2．了解渦輪流量計(jì)的特性。
3．應(yīng)用階躍響應(yīng)曲線法整定控制器的參數(shù)。
4．研究控制器相關(guān)參數(shù)的變化對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。
5. 掌握變頻器流量控制方法。
二、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備
1．過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置—DDC控制模塊
2．計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG
3．實(shí)驗(yàn)專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、實(shí)驗(yàn)原理
根據(jù)設(shè)定的流量輸給計(jì)算機(jī)，用計(jì)算機(jī)的輸出來控制變頻器，用流量計(jì)測出流量信號反饋給計(jì)算機(jī)，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行比較和運(yùn)算輸出給變頻器，從而最終達(dá)到管內(nèi)流量的平衡。
流量控制系統(tǒng)原理方塊圖如圖3.25所示。
圖3.25 變頻器流量控制系統(tǒng)原理圖
四、實(shí)驗(yàn)步驟與內(nèi)容
1．了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對象，流程圖如圖2.15所示。
圖2.15 流量控制系統(tǒng)流程圖
2．按要求接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線和通訊線。
使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺側(cè)邊DDC通訊口 “COM1” 與上位機(jī)連接。
在傳感器信號輸出區(qū)域，將流量計(jì)2信號 FT2用實(shí)驗(yàn)線連接到DDC控制模塊的AI0信號輸入端，正負(fù)一一對應(yīng)。
將DDC控制模塊輸出信號AO0連接到執(zhí)行器控制信號輸入?yún)^(qū)的變頻器控制信號端口，正負(fù)一一對應(yīng)。
3．將手動閥門2V1、V3、V4打開，關(guān)閉2V2、2V3。
4．先打開控制臺左側(cè)的總電源開關(guān)，按“Start”按鈕啟動設(shè)備，再打開DDC電源開關(guān)。
5．運(yùn)行計(jì)算機(jī)上的 DDC控制實(shí)驗(yàn)_ModBusRTU.MCG工程，選擇“系統(tǒng)管理”下拉菜單中的“用戶登錄”，出現(xiàn)如下窗口。
圖3.28 “用戶登錄”界面
6．點(diǎn)擊“確認(rèn)”，用戶登錄完畢。選擇“單回路控制實(shí)驗(yàn)”下拉菜單中的“變頻器支路流量控制實(shí)驗(yàn)”，出現(xiàn)如下的“變頻器支路流量控制實(shí)驗(yàn)”界面。
圖3.29 變頻器支路流量控制實(shí)驗(yàn)界面
7．點(diǎn)擊“參數(shù)設(shè)置”，出現(xiàn)如下界面。
圖3.30 參數(shù)設(shè)置界面
8．將AI0設(shè)置為0 – 1200。點(diǎn)擊退出，參數(shù)設(shè)置完畢。
9．按本章第一節(jié)中的經(jīng)驗(yàn)法或動態(tài)特性參數(shù)法整定調(diào)節(jié)器參數(shù)，選擇PI控制規(guī)律，并按整定后的PI參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)器參數(shù)設(shè)置。
Ts=1 （參考值）
SV=800 （參考值）
Kc=0.02 （參考值）
Ti=5 （參考值）
Td=0 （參考值）
10.選擇計(jì)算機(jī)控制方式，在控制臺上打開變頻器電源開關(guān)，打開變頻器啟停開關(guān)。
11．穩(wěn)定后，分別適量改變調(diào)節(jié)儀的P及I參數(shù)，用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。
12．分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律，用計(jì)算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。
13．實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，停止變頻器，關(guān)閉變頻器電源，關(guān)閉漏電保護(hù)器，拆除實(shí)驗(yàn)線。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．畫出變頻器支路流量控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
2．用實(shí)驗(yàn)方法整定PI控制器的參數(shù)，寫出整定過程。
3．比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。
4．分析P、PI、PID三種控制規(guī)律對本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用。
六、思考題
1．流量控制的特點(diǎn)和流量控制的難點(diǎn)。
DB-CG15 過程控制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置
