二、实验要求 根据实验室 EFPT 过程控制综合实验装置的特点和技术参数，设计一单回路锅炉液位控制系统系统的控制变量可自行确定，要求对锅炉液位进展定值控制300mm10mm。并利用浙大中控 SUPCON-J*300 DCS 的组态软件对所设计的系统进展组态设计，最终可在监控画面上显示、整定、控制锅炉液位的调节过程。三、实验仪器及设备 过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON J*-300*D

24、CS 系统一套。四、实验线路 单回路锅炉液位控制系统根据控制变量选择的不同可构成不同的控制方案。如选择进水流量作为控制变量，则其对应的系统流程示意图为：SP 液位调节器 q1 液位检测变送 q2 综合实验装置管路连接方式见图示下页：DCS 控制站第一个机笼的 I/O 卡件分布见以下图：0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 各块 I/O 卡件的信号安排见 实验一的“I/O 卡件信号安排表 四、实验容及实验方法 一、实验容 1、根据实验室过程控制综合实验装置的特点和技术参数，合理选择控制方案，设计 单回路锅炉液位控制系统。S P 2 4

25、 3 S P 2 4 3 S P 2 3 3 S P 2 3 3 S P 3 1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 3 S P 3 1 4 S P 0 0 0 S P 3 2 2 S P 3 2 2 S P 0 0 0 S P 3 6 3 S P 0 0 0 S P 3 6 4 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 S P 0 0 0 LC LT-.z.2、熟悉单回路液位控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号和 DCS 卡件的连接方 式。2、根据单回路液位控制系统相关信号和 DCS 卡件的连接方式进展组态设计。3、编译、下载组态，整定 PID

26、参数，观察 PID 参数变化对系统性能的影响。二、实验方法及步骤 1、设计单回路锅炉液位控制系统，画出其工艺流程图，按照综合实验装置管路图正确 开关各手动球阀。2、综合实验装置上电，翻开水泵，等高位水箱开场溢流恒压状态下，锅炉水位到 高度的 2/3 时，关闭锅炉的进水阀和出水阀。3、UPCON J*-300*DCS 系统上电，工程师站上调出组态画面进展组态设计。4、完成组态设计，进展编译无误后下载到现场控制站，调出监控画面，手动操作翻开 锅炉的进水调节阀至*一开度50%-70%，同时翻开锅炉出水球阀使锅炉进水、出水流量根本相等。5、在工程师站监控画面上利用手操器小开度调整锅炉的进水阀开度，使锅

27、炉液位根本 保持在给定值上，初置调节器 PID 参数值，将 DCS 切换到自动控制状态。往锅炉里加少量水或翻开锅炉进水电磁阀片刻以模拟扰动，观察系统的调节过程、响应曲线。6、根据单回路系统的参数整定方法，不断调整 PID 参数，记录过程过渡曲线，比拟不 同 PID 参数下系统的响应情况。二 过程控制系统课程设计 一、课程设计的目的 过程控制系统是自动化专业的一门专业课。本课程设计旨在使学生在了解生产过程 的静态和动态特性根底上，根据流程工艺要求，使用控制理论、现代控制技术，分析、设计、整定过程控制系统，通过课程设计，要求学生不仅能到达解决过程控制工程中的一般问题，而且具有分析和设计较复杂过程控

28、制系统的能力。二、选题 选题要符合本课程的教学要求，通常应包含单回路及常用的复杂控制系统的设计。注意选题容的先进性、综合性、实践性，应适合实践教学和启发创新，选题容应难度要适中；最好结合工程实际情况进展选题，反映过程控制技术的新水平，并且有一定的实用价值；成果宜具有相对完整性。根据过程控制实验室的系统和装置配备情况，课程设计选题可以在以下题目中选取：1、单回路温度控制系统的组态设计。2、单回路液位控制系统的组态设计根据实验对象的特点可确定不同的液位控制系 统方案。-.z.3、单回路流量控制系统的组态设计根据实验对象的特点可确定不同的流量控制系 统方案。4、单回路压力控制系统的组态设计。5、串级

29、控制系统的组态设计根据实验对象的特点可设计不同的串级控制系统。6、前馈控制系统的组态设计根据不同的温度、液位、流量、压力被控变量也可组成不同的前馈控制系统。7、前馈-反应复合控制系统的组态设计。三、任务及要求 1、任务 1学习过程控制系统的工程设计方法，具备初步的独立设计能力；2学会查阅技术资料和手册，合理设计控制方案；3提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力；4初步掌握组态设计和监控调节方法；5撰写规的设计总结报告，培养严谨的作风和科学的态度。2、要求 1选定设计课题，下达设计任务 选题可由指导教师选定，或由指导教师提供几个选题供学生选择；也可由学生自己选题，但学生选题需通过指导

30、教师批准。2教师讲解 a.介绍课程设计的容、要求、安排、考核方法、考前须知 b.讲授必要的课题背景和相关知识、原理。着重帮助学生明确任务，理解过程控制系统的设计方法及组态、调节方法。3学生查询资料，进展设计并完成设计报告 设计报告应包括的容：课题名称及要求；系统总体设计方案画出系统原理框图、方案的论证和比拟等容；系统组态设计容和系统参数整定方法。4教师审查 审查设计报告是否规，设计方案是否合理、正确、可行，否则要求调整或整改。教师记录学生的相应成绩。5学生组态实现、系统调节 通过教师审查后，即开场在集散控制系统的工程师站上进展组态设计并编译下载。组态-.z.工作原则上由学生独立完成。教师以兼顾

31、培养学生的独立工作能力和在规定时间完成设计任务为宗旨，视具体情况给予适当指导。6验收并简单考察 学生在系统到达功能和指标要求后，保持系统的监控现场，申请指导教师验收。对到达设计指标要求的，教师将对其综合使用能力和实验能力进展简单的辩论考察，然后在综合实验结果给出实际操作分。未到达设计指标要求的，则要求其调整和改良，直到达标。7撰写设计总结报告 课程设计总结报告应认真、规、正确见附录。四、进程安排 序号 容 时间天 1 选定设计课题，下达设计任务 课外时间 2 教师讲解 0.5 3 学生查询资料，进展设计并完成设计报告，教师审查 4 学生组态实现、系统参数整定、调节 2 5 验收并简单考察 0.5 6 撰写设计总结报告 合计 5