【正文】 作原理上對(duì)工業(yè)型流量傳感器、執(zhí)行機(jī)構(gòu)有一深刻的了解和認(rèn)識(shí)。4. 設(shè)備使用說(shuō)明提示實(shí)驗(yàn)前，要對(duì)被控對(duì)象及其控制系統(tǒng)所涉及的儀器儀表有清楚的認(rèn)識(shí)。由于主、副回路是兩個(gè)相互獨(dú)立又密切相關(guān)的回路，在一定條件下，如果受到某種干擾的作用，主參數(shù)的變化進(jìn)入副環(huán)時(shí)會(huì)引起副環(huán)中副參數(shù)波動(dòng)振幅的增加，而副參數(shù)的變化傳送到主環(huán)后，又迫使主參數(shù)的變化幅度增加，如此往復(fù)，就會(huì)使主副參數(shù)長(zhǎng)時(shí)間地大幅度地波動(dòng)，這就是所謂的串級(jí)系統(tǒng)的共振現(xiàn)象。可見(jiàn)串級(jí)系統(tǒng)對(duì)控制效果的改善是十分明顯的，但是必須指出，上述的估算結(jié)果沒(méi)有考慮非線性因素的影響。在副環(huán)內(nèi)則相應(yīng)地被稱為副調(diào)節(jié)對(duì)象，副參數(shù)和副調(diào)節(jié)器。3. 根據(jù)其數(shù)學(xué)模型，選擇被控規(guī)律和整定調(diào)節(jié)器參數(shù)。由分析法建?？芍?，單容水箱的數(shù)學(xué)模型為：=式中T=RC為水箱的時(shí)間常數(shù)，K為放大系數(shù)，K=R；C為水箱的容量系數(shù)?？傠娫丛O(shè)有三相通電指示燈和380V三相電壓指示表，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。（四）系統(tǒng)特點(diǎn)1. 被控參數(shù)全面，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)。電磁閥型號(hào)為：2W16025 ；工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2 ；工作溫度：－5～80℃。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～ 20mADC電流信號(hào)。系統(tǒng)動(dòng)力支路分兩路：一路由三（380V交流）磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由日本三菱變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V變頻）、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。三 課程設(shè)計(jì)要求按課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書提供的課題，根據(jù)給出的設(shè)計(jì)任務(wù)，自己設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析系統(tǒng)的特點(diǎn)和系統(tǒng)特性，按“可選”的被控對(duì)象設(shè)計(jì)相應(yīng)的控制系統(tǒng)，并在實(shí)驗(yàn)室連接系統(tǒng)部件、構(gòu)造硬件系統(tǒng)。5. 完成對(duì)象的特性曲線的測(cè)試，建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。儲(chǔ)水箱是采用不銹鋼板制成，尺寸為：長(zhǎng)寬高=68cm52㎝43㎝ 完全能滿足上、中、下水箱的實(shí)驗(yàn)需要。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥型號(hào)為：QSVP16K。1. 技術(shù)規(guī)格a) 熱電偶：K、S、R、E、J、T、B、Nb) 熱電阻：Cu50、Pt100c) 線性電壓：0－5V、1－5V、0－1V、0－100mV、0－20mV等d) 線性電流（需外接分流電阻）：0－10mA、0－20mA、4－20mA等2. 測(cè)量范圍e) K（50＋1300℃）、S（50－1700℃）、R（50－＋1650℃）、T（200－＋550℃）、E（0－800℃）、J（0－1000℃）、B（0－1800℃）、N（0－1300℃）、f) Cu50（50－＋150℃）、Pt100（200－＋600℃）3. 測(cè)量精度g) （熱電阻、線性電壓、線性電流及熱電偶輸入且采用銅電阻補(bǔ)償或冰點(diǎn)補(bǔ)償冷端時(shí)）h) %FS177。8. 系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)使2個(gè)信號(hào)在本對(duì)象中存在著相互耦合，二者同時(shí)需要對(duì)原獨(dú)立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進(jìn)行整定，或進(jìn)行解耦實(shí)驗(yàn)，以符合工業(yè)實(shí)際的性能要求。7. 強(qiáng)弱電連線插頭采用不同的結(jié)構(gòu)插頭，防止強(qiáng)弱電混接。圖3 單容水箱的階躍響應(yīng)曲線（四）實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1. 按圖1接好實(shí)驗(yàn)線路，并把閥V1和V2開(kāi)至某一開(kāi)度，且使V1的開(kāi)度大于V2的開(kāi)度?？