1、過程控制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置（Process Control System，簡稱PCS），是模仿現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的物理量，諸如溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)，對其進(jìn)行測量、控制，分析過程參數(shù)變化特性，研究過程控制規(guī)律(如PID控制)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置選用智能化的工業(yè)用儀器儀表，接近工業(yè)實(shí)際，使用安全，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡單，性價(jià)比優(yōu)越。本裝置集合多種控制方式，再現(xiàn)實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場使用的控制手段，采用聲光報(bào)警系統(tǒng)，并提供用戶更友好的二次開發(fā)接口。
2、過程控制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置可滿足“自動調(diào)節(jié)原理”，“過程控制”，“控制儀表”，“自動檢測技術(shù)與傳感器”,“計(jì)算機(jī)”及相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求；
3、過程控制實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)裝置可作為有關(guān)企業(yè)技術(shù)人員、儀表操作人員、系統(tǒng)運(yùn)行監(jiān)控人員的實(shí)習(xí)、培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
二、性能指標(biāo)及要求：
1、輸入電源:三相四線制或三相五線制 380V±10％ 50Hz；
2、工作環(huán)境: 溫度–10℃－+40℃ 相對濕度＜85％（25℃）；
3、裝置容量：＜5kVA；外形尺寸小于：1800mm×800mm×1800mm，全不銹鋼焊接而成。
三、具體系統(tǒng)配置要求
1、不銹鋼框架：主體框架采用鏡面不銹鋼方管焊接而成，對象模型安裝架采用鏡面不銹鋼方管焊接而成，安裝底板采用不銹鋼工業(yè)板制成，造型美觀，結(jié)實(shí)耐用，開放性好。
2、控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺：控制對象接口箱分電源箱和信號接口箱。電源箱主要包含各種電源裝置及電源分配開關(guān)，變頻器、三相移相調(diào)壓裝置等強(qiáng)電裝置；信號接口箱主要為各種弱電信號與DCS寬展接口。
面板材質(zhì)采用鋁材，面板標(biāo)識采用凹字爛板工藝進(jìn)行加工制作，針對各種信號接口均配有文字及符號說明，信號區(qū)分一目了然，方便實(shí)驗(yàn)接線。所有信號采用國際標(biāo)準(zhǔn)的IEC信號。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口有三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電動調(diào)節(jié)閥、三相不銹鋼磁力泵、電磁閥、三菱變頻器及三相電加熱管組成，另外電加熱鍋爐帶有防干燒保護(hù)設(shè)備。并將對象系統(tǒng)各傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號同面板上的插座相連，便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。
3、亞克力有機(jī)玻璃水箱： 包括2個(gè)平行上水箱、和下水箱和儲水箱。采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。
4、管道及閥門：整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成（不采用鋁塑管），所有的手動閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，避免管道系統(tǒng)生銹的可能性。其中儲水箱底部有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把球閥打開將水直接排出。
5、液位變送器：二個(gè)液位變送器分別用來對二個(gè)水箱和鍋爐的液位進(jìn)行檢測，其量程為0～3KPa，用于測量水箱液位高度，為直流24V供電、標(biāo)準(zhǔn)兩線制接線4～20mA變送輸出、精度0.5級，采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。
6、渦輪流量計(jì)：分別用來對由電動調(diào)節(jié)閥控制的動力支路、采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí)需提供DC24V直流電源。流量范圍：0～1.2m3/h；精度：1.0%；輸出：4～20mA。2只
7、水泵：采用磁力驅(qū)動泵，流量為30升/分，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵,一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動。三相磁力驅(qū)動泵，噪音低，壽命長，揚(yáng)程達(dá)12米
數(shù)量：2只。
8、電磁閥：電動調(diào)節(jié)閥支路和變頻支路的連通閥，具有接通和關(guān)斷兩條支的作用。另外六只作為各液位水箱兩條支路的進(jìn)水閥門。工作壓力：最小壓力為10Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：24VDC。
9、交流變頻控制 ：采用的變頻調(diào)速模塊為多功能、緊湊型產(chǎn)品，具備V/F控制、通用磁通矢量控制、最佳勵(lì)磁控制等，運(yùn)行特性：多段速15速、PID控制、輸出電流檢測、異常時(shí)再試功能、零電流檢測；輸出頻率范圍：0.2～400Hz；頻率設(shè)定分辨率：0.06Hz/60HZ；頻率精度：最大輸出頻率的±0.1%以內(nèi)；控制信號輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵。
