【導讀】一個新時代的開始。現(xiàn)場總線是連接設(shè)置在控制現(xiàn)場的儀表與設(shè)。置在控制室內(nèi)的控制設(shè)備的數(shù)字化、串行、多站通信的網(wǎng)絡(luò)。關(guān)鍵標志是能支持雙向、多節(jié)點、總線式的全數(shù)字通信。所以可以很方便地與因特網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)。術(shù)應(yīng)用到教學實訓裝置，是本套實訓裝置所要解決的問題。訊和遠程控制，從而使整個控制系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化和數(shù)字化?？刂茖ο罂偯矆D如圖1-2所示。本實訓裝置由被控對象和上位控制系統(tǒng)兩部分組成。交換盤管和敷塑不銹鋼管路組成。水箱采用淡藍色圓筒型有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學生直能接觀察到液位的變化和記錄結(jié)果。

　　

【正文】 度由大逐漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應(yīng)的衰減過程，直至出南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 現(xiàn)圖 35 所示的 4： 1 衰減過程為止。這時的比例度稱為 4： 1 衰減比例度，用δ S表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為 4： 1衰減周期TS。根據(jù)δ S和 TS，運用表 33 所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調(diào)節(jié)器預整定的參數(shù)值。 表 33 衰減曲線法計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI(min) TD(min) P δ S PI S PID S TS （四）動態(tài)特性參數(shù)法 所謂動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應(yīng)特性進行近似計算的方法，即根據(jù)第二章中對象特性的階躍響應(yīng)曲線測試法測得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)（ K、 T、τ等 ） ，利用表 34所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應(yīng)于衰減率為 4： 1 時調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（ 4： 1 衰減）就有難度，此時應(yīng)采用動態(tài)特性參數(shù)法進行整定。 表 34 經(jīng)驗計算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù) 調(diào)節(jié)器名稱 δ（ %） TI TD 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 P TK? 100% PI TK? 100% PID TK? 100% 2τ 第二節(jié)、上水箱液位 PID 整定 實訓 實訓 原理 圖 36 上水箱單容液位定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 36 所示。被控量為上水箱南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 （也可采用中水箱或下水箱）的液位高度， 實 訓 要求它的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器 LT1 檢測到的上水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制氣動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 或 PID 控制。 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 控制系統(tǒng)的流程圖如圖 37所示。 圖 37 驗控制系統(tǒng)的流程圖 上水箱液位檢測信號 LT1 為標準的模擬信號，直接傳送到SIEMENS的模擬量輸入模塊 SM331， SM331和分布式 I/O模塊 ET200M直接相連， ET200M 掛接到 PROFIBUSDP 總線上， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP（ CPU3152 DP 為 PROFIBUSDP總南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 線上的 DP主站），這樣就完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送。 本 實訓 的執(zhí)行機構(gòu)為帶 PROFIBUSPA 通訊接口的閥門定位器，掛接在 PROFIBUSPA 總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和COUPLER 組成的 DP 鏈路 與 PROFIBUSDP 總線 交換數(shù)據(jù)，PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP，這樣控制器CPU3152 DP 發(fā)出的控制信號就 經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達PROFIBUSPA 總線來控制執(zhí)行機構(gòu)閥門定位器。 圖 38 實訓 界面 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 第三節(jié)、串接雙容水箱液位 PID 整定 實訓 本 實訓 以上水箱與中水箱串聯(lián)作為被控對象，中水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要求中水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器 LT2 檢測到的中水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控制中水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 或 PID 控制。