【正文】 泵支路中的手控閥F24或F25打開(kāi)時(shí)可分別作為中水箱或下水箱的擾動(dòng)?；谙到y(tǒng)的給定量是一定值，要求被控制量在穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定量所要求的值，所以調(diào)節(jié)器的控制規(guī)律為PI或PID。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1．THJ2型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)裝置。2．掌握調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定與投運(yùn)方法。3．列表記錄，在上述參數(shù)下求得系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下響應(yīng)曲線(xiàn)的動(dòng)、靜態(tài)性能指標(biāo)。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1．用實(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)。2）待系統(tǒng)進(jìn)入穩(wěn)態(tài)后，適量改變閥F16的開(kāi)度，以作為系統(tǒng)的擾動(dòng)，觀察并記錄在階躍擾動(dòng)作用下液位的變化過(guò)程。5．設(shè)置好系統(tǒng)的給定值后，用手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器的輸出，使電動(dòng)調(diào)節(jié)閥給上水箱打水，待其液位達(dá)到給定量所要求的值，且基本穩(wěn)定不變時(shí)，把調(diào)節(jié)器切換為自動(dòng)，使系統(tǒng)投入自動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)。3．打開(kāi)閥F1F1F16和F19，且把F19控制在適當(dāng)?shù)拈_(kāi)度。圖38 上水箱液位定值控制方框圖四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1．按圖37要求，完成系統(tǒng)的接線(xiàn)。圖37為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，圖38為控制系統(tǒng)的方框圖。系統(tǒng)的給定信號(hào)為一定值，它要求被控制量上水箱的液位在穩(wěn)態(tài)時(shí)等于給定值。3． 研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的變化對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。表四 經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式 調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱(chēng)δ（%）TITDP100%PI100%PID100%2τ第二節(jié) 上水箱(中水箱或下水箱)液位定值控制系統(tǒng)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?． 了解單閉環(huán)液位控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與組成。令調(diào)節(jié)器的輸出X(t)為階躍信號(hào)，則圖35 實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)方框圖對(duì)象經(jīng)測(cè)量變送器后的輸出Y（t），如圖36所示。對(duì)于這種情況，可采用下述的反應(yīng)曲線(xiàn)法來(lái)整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)。根據(jù)δS和TS，運(yùn)用表三所示的經(jīng)驗(yàn)公式，就可計(jì)算出調(diào)節(jié)器預(yù)整定的參數(shù)值。這時(shí)的比例度稱(chēng)為4：1衰減比例度，用δS表示之。在求取等幅振蕩曲線(xiàn)時(shí)，應(yīng)特別注意控制閥出現(xiàn)開(kāi)、關(guān)的極端狀態(tài)。圖3具有周期TS的等幅振蕩 表二 臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱(chēng)δSTi(S)Td(S)P2δSPITS/PID臨界比例度法的優(yōu)點(diǎn)是應(yīng)用簡(jiǎn)單方便，但此法有一定限制。設(shè)TI=∞，TD=0，使調(diào)節(jié)器工作在純比例情況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖33所示。若需加微分作用，微分時(shí)間常數(shù)按TD=(～)TI計(jì)算。工程實(shí)驗(yàn)整定法有以下四種：（一）經(jīng)驗(yàn)法若將控制系統(tǒng)液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來(lái)分類(lèi)，則屬于同一類(lèi)別的系統(tǒng)，其對(duì)象往往比較接近，所以無(wú)論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。由于它具有各類(lèi)調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質(zhì)量。比例微分(PD)調(diào)節(jié)這種調(diào)節(jié)器由于有微分的作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，比例系數(shù)的增大能加快系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)程，減小動(dòng)態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分不能過(guò)大，以利于抗高頻干擾。