10、智能電動調(diào)節(jié)閥：電動調(diào)節(jié)閥是新一代超小型電子式一體化直行程電動調(diào)節(jié)閥。采用精小型電動執(zhí)行器伺服放大器，它以220V交流電源為驅(qū)動電源，輸入標(biāo)準(zhǔn)的4～20mADC控制信號，經(jīng)伺服放大器控制，使電機(jī)帶動減速器運(yùn)行而產(chǎn)生軸向推力，使閥芯移動，改變閥門的開度，達(dá)到對液位，流量等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)自動控制的目的。超小型直行程單座電動調(diào)節(jié)閥。廣泛應(yīng)用于電力、暖通中央空調(diào)、冶金、輕工等行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)，更適用于高校教學(xué)和科研設(shè)備。 閥體為鑄鐵材質(zhì)，閥芯為不銹鋼材質(zhì)，國標(biāo)法蘭安裝，DC4～20mA電流信號控制，工稱通徑DN15。該調(diào)節(jié)閥為直行程氣動控制調(diào)節(jié)閥，具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。由控制器直接發(fā)送模擬信號控制閥門定位器，閥門定位器驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，使用和校正都非常方便；進(jìn)口閥門定位器帶HART通信功能，可與HART手持操作器進(jìn)行通訊。電源為單相220V，控制信號為4～20mADC或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。
11、加熱常溫鍋爐：不銹鋼溫控實(shí)驗(yàn)箱1只 由加熱箱、加熱環(huán)、Pt100、溫度變送器組成，加熱箱內(nèi)無水?dāng)嚯姳Ｗo(hù)裝置，也防止溫度干燒。
12、控制系統(tǒng)一，智能數(shù)字調(diào)節(jié)器：具有2路模擬量輸入、1路模擬量輸出、2路報(bào)警輸出，支持電流輸入，電壓輸入，熱電阻及熱電偶信號輸入，可保存歷史數(shù)據(jù)。2只
13、控制系統(tǒng)二，計(jì)算機(jī)直接控制網(wǎng)絡(luò)模塊：要求用于計(jì)算機(jī)控制，設(shè)有通訊端口，完全模擬工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，裝有一塊遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊和一塊遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊。要求為8通道模擬量輸入模塊，輸入量為1－5V；為4通道模擬量輸出模塊，輸出信號為4－20mA；上位機(jī)要求采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控。安裝有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)直接數(shù)字控制（DDC）。
▲云服務(wù)平臺:每套過程控制實(shí)驗(yàn)設(shè)備通過數(shù)據(jù)采集每個(gè)實(shí)驗(yàn)課內(nèi)容與學(xué)生手機(jī)進(jìn)行綁定，實(shí)現(xiàn)過程控制參數(shù)的在線采集與云服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)上傳，完成實(shí)驗(yàn)后可自動生成WORD文檔、自動生成實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表格、自動生成實(shí)驗(yàn)曲線；教師機(jī)通過云服務(wù)平臺檢查實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，并具有批改作業(yè)功能以及PPT共享等功能。
提供學(xué)生登錄界面，提供老師管理界面，提供學(xué)校院系界面。
14、控制系統(tǒng)三，PLC控制系統(tǒng)，采用西門子S7-200 SMART主機(jī)CPU SR20(自帶以太網(wǎng)通訊口)，配置一個(gè)4入/2出模擬量模塊EM AM06，可完成所有單通道輸出、多通道輸入控制實(shí)驗(yàn)。
15、▲控制系統(tǒng)四， python數(shù)據(jù)采集卡：投標(biāo)時(shí)提供python數(shù)據(jù)采集卡軟件的著作權(quán)證書復(fù)印件（原件備查）同時(shí)支持labview二次開發(fā)，數(shù)據(jù)采集卡采用工業(yè)級的解決方案，，接口采用USB接口，具體核心功能指標(biāo)要求：
1.1.具有8路模擬量輸入：8路電壓輸入。ADC分辨率：14位，最大采樣速率：100K/S。
1.2. 2路模擬量輸出：12位，0-10V，100Ksa/s
1.3. 2路1MHz計(jì)數(shù)、PWM測量輸入，2路1MHzPWM、脈沖發(fā)生器。
1.4.具有多種采樣方式：定時(shí)采樣，定長采樣，單步采樣，實(shí)時(shí)采樣。
1.5.具有輸入低通濾波，過壓保護(hù)功能。
1.6.具有12路數(shù)字量輸入輸出：6路輸入，6路輸出。
1.7.支持波形輸出：正弦波，方波，三角波，鋸齒波任意波形,上位機(jī)軟件可采集可調(diào)節(jié)。
1.8.波形頻率可調(diào)：范圍0-10000HZ，上位機(jī)軟件顯示控制。
16、▲控制系統(tǒng)五，物聯(lián)網(wǎng)控制系統(tǒng)：開標(biāo)現(xiàn)場視頻演示，本批設(shè)備一套3節(jié)點(diǎn)1個(gè)匯節(jié)點(diǎn).
