过程装备与控制技术

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1、过程装备与控制技术实验指导书过程装备与控制技术实验指导书刘天霞汤占岐编北方民族大学化学与化学工程学院二00六年十一月23过程装备与控制技术实验指导书目录实验1:流量自衡过程2实验2：单液位非自衡过程5实验3：反应温度非自衡过程6实验4：一阶惯性通道传递函数模型测试9实验5：衰减振荡法液位PID控制器参数整定14实验6：气体压力PID单回路控制系统的设计与整定1823过程装备与控制技术实验指导书实验1:流量自衡过程1、实验目的1）了解什么是自衡过程及其特点。2）分清过程自衡的原因。3）分析过程自衡的条件及自衡的范围。2、实验原理自衡过程是指系统中存在着对所关注的变量

2、的变化有一种固有的、自然形式的负反馈作用，该作用总是力图恢复系统的平衡。具有自平衡能力的过程称为自衡过程。反之，不存在固有反馈作用且自身无法恢复平衡的过程，称为非自衡过程。在出现扰动后，过程能靠自身的能力达到新的平衡状态的性质称为自衡特性。无论扰动如何变化，过程自身都能在不加控制的条件下，在变量实际允许的量程范围内达到平衡，这种过程称为完全自衡过程。实际过程中自衡常常是有条件的，并且是在一定的范围内才可以自衡，超出允许范围就无法达到自衡了。依据过程的自衡与非自衡特性，可以将大多数工业过程的特性归类为如下常见类型。1）无振荡自衡过程在阶跃作用下，被作用变量不发生振荡

3、，且逐渐向新的稳态值靠近。此类过程的传递函数模型可表达为如下形式（2-1）以上无振荡自衡过程传递函数模型，可以直接通过阶跃响应曲线用图解法或曲线拟合方法得到，详见本单元模块（四）。在过程工业中无振荡自衡过程十分常见，并常用第一种模型表达。第一种模型又称为一阶加纯滞后模型，可以用来近似多容高阶动态模型。2）有振荡自衡过程在阶跃作用下，被作用变量发生衰减振荡，且逐渐向新的稳态值靠近。此类过程的传递函数模型至少是二阶以上形式，在工业过程中很少见，例如（2-2）3）无振荡非自衡过程在阶跃作用下，被作用变量会一直上升或一直下降，不能达到新的平衡状态。此类过程的传递函数模型常

4、表达为（2-3）（2-4）23过程装备与控制技术实验指导书由于积分过程具有非自衡特性，以上传递函数模型中都含有一个积分因子(1/S)。3、实验工艺过程描述流量自衡过程实验选离心泵及液位流程中的泵出口流量F2，具体流程见图2-1。工艺过程的描述详见第一部分，第二单元。为了使实验结果准确，采用单回路液位控制系统通过上游的阀门V1调节流量F1，控制液位L1稳定。然后，通过手动改变阀门V2的开度，观察流量F2的自衡过程。4、实验设备及连接1）在上位计算机启动测试软件，选择并进入离心泵及液位工程。2）在盘台上进行线路连接。如图2-2所示，①用黑色导线将卧圆罐液位L1黑色插孔

5、和液晶显示器下部1号黑色插孔连接，将L1设定为液晶显示器上对应的第一排左数第一个棒图显示。②用黑色导线将离心泵出口流量F2黑色插孔和液晶显示器下部11号黑色插孔连接，将F2设定为液晶显示器上对应的第三排左数第一个数字显示。5、控制系统组态1）将液位L1控制定义为位号LIC-01，PID参数设置为：KC=16、Ti=60秒、Td=0秒、反作用。变送器集点选L1。带定位器的控制阀选V1，阀特性选线性，组态画面见图2-3。2）完成趋势画面组态，选择F2、V2两个变量需要趋势记录。趋势画面见图2-4。3）阀门V1、V2特性选线性。图1-1离心泵及液位流程图画面6、实验步骤

6、1）将测试软件选定为运行状态。2）按照第一部分，第二单元操作规程将本系统开车到正常工况。此时，手动调整V2的开度为45%，L1设定值设为50%。3）手动调整V2的开度为55%，观察流量F2按一阶非周期特性上升，大约25秒钟后达到新的平衡。4）手动调整V2的开度为60%，观察流量F2仍按一阶非周期特性上升，大约20秒钟后达到新的平衡。5）本实验可以继续下去，无论如何改变V2的开度（增加或减少），F2总能经过一个一阶非周期特性的变化达到新的平衡点。23过程装备与控制技术实验指导书图1-2盘台上的黑线连接图1-3液位单回路控制系统组态图7、实验结果记录详见图4所记录的F

7、2和V2随时间变化的历史曲线，及实验记录表2-1。表2-1测试实验案例001实验记录实验步骤V2初始开度V2新开度F2初始值F2新平衡值123423过程装备与控制技术实验指导书图1-4趋势记录画面8、实验分析与结论9、思考题1）什么是自衡过程？有何特点？2）简要解释过程自衡的原理。3）什么原因能导致流量自衡？举例说明。实验2：单液位非自衡过程1、实验目的1）了解什么是单液位非自衡过程及其特点。2）分清单液位非自衡过程非自衡的原因。3）分析单液位非自衡过程非自衡的条件。2、实验原理见实验1。3、实验工艺过程描述工艺过程同实验1，所不同的是固定出口流量F2（即固定V2

8、开度），改