調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可采用本章 第一節(jié)所述任意一種整定方法。本 實訓 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 310 所示。 圖 310 雙容液位定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 選擇上水箱和中水箱串聯(lián)作為雙容對象（也可選擇中水箱和下水箱）。 實訓 之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1 F1 F16 全開，將上水箱出水閥門 F1中水箱出水閥門 F110 開至適當開度（要求閥 F19 稍大于閥 F110），其余閥門南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 均關(guān)閉。 然后接通控制系統(tǒng)電源，打開用作上位監(jiān)控的的 PC 機，進入實訓 界面的操作和所打開的 實訓 主界面與本 實訓 指導書第二章第一節(jié)中所描述的相同。在 實訓 主界面中選擇本 實訓 項即“ 串接雙容水箱液位 PID 整定 實訓 ”，系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)，呈現(xiàn)的 實訓 界面如圖 311所示。 圖 311 實訓 界面 第四節(jié)、三容水箱液位定值控制系統(tǒng) 原理 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 本 實訓 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 312 所示。 圖 312 三容液位定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 以上、中、下三只水箱串聯(lián)作被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。由第二章雙容特性測試 實訓 可知，三容對象是一個三階環(huán)節(jié)，它可用三個慣性環(huán)節(jié)來描述。本 實訓 要求下水箱液位穩(wěn)定至給定量 ，將壓力傳感器 LT3 檢測到的下水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制氣動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 或 PID 控制。調(diào)節(jié)器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定方法。 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 本 實訓 控制系統(tǒng)的流程圖如圖 313 所示。 圖 313 實訓 控制系統(tǒng)的流程圖 在本 實訓 中，被控量下水箱液位（檢測信號 LT3）和執(zhí)行機構(gòu)閥門定位器均為帶 PROFIBUSPA 通訊接口的部件，掛接在PROFIBUSPA 總線上，二者通過不同的訪問地址加以區(qū)分，PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與PROFIBUSDP 總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器CPU3152 DP，由于 PROFIBUSPA 總線和 PROFIBUSDP 總線都是雙向傳輸?shù)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)，這樣既完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送，又使得控制器 CPU3152 DP 發(fā)出的控制信號經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達 PROFIBUSPA 總線來控制執(zhí)行機構(gòu)閥門定位器。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 在 實訓 主界面中選擇本 實訓 項即“三容液位定值控制 實訓 ”，系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)，呈現(xiàn)的 實訓 界面如圖 314 所示。 圖 314 實訓 界面 第五節(jié)、鍋爐內(nèi)膽水溫 PID 控制 實訓 實訓 原理 本 實訓 以鍋爐內(nèi)膽作為被控對象，內(nèi)膽的水溫為系統(tǒng)的被控制量。本 實訓 要求鍋爐內(nèi)膽的水溫穩(wěn)定至給定量，將鉑電阻 TT1檢測到的鍋爐內(nèi)膽溫度信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制三相調(diào)壓模塊的輸出電壓（即三相電加熱管的端電壓），以達到控制鍋爐內(nèi)膽水溫的目的。在鍋爐內(nèi)膽水溫的南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)的整定方法與其它單回路控制系統(tǒng)一樣，但由于加熱 過程容量時延較大，所以其控制過渡時間也較長，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器可選擇 PD 或 PID 控制。本 實訓 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 315 所示。 圖 315 鍋爐內(nèi)膽溫度特性測試系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 可以采用兩種方案對鍋爐內(nèi)膽的水溫進行控制： （一） 鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)） （二） 鍋爐夾套加冷卻水（動態(tài)） 顯然，兩種方案的控制效果是不一樣的，后者比前者的升溫過程稍慢，降溫過程稍快。無論操作者采用靜態(tài)控制或者動態(tài)控制，本 實訓 的上位監(jiān)控界面操作都是一樣的。 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 控制系統(tǒng)流程圖如圖 316 所示。 