过程控制系统实验指导书.doc

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1、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一、实验目的1．学习YS—170、YS—1700等仪表的使用；2．掌握控制系统中PID参数的整定方法；3．熟悉Smith补偿算法。二、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。三、实验原理1、YS—1700介绍YS1700产于日本横河公司，是一款用于

2、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

3、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

4、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、CNT

5、2，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

6、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；

7、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、CP5611专用网卡及网线；6．SA-42挂件一个、PC/PPI通讯电缆一根。三、实验原理图3-14三容液位定值控制系统(a)结构图(b)方框图本实验系统结构图和方框图如图3-14所示。本实验以上、中、