這種調(diào)節(jié)器的主要缺點(diǎn)是使系統(tǒng)有靜差存在。比例(P)調(diào)節(jié)純比例調(diào)節(jié)器是一種最簡(jiǎn)單的調(diào)節(jié)器，它對(duì)控制作用和擾動(dòng)作用的響應(yīng)都很快速。對(duì)擾動(dòng)產(chǎn)生影響的僅是擾動(dòng)作用點(diǎn)前的那些環(huán)節(jié)。復(fù)雜的生產(chǎn)過(guò)程往往有多個(gè)干擾量，如圖32所示。通常干擾通道中還會(huì)有純滯后環(huán)節(jié)，使被調(diào)參數(shù)的響應(yīng)時(shí)間滯后一個(gè)τ值，即Yτ(t)= Y(tτ)上式表明調(diào)節(jié)過(guò)程沿時(shí)間軸平移了一個(gè)τ的距離，所以干擾通道出現(xiàn)有純滯后，不會(huì)影響系統(tǒng)調(diào)節(jié)質(zhì)量。如果干擾通道是一慣性環(huán)節(jié)，令時(shí)間常數(shù)為T(mén)f1，則階躍擾動(dòng)通過(guò)慣性環(huán)節(jié)后，其過(guò)渡過(guò)程的動(dòng)態(tài)分量被濾波而幅值變小。若系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，則干擾通道的放大系數(shù)愈大，系統(tǒng)的靜差也就愈大。二、干擾對(duì)系統(tǒng)性能的影響干擾通道的放大系數(shù)、時(shí)間常數(shù)及純滯后的影響。 圖31 單回路控制系統(tǒng)方框圖在系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，不僅需要對(duì)被控對(duì)象有深入地認(rèn)識(shí)，而且還應(yīng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)的工藝、設(shè)備也有深入的了解。系統(tǒng)的給定量是一定值，要求系統(tǒng)的被控制量等于給定量所要求的值。2. 根據(jù)所畫(huà)出的曲線(xiàn)，判別該電動(dòng)閥的閥體是快開(kāi)特性，等百分比特性還是慢開(kāi)特性。4．由電流I作橫作標(biāo)，流量Q作縱坐標(biāo)，畫(huà)出Q=F（I）的曲線(xiàn)。2．接通總電源和相關(guān)儀表的電源，并把手動(dòng)閥置于一定的開(kāi)度。圖29 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥與管道的連接圖圖中： u來(lái)自調(diào)節(jié)器的控制信號(hào)（4～20mADC）θ閥的相對(duì)開(kāi)度s 閥的截流面積q液體的流量 由過(guò)程控制儀表的原理可知，閥的開(kāi)度θ與控制信號(hào)的靜態(tài)關(guān)系是線(xiàn)性的，而開(kāi)度θ與流量Q的關(guān)系是非線(xiàn)性的。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥接受調(diào)節(jié)器輸出4～20mADC的信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)輸出軸的角位移，以改變閥節(jié)流面積S的大小。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備THJ2型過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)裝置計(jì)算機(jī)及相關(guān)的軟件。第四節(jié) 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥流量特性的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私怆妱?dòng)閥節(jié)閥的結(jié)構(gòu)與工作原理。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告按常規(guī)內(nèi)容寫(xiě)好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。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與步驟3）的電壓輸出值一樣大小。啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，實(shí)時(shí)記錄鍋爐內(nèi)膽水溫的響應(yīng)過(guò)程。接通總電源和相關(guān)儀表的電源。如果要使內(nèi)膽的水溫達(dá)到夾套無(wú)水時(shí)相同的值，則需要提高可控硅的整流電壓。（二）鍋爐夾套加冷卻水當(dāng)鍋爐夾套中注滿(mǎn)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)。根據(jù)熱平衡的原理，當(dāng)內(nèi)膽中的水溫上升到某一值時(shí)，水的吸熱和放熱作用完全相等，從而使內(nèi)膽中的水溫達(dá)到一平衡狀態(tài)。二、 實(shí)驗(yàn)原理圖28 鍋爐內(nèi)膽溫度特性實(shí)驗(yàn)結(jié)構(gòu)示意圖（一）鍋爐夾套不加冷卻水加滿(mǎn)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100V左右。計(jì)算機(jī)、MCGS工控組態(tài)軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線(xiàn)1根。掌握鍋爐內(nèi)膽溫度特性的測(cè)試方法。對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。上述實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)記錄h2的歷史曲線(xiàn)和在階躍擾動(dòng)后的響應(yīng)曲線(xiàn)。接好實(shí)驗(yàn)線(xiàn)路，打開(kāi)手動(dòng)閥，并使它們的開(kāi)度滿(mǎn)足下列關(guān)系：V1的開(kāi)度V2的開(kāi)度V3的開(kāi)度把調(diào)節(jié)器設(shè)置于手動(dòng)位置，按調(diào)節(jié)器的增/減，改變其手動(dòng)輸出值，使下水箱的液位處于某一平衡位置（一般為水箱的中間位置）。