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 圖 316 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 主要涉及兩路信號，一路是現(xiàn)場測量信號鍋爐內(nèi)膽溫度，另外一路是控制移項調(diào)壓模塊輸出的控制信號。 鍋爐內(nèi)膽溫度的檢測裝置為 PT100 熱電阻， PT100 熱電阻檢測到的信號傳送給溫度變送器，本系統(tǒng)采用 帶 PROFIBUSPA 通訊接南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 口的 溫度變送器， 掛接在 PROFIBUSPA 總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與 PROFIBUSDP 總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP，這 樣就完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送。 本 實訓 的執(zhí)行機構(gòu)為 移項調(diào)壓模塊，移項調(diào)壓模塊所需的控制信號是 4 到 20mA 電流信號?？刂菩盘栍?控制器 CPU3152 DP 發(fā)出，經(jīng)由 PROFIBUSDP 總線到達分布式 I/O 模塊 ET200M，模擬量輸出模塊 SM332 和分布式 I/O 模塊 ET200M 直接相連，最后模擬量輸出 4到 20mA 電流信號控制移項調(diào)壓模塊的輸出電壓。 在 實訓 主界面中選擇本 實訓 項即“ 鍋爐內(nèi)膽水溫 PID 控制 實訓 ”，系統(tǒng)進入正常的測試狀態(tài)，呈現(xiàn)的 實訓 界面如圖 317所示。 圖 317 實訓 界面 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 第 六節(jié)、鍋爐夾套水溫 PID 控制 實訓 實訓 原理 圖 319 鍋爐夾套水溫定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 319 所示。其中以鍋爐夾套作為被控對象，夾套內(nèi)的水溫為系統(tǒng)的被控制量。 實訓 要求鍋爐夾套的水溫穩(wěn)定至給定值，將鉑電阻 TT2 檢測到的鍋爐夾套溫度信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調(diào)節(jié)器控制三相調(diào)壓模塊的輸出電壓（即三相電加熱管的端電壓），以達到控制鍋爐夾套水溫的目的。在鍋爐夾套水溫的定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)的整定方法與其它單回路控制系統(tǒng)一樣，但由于鍋爐 夾套的溫度升降是通過鍋爐內(nèi)膽的熱傳導來實現(xiàn)的，所以夾套溫度加熱過程的容量時延非常大，其控制過渡時間也較長，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 可選擇 PD或 PID 控制。 實訓 中用固定的小流量給鍋爐內(nèi)膽供循環(huán)水加快冷卻。 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 控制系統(tǒng)流程圖如圖 320 所示。 圖 320 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 控制系統(tǒng)中鍋爐夾套溫度信號和移項調(diào)壓控制模塊控制信號均為模擬量信號，信號的傳輸路徑不涉及 PROFIBUSPA 總線， 鍋爐夾套溫度信號 TT2 直接傳送到 SIEMENS 的模擬量輸入模塊 SM331，模擬量輸出模塊 SM332 和模 擬量輸入模塊 SM331 與分布式 I/O模塊 ET200M直接相連， ET200M掛接到 PROFIBUSDP總線上，PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器 CPU3152 DP（ CPU3152 DP 為PROFIBUSDP 總線上的 DP 主站），由于 PROFIBUSDP 總線信號傳輸南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 的雙向性，這樣既完成了現(xiàn)場測量信號到 CPU 的傳送，又使得 CPU發(fā)出的控制信號能傳送到模擬量輸出模塊，模擬量輸出模塊輸出的 4 到 20mA 電流信號控制移項調(diào)壓模塊的輸出電壓。 圖 321 實訓 界面 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 第七節(jié)、單閉環(huán)流量 PID 控 制 實訓 實訓 原理 圖 322 單閉環(huán)流量定值控制系統(tǒng) (a)結(jié)構(gòu)圖 (b)方框圖 本 實訓 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖和方框圖如圖 322 所示。被控量為氣動調(diào)節(jié)閥支路（也可采用變頻器支路）的流量， 實訓 要求氣動閥支路流量穩(wěn)定至給定值。將電磁流量計 FT1 檢測到的流量信號作為反饋信號，并與給定量比較，其差值通過調(diào)節(jié)器控制氣動調(diào)節(jié)閥的開度，以達到控制管道流量的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調(diào)節(jié)器應(yīng)為 PI 控制，并在實訓 中 P、 I參數(shù)設(shè)置要比較大。 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院項目技術(shù)報告 本 實訓 控制系統(tǒng)流程圖如圖 323 所示。 圖 323 實訓 控制系統(tǒng)流程圖 本 實訓 中的流量檢測裝置（ 電磁流量計）和 執(zhí)行機構(gòu)（閥門定位器）均為帶 PROFIBUSPA通訊接口的部件，掛接在 PROFIBUSPA總線上， PROFIBUSPA 總線通過 LINK 和 COUPLER 組成的 DP 鏈路與PROFIBUSDP 總線交換數(shù)據(jù)， PROFIBUSDP 總線上掛接有控制器CPU3152 DP，由于 PROFIBUSPA 總線和 PROFIBUSDP 總線中信號傳輸