仪表与自动化仪表与自动化电子教案-项目三-简单控制系统集成与调试课件.ppt

1、 仪表与自动化仪表与自动化 项目三项目三简单控制系统简单控制系统集成与调试集成与调试（一）引领学生学习简单控制系统的组成及相关知识。（一）引领学生学习简单控制系统的组成及相关知识。（二）学生通过分组训练，会分析控制系统中的被控对（二）学生通过分组训练，会分析控制系统中的被控对象、被控变量、操纵变量、扰动因素等，能绘制规范的象、被控变量、操纵变量、扰动因素等，能绘制规范的控制系统方框图和带控制点的流程图控制系统方框图和带控制点的流程图,会选择、使用差压会选择、使用差压变送器、调节器、执行器，能进行简单控制系统的调试变送器、调节器、执行器，能进行简单控制系统的调试与投运。与投运。（三）成果展示：学

2、生写出项目报告。（三）成果展示：学生写出项目报告。一、项目梗概一、项目梗概二、知识链接二、知识链接 由一个测量元件（变送器）、一台控制器、一台执行由一个测量元件（变送器）、一台控制器、一台执行器和一个被控对象组成的一个闭环控制回路在控制工程上器和一个被控对象组成的一个闭环控制回路在控制工程上称为简单控制系统，有时也称为单回路控制系统。称为简单控制系统，有时也称为单回路控制系统。（一）简单控制系统的人工控制（一）简单控制系统的人工控制 图图3-13-1所示为常见的生产蒸汽的锅炉设备的人工控制系所示为常见的生产蒸汽的锅炉设备的人工控制系统。锅炉汽包液位过低会影响蒸汽产量，并很容易将锅炉统。锅炉汽包

3、液位过低会影响蒸汽产量，并很容易将锅炉汽包中的水烧干而发生严重的生产事故；汽包水位过高将汽包中的水烧干而发生严重的生产事故；汽包水位过高将使蒸汽带水滴并有溢出的危险。因此，维持锅炉汽包液位使蒸汽带水滴并有溢出的危险。因此，维持锅炉汽包液位在设定的标准高度值上是保证锅炉正常运行的首要条件。在设定的标准高度值上是保证锅炉正常运行的首要条件。图图3-1 3-1 锅炉汽包液位人工控锅炉汽包液位人工控制制二、知识链接二、知识链接 解决这个问题最简单的办法是：以锅炉汽包液位解决这个问题最简单的办法是：以锅炉汽包液位H H为控制指标，为控制指标，以改变给水阀门的开度（即给水流量以改变给水阀门的开度（即给水流

4、量F F）为操纵变量，维持汽包液）为操纵变量，维持汽包液位恒定。当锅炉汽包液位上升时，将给水阀门开度减小，液位上升位恒定。当锅炉汽包液位上升时，将给水阀门开度减小，液位上升越多，给水阀门开度小；反之，当锅炉汽包液位下降时，将给水阀越多，给水阀门开度小；反之，当锅炉汽包液位下降时，将给水阀门开度增大，液位下降越多，给水阀门开度越大。上述控制过程由门开度增大，液位下降越多，给水阀门开度越大。上述控制过程由人工操作被称为人工操作被称为“人工控制人工控制”，完成步骤如下：，完成步骤如下：1 1检测变送：检测变送：用（眼睛）将变量汽包液位用（眼睛）将变量汽包液位H H测量后送给控制器测量后送给控制器（大

5、脑）。（大脑）。2 2分析判断：控制器（大脑）分析判断决策后发出控制命令给执分析判断：控制器（大脑）分析判断决策后发出控制命令给执行器（手）。行器（手）。3 3执行执行 ：执行器（手）动作最终使液位保持在设定的标准值上。执行器（手）动作最终使液位保持在设定的标准值上。二、知识链接二、知识链接（二）简单控制系统的自动控制（二）简单控制系统的自动控制用自动化仪表代替人工操作生产过程即为自动控制系统，用自动化仪表代替人工操作生产过程即为自动控制系统，图图3-23-2所示为锅炉的自动控制系统：所示为锅炉的自动控制系统：图图3-2 3-2 锅炉汽包液位自动控制锅炉汽包液位自动控制二、知识链接二、知识链接

6、（三）自动控制系统的组成方框图（三）自动控制系统的组成方框图图图3-33-3表示了一个简单自动控制系统的组成方框图。表示了一个简单自动控制系统的组成方框图。图图3-3 3-3 自动控制系统方框自动控制系统方框图图二、知识链接二、知识链接（四）自动控制系统的稳定原理（四）自动控制系统的稳定原理“负反馈负反馈”原理，所谓负反馈就是将系统的输出原理，所谓负反馈就是将系统的输出被控变量被控变量Y Y 引入到系统的输入，并削弱系统输入，引入到系统的输入，并削弱系统输入，即构成即构成“负反馈负反馈”系统，系统，“负反馈负反馈”系统能使系系统能使系统趋于稳定。统趋于稳定。二、知识链接二、知识链接（五）自动控

