综合实践实验报告
（过程控制部分）
班级： 自动化11-2
姓名： 周瑞坤 11051231
日期： 2015年 3月 24日
实验目的
1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。
2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。
3、掌握使用DCS系统组态软件进行组态和设计控制系统基本过程。
4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成对象特性测试及建模。
5、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成简单控制系统的设计与分析。
6、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成复杂控制系统的设计与分析。
7、深入理解控制器参数的调整原理。
实验内容
1．熟悉工艺流程，绘制装置流程图。（第1天）
1.1工作内容
（1） 熟悉系统的工艺流程，了解装置上的检测点和执行机构并进行
记录
混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载
。
（2） 了解装置上各个手动阀和泵的作用。
（3） 了解电磁阀的作用和工作原理。
（4） 了解变频泵的作用和工作原理
（5） 掌握如何开启、关闭系统。
（6） 在前几步的基础上进行如下操作：
a). 使用工频支路给上水箱上水。
b). 使用变频支路给上水箱上水。
c). 使用工频支路给下水箱上水。
d). 使用变频支路给下水箱上水。
（7） 绘制整个工艺过程的工艺流程图
1.2 思考题：
如何控制上水箱的水位（给出设计
方案
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
）。
2．熟悉浙大中控DCS的设计环境及控制站组态、整合（第2-3天）
2.1思考题：
（1） 什么是DCS？
（2） 控制站和操作站在整个系统中有何作用。
（3） “组态”的含义是什么？
（4） 主控卡的各种参数依据什么设定？
（5） 控制站组态的顺序？
（6） I/O点的组态与DCS的硬件系统有何关系。
（7） 流程图组态需要注意哪些事项。
（8） 运行时流程图的动态效果是如何实现的。
（9） 各种组态的作用。
（10） 各种组态需要遵循的原则有哪些？
（11） 为何要进行系统整合？
注意：在进行以上各项组态时，要理解各项组态的含义及作用，组态时要具有目的性。
答：(1) DCS是分布式控制系统的英文缩写（Distributed Control System），在国内自控行业又称之为集散控制系统。是相对于集中式控制系统而言的一种新型计算机控制系统，它是在集中式控制系统的基础上发展、演变而来的。
(2)现场控制站的主要功能有数据采集、DDC控制、顺序控制、信号报警、打印报表及数据通信功能。
操作员操作站功能：正常运行时的工艺监视和运行操作。工程师操作站：对DCS进行离线的配置、组态工作和在线的系统监督、控制、维护。
(3) 含义是设置、配置，是指操作人员根据用户需求及控制任务的要求，使用软件工具，对计算机资源进行组合配置达到应用目的。
2.2 系统设计过程说明
熟悉浙大中控DCS的系统组态和运行的环境，掌握如下内容：
（1）如何进入组态环境。
（2）载入组态、选择组态、新建组态的含义。
（3）新建一个工程，名称为综合实验（各组相同） ，将工程保存在D:\综合实验 文件夹下
（注意：具体操作请参阅系统联机帮助，以下同。）
2.3 主控制卡组态
在主控制卡组态过程中，要理解如下内容：
主控制卡的IP地址是如何设定的。
主控制卡类型有哪些，各有何作用。
主控制卡型号如何确定。
UDP
协议
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的含义。
冗余的概念。
阀位设定值跟踪的含义。
2.4 控制站组态
在主控制卡组态完成之后，控制站组态的顺序为数据转发卡组态、I/O卡件组态、I/O点组态以及控制方案组态四个部分。
组态顺序依次为：数据转发卡组态——I/O卡件组态——I/O点组态——控制方案组态。
2.5 操作小组设置
设置操作小组的意义在于不同的操作小组可观察、设置、修改不同的
标准
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画面、流程图、报表、自定义键等。所有这些操作站组态内容并不是每个操作站都需要查看，在组态时选定操作小组后，在各操作站组态画面中设定该操作站关心的内容，这些内容可以在不同的操作小组中重复选择。
2.6流程图组态。
流程图是一个控制系统的重要部分，操作员监控现场情况大多是通过流程图界面完成的，流程图要能够准确反映现场的工艺流程，同时要做到画面美观、形象、操作方便。所用符号符合工业
规范
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。要有动态显示的数据和图形。
2.7 其它环节组态
