过程控制系统实验指导书教材.doc

过 程 控 制 系 统 实验指导书 王永昌 西安交通大学自动化系 2015.3 实验一 先进智能仪表控制实验 实验目的 学习YS—170、YS—1700等仪表的使用； 掌握控制系统中PID参数的整定方法； 熟悉Smith补偿算法。 实验内容 1．熟悉YS-1700单回路调节器与编程器的操作方法与步骤，用图形编程器编写简单的PID仿真程序； 2．重点进行Smith补偿器法改善大滞后对象的控制仿真实验； 3．设置SV与仿真参数，对PID参数进行整定，观察仿真结果，记录数据。  4．了解单回路控制，串级控制及顺序控制的概念，组成方式。 实验原理 1、YS—1700介绍 YS1700 产于日本横河公司，是一款用于过程控制的指示调节器，除了具有YS170一样的功能外，还带有可编程运算功能和2回路控制模式，可用于构建小规模的控制系统。其外形图如下： YS1700 是一款带有模拟和顺序逻辑运算的智能调节器，可以使用简单的语言对过程控制进行编程（当然，也可不使用编程模式）。高清晰的LCD提供了4种模拟类型操作面板和方便的双回路显示，简单地按前面板键就可进行操作。能在一个屏幕上对串级或两个独立的回路进行操作。标准配置I/O状态显示、预置PID控制、趋势、MV后备手动输出等功能，并且可选择是否通信及直接接收热偶、热阻等现场信号。对YS1700编程可直接在PC机上完成。 SLPC内的控制模块有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路： （1） 基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 （2） 串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统。 （3） 选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 当YS1700处于不同类型的控制模式时，其内部模块连接关系可以表示如下： （1）、单回路控制模式 （2）、串级控制模式 （3）、选择控制模式 单回路控制器具有丰富和灵活可变的运算控制功能；即具有连续控制功能，也具有一定的顺序控制及处理批量生产过程的能力???具有通信功能，能与集中监视操作站及上位计算机交互信息，构成集散控制系统。具有自诊断功能，有助于系统维护。 4、单回路调节系统 一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数恒定，而调节器只接收一个测量信号，其输出也只控制一个执行机构。 单回路控制系统主要由四个基本环节组成，即被控对象(简称对象)、测量变送装置、控制器和执行器。 5、SLPC内的控制模块 有三种功能结构，可用来组成不同类型的控制回路： (1)基本控制模块BSC，内含1个调节单元CNT1，相当于模拟仪表中的l台PID调节器，可用来组成各种单回路调节系统。 (2)串级控制模块CSC，内含2个互相串联的调节单元CNTl、CNT2，可组成串级调节系统 (3)选择控制模块SSC，内含2个并联的调节单元CNTl、CNT2和1个单刀三掷切换开关CNT3，可组成选择控制系统。 6、Smith补偿法改善大滞后对象 在过程控制中，常遇到纯滞后时间很长的对象，特别是纯滞后时间L与其惯性时间常数T之比较大的对象，使用常规PID调节效果不佳。为此，在对象数学模型确知的情况下，采用Smith补偿法可以取得的较好的效果。 Smith补偿结构是先估计一个没有滞后环节的系统模型，用PID算法对该模型进行控制，这样等同于对原系统进行控制。由于控制回路中没有滞后环节，因此对于大滞后的对象，Smith补偿能取得很好的效果。Smith补偿的困难之处在于对象模型估计的准确性，估计的准不准直接关系到控制效果的好坏。 (1)Smith补偿控制器的预测控制器结构 (2)标准Smith补偿控制器的数字调节器实现 实验二 三容水箱液位控制系统 一、实验目的 1．了解三容水箱液位定值控制系统的结构和组成。 2．掌握三阶系统调节器参数的整定与投运方法。 3．研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响。 4．分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。 5．综合分析五种控制方案的实验效果。 二、实验设备（实验对象总貌图） 1．实验对象及控制屏、SA-11挂件一个、SA-13挂件一个、SA-14挂件一个、计算机一台（DCS需两台计算机）、万用表一个； 2．SA-12挂件一个、RS485/232转换器一个、通讯线一根； 3．SA-21挂件一个、SA-22挂件一个、SA-23挂件一个； 4．SA-31挂件一个、SA-32挂件一个、SA-33挂件一个、主控单元一个、数据交换器两个，网线四根； 5．SA-41挂件一个、CP