刂品桨傅倪x擇要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)要求，綜合考慮安全性、穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性和技術(shù)實(shí)施的可行性進(jìn)行反復(fù)比較得來(lái)的?？梢哉f(shuō)串級(jí)系統(tǒng)主要是用來(lái)克服進(jìn)入副回路的二次干擾的。 副回路應(yīng)包含被控對(duì)象所受到的主要干擾。2）鍋爐夾套加冷卻水當(dāng)鍋爐夾套中注滿冷卻水，這相當(dāng)于改變了鍋爐內(nèi)膽環(huán)境的溫度，使其散熱作用增強(qiáng)。2. 被控對(duì)象以及儀器儀表的描述。在《過(guò)程控制工程》的學(xué)習(xí)中我們學(xué)到了簡(jiǎn)單控制系統(tǒng)和復(fù)雜控制系統(tǒng)。Ⅱ）雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與分析雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)主動(dòng)量的抗擾動(dòng)、定植控制，使主、從動(dòng)量均比較穩(wěn)定，從而使總物料也比較平穩(wěn)，這樣，系統(tǒng)總負(fù)荷也將是穩(wěn)定。所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，往往采用兩種方法相結(jié)合來(lái)求得對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。 diH=100。8. 設(shè)計(jì)體會(huì)。此電壓加在加熱管兩端，內(nèi)膽中的水溫因之而逐漸上升。4. 完成對(duì)象的特性曲線的測(cè)試，建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。控制系統(tǒng)可以描述為將測(cè)到的盤管流量作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過(guò)調(diào)節(jié)器控制三相交流變頻器的輸出電壓，以達(dá)到控制盤管出口流量的目的。7. 仿真結(jié)果與實(shí)際操作調(diào)試結(jié)果的比較說(shuō)明。6. 分析仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果的差異，鞏固所學(xué)的知識(shí)。預(yù)防燒干鍋：三相電加熱管由SCR移相調(diào)壓模塊驅(qū)動(dòng)供電，在加熱前先觀察鍋爐內(nèi)膽中是否有水，水是否超過(guò)警戒水位線?？刂葡到y(tǒng)可以描述為將盤管的某一個(gè)鉑電阻檢測(cè)到的溫度信號(hào)作為反饋信號(hào)，在與給定量比較后的差值通過(guò)調(diào)節(jié)器控制三相調(diào)壓模塊的輸出電壓，以控制三相電加熱管的加熱強(qiáng)度，同時(shí)用變頻器供水系統(tǒng)以固定的頻率把鍋爐內(nèi)膽的熱水恒速輸送到盤管。4. 完成對(duì)象的特性曲線的測(cè)試，建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型。dil=0。流量變送器為普通渦輪流量計(jì)，零點(diǎn)和增益均不用調(diào)節(jié)，電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路最大流量值一般在其滿量程流量的40%左右，變頻器支路最大流量值一般可達(dá)其滿量程流量的80%左右。被控對(duì)象為電動(dòng)閥支路的流量和變頻器－磁力泵支路的流量，每個(gè)支路上分別裝有流量傳感器對(duì)支路的流量進(jìn)行測(cè)量，電動(dòng)閥支路的流量是系統(tǒng)的主動(dòng)量Q1，變頻器—磁力泵支路的流量是系統(tǒng)的從動(dòng)量Q2。4. 在Matlab上進(jìn)行仿真，調(diào)節(jié)控制器參數(shù)，獲得最佳控制效果。磁力驅(qū)動(dòng)泵1為380V磁力驅(qū)動(dòng)泵，磁力驅(qū)動(dòng)泵2為220V磁力驅(qū)動(dòng)泵。鍋爐內(nèi)膽水溫的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程可用一階常微分方程來(lái)描述，即其數(shù)學(xué)模型為一階慣性環(huán)節(jié)?？梢哉f(shuō)，副回路的設(shè)計(jì)質(zhì)量是保證發(fā)揮串級(jí)系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)的關(guān)鍵所在。比較串級(jí)系統(tǒng)和簡(jiǎn)單系統(tǒng)，前者只比后者多了一個(gè)測(cè)量變送元件和一個(gè)調(diào)節(jié)器，增加的儀表投資并不多，但控制效果卻又可以顯著的提高。6. 分析仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)調(diào)試結(jié)果的差異，鞏固所學(xué)的知識(shí)。圖2 單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T?？刂破羶?nèi)或強(qiáng)電輸出（包括實(shí)驗(yàn)中的連線）若有漏電現(xiàn)象，即告警并切斷總電源，確保實(shí)驗(yàn)進(jìn)程安全。4. 具有廣泛的擴(kuò)展性和后續(xù)開(kāi)發(fā)功能，所有I/O信號(hào)全部采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)IEC信號(hào)，可通過(guò)信號(hào)接口電纜與任何后續(xù)智能化控制平臺(tái)連接。