圖26 雙容液位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)圖27 雙容液位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)在圖27所示的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)上求?。?1) h2（t）|t=t1= h2(∞)時(shí)曲線(xiàn)上的點(diǎn)B和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t1；(2)h2（t）|t=t2= h2(∞)時(shí)曲線(xiàn)上的點(diǎn)C和對(duì)應(yīng)的時(shí)間t2。 由S形曲線(xiàn)的拐點(diǎn)P處作一切線(xiàn)，它與時(shí)間軸的交點(diǎn)為A，OA則表示了對(duì)象響應(yīng)的滯后時(shí)間。由圖26可見(jiàn)，上水箱液位的響應(yīng)曲線(xiàn)為一單調(diào)的指數(shù)函數(shù)（圖26 (a)），而下水箱液位的響應(yīng)曲線(xiàn)則呈S形狀（圖26 (b)）。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1. THJ2型高級(jí)過(guò)程控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置2. 計(jì)算機(jī)、MCGS工控組態(tài)軟件、RS232/485轉(zhuǎn)換器1只、串口線(xiàn)1根3. 萬(wàn)用表 1只三、原理說(shuō)明圖25 雙容水箱對(duì)象特性結(jié)構(gòu)圖 由圖25所示，被控對(duì)象由兩個(gè)水箱相串聯(lián)連接，由于有兩個(gè)貯水的容積，故稱(chēng)其為雙容對(duì)象。2．分析用上述方法建立對(duì)象的數(shù)學(xué)模型有什么局限性？六、思考題1．做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意改變出水口閥開(kāi)度的大??？2．用響應(yīng)曲線(xiàn)法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度與那些因素有關(guān)？第二節(jié) 雙容水箱特性的測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。6．把由實(shí)驗(yàn)曲線(xiàn)所得的結(jié)果填入下表。4．手動(dòng)操作調(diào)節(jié)器，使其輸出有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化（此增量不宜過(guò)大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開(kāi)原平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一定的調(diào)節(jié)時(shí)間后，水箱的液位進(jìn)入新的平衡狀態(tài)，如圖24所示。2．接通總電源和相關(guān)的儀表電源，并啟動(dòng)磁力驅(qū)動(dòng)泵。如果對(duì)象的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)為圖23，則在此曲線(xiàn)的拐點(diǎn)D處作一切線(xiàn)，它與時(shí)間軸交于B點(diǎn)，與響應(yīng)穩(wěn)態(tài)值的漸近線(xiàn)交于A點(diǎn)。當(dāng)由實(shí)驗(yàn)求得圖22所示的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)后，該曲線(xiàn)上升到穩(wěn)態(tài)值的63%圖22 單容水箱的單調(diào)上升指數(shù)曲線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的時(shí)間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T。式（5）就是單容水箱的傳遞函數(shù)。根據(jù)物料平衡關(guān)系，在平衡狀態(tài)時(shí)Q10Q20=0 （1）動(dòng)態(tài)時(shí)，則有Q1Q2= （2）式中V為水箱的貯水容積，為水貯存量的變化率，它與H的關(guān)系為，即= A （3）A為水箱的底面積。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)得到的液位階躍響應(yīng)曲線(xiàn)，用相關(guān)的方法確定被測(cè)對(duì)象的特征參數(shù)T和傳遞函數(shù)。由于此法較簡(jiǎn)單，因而在過(guò)程控制中得到了廣泛地應(yīng)用。一種是分析法，即根據(jù)過(guò)程的機(jī)理，物料或能量平衡關(guān)系求得它的數(shù)學(xué)模型；另一種是用實(shí)驗(yàn)的方法確定。強(qiáng)弱電連線(xiàn)插頭采用不同的結(jié)構(gòu)插頭，防止強(qiáng)弱電混接。各種電源及各種儀表均有可靠的保護(hù)功能?？刂破羶?nèi)或強(qiáng)電輸出（包括實(shí)驗(yàn)中的連線(xiàn)）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?？刂破岭娫从山佑|器通過(guò)起、停按鈕進(jìn)行控制。六、裝置的安全保護(hù)體系三相四線(xiàn)制總電源輸入經(jīng)帶漏電保護(hù)器裝置的三相四線(xiàn)制斷路器進(jìn)入系統(tǒng)電源后又分為三相電源支路和三個(gè)不同相的單相支路，每一支路都帶有各自三相、單相斷路器。l 強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)功能，支持TCP/IP、Moden、485/232，以及各種無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線(xiàn)電臺(tái)等多種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。