东南大学自动化学院
实验报告
课程名称：过程控制
第一次实验
实验名称：被控过程的认识实验
院（系）：自动化专业：自动化
姓名：学号：
同组人员：实验时间：2017 年 4 月9 日评定成绩：审阅教师：
目录
一．实验目的 (3)
二．实验内容 (3)
三．实验步骤 (4)
四．实验现象 (4)
五．思考题 (11)
一、实验目的
1、了解被控过程系统的组成；
2、熟悉过程控制教学装置的设备和管线；
3、掌握过程控制系统的理论建模方法。
二、实验内容
以表征生产过程的参量为被控制量使之接近给定值或保持在给定范围内的自动控制系统。
这里“过程”是指在生产装置或设备中进行的物质和能量的相互作用和转换过程。
表征过程的主要参量有温度、压力、流量、液位、成分、浓度等。
通过对过程参量的控制，可使生产过程中产品的产量增加、质量提高和能耗减少。
一般的过程控制系统通常采用反馈控制的形式。
在利用HGK-1过程控制实验装置进行各实验项目后，可掌握下列内容：
1、测定控制对象特性的方法；
2、熟悉自动化仪表的使用方法；
3、掌握单回路控制系统的组成及其参数整定；
4、掌握复杂控制回路系统的组成及其参数整定；
5、理解控制参数对控制系统品质指标的影响；
6、学习过程控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力；
在利用本实验装置进行各实验项目后，可达到下列基本要求和目标：
1、明确实验任务；
2、提出实验方案；
3、完成实验工作。
本实验教学装置的实验电气接线图如图1所示。
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图1 实验电气接线图
三、实验步骤
1、绘制实验装置电器及设备分布图；
2、绘制电器接线图及电路原理图；按照实验流程图配管，并完成仪表配线；
3、了解实验装置中的对象，水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位
置。
以便于在实验中对仪表进行操作和观察；
4、熟悉实验装置面板图，要求做到：由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准
确地找到该仪表的实际位置；
5、熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。
四、实验现象
1、实验装置及设备分布图
图4.1 液位控制系统
本系统包含水箱、加热器、变频器、泵、电动阀、电磁阀、进水阀、出水阀、增压器、流量计、压力传感器、温度传感器和操作面板等。
图4.2 操作面板
本实验系统控制面板有4个P909仪表分别用于显示压力、流量、液位和温度。
每个P909有4组接口，分别为外给定、PV、OUT和报警。
其中PV为测量值的输入口，即在闭环回路中为反馈值的输入口，该接口一般与变送器相连，外给定是作为串级控制中外环输出作为内环给定值，OUT口是控制器根据给定信号SV和反馈信号PV后，通过控制器控制算法的控制量，用于控制实验装置中执行机构，如电磁阀、电动阀等。
图4.3 参数显示及操作屏
此显示屏可显示锅炉温度、水箱液位、水泵压力、管道流量和阀门开度等参数，并且有一个交流变频控制器可以控制水泵的工作频率。
此外，还有启动和急停按钮，启动按钮用于整个系统的启动，急停按钮用于出现意外情况时的紧急停止。
2、电器接线图及电路原理图
图2.1 液位控制系统结构图
图2.2 液位控制系统框图
图2.3 电气连接图
将液位变送器的输出接到PV，测量液位，输出OUT接到电动阀控制其阀门开度。
通过修改设定值SV，可以观察到水箱液位PV发生变化。
3、实验设备
（1）压力传感器：YMC303P-1-A-3 RANGE 0-6kPa，OUT 4-20mADC，SUPPL Y 24VDC，IP67，RED SUP+，BLUE OUT+/V-
图2.4 压力传感器
压力传感器是工业实践中最为常用的一种传感器。
一般普通压力传感器的输出为模拟信号，或在一段连续的时间间隔内，输出为数字信号。
而通常使用的压力传感器主要是利用压电效应制造而成的，这样的传感器也称为压电传感器。
（2）交流变频器：功率1500W、220V单相输入、380V三相输出
图2.5 交流变频器
交流型变频器是输出电压和频率可调的调速装置。
交流型变频器实际上就是一个逆变器。
它首先将交流电变为直流电，然后用电子元件对直流电进行开关，变为交流电。
一般功率较大的交流型变频器用可控硅，并设一个可调频率的装置，使频率在一定范围内可调，用来控制电机的转数，使转数在一定的范围内可调。
（3）涡轮流量计：型号LWY-C口径4-200mm，介质温度-20—+100℃，环境温度-20—+45℃，供电电源+24V，标准信号输出4-20mA，负载0-750Ω，精确度±0.5%Fs ±1.0%Fs，外壳防护等级IP65
图2.6 涡轮流量计
涡轮流量计是速度式流量计中的主要种类,当被测流体流过涡轮流量计传感器时，在流体的作用下，叶轮受力旋转，其转速与管道平均流速成正比，同时，叶片周期性地切割电磁铁产生的磁力线，改变线圈的磁通量，根据电磁感应原理，在线圈内将感应出脉动的电势信号，即电脉冲信号，此电脉动信号的频率与被测流体的流量成正比。
（4）泵：Q40-150L/min，H2.5-7m，Hmax2.5m，380V，VL450V，IP44，50Hz，2550rpm，1.1kw，HP1.5，In2.8A，ICL B
图2.7 水泵
水泵是输送液体或使液体增压的机械。
它将原动机的机械能或其他外部能量传送给液体，使液体能量增加，主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液
态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。
（5）电动调节阀：型号2DYP-16P 压力 1.6MPa，输入信号4-20mA,口径 2.5mm,电源220V，反馈信号4-20mA，阀门控制精度0.1%-8%可调。
图2.8 电动调节阀
电动调节阀是工业自动化过程控制中的重要执行单元仪表。
与传统的气动调节阀相比具有明显的优点：电动调节阀节能（只在工作时才消耗电能），环保（无碳排放），安装快捷方便（无需复杂的气动管路和气泵工作站）。
（6）电磁调节阀：MODEL UW-15，VOLTS 220V，ORIFICE 15，CYCLES 60Hz，PIPESIZE 1/211，OFERATING PRESSURE MINI 0kg/cm2—MAX 8kg/cm2
图2.9 电磁调节阀
电磁阀（Electromagnetic valve）是用电磁控制的工业设备，是用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。
用在工业控制系统中调整介质的方向、流量、速度和其他的参数。
电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。
电磁阀有很多种，不同的电磁阀在控制系统的不同位置发挥作用，最常用的是单向阀、安全阀、方向控制阀、速度调节阀等。
五、思考题
1、过程控制中过程参量指的是什么？举例说明之；
答：过程参量是指在系统控制过程中，参数随时间变化。
工业上常见的过程参数，除了过程自动化最常见的温度、压力、流量、液位(物位)四大参数以外，往往还要检测物料组分、物性、噪声、振动等参数，甚至还要测量诸如转化率、催化剂活性等无法(或难以)直接在线检测的参数。
2、了解常见过程参量的测量方法；
答：过程参量的一般检测原理主要有守恒定律、场的定律、热电效应、电阻的热效应、应变效应和压阻效应等。
温度测量可用热膨胀式测温、热阻式测温、热电式测温等；压力测量可用重力平衡方法、弹性力平衡方法、机械力平衡方法、物性测量方法等；流量测量可用差压式、速度式、容积式等方法；液位测量可用力学法、电学法和电磁法、热学法等。
3、举一生产过程系统案例，并列出过程参量的特性。
答：单容自衡水箱液位控制系统。
其过程参量为液位，随时间不停的变化，并在设定值附近波动。
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