7、制系统的性能指标（五）自动控制系统的性能指标 1 1稳定性稳定性 所谓稳定性，是指系统在受到外来扰动或设定所谓稳定性，是指系统在受到外来扰动或设定值发生变化时，被控变量会偏离原来的稳定值后，借助内部值发生变化时，被控变量会偏离原来的稳定值后，借助内部反馈系统的自动调节，系统可能回到或接近原来的稳定值或反馈系统的自动调节，系统可能回到或接近原来的稳定值或跟随设定值稳定的特性。跟随设定值稳定的特性。2 2准确性准确性 当控制系统受到扰动作用时，被控变量的稳定当控制系统受到扰动作用时，被控变量的稳定值与设定值之间保持的程度。值与设定值之间保持的程度。3 3快速性快速性 系统的输入对输出作用的响应程度

8、。系统的输入对输出作用的响应程度。4 4主要性能指标主要性能指标（1 1）最大偏差）最大偏差A A（或超调量（或超调量B B）（2 2）衰减比）衰减比 n n（3 3）上升时间、峰值时间和过渡时间（）上升时间、峰值时间和过渡时间（4 4）振荡周期）振荡周期（5 5）余差）余差二、知识链接二、知识链接（六）带控制点流程图（六）带控制点流程图为便于技术人员了解对工艺过程中工艺参数的检为便于技术人员了解对工艺过程中工艺参数的检测与控制方案安排，在工艺流程图的基础上，将测与控制方案安排，在工艺流程图的基础上，将控制系统和生产工艺过程结合起来，利用国家规控制系统和生产工艺过程结合起来，利用国家规定的文字

9、符号和图形符号，将控制方案完整地表定的文字符号和图形符号，将控制方案完整地表示出来即组成了示出来即组成了“带控制点的工艺流程图带控制点的工艺流程图”。二、知识链接二、知识链接（七）差压变送器（七）差压变送器差压变送器属于自动控制系统中的变送单元。变送单元在差压变送器属于自动控制系统中的变送单元。变送单元在自动检测和控制系统中的作用，是将各种被测工艺变量，自动检测和控制系统中的作用，是将各种被测工艺变量，如压力、液位、流量、温度等物理变量变换成相应的统一如压力、液位、流量、温度等物理变量变换成相应的统一标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和调节器等，供标准信号，并传送到指示记录仪、运算器和调节器

10、等，供指示、记录和控制。指示、记录和控制。差压变送器不仅可用于测量设备内的压力（差压变送器不仅可用于测量设备内的压力（P P）、差压）、差压（PP），而且还可以用于测量流量和液位。），而且还可以用于测量流量和液位。二、知识链接二、知识链接（八）控制规律与（八）控制规律与PIDPID调节器调节器1 1常用控制规律常用控制规律所谓控制规律，是指调节器的输出信号与输入信所谓控制规律，是指调节器的输出信号与输入信号之间随时间变化的规律。调节器的输入信号，号之间随时间变化的规律。调节器的输入信号，就是检测变送仪表送来的就是检测变送仪表送来的“测量值测量值”（被控变量（被控变量的实际值）与的实际值）与“设

11、定值设定值”（工艺要求被控变量的（工艺要求被控变量的预定值）之差预定值）之差偏差。调节器的输出信号就是偏差。调节器的输出信号就是送到执行器并驱使其动作的控制信号。送到执行器并驱使其动作的控制信号。二、知识链接二、知识链接（1 1）比例（）比例（P P）控制）控制比例调节器的输出信号（指变化量）与输入偏差信号（假如比例调节器的输出信号（指变化量）与输入偏差信号（假如设定值不变，偏差变化量就是输入变化量）之间成比例关系设定值不变，偏差变化量就是输入变化量）之间成比例关系 1 1）比例控制规律及时有力，但有余差存在；）比例控制规律及时有力，但有余差存在；2 2）比例度与比例放大倍数是倒数关系。）比例

12、度与比例放大倍数是倒数关系。越小（越小（KpKp越大），越大），比例控制作用就越强，调节及时，但系统稳定性变差，由于比例控制作用就越强，调节及时，但系统稳定性变差，由于比例度不可能为零（即比例度不可能为零（即KPKP不可能为无穷大），所以，余差就不可能为无穷大），所以，余差就不会为零。因此，也常常把比例控制作用叫不会为零。因此，也常常把比例控制作用叫“有差调节有差调节”。比例度太大，控制作用就越弱，系统稳定性变好，但余差变比例度太大，控制作用就越弱，系统稳定性变好，但余差变大，控制质量差。大，控制质量差。3 3）单纯的比例控制适用于扰动不大，滞后较小，负荷变化）单纯的比例控制适用于扰动不大，滞