l 完善的安全機(jī)制，允許用戶(hù)自由設(shè)定菜單、按鈕及退出系統(tǒng)的操作權(quán)限。l 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠?qū)I(yè)現(xiàn)場(chǎng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以各種方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，使您能夠在第一時(shí)間獲得有關(guān)現(xiàn)場(chǎng)情況的第一手?jǐn)?shù)據(jù)。l 支持目前絕大多數(shù)硬件設(shè)備，同時(shí)可以方便地定制各種設(shè)備驅(qū)動(dòng)；此外，獨(dú)特的組態(tài)環(huán)境調(diào)試功能與靈活的設(shè)備操作命令相結(jié)合，使硬件設(shè)備與軟件系統(tǒng)間的配合天衣無(wú)縫。l 龐大的標(biāo)準(zhǔn)圖形庫(kù)、完備的繪圖工具集以及豐富的多媒體支持，讓您能夠快速地開(kāi)發(fā)出集圖像、聲音、動(dòng)畫(huà)等于一體的漂亮、生動(dòng)的工程畫(huà)面。、可視性好、可維護(hù)性強(qiáng)、高性能、高可靠性等突出特點(diǎn)，已成功應(yīng)用于石油化工、能源原材料、農(nóng)業(yè)自動(dòng)化、航空航天等領(lǐng)域，經(jīng)過(guò)各種現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。l 采用強(qiáng)弱電插座及相應(yīng)的導(dǎo)線(xiàn)，提高實(shí)驗(yàn)的安全性和可靠性。l 各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開(kāi)放的實(shí)驗(yàn)軟件平臺(tái)上都可以實(shí)現(xiàn)。l 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。l 調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有調(diào)節(jié)器的設(shè)定值階躍擾動(dòng)外，還可以通過(guò)對(duì)象中電磁閥和手動(dòng)操作閥制造各種擾動(dòng)。l 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。l 本裝置由控制對(duì)象、智能儀表綜合控制臺(tái)、計(jì)算機(jī)三部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局合理，造型美觀大方。I/O信號(hào)接口面板：該面板的作用主要是將各傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)同面板上自鎖緊插孔相連，再通過(guò)航空插頭同對(duì)象系統(tǒng)連接，便于學(xué)生自行連線(xiàn)組成不同的控制系統(tǒng)，進(jìn)行幾十種過(guò)程控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)。三、儀表綜合控制臺(tái)儀表控制臺(tái)面板由三部分組成：電源控制屏面板：充分考慮人身安全保護(hù)，帶有漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器。（8）手動(dòng)功能自動(dòng)/手動(dòng)雙向無(wú)擾動(dòng)切換（僅A1808/808P系列具備此功能）（9）電源：100240VAC，15%，+10%5060HZ；電源消耗：≤5W（10）環(huán)境溫度：050℃比值器、前饋反饋裝置此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用既可以實(shí)現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，又可以實(shí)現(xiàn)液位與流量、溫度與流量的前饋反饋控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)。位式調(diào)節(jié)方式（回差可調(diào)）（5）AI人工智能調(diào)節(jié)，包含模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進(jìn)控制算法。（1）技術(shù)規(guī)格熱電偶：K、S、R、E、J、T、B、N熱電阻：Cu50、Pt100線(xiàn)性電壓：0－5V、1－5V、0－1V、0－100mV、0－20mV等線(xiàn)性電流（需外接分流電阻）：0－10mA、0－20mA、4－20mA等（2）測(cè)量范圍K（50＋1300℃）、S（50－1700℃）、R（50－＋1650℃）、T（200－＋550℃）、E（0－800℃）、J（0－1000℃）、B（0－1800℃）、N（0－1300℃）、Cu50（50－＋150℃）、Pt100（200－＋600℃）（3）測(cè)量精度（熱電阻、線(xiàn)性電壓、線(xiàn)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)）%FS177。本裝置有4臺(tái)調(diào)節(jié)器。l 通過(guò)ISO9002質(zhì)量認(rèn)證，品質(zhì)可靠。l 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。l 全球通用的85～246VAC范圍開(kāi)關(guān)電源或者24VDC電源供電，并具備多種外形尺寸。(還可根據(jù)需要擴(kuò)展遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和PLC可編程控制系統(tǒng))調(diào)節(jié)儀表本系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置采用上海萬(wàn)迅儀表有限公司的AI系列儀表，其主要特點(diǎn)有：l AI系列儀表操作方便、通俗易學(xué)，且不同功能檔次相互兼容。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℃。輸出電壓用來(lái)