6 典型的过程控制系统实例

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1、典型的控制系统实例温度位式控制系统基于智能仪表温度连续控制系统双容水箱液位PID控制系统上、下水箱液位串级控制系统PLC上、下水箱液位串级控制温度位式控制系统一、实验目的1、了解二位式温度控制系统的结构与组成。2、掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。三、实验原理1、温度传感器温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度间的关系式为：Rt＝Rt0[1+α(t-t0)]式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值；α——电

2、阻的温度系数。可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化，这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不都能作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装臵使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器将电阻值的变化转换为电压信号。

3、在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为，Rt＝Rt0(1+At+Bt2+Ct3)式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值；A、B、C是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。二位控制是位式控制规律中最简单的一种控制规律，实际中常用。本实验的被控对象是锅炉被控制量是复合水箱内套中的水温T温度变送器把被控制量T转变为反馈电压Vi，它与二位调节器设定的上限输入Vmax和下限输入Vmin比较，从而决定二位调节器的

4、输出信号；调节器的输出电压V0（5V）作为执行元件的控制信号。V0与Vmin和Vmax的关系如图4-1所示，图4-2为位式控制系统的方块图。图4-1、V与Vmin、Vmax、Vi关系图0图4-2、位式控制系统的方块图由图4-1可见，V0与Vi的关系不仅有死区存在，而且还有回环，因而图4-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限工作状态，故称这种控制器为两位调节器。该系统的工作原理是：当被控制的水温T减小到小于设定下限值时，即Vi≤Vmin时，调节器的输出为V0（5V），执行元件（固态继电器）接通，使电热丝

5、接通220V电源加热（如图4-3所示）。随着水温T的升高，Vi也不断增大，当增大到大于设定上限值时，即Vi≥Vmax时，则两位调节器的输出V0由5V降到0V，此时固态继电器释放，切断电热丝的供电。由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，故只是在对控制质量要求不高的系统才使用。基于智能仪表温度连续控制系统工作原理：与AI-708基本相同，不同的是AI-818输出的是0-5V连续的的电压信号，然后去控制单相移相调压模块的输出电压，当智能仪表输出0V电压时，单相移相调压模块没有输出；当智能仪表输出5V电压时，单相移相调压模块输出220V电压。所以

6、，当智能仪表的控制信号从0-5V线性变化时单相移相调压模块的输出电压也从0V-220V变化，Pt100把实时检测到的温度值变换为电压信号输出到AI-818的输入端作为反馈信号。双容水箱液位PID控制系统双容水箱液位PID控制系统双容水箱液位PID控制系统流量PID控制系统涡轮流量计它主要由壳体、前导向架、叶轮、后导向架、压紧圈和带放大器的磁电感应转换器等组成。当被测流体流经传感器时，传感器的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，叶轮周期性的改变磁电感应系数中的磁阻值，从而使通过线圈的磁通量周期性的发生变化而产生电脉冲信号，并经放大器放大后传送至相应

7、的流量积算仪表，进行量或总量的计量。流量控制系统方框图负反馈控制系统的一个主要优点是输出量（被控制量）经检测元件检测后反馈到系统的输入端与给定值相比较，所得的偏差信号经调节器处理后变成一个对被控过程控制的信号，从而实现被控制量排除系统内外扰动的影响而保持基本不变的目的。流量控制系统与液位控制系统一样，它的控制质量完全取决于所用调节器的结构和参数。比例调节器是调节比例度δ来实现对系统的控制。一般言之，δ越小，系统的余差也越小，但超调量等动态性能指标变差。反之，δ越大，系统的余差也越大，系统的动态过程缓慢，超调量变小。比例积分（PI）调节器产生的

8、控制作用有2个部分：与偏差成比例部分和偏差的积分部分。由于积分的作用，可使系统无余差产生，但积分时间常数不能太小，否则会使系统的动态性能变差，甚至会不稳定。比例积分