13、后较小，负荷变化小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。比例控制规律小，要求不高，允许有一定余差存在的场合。比例控制规律更多是与其他控制规律组合使用。更多是与其他控制规律组合使用。二、知识链接二、知识链接（2 2）比例积分（）比例积分（PIPI）控制）控制比例控制规律是基本控制规律中最基本的，应用最普遍的比例控制规律是基本控制规律中最基本的，应用最普遍的一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生，一种。其最大优点是控制及时、迅速。只要有偏差产生，调节器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺调节器立即产生控制作用。但是，不能最终消除余差的缺点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例

14、控制的点限制了它的单独使用。克服余差的办法是在比例控制的基础上加上积分控制作用基础上加上积分控制作用,构成比例积分（构成比例积分（PIPI）调节器。这）调节器。这样，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消样，既有比例控制作用的迅速及时，又有积分控制作用消除余差的能力，因此，比例积分控制可以实现较为理想的除余差的能力，因此，比例积分控制可以实现较为理想的过程控制。过程控制。二、知识链接二、知识链接（3 3）比例微分（）比例微分（PDPD）控制）控制比例积分控制规律虽然既有比例作用的及时、迅速，又有比例积分控制规律虽然既有比例作用的及时、迅速，又有积分作用的消除余差能力，但对于有较大时间滞

15、后的被控积分作用的消除余差能力，但对于有较大时间滞后的被控对象使用不够理想。这里的对象使用不够理想。这里的“时间滞后时间滞后”指的是：当被控指的是：当被控对象受到扰动作用后，其被控变量没有立即发生变化，而对象受到扰动作用后，其被控变量没有立即发生变化，而是有一个时间上的延迟，例如容量滞后。此时的比例积分是有一个时间上的延迟，例如容量滞后。此时的比例积分控制作用就显得迟钝、不及时。微分控制规律的控制作用就显得迟钝、不及时。微分控制规律的“超前超前”控制作用显然能解决上述问题。微分与比例作用合在一起，控制作用显然能解决上述问题。微分与比例作用合在一起，比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象

16、，可比单纯的比例作用更快。尤其是对容量滞后大的对象，可以减小动态偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质以减小动态偏差的幅度，节省控制时间，显著改善控制质量。量。二、知识链接二、知识链接（4 4）比例积分微分（）比例积分微分（PIDPID）控制）控制最为理想的控制当属于比例积分微分控制最为理想的控制当属于比例积分微分控制（简称（简称PIDPID控制）规律了。它集三者之长：既有比控制）规律了。它集三者之长：既有比例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能例作用的及时迅速，又有积分作用的消除余差能力，还有微分作用的超前控制功能。力，还有微分作用的超前控制功能。二、知识链接二、知识链接2 2常用常用

17、PIDPID调节器调节器 （1 1）电动模拟调节器）电动模拟调节器 （2 2）数字）数字(智能智能)调节器调节器二、知识链接二、知识链接（九）执行器（九）执行器所谓所谓“执行器执行器”，就是用来执行调节器下达命令的仪表，就是用来执行调节器下达命令的仪表，以改变操纵变量实现对工艺变量的控制作用。以改变操纵变量实现对工艺变量的控制作用。执行器按其使用的能源，可以分为电动执行器、液动执行执行器按其使用的能源，可以分为电动执行器、液动执行器和气动执行器三大类。器和气动执行器三大类。目前应用最多的是气动执行器。气动执行器习惯上称气动目前应用最多的是气动执行器。气动执行器习惯上称气动调节阀，以纯净的压缩空

18、气作为能源，具有结构简单、动调节阀，以纯净的压缩空气作为能源，具有结构简单、动作平稳可靠、输出推力较大、维修方便、防火防爆等特点，作平稳可靠、输出推力较大、维修方便、防火防爆等特点，广泛应用于石油、化工等工业生产的过程控制中。气动执广泛应用于石油、化工等工业生产的过程控制中。气动执行器除了可以方便地与各种气动仪表配套使用外，还可以行器除了可以方便地与各种气动仪表配套使用外，还可以通过电通过电/气转换器或电气转换器或电/气阀门定位器，与电动仪表或计算气阀门定位器，与电动仪表或计算机控制装置联用。机控制装置联用。二、知识链接二、知识链接（十）简单控制系统集成与调试（十）简单控制系统集成与调试当自动

19、控制系统按照设计要求，安装、验收完毕，标志系当自动控制系统按照设计要求，安装、验收完毕，标志系统硬件集成工作完成，将进入正常运行阶段，因关系该系统硬件集成工作完成，将进入正常运行阶段，因关系该系统能否实现设计目的，故运行前的调试工作尤为重要。系统能否实现设计目的，故运行前的调试工作尤为重要。系统的调试内容较多，主要是检测回路和控制回路的调试工统的调试内容较多，主要是检测回路和控制回路的调试工作，如：差压变送器的零点、量程、零点迁移的调整；执作，如：差压变送器的零点、量程、零点迁移的调整；执行器正、反作用的确定；调节器正、反作用的确定；调节行器正、反作用的确定；调节器正、反作用的确定；调节器控制

