发布时间 : 星期二 文章化工自动化及仪表实验指导书更新完毕开始阅读6138aa85a6c30c2259019eac
佳组合。或增加微分作用，设定微分时间D，寻找和P作用最佳组合。记录和观察比较PI作用或PD作用对被控变量过渡过程的曲线的质量，达到4:1或10:1衰减震荡。
（3）同理，在上述PI或PD作用下，再增加D或I作用，分别记录和观察比较PID三作用控制过程的质量及PID最佳组合, 达到4:1或10:1衰减震荡。
六、实验报告
1．画出该单回路温度自动控制系统的方框图，并注明各环节的输入，输出物理量。 2．从不同的控制器参数过渡过程记录曲线中，试用控制质量的品质指标筛选出若干条典型曲线，分别说明P、PI或PD、PID作用时不同参数对过渡过程曲线的影响及其特征。
3．PID三作用控制的最佳参数近似值及特征。 4．实验心得体会。
附：XMT-3000系列智能数字PID控制器面板示意图
思考题1、1．画出该单回路温度自动控制系统的方框图，并注明各环节的输入，输出物理量。 答： f x e p q PID ZK调压器 电加热器 y - Z
DBW温度变送器 12
2．从不同的控制器参数过渡过程记录曲线中，试用控制质量的品质指标筛选出若干条典型曲线，分别说明P、PI或PD、PID作用时不同参数对过渡过程曲线的影响及其特征。 答：一、P（比例型）:由图知1、最大偏差A=365-400=-35℃ 2、余差C=385-400=-15℃
3、衰减比：处于稳态时，其值为390℃，第一个波峰值B=365-390=-25℃，第二个波峰值B1=385-390=-5℃，其衰减比为B:B1=-25:-5=5:1
4、由图得，两个波峰之间的距离为4.0mm，指针走速为300mm/h，故T振荡周期=4.0÷300×3600=48s
5、假设被控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束，那么限制范围为400×±2%=±8℃；新稳态值为390℃，可在新稳态值（390℃）两侧以±8℃画一区域，只要被控变量进入这一区域，就可以认为过渡过程已经结束，由图得，结束时位置距离开始时距离为2.0mm，故过渡时间τ=2.0÷300×3600＝24s 二、PI（比例积分型）：由图知1、最大偏差A=355-400=-45℃ 2、余差C=390-400=-10℃
3、衰减比：处于稳态时，其值为398℃，第一个波峰值B=355-398=-43℃，第二个波峰值B1=390-398=-8℃，其衰减比为B:B1=-43:-8=5.4:1
4、由图得，两个波峰之间的距离为8.1mm，指针走速为300mm/h，故振荡周期T=8.1÷300×3600=97.2s
5、假设被控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束，那么限制范围为400×±2%=±8℃；新稳态值为398℃，可在新稳态值（398℃）两侧以±8℃画一区域，只要被控变量进入这一区域，就可以认为过渡过程已经结束，由图得，结束时位置距离开始时距离为8.1mm，故过渡时间τ=8.1÷300×3600＝97.2s 三、PID(比例积分微分型) :由图知1、最大偏差A=353-400=-47℃ 2、余差C=395-400=-5℃
3、衰减比：处于稳态时，其值为398℃，第一个波峰值B=353-398=-45℃，第二个波峰值B1=395-398=-3℃，其衰减比为B:B1=-45:-3=15:1
4、由图得，两个波峰之间的距离为6.0mm，指针走速为300mm/h，故振荡周期T=6.0÷300×3600=72s
5、假设被控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束，那么限制范围为400×±2%=±8℃；新稳态值为398℃，可在新稳态值（398℃）两侧以±8℃画一区域，只要被控变量进入这一区域，就可以认为过渡过程已经结束，由图得，结束时位置距离开始时距离为4.0mm，故过渡时间τ=4.0÷300×3600＝42s
3．PID三作用控制的最佳参数近似值及特征。 答：三参数为放大系数K、时间常数T、滞后时间τ
1、 放大系数K：K=
?h?Q1;ΔQ1=-40℃；Δh=390-400=-10℃；故K=-10÷﹙-40﹚=0.25
2、 时间常数T:T=72s
3、 滞后时间τ: τ=42s 4、 三个参数的作用：
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4、心得体会：通过这次分别对P、PI、PID三种不同的控制系统的学习，我们更加直观的了解了三种控制的优缺点，这对于我们以后对三种系统的选择有非常大的帮助。而且我们还亲自计算了各个参数，了解他们在实际中的意义，这对我们以后对数据准确性的把握和选择都是十分有益的，而且通过对整个装置的使用，我们也明白了各种系统对温度观测曲线的差异，这对于我们以后根据实际需要选择系统是十分好的指导。
