(过程装备控制技术及应用)实验指导书.doc

化学工程学院 《过程装备控制技术及应用 贵州大学 二OO 七年八月  前 言 过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。 本实验指导书是根据浙江天煌科技实业有限公司推出的全新THJ－2型高级过程控制实验装置的相关内容编写的，THJ－2型过程控制系统是以工业现场工艺设备为背景，以现行教材的教学内容为依据研发出的新一代的实验装置。 该系统设计本着工程化、参数化、现代化、开放性、综合性人才的培养原则出发。实验对象采用当今工业现场常用的对象，如水箱、锅炉。仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件。学生通过对该系统的了解和使用，进入企业后能很快地适应环境进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供一个高水平的学习和研究开发平台。 本实验指导书分别叙述了实验的原理、步骤及注意事项等。通过对实验装置各个仪表的原理、工作情况及实验原理、软硬件的详细介绍，既使教师和学生对THJ-2型、THJ-3型高级过程控制实验装置有一个充分的认识，又有益于他们对工业生产现场控制系统的了解。 学生在本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容： 1、传感器特性的认识和零点迁移； 2、自动化仪表的初步使用； 3、变频器的基本原理和初步使用； 4、电动调节阀的调节特性和原理； 5、测定被控对象特性的方法； 6、单回路控制系统的参数整定； 7、串级控制系统的参数整定； 8、复杂控制回路系统的参数整定； 9、控制参数对控制系统的品质指标的要求； 10、控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养。 实验过程的基本程序： 1、明确实验任务； 2、提出实验方案； 3、画实验接线图； 4、进行实验操作，做好观测和记录； 5、整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。 在进行本书中的综合实验时，上述程序应尽量让学生独立完成，老师给予必要的指导，以培养学生的实验动手能力，要做好各主题实验，就应做到：实验前有准备；实验中有条理，实验后有分析。 由于本实验指导书编写时间较为仓促，书中的缺点和错误在所难免，敬请各大专院校师生和广大读者批评指正。  目 录 实验内容一：单容自衡水箱液位特性测试实验 5 实验内容二：双容水箱特性的测试 9 实验内容三：液位定值控制系统 13 实验内容四：温度定值控制系统 16 实验内容五：流量定值控制系统 19 实验内容六：盘管出水口水温与锅炉内胆的串级控制 22 实验报告的基本内容及要求 25 贵州大学实验报告 26 附件1 THJ-2型高级过程控制系统介绍 28 附件2 THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台 33 实验内容一：单容自衡水箱液位特性测试实验 实验学时：2学时 实验类型：（验证、综合、设计） 实验要求：（必修、选修） 一、实验目的 1．掌握单容水箱的阶跃响应测试方法，并记录相应液位的响应曲线； 2．根据实验得到的液位阶跃响应曲线，用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数； 二、实验设备 1. THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2. 计算机及相关软件 3. 万用电表一只 三、实验原理 所谓单容指只有一个贮蓄容器。自衡是指对象在扰动作用下，其平衡位置被破坏后，不需要操作人员或仪表等干预，依靠其自身重新恢复平衡的过程。图1-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图。阀门F1-1、F1-2和F1-8全开，设下水箱流入量为Q1，改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小，下水箱的流出量为Q2，改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2。液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程。若将Q1作为被控过程的输入变量，h为其输出变量，则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式。 根据动态物料平衡关系有 Q1-Q2=A (1-1) 将式(2-1)表示为增量形式 ΔQ1-ΔQ2=A (1-2) 式中：ΔQ1，ΔQ2，Δh——分别为偏 离某一平衡状态的增量； A——水箱截面积。 在平衡时，Q1=Q2，＝0；当Q1发生变化时，液位h随之变化，水箱出 口处的静压也随之变化，Q2也发生变化。由流体力学可知，流体在紊流情况下，液位h与流量之间为非线性关系。但为了简化起见，经线性化处理后，可近似认为Q2与h成正比关系，而与阀F1-11的阻力R成反比，即 ΔQ2= 或 R= (1-3) 式中：R——阀F1-11的阻力，称为液阻。