20、规律的选择和参数的整定等。器控制规律的选择和参数的整定等。二、知识链接二、知识链接1.1.系统各环节正、反作用的确定系统各环节正、反作用的确定（1 1）作用方向的选择原则）作用方向的选择原则（2 2）各环节作用方向的确定）各环节作用方向的确定1 1）被控对象的正、反作用：被控对象的输入变量是操纵变）被控对象的正、反作用：被控对象的输入变量是操纵变量，输出变量是被控变量。当操纵变量增加时，被控变量量，输出变量是被控变量。当操纵变量增加时，被控变量增加，则被控对象是正作用方向；当操纵变量增加时，被增加，则被控对象是正作用方向；当操纵变量增加时，被控变量减少，则被控对象是反作用方向。控变量减少，则被

21、控对象是反作用方向。2 2）测量变送器的正、反作用：）测量变送器的正、反作用：测量变送器的输入变量是测量变送器的输入变量是被控变量，输出变量是测量值。测量变送器一般都是正作被控变量，输出变量是测量值。测量变送器一般都是正作用方向，因为被控变量增加时，测量变送器的测量值也相用方向，因为被控变量增加时，测量变送器的测量值也相应增加。应增加。二、知识链接二、知识链接3 3）控制阀的作用方向：调节阀的正、反作用方向取决于是气开）控制阀的作用方向：调节阀的正、反作用方向取决于是气开阀还是气关阀。控制阀的输入信号是调节器的输出信号，控制阀阀还是气关阀。控制阀的输入信号是调节器的输出信号，控制阀的输出信号是

22、操纵变量。当调节器的输出增加时，气开阀的开度的输出信号是操纵变量。当调节器的输出增加时，气开阀的开度增加，操纵变量增加。因此气开阀为正作用方向；当调节器的输增加，操纵变量增加。因此气开阀为正作用方向；当调节器的输出增加时，气关阀的开度减小，操纵变量减小，所以，气关阀是出增加时，气关阀的开度减小，操纵变量减小，所以，气关阀是反作用方向。反作用方向。4 4）调节器的作用方向：调节器的作用方向选择，必须使控制回）调节器的作用方向：调节器的作用方向选择，必须使控制回路各环节的总作用方向为路各环节的总作用方向为“反反”作用，在控制回路中构成负反馈，作用，在控制回路中构成负反馈，以满足自动控制系统的要求。

23、在简单控制系统中，调节器是最后以满足自动控制系统的要求。在简单控制系统中，调节器是最后确定其正、反作用方向的环节，可以采用符号法确定其正、反作用方向的环节，可以采用符号法“三正必有一反三正必有一反（负）或一正必有三反（负）或一正必有三反(负负)”)”；也可以采用假设选择某种作用反；也可以采用假设选择某种作用反向，然后进行分析，看能否实现负反馈的控制过程，能实现则说向，然后进行分析，看能否实现负反馈的控制过程，能实现则说明选择对了，反之则必须重新选择另一种作用反向。明选择对了，反之则必须重新选择另一种作用反向。二、知识链接二、知识链接2.2.调节器的参数整定调节器的参数整定 当控制系统方案已经确

24、定，设备安装完毕后，控制系当控制系统方案已经确定，设备安装完毕后，控制系统的品质指标就主要取决于控制器参数的数值，即如何确统的品质指标就主要取决于控制器参数的数值，即如何确定最合适的比例度定最合适的比例度、积分时间、积分时间TiTi和微分时间和微分时间TdTd，以保证，以保证控制系统的质量就成为非常关键的工作。工程上将确定最控制系统的质量就成为非常关键的工作。工程上将确定最合适的比例度合适的比例度、积分时间、积分时间TiTi和微分时间和微分时间TdTd的方法称为控的方法称为控制器的参数整定。控制器参数的整定方法很多，现介绍几制器的参数整定。控制器参数的整定方法很多，现介绍几种工程上常用的方法。

25、种工程上常用的方法。（1 1）经验试凑法；（）经验试凑法；（2 2）衰减曲线法）衰减曲线法 ；（；（3 3）临界比例度）临界比例度法法 二、知识链接二、知识链接3.3.系统投运系统投运（1 1）准备工作）准备工作自控人员与工艺人员一样，系统投运前都要熟悉工艺过程，自控人员与工艺人员一样，系统投运前都要熟悉工艺过程，了解主要工艺流程、主要设备的功能、控制指标和要求以及了解主要工艺流程、主要设备的功能、控制指标和要求以及各工艺参数之间的关联；熟悉自动控制方案，认真理解设计各工艺参数之间的关联；熟悉自动控制方案，认真理解设计意图；熟悉系统中各控制回路的构成，熟悉工艺介质的性质、意图；熟悉系统中各控制