实验五 DCS控制系统
一、实验目的
1．了解DCS系统的组成与结构；
2．掌握DCS温度控制系统的实现方法； 3．学习掌握DCS系统的基本操作方法。
二、实验仪器及设备
1．热电偶 8支
2．DBW电动温度变送器 8台
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3．DCS系统 1套 4．ZK可控硅电压调整器 8台 5．电加热器 8台 6．24V直流电源 1台 7．XW系列自动平衡记录仪 8台
三、实验仪器及控制系统图如下
220V~
DCS系统 ZK调压器
控制站 输出
电加热器 输出 输入
热电偶 输入
四、复习教材
基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计、计算机控制系统
五、实验内容和步骤
1．控制系统的投运准备工作
（1）按控制系统图利用接插件正确组合接线 （2）放好仪表各开关位置：
XMZ数显表、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合，仪表供电，ZK调压器“通－断”开关置“通”、“自动－手动”开关置“自动”；
（3）DCS系统上电：控制站电源箱中的2个电源开关闭合；8台操作站计算机开启，选择winNT4.0操作系统，进入实时监控操作状态，选择“流程图画面”。
2．DCS温度控制系统的操作
在“流程图画面”下，通过“翻页”功能，找到所需流程图，用鼠标点击‘控制器输出数据框’，屏幕显示“控制器面板”，在此“控制器面板”上，可实现“手/自动”切换、手动时的输出电流改变；用鼠标点击“控制器面板”的位号，进入“调整画面”，可进行设定值、PID参数、正－反作用、输出限位等等参数的设置，在此实现常规控制器具有的所有功能。
DCS系统还有“历史趋势”、“报警记录”、“操作记录”、“故障诊断”、“系统总貌”等等功能画面，用鼠标点击相应按钮进入；通过组态可实现报表产生与自动打印。
（1）比例度的影响：分别设置比例度值1%、 30%、5%，并分别施加干扰，观察比例控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
（2）积分时间的影响：保持一个适当的比例度值，分别设置积分时间值12S、480S、100~120S，并分别施加干扰，观察积分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
（3）微分时间的影响：保持一个适当的比例度值与积分时间值，分别设置微分时间值
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120S、5S、15~20S，并分别施加干扰，观察微分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
3．控制质量比较与PID参数整定 （1）比例控制系统
在比例作用下，设置比例度P值为最小，施加干扰，观察比较其控制质量与常规控制器比例作用下的控制质量差异。
（2）比例积分（PI）或比例积分（PD）控制系统：
比例度P不变，增加积分作用，设置积分时间值为最小。或增加微分作用，设定微分时间D为一个较大值。观察比较PI作用或PD作用的控制质量与常规控制器PI作用或PD作用的控制质量差异。
（3）在PI或PD作用下，再增加D或I作用，分别观察比较PID三作用控制过程的质量，寻找PID最佳组合, 达到4:1或10:1衰减震荡。
六、实验报告
1． 简单叙述DCS系统的基本组成。
答：DCS一般由五部份组成：1：控制器2：I/O板3：操作站4：通讯网络5：图形及遍程软件。
2． 简单叙述DCS控制系统的基本功能。 答：能随时随地的把所测的被测量的值转入控制系统并显示在控制面板上，实现了测量与观察的分开，有利于集中管理。
3．说明计算机控制系统中的PID算法与常规控制器PID 算法的差异。 答：
3． 实验心得体会：通过这次近距离的操作PID系统的升级版，我们能够直观的了解各
个实验曲线是如何制作的，以及各个参数在实际中的作用和意义；DCS是现代工业化的血脉，现代的大型工业公司都是采取DCS系统将测量与观测分离，以此来提高效率，而且还可以缓解员工的疲劳和工作量。这两个系统对于我们以后的社会实践都有非常重要的意义。
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