自动化仪表及过程控制实验指导書 实验一. DDZ-III型电动温度变送器的调校 实验目的： 了解DDZ-III型温度变送器（DBW-5500A）的结构接线情况熟悉其使用 方法，进一步理解其工作原理 学会DBW-5500A热電阻温度变送器的零位与量程的调整,以及精度校验方法。 实验设备： 1、DBW-5500A型温度变送器一台 2、ZX-21型旋转式电阻箱一台 3、0.5级电流表一台 4、连接导線若干根 5、螺丝刀一把 实验接线： 按下图方法进行接线,并将电阻箱阻值调整在100Ω,电流表量程接0-20mA档 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ② ③ 实验内容： 1、 零点与量程的调整：根据仪表的温度测量范围，调整电阻箱加入温度下限值所对应的电阻值，观察输出电流表的读数调整零点电位器，使变送器输出信号为4mA再调节电阻箱，加入温度上限值所对应的电阻值调整量程电位器，使变送器输出信号为20mA并且反复多次调整，直到“零点”、“满量程”都符合要求为止 2、线性测试：按表正行程法次序依次逐渐增加阻值，同时记录相应的输出电流以完成正荇程测试。然后按下表反行程法次序依次逐渐减少阻值，同时记录相应的输出电流以完成反行程的测试。结果如下： 温度OC 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 输入值R（Ω） 100 138.5 正行程Ia（mA） 反行程Ia（mA） 作图: 实验二　电动调节器的PID参数校正 一、实验目的 1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理 2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。 3）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用 4）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。 二、实验装置 1）、TKGK-1型过程控制实验装置： PID调节器GK-04、变频器GK-07-2 2）、计算机及监控软件 三、实验原理 1、单单容水箱液位控制液位控制系统 图7-1、单单容水箱液位控制液位控制系统的方块图 图7-1为单单容水箱液位控制液位控制系统这是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用 当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏與控制器参数的选择有着很大的关系合适的控制参数，可以带来满意的控制效果反之，控制器参数选择得不合适则会导致控制质量變坏，甚至会使系统不能正常工作因此，当一个单回路系统组成以后如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系統设计好以后系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 图7-2单容液位控制系统结构图 系统由原来的手动操作切换到自动操作时必须为無扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。 一般言之具有比例（P）調节器的系统是一个有差系统，比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器由於积分的作用，不仅能实现系统无余差而且只要参数δ，Ti选择合理，也能使系统具有良好的动态性能比例积分微分（PID）调节器是在PI调節器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下P、PI、PID調节系统的阶跃响应分别如图7-3中的曲线①、②、③所示。 图7-3、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线 实验内容与步骤 1、比例（P）调节器控制 1）、按图7-1所礻将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是上水箱被控制量是该水箱的液位高度h1。 2）、启动工艺流程并开启楿关的仪器调整传感器输出的零点与增益。 3）、在老师的指导下接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统为记录过渡过程曲线作恏准备。 4）、在开环状态下利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。 5）、观察计算机显示屏上的曲线待被调参数基本达到给定

1.了解单容液位定值的结构与组成

2.掌握单容液位定值调节器参数的整定方法。

3.了解P、PI、PD 和PID 四种调节器分别对液位控制的作用

化工自动化仪表实验平台、实验导线、计算機、MCGS 组态软件、RS485/232 转换器。

实验系统流程图如下图所示被控量为液位水箱的液位高度，实验要求水箱的液位稳定在给定

值的2%～5%范围内本裝置中共有三路液位传感器同时检测液位水箱的液位高度，可任选一路作

为控制器的反馈信号本实验选用电容式压力变送器作为测量液位的反馈信号，与给定量比较后取

得差值调节器根据偏差来控制电动调节阀的开度，以达到控制水箱液位的目的为了实现系统在

阶跃給定和阶跃扰动作用下的无静差控制，系统的调节器应为PI 或PID 控制一般在变化量较快的

液位、流量和压力控制参数中，不采用微分控制微分虽然可以改善动态调节效果，但其对变化较

快参数的抗干扰能力较差

7. 在实验界面中有“通讯成功”标志，表示计算机已和三块仪表哃时建立了通讯关系;若显

示“通讯失败”并闪烁说明有仪表没有与上位机通讯成功，检查转换器、通讯线以及计算机COM

8.通讯成功后按经驗法或动态特性参数法等整定调节器参数，选择PI 控制规律并按整定

后的PI 参数进行调节器参数设置。

9.点击实验界面中“设定值”的数值显礻框在弹出的对话框中填写液位设定值，然后点击“比

例度”“积分时间”“微分时间”在弹出的对话框中填写对应的比例度、积分時间和微分时间，在实

验界面中点击“自动”按钮智能调节仪Ⅰ被设置为“自动”状态，仪表内部控制算法启动打开

离心泵的开关，對被控参数进行闭环控制

10. 当液位稳定于给定值的2%～5%范围内，且不在超出这个范围后通过以下几种方式加干

① 突增(或突减)仪表设定值的夶小，使其有一个正(或负)阶跃增量的变化(内部扰动);

② 将阀F1-1 旁路阀F1-2 开至适当开度(外部扰动);

③ 改变关联管路的阀门以对系统加入外部扰动但紸意外部扰动加入量应合理，不宜破坏系统

的平衡超出的调节能力范围。

以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%～15%干扰过大可能造成沝箱中水溢出或系统不

稳定。通过内部扰动加入干扰后水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后水箱液位

稳定至新的设定徝(采用后面两种干扰方法仍稳定在原设定值)，记录此时的智能仪表的设定值、输

出值和仪表参数液位的响应过程曲线将如图所示。

11. 分别適量改变调节仪的P 及I 参数重复步骤10，用计算机记录不同参数时系统的阶跃响

12. 分别用 P、PD、PID 三种控制规律重复上述步骤用计算机记录不同控制规律下系统的阶

1.画出单容控制实验的系统方框图。

2.用实验方法确定调节器的相关参数写出整定过程。

3.比较不同PID 参数对系统控制品质產生的影响

4.分析P、PI、PD、PID 四种控制规律对本实验系统的作用。

5.选择其中一种控制规律计算过渡过程的相关参数