物聯(lián)網(wǎng)無線通訊傳感網(wǎng)（本批設(shè)備一套，一個(gè)主機(jī)，3個(gè)從機(jī)，） 配備兩種及以上無線傳輸能力的模塊（或電路，例如WIFI、ZigBee），可同時(shí)完成不少于4AD/4DA（ADC分辨率12位或以上）、4DI/4DO傳輸，能夠組建實(shí)驗(yàn)室無線傳感網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)提供手機(jī)端和PC端的測量和控制軟件（投標(biāo)文件中提供手機(jī)APP與無線模塊間、4個(gè)無線模塊間的聯(lián)機(jī)測試功能的截圖，不提供以上截圖視為不響應(yīng)此項(xiàng)技術(shù)參數(shù)，ZIGBEE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)（提供觸摸屏的組網(wǎng)圖），WiFi通訊實(shí)驗(yàn)與電腦通信（錄制視頻尋址過程），PID參數(shù)調(diào)節(jié)與控制（提供4個(gè)站點(diǎn)的曲線圖），觸摸屏顯示功能（提供軟件界面），手機(jī)APP顯示與控制（提供軟件界面）開關(guān)量控制實(shí)驗(yàn)）提供實(shí)驗(yàn)視頻。
17、MATLAB/RTW過程控制仿真軟件：（1）仿真系統(tǒng)模擬工業(yè)生產(chǎn)過程的四大熱工參數(shù)，包括液位對象，溫度對象，流量對象，壓力對象，無縫對接“過程控制實(shí)驗(yàn)裝置”的控制系統(tǒng)，能夠完成基本對象特性測試、單閉環(huán)控制、串級控制、前饋反饋控制、流量比值控制等實(shí)驗(yàn)，可以替代被控對象。
（2）仿真軟件要求在軟件設(shè)計(jì)有原理結(jié)構(gòu)圖，具有可開發(fā)性。同時(shí)要求可開放源代碼給學(xué)校，供學(xué)生自己研究和設(shè)計(jì)，既滿足基本教學(xué)同時(shí)也可作為研究創(chuàng)新平臺使用。
▲（3）要求提供流量和液位單回路、比值控制、串級控制系統(tǒng) 3 種實(shí)驗(yàn)的Simulink 控制軟件建模界面，仿真曲線效果圖，實(shí)際控制效果圖。
18、▲主機(jī)監(jiān)測單元：機(jī)監(jiān)測單元，整個(gè)實(shí)驗(yàn)室配1套，電路部分采用超薄可折疊導(dǎo)電材 料 技術(shù)，實(shí)時(shí)檢測主機(jī)多路運(yùn)行狀況（4路以上），并且?guī)б壕э@示和報(bào)警顯示，主機(jī)檢測單元可反復(fù)折疊不損壞電路，支持手機(jī)無線采集數(shù)據(jù)，并且可以用手機(jī)APP讀寫數(shù)據(jù)為比較實(shí)驗(yàn)效果。須提供4路液晶顯示和報(bào)警顯示軟件界截圖，提供手機(jī)APP軟件截圖。
四、系統(tǒng)能完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
（一）特性實(shí)驗(yàn)
1、水箱單容特性實(shí)驗(yàn)
2、水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)
3、上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)
4、電動閥流量特性實(shí)驗(yàn)
5、變頻器流量特性實(shí)驗(yàn)
6、溫度特性實(shí)驗(yàn)
7、鍋爐內(nèi)膽水溫測試
（二）單回路控制實(shí)驗(yàn)
1、單容液位定制控制實(shí)驗(yàn)
2、變頻器支路單容液位控制實(shí)驗(yàn)
3、上下水箱雙容液位定制控制實(shí)驗(yàn)
4、鍋爐內(nèi)膽壓力定值控制實(shí)驗(yàn)
5、電動調(diào)節(jié)閥支路單閉環(huán)流量控制實(shí)驗(yàn)
6、變頻器支路單閉環(huán)流量控制實(shí)驗(yàn)
7、鍋爐內(nèi)膽溫度控制實(shí)驗(yàn)
（三）串級控制實(shí)驗(yàn)
1、水箱液位串級控制實(shí)驗(yàn)
（四）變頻恒壓實(shí)驗(yàn)
1、變頻恒壓供水實(shí)驗(yàn)
（五）物聯(lián)網(wǎng)無線通訊傳感網(wǎng)
1、ZIGBEE通訊實(shí)驗(yàn)
2、ZIGBEE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)
3、WiFi通訊實(shí)驗(yàn)與電腦通信
4、PID參數(shù)調(diào)節(jié)與控制
5、觸摸屏顯示功能
6、手機(jī)APP顯示與控制
教師機(jī)內(nèi)容
1、主機(jī)監(jiān)測單元測試
2、手機(jī)app控制
3、手機(jī)微信端報(bào)警設(shè)置
過程控制的仿真和基于MATLAB/RTW實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)
1、過程控制的仿真實(shí)驗(yàn)
1）對象特性測試實(shí)驗(yàn)
① 上水箱特性測試實(shí)驗(yàn)
② 下水箱特性測試實(shí)驗(yàn)
③ 二階液位特性測試實(shí)驗(yàn)
④ 溫度鍋爐對象特性測試實(shí)驗(yàn)
⑤ 調(diào)節(jié)閥流量特性測試實(shí)驗(yàn)
2）單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
① 壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
② 溫度單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
③ 液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
④ 流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
⑤ 雙容液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
3）串級控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
① 上水箱液位和流量的串級控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
② 上、下水箱液位串級控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
4）流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)