26、回路的构成，熟悉工艺介质的性质、测量变送元件和控制阀的安装位置以及管线走向等。对于自测量变送元件和控制阀的安装位置以及管线走向等。对于自控人员，还要熟悉各种自动化工具的工作原理、结构组成、控人员，还要熟悉各种自动化工具的工作原理、结构组成、性能特点，掌握必要的调校技术；投运前必须对检测元件、性能特点，掌握必要的调校技术；投运前必须对检测元件、变送器、调节器、控制阀、其他仪器装置、电源、气源、线变送器、调节器、控制阀、其他仪器装置、电源、气源、线路、管路等等，进行全面检查，气动信号管路还要进行试漏路、管路等等，进行全面检查，气动信号管路还要进行试漏检查。检查。二、知识链接二、知识链接（2 2）仪

27、表现场校验）仪表现场校验各种仪表虽然在安装前已经校验合格，投运前还应该在现各种仪表虽然在安装前已经校验合格，投运前还应该在现场校验一次，在确认仪表工作正常后才可以考虑投运。场校验一次，在确认仪表工作正常后才可以考虑投运。（3 3）控制阀气开、气关型式及调节器正、反作用的检查）控制阀气开、气关型式及调节器正、反作用的检查控制阀的气开、气关型式和调节器的正、反作用直接关系控制阀的气开、气关型式和调节器的正、反作用直接关系到控制系统能否正常运行与安全操作，投运前必须认真进到控制系统能否正常运行与安全操作，投运前必须认真进行检查。行检查。（4 4）控制阀的投运）控制阀的投运（5 5）调节器的投运）调节

28、器的投运（6 6）调节器参数的整定）调节器参数的整定三、情境建立三、情境建立 由教师（代表管理方）对学生（员工）由教师（代表管理方）对学生（员工）根据实训现场（或校外实训基地）的生产设根据实训现场（或校外实训基地）的生产设备，进行工作任务的布置与分配，明确备，进行工作任务的布置与分配，明确“简简单控制系统集成与调试单控制系统集成与调试”项目训练的目的、项目训练的目的、要求及内容，派发任务单。要求及内容，派发任务单。表表3-1 任务单任务单组别：组别：组员：组员：项目负责人：项目负责人：项目名称项目名称子子 项项 目目内内 容容 要要 求求备注备注 简简单控制系单控制系统集成与统集成与调试调试液

29、位定值控制方案确定及液位定值控制方案确定及带控制点的流程图绘制带控制点的流程图绘制学员按照人数分组训练：学员按照人数分组训练：1.1.确定液位控制方案，能正确选择控制规律、执行器，并组确定液位控制方案，能正确选择控制规律、执行器，并组成控制系统；成控制系统；2.2.能画出控制系统的方框图和控制流程图能画出控制系统的方框图和控制流程图差压变送器使用差压变送器使用学员按照人数分组训练：学员按照人数分组训练：1.1.能正确识别变送器铭牌数据；能正确识别变送器铭牌数据；2.2.学会变送器的调零、零点迁移、量程调整的操作；学会变送器的调零、零点迁移、量程调整的操作；PIDPID调节器使用调节器使用学员按

30、照人数分组训练：学员按照人数分组训练：1.1.学会操作调节器面板上各可部件的功能，能进行手动学会操作调节器面板上各可部件的功能，能进行手动/自自动、内设定动、内设定/外设定的无扰动切换外设定的无扰动切换 ；2.2.会正确选择控制规律。会正确选择控制规律。执行器使用执行器使用学员按照人数分组训练：学员按照人数分组训练：1.1.能识读调节阀铭牌数据；能识读调节阀铭牌数据；2.2.学会进行气（电）动调节阀的学会进行气（电）动调节阀的连接；进行连接；进行 气（电）动调节阀行程的简单测量与调整；气（电）动调节阀行程的简单测量与调整；3.3.会正确选择执行器。会正确选择执行器。系统调试与投运系统调试与投运

31、学员按照人数分组训练：学员按照人数分组训练：1.1.正确连接管路、气路、电路，会按负反馈原理正确投运、正确连接管路、气路、电路，会按负反馈原理正确投运、操作控制系统；操作控制系统；2.2.学会用一种工程整定方法对系统进行学会用一种工程整定方法对系统进行PIDPID参数的整定；参数的整定；3.3.能根据过渡过程曲线，分析系统的控制质量能根据过渡过程曲线，分析系统的控制质量目标要求目标要求能读懂带控制点工艺流程图，学会调试投运简单控制系统能读懂带控制点工艺流程图，学会调试投运简单控制系统实训环境实训环境校外实训基地、校内实训室校外实训基地、校内实训室四、项目实施四、项目实施 具体完成过程是：按情境