分组画面组态
分组画面组态是对实时监控状态下分组画面里的仪表盘的位号进行设置。运行时，一个分组的信息显示在一页中，并以仪表盘的方式显示。
趋势组态
趋势画面组态用于完成实时监控趋势画面的设置，即哪些位号需要以曲线的方式实时显示。
总貌画面组态
总貌画面可以作为分组画面、趋势曲线、流程图画面、数据一览画面等的索引，主要是为了操作方便。
数据一览画面组态
2.8组态检查及系统整合
2.8.1组态检查
由于工程必须经过编译、下载到控制站后才能实际运行，而这个环节比较耗费时间，所以请各组对所组系统仔细检查，尽量保证所组系统的正确性。
检查中注意如下问题：
（1） 主控卡参数选择是否正确。
（2） 控制方案是否正确、完整。
（3） 位号是否遵循命名规定，位号组态是否完整。
（4） 流程图上的位号在显示是否完整，回路显示是否完整，需要操作的设备在流程图上是否设置等。
2.8.2 系统整合
由于本实验各组分别独立进行组态（共分为15组，所以有15个工程），而在DCS实际运行时只能有一个工程运行。所以，需要对15组的工程进行整合，将15个工程整合为一个工程，在整合过程中，各组在本组工程设计完毕、检查无误后，可以根据教师指导进行工程整合。
3．组态系统运行及调试（第4天）
1、检查装置流程是否正确。
2、在装置流程正确后可以接通电源。
3、在运行调试的过程中，检查本组的系统是否能够按预定运行，如果不能按预定运行，请找出系统存在的问题，在修改完毕，检查无误后，请教师再次下装。
4、调试工频支路下水箱液位串级控制系统，观察曲线变化情况，并记录参数及曲线，可以采用屏幕拷贝方法获得曲线，测试结束后可以将需要导出的所有内容放在D盘一个文件夹中。
5、调试变频支路上水箱液位串级控制系统，观察曲线变化情况，并记录参数及曲线。比较上、下两个水箱控制的区别。
4．控制系统实验(第5-6天)
用自己组态的控制系统完成如下实验，注意记录的数据要有横坐标和纵坐标:
4.1对象特性测试
对象特性测试包括一阶对象和二阶对象两部分内容。
（1） 从实验装置中分别确定一阶对象和二阶对象；
（2） 对被测对象进行机理分析，建立被测试对象的机理模型
（3） 调整系统处于正常工作状态附近
（4） 用阶跃响应法测试系统模型，注意阶跃输入不能超过10%
（5） 最后分别给出被测试对象的数学模型
4.2单回路控制系统实验
（1） 自行设计控制目标及方案
（2） 调整系统处于正常工作状态附近
（3） 分别改变比例度、积分时间（每个参数至少有三组以上数据），记录测试曲线，分析P、I、D不同参数对控制效果的影响
（4） 进行单回路控制系统PID参数整定
（5） 对所整定好的系统加入干扰，注意要记录加入的干扰量，分析控制回路克服干
扰的过程
4.3串级控制系统实验
（1） 自行设计控制目标及方案
（2） 调整系统处于正常工作状态附近
（3） 根据单回路控制系统参数整定的经验给出副控制器参数
（4） 进行主回路控制系统PID参数整定
（5） 分别对主副回路加入相同量的干扰，观察控制效果并分析串级控制系统在克服干扰方面的特点，同时分析与单回路系统克服干扰的区别。
4.4 思考题
（1） 一阶系统对象特性测试中K、T、
的确定方法及物理意义。
（2） 影响系统时间常数T的因素有哪些？
（3） 二阶系统对象特性测试中K、
的确定。
（4） 对象特性测试是开环的还是闭环的？如何实现？
（5） 被控对象数学模型的建立方法有哪几种，各自有什么特点？
（6） 思考实际实验过程与仿真实验过程的异同。
（7） 二阶对象特性测试的操作过程中需要注意哪些问题？
（8） 从实际对象的阶跃响应曲线中，如何判别是一阶对象还是二阶对象？
（9） 控制过程中为什么要调整系统处于正常工作状态附近？
（10） 如何确定调节阀为气关阀？
（11） 运用自控原理的知识分析一阶系统对象在纯比例控制作用下为什么很难出现震荡现象？
（12） 结合实验数据，总结P、I、D参数变化对控制效果的影响。
（13） 串级控制中如何选择主副对象？如何实现无扰动切换？
（14） 串级控制中如何设置主副回路参数及进行参数整定？
（15） 串级控制中如何确定最终的控制曲线？
实验方法及过程
1.建立被测试对象的机理模型：
(1) 建立该系统的非线性数学模型
控制作用为u1，控制调节阀的开度，从而影响第一个水箱的液位H1和第二个水箱的液位H2。取被控变量为第二个水箱的液位H2，建立二阶水箱的传递函数的数学模型。
当水箱液位稳定时，系统的稳态值如下：
(2-1)
根据物料平衡
(2-2)
将(2-1)带入(2-2)可得：
(2-3)
(2) 线性模型仿真
对关系方程进行增量化，并在工作点处进行线性化
a.先求出稳态时关系式
考虑到：
(2-4)
和
(2-5)
将(2-3)和(2-5)带入(2-7)得出：
(2-6)
b.将 (2-4) 带入 (2-3) ，进而对微分方程中的各变量用相应的增量代替，有：
(2-7)
即：
(2-8)
c.为了将上述微分方程 (2-8) 进行线性化，将
在
处展开成Taylor级数，只取到线性项：
，将
在
处展开成Taylor级数，只取到线性项：
(2-10)
浙公网安备 33021202002483