2. 輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測(cè)量精確穩(wěn)定。渦輪流量計(jì)型號(hào)：LWGY10，流量范圍：0～，精度：%。 上、中、下水箱采用優(yōu)質(zhì)淡藍(lán)色圓筒型有機(jī)玻璃。1. 能夠查閱工藝過(guò)程相關(guān)資料。2. 依據(jù)工藝要求分析、比較、設(shè)計(jì)方案（對(duì)其合理性、工作原理及工作過(guò)程做出說(shuō)明）。上、中水箱尺寸均為：d=25cm,h=20 cm；下水箱尺寸為：d=35cm,h=20 cm。輸出：4～20mA標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。3. 采用先進(jìn)的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無(wú)超調(diào)，具備自整定（AT）功能。5. 執(zhí)行器中既有電動(dòng)調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器、可控硅移相調(diào)壓裝置、接觸器位式控制裝置等。4. 控制屏設(shè)有服務(wù)管理器（即定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀），為學(xué)生實(shí)驗(yàn)技能的考核提供一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。該時(shí)間常數(shù)T也可以通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)對(duì)響應(yīng)曲線作切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)T，由響應(yīng)曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。三 本設(shè)計(jì)提示1. 控制方案設(shè)計(jì)的提示對(duì)于過(guò)程控制系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用而言，控制方案的設(shè)計(jì)是核心。II) 串級(jí)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)與分析在分析串級(jí)控制系統(tǒng)之前，先把擾動(dòng)以其作用位置的不同分為兩類，一般把包括在副回路內(nèi)的擾動(dòng)稱為二次擾動(dòng)，而把作用于副環(huán)之外的擾動(dòng)稱為一次擾動(dòng)。從結(jié)構(gòu)上看，副回路也是一個(gè)單回路，問(wèn)題的實(shí)質(zhì)在于如何從整個(gè)對(duì)象中選取一部分作為副對(duì)象，然后組成一個(gè)副控制回路，這也是可以歸納為如何選取副參數(shù)?？梢圆捎脙煞N方案對(duì)鍋爐內(nèi)膽的溫度特性進(jìn)行測(cè)試：1）鍋爐夾套不加冷卻水加滿鍋爐內(nèi)膽的水，手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器的輸出，使可控整流電源的輸出電壓為80～100V。本實(shí)驗(yàn)采用變頻器控制泵打水，所以用到的泵為220V磁力驅(qū)動(dòng)泵，開(kāi)啟實(shí)驗(yàn)設(shè)備前謹(jǐn)記保證F21閥門處于打開(kāi)的狀態(tài)。5. 了解和掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法，并在THJ2型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)平臺(tái)上完成本控制系統(tǒng)線路連接和參數(shù)調(diào)試，得到最佳控制效果。要求從動(dòng)量Q2能跟隨主動(dòng)量Q1的變化而變化，無(wú)論主回路或從動(dòng)回路都有各自的調(diào)節(jié)對(duì)象，測(cè)量變送元件和調(diào)節(jié)器。3. 建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型的提示過(guò)程的數(shù)學(xué)模型是設(shè)計(jì)過(guò)程控制系統(tǒng)，確定控制方案，分析質(zhì)量指標(biāo)、整定調(diào)節(jié)器參數(shù)等的重要依據(jù)。 調(diào)節(jié)儀2：Sn=32。5. Matlab仿真，記錄調(diào)節(jié)器參數(shù)值以及仿真結(jié)果曲線。2. 鍋爐內(nèi)膽溫度特性測(cè)試提示鍋爐內(nèi)膽水溫特性的測(cè)取，首先通過(guò)調(diào)節(jié)器“手動(dòng)”輸出，控制三相電加熱管的端電壓，從而達(dá)到控制鍋爐內(nèi)膽水溫的目的。四 課程設(shè)計(jì)報(bào)告的要求1. 完整的設(shè)計(jì)任務(wù)書。三、本設(shè)計(jì)提示1. 被控對(duì)象在工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中，有不少被控對(duì)象除了具有容積遲延外，往往不同程度地存在著純滯后，其特點(diǎn)是當(dāng)控制作用產(chǎn)生后，在時(shí)延范圍內(nèi)，被控參數(shù)完全沒(méi)有響應(yīng)。8. 設(shè)計(jì)體會(huì)。本設(shè)計(jì)被控對(duì)象為盤管出水