32、建立、项目布置具体完成过程是：按情境建立、项目布置学生个人学生个人准备准备组内讨论、检查组内讨论、检查发言代表汇报发言代表汇报评价评价展示案例、展示案例、问题指导问题指导组内讨论、修改方案组内讨论、修改方案第二次汇报第二次汇报评价评价问问题指导题指导再讨论再修改再讨论再修改第三次汇报第三次汇报评价、验收评价、验收拓展拓展任务、巩固训练任务、巩固训练师生共同归纳总结师生共同归纳总结新项目布置等程序，新项目布置等程序，完成项目三的具体任务和拓展任务。完成项目三的具体任务和拓展任务。（一）子任务一：液位定值控制方（一）子任务一：液位定值控制方案确定及带控制点的流程图绘制案确定及带控制点的流程图绘制

33、训练步骤：训练步骤：1 1在实训现场，针对实际的简单液位控制系统，由教师引在实训现场，针对实际的简单液位控制系统，由教师引领、学员自主观察，熟悉简单液位控制系统的组成、工作领、学员自主观察，熟悉简单液位控制系统的组成、工作原理；原理；2 2以小组为单位，画出简单控制系统的方框图和带控制点以小组为单位，画出简单控制系统的方框图和带控制点的工艺流程图，指出被控对象、被控变量、操纵变量、扰的工艺流程图，指出被控对象、被控变量、操纵变量、扰动信号以及它们之间的制约关系。动信号以及它们之间的制约关系。工作任务：工作任务：图图3-303-30所示，为某一热水锅炉，要求同学们以小组为单位，所示，为某一热水锅

34、炉，要求同学们以小组为单位，确定控制方案，画出带控制点的工艺流程图，写出分析报确定控制方案，画出带控制点的工艺流程图，写出分析报告并讨论答辩。告并讨论答辩。3-30 3-30 热水锅炉工艺示意图热水锅炉工艺示意图（一）子任务一：液位定值控制方（一）子任务一：液位定值控制方案确定及带控制点的流程图绘制案确定及带控制点的流程图绘制 具体完成：具体完成：a.a.被控变量、操纵变量、执行器的择；被控变量、操纵变量、执行器的择；b.b.扰动与变量之间关系分析；扰动与变量之间关系分析；c.c.画出带控制点的工艺流程图；画出带控制点的工艺流程图；d.d.选择控制规律。选择控制规律。（一）子任务一：液位定值控

35、制方（一）子任务一：液位定值控制方案确定及带控制点的流程图绘制案确定及带控制点的流程图绘制 （二）子任务二：差压（二）子任务二：差压变送器使用变送器使用 训练步骤：训练步骤：1.1.在实训现场，对差压变送器进行观察、解读，包在实训现场，对差压变送器进行观察、解读，包括其铭牌数据、型号规格、各部件名称、安装及管括其铭牌数据、型号规格、各部件名称、安装及管（电）路的连接情况等；（电）路的连接情况等；2.2.以小组为单位，进行差压变送器的校验及零点迁以小组为单位，进行差压变送器的校验及零点迁移操作。移操作。（1 1）实训仪表及工具：）实训仪表及工具：减压阀减压阀2 2个、压力表个、压力表1 1个、气

36、动定值器个、气动定值器1 1个、单管压力计个、单管压力计1 1个、高个、高压阀压阀1 1个、电动差压变送器个、电动差压变送器1 1个、毫安表个、毫安表1 1只、电阻箱只、电阻箱1 1个、直流个、直流电源电源1 1个、气源个、气源1 1个、管件若干。个、管件若干。（2 2）按照图）按照图3-313-31所示，进行系统安装，先将差压变送器固定好所示，进行系统安装，先将差压变送器固定好后，再按图连接好电气线路，气源经减压阀、气动定值器提供后，再按图连接好电气线路，气源经减压阀、气动定值器提供差压变送器正压室的气压信号，即作为差压信号输入（因为负差压变送器正压室的气压信号，即作为差压信号输入（因为负压

37、室放空）。调整气动定值器，观察标准压力表，可得输入差压室放空）。调整气动定值器，观察标准压力表，可得输入差压信号的大小。压信号的大小。（3 3）按照工作任务要求，通过各部件的调整，使输出电流表的）按照工作任务要求，通过各部件的调整，使输出电流表的指示值与标准值相比较而得到的误差控制在一定的范围内，使指示值与标准值相比较而得到的误差控制在一定的范围内，使各项技术指标都满足差压变送器铭牌要求进行精度校验。各项技术指标都满足差压变送器铭牌要求进行精度校验。（二）子任务二：差压（二）子任务二：差压变送器使用变送器使用 24V(DC)电源箱或分电盘1110 9 8 5412367图图3-31 3-31

38、差压变送器实训接线图差压变送器实训接线图 1减压阀；减压阀；2压力表；压力表；3气动定值器；气动定值器；4单管压力计；单管压力计；5减压阀；减压阀；6高压阀；高压阀；7平衡阀；平衡阀；8差压变送器；差压变送器；9 0.2级直流毫安表；级直流毫安表；10电阻箱（变送器负载为电阻箱（变送器负载为350欧姆）；欧姆）；1124V DC电源箱电源箱（二）子任务二：差压（二）子任务二：差压变送器使用变送器使用 1 1）差压变送器的检查）差压变送器的检查a.a.检查各正、负压接口是否正确，电源线、信号线连接是检查各正、负压接口是否正确，电源线、信号线连接是否正确。否正确。b.b.关闭阀关闭阀5 5，打开阀

39、，打开阀7 7和阀和阀6 6，向差压变送器正、负压室同时，向差压变送器正、负压室同时通入额定工作压力，观察仪表有无泄漏，若有，应查找原通入额定工作压力，观察仪表有无泄漏，若有，应查找原因并进行消除。因并进行消除。2 2）差压变送器的基本误差和变差校验）差压变送器的基本误差和变差校验a.a.零点调整零点调整关闭阀关闭阀6 6，打开阀，打开阀5 5和阀和阀7 7，使得正、负压室都通大气，观察，使得正、负压室都通大气，观察此时输出电流是否为此时输出电流是否为4mA4mA，如果不对，用调零装置进行调整。，如果不对，用调零装置进行调整。（二）子任务二：差压（二）子任务二：差压变送器使用变送器使用 b.b

40、.量程调整量程调整待差压变送器零位调整好以后，关闭阀待差压变送器零位调整好以后，关闭阀7 7，打开阀，打开阀5 5和阀和阀6 6，用定值器逐渐加压增至量程上限用定值器逐渐加压增至量程上限5000Pa5000Pa，此时差压变送器的，此时差压变送器的输出电流应等于输出电流应等于20mA20mA。如果不等于。如果不等于20mA20mA，应调整量程调整装，应调整量程调整装置，使得差压变送器的输出电流为置，使得差压变送器的输出电流为20mA20mA。应当注意，零点调整和量程调整要反复进行调整，直到两者应当注意，零点调整和量程调整要反复进行调整，直到两者均合格为止。均合格为止。（二）子任务二：差压（二）子

41、任务二：差压变送器使用变送器使用 c.c.精度检验精度检验将差压测量范围平均分成将差压测量范围平均分成5 5个测量点进行校验。其方法是：从个测量点进行校验。其方法是：从0 0开始，改变定值器逐渐加压增至开始，改变定值器逐渐加压增至1250Pa1250Pa、2500Pa2500Pa、3750Pa3750Pa、5000Pa5000Pa，分别读取正行程时对应输出电流值，然后依次减小压，分别读取正行程时对应输出电流值，然后依次减小压力，读取反行程时对应的输出电流值，并根据测量数据算出基力，读取反行程时对应的输出电流值，并根据测量数据算出基本误差和变差，从而确定仪表的精度。本误差和变差，从而确定仪表的精

42、度。如果基本误差和变差不符合要求，要反复调整零位和量程直到如果基本误差和变差不符合要求，要反复调整零位和量程直到满足要求为止。如果线性误差太大，应调整相应的装置。满足要求为止。如果线性误差太大，应调整相应的装置。（二）子任务二：差压（二）子任务二：差压变送器使用变送器使用（4 4）会进行零点迁移调整，对测量范围为）会进行零点迁移调整，对测量范围为0-5000Pa0-5000Pa的差压变的差压变送器进行零点正迁移，迁移量为送器进行零点正迁移，迁移量为2000Pa2000Pa，使测量范围变为，使测量范围变为2000-7000Pa2000-7000Pa。在前面测量范围已调到在前面测量范围已调到0-5

43、000Pa0-5000Pa的基础上，输入的的基础上，输入的2000Pa2000Pa差压差压信号，此时，只允许调整零点迁移装置，使输出电流为信号，此时，只允许调整零点迁移装置，使输出电流为4mA4mA。接着再输入接着再输入7000Pa7000Pa的差压信号，调整量程调整装置，使输出电的差压信号，调整量程调整装置，使输出电流为流为20mA20mA。将结果填入实验数据记录表。若不理想，则稍加调。将结果填入实验数据记录表。若不理想，则稍加调整即可。整即可。(5)(5)注意事项注意事项1 1）严禁电接错；）严禁电接错；2 2）严格按照）严格按照“没通电，不加压，先卸压，再断电没通电，不加压，先卸压，再断

44、电”规则进行；规则进行；（二）子任务二：差压（二）子任务二：差压变送器使用变送器使用 （三）子任务三：（三）子任务三：PIDPID调节器使用调节器使用 训练步骤：训练步骤：1.1.在实训现场，结合实际的调节器产品，仔细阅读其使用在实训现场，结合实际的调节器产品，仔细阅读其使用说明书，对调节器进行认真地观察、解读，包括其铭牌数说明书，对调节器进行认真地观察、解读，包括其铭牌数据、型号规格、面板示值、各操作部件名称与功能、与其据、型号规格、面板示值、各操作部件名称与功能、与其他仪表的连接情况等；他仪表的连接情况等；2.2.以小组为单位，熟悉调节器的操作方法，进行在线的手以小组为单位，熟悉调节器的操

45、作方法，进行在线的手动动/自动无扰动切换、内自动无扰动切换、内/外设定切换、正外设定切换、正/反作用选择等操反作用选择等操作，合理选择调节器的控制规律（作，合理选择调节器的控制规律（P P、I I、D D）。）。（四）子任务四：执行（四）子任务四：执行器使用器使用训练步骤：训练步骤：1.1.在实训现场，对执行器进行观察、解读，包括其铭牌在实训现场，对执行器进行观察、解读，包括其铭牌数据、型号规格、各部件名称及其作用、电数据、型号规格、各部件名称及其作用、电/气线路气线路及管路的连接等；及管路的连接等；2.2.以小组为单位，进行气（电）动调节阀的管路、气以小组为单位，进行气（电）动调节阀的管路、

46、气（电）路的连接，调节阀的行程调整等相关操作。（电）路的连接，调节阀的行程调整等相关操作。3.3.调节阀的选择与安装调节阀的选择与安装（五）子任务五：系统（五）子任务五：系统调试与投运调试与投运训练步骤：训练步骤：1.1.在实训现场，对液位控制系统进行综合观察、分析，行成在实训现场，对液位控制系统进行综合观察、分析，行成整体概念；整体概念；2.2.以小组为单位，在老师指导下，完成液位控制系统的投运以小组为单位，在老师指导下，完成液位控制系统的投运及参数整定工作。及参数整定工作。正确连接管路、气路、电路，按安全原则和负反馈原理正确连接管路、气路、电路，按安全原则和负反馈原理正确选择系统中调节阀和

47、调节器的正、反作用方向，并正确选择系统中调节阀和调节器的正、反作用方向，并按正确步骤投运、操作控制系统；选用一种工程整定方按正确步骤投运、操作控制系统；选用一种工程整定方法对系统进行法对系统进行PIDPID参数的整定；根据过渡过程曲线，分析参数的整定；根据过渡过程曲线，分析系统的控制质量。系统的控制质量。具体步骤：具体步骤：以图以图3-303-30所示锅炉对象组成所示锅炉对象组成“液位控制系统液位控制系统”。（1 1）选择汽包水位）选择汽包水位H H作为被控变量作为被控变量Y Y；（2 2）给水流量）给水流量F F作为操纵变量；分析对象作为操纵变量；分析对象“作用方向作用方向”；当水流量当水流

48、量F F增加时，由于汽包水位增加时，由于汽包水位H H（被控变量（被控变量Y Y），因此，），因此，对象作用方向为对象作用方向为“正正”。（3 3）变送器作用方向为）变送器作用方向为“正正”；（4 4）从安全角度显然选择）从安全角度显然选择“气关阀气关阀”作为系统执行器比较作为系统执行器比较安全，因为在任何情况下，都可以保证汽包内有水，调节安全，因为在任何情况下，都可以保证汽包内有水，调节阀作用方向定为阀作用方向定为“反反”。（五）子任务五：系统（五）子任务五：系统调试与投运调试与投运（5 5）根据）根据“负反馈负反馈”原理原理“一反三正一反三正”（或者（或者“一正三一正三反反”），最后选择调

49、节器为），最后选择调节器为“正正”作用方向，将调节器作用作用方向，将调节器作用方向置方向置“正正”方向。方向。（6 6）根据控制规律选用原则，锅炉汽包）根据控制规律选用原则，锅炉汽包“液位液位”控制系统控制系统显然选择显然选择P P、PIPI控制规律都可以，一般选择控制规律都可以，一般选择PIPI较为合适。较为合适。（7 7）选用）选用“经验试凑发经验试凑发”进行进行PIDPID参数整定。参数整定。（8 8）写出投运报告及操作手册。）写出投运报告及操作手册。（五）子任务五：系统（五）子任务五：系统调试与投运调试与投运五、验收评价五、验收评价（一）项目实施过程考核与结果考核相结合（一）项目实施过

50、程考核与结果考核相结合由项目委托方代表（教师，也可以是学生）对项由项目委托方代表（教师，也可以是学生）对项目目各项任务的完成结果进行验收、评分；学各项任务的完成结果进行验收、评分；学生进行生进行“成果展示成果展示”，经验收合格后进行接收。，经验收合格后进行接收。五、验收评价五、验收评价（二）考核方案设计：（二）考核方案设计：学生成绩的构成：学生成绩的构成：A A组项目（课内项目）完成情况累积分组项目（课内项目）完成情况累积分(占总成绩的占总成绩的75%)75%)B B组项目（自选项目）成绩（占总成绩组项目（自选项目）成绩（占总成绩的的25%25%）。其中）。其中B B组项目的内容是由学生自己根