1．了解單回路溫度控制系統的組成與工作原理。
2．了解PID參數自整定的方法及參數整定在整個系統中的重要性。
3．研究調節器相關參數的改變對溫度控制系統動態性能的影響。
二、實驗設備
1．過程控制綜合實驗裝置—儀表控制模塊
2．計算機及MCGS組態軟件—儀表控制實驗.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉232通訊線一根。
三、實驗原理
本實驗將鍋爐的水溫控制在設定溫度。根據加熱器溫度變送輸出給儀表，進行PID運算，然后控制輸出信號。通過調壓模塊，調整電加熱器的功率，使得鍋爐里水溫控制在設定的溫度。鍋爐溫度控制的方塊原理圖：如圖3-11所示
圖3-11 鍋爐溫度控制實驗方框圖
四、實驗內容與步驟
1、了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖3-12所示。
圖3-12 鍋爐溫度控制實驗流程圖
2、按圖接好實驗導線。
在傳感器信號輸出區域，將溫度信號TT輸出端口號用實驗線連接到智能調節儀I的 輸入 1-5V 信號輸入端，正負一一對應。
將智能調節儀I（addr：1）的 輸出4-20mA 連接到執行器控制信號輸入區的加熱器 控制信號端口，正負一一對應。
將智能調節儀Ⅱ（addr：2）的 輸出4-20mA 連接到執行器控制信號輸入區的變頻器信號端口，正負一一對應。
3、使用485轉232通訊線將控制臺右側面的儀表通訊口 “COM2” 與上位機連接。
4、將手動閥門2V3打開，將手動閥門2V1、2V2、V5關閉。
5、先打開控制臺左側的總電源開關，按“Start”按鈕啟動設備，再打開儀表電源。
6、運行計算機上儀表控制實驗軟件，選擇系統管理菜單中的用戶登錄，登錄用戶。
7、選擇單回路控制實驗的鍋爐溫度控制實驗。
8、如選用儀表控制則點擊“儀表參數”，設置參數，
Addr=1 InP=33 OPt=4-20mA dPt=1
比例系數P=5，積分系數I=120， D=0 Ctl = 2
SCL=0 SCH=100
OPL=0 OPH=100
CF2=0
9、打開變頻器電源開關，打開變頻器啟停開關，設置智能調節器II輸出100%，給鍋爐供水，待鍋爐內膽水位超過總高度的2/3時（水標顯示），關閉變頻器啟停開關，打開加熱電源。
11、選擇儀表控制，給定設定值35℃。
13、觀察計算機上的實時曲線和歷史曲線。
14、待系統穩定后，給定加個階躍信號，觀察其液位變化曲線。
15、再等系統穩定后，給系統加個干擾信號，觀察液位變化曲線。
16、實驗結束后，關閉水標1、電動調節閥1、加熱電源。打開V8，鍋爐排水
六、實驗建議
實驗中，學生選擇不同的P、I、D參數進行P調節、PI調節、PID調節實驗，尋找最佳控制調節方法及參數，總結不同的調節過程特性，，得出控制性能的結論。
七、思考建議
1、溫度控制PID有什么特點？
DB-CG26 過程裝備與控制綜合實驗裝置
一、概述：
過程裝備與控制綜合實驗裝置是模仿現代工業生產過程中常見的物理量，諸如溫度、壓力、流量、液位等參數，對其進行測量、控制，分析過程參數變化特性，研究過程控制規律(如PID控制)的教學實驗設備，過程裝備與控制綜合實驗裝置選用智能化的工業用儀器儀表，接近工業實際，使用安全，運行穩定，維護簡單，性價比優越。
1、功能：
過程裝備與控制綜合實驗裝置可滿足“自動調節原理”，“過程控制”，“控制儀表”，“自動檢測技術與傳感器”,“計算機”及相關課程的教學實驗需求；
2、技術支持：
我公司擁有過程控制實驗裝置的自主開發能力。結合控制領域的新理論、新方法，公司將源源不斷研制和創新實驗設備，開發各種先進控制算法，以適應高校教學實驗改革，滿足現代化教育發展的需要，促進向更高層次發展。
公司倡導誠信服務，竭力做好客戶服務和技術支持工作。通過直觀真實的實驗，使學生全面系統地了解過程控制系統的特性，學習掌握控制系統的設計與實現方法。
二、產品結構與特點：
1、外形結構：
（1）、分體式設計，模塊化組裝式結構，可以根據不同的需要選擇、PLC控制，儀表控制,DDC控制無線網絡組成不同的控制系統。含有常規水箱檢測控制裝置、鍋爐加熱裝置。設備可以實現多臺電腦控制系統，進行遠程網絡控制.
（2）、三水箱配置；雙路供水系統。
（3）、實驗柜完全敞開設計，內部器件全部可視，有利直觀教學和維護。
（4）、人性化設計，配有儲水箱，進排水自控裝置，減輕實驗人員勞動強度。為實驗文明操作提供條件。
（5）、裝置的儀表、部件均選用現代化技術工業級產品，智能化程度高。精度好，規格多樣。有利直觀教學和拓寬學生工業現場知識。為以后走上社會打好結實基礎。
（6）、安全度高，系統配有漏電保護，帶保護套的專用實驗電源連線，及溫控箱防止無水加溫自動控制等，力求保護人身、設備安全。
（7）、開放度好，在教師指導下，學生可觀察、可自己動手參與操作、可自行編程進行驗證、可根據記錄的實時曲線進行理論分析等。
（8）鍋爐加熱程控保護系統
A、加熱電路加有保險管進行過載保護；
B、鍋爐加熱內膽加由水位液位保護裝置，水位不達到一定的高度，控制系統不能控制可控硅調壓器工作。
（9）、電源保護措施
A、加有電流型漏電保護器，防止設備漏電短路造成的設備及人身傷害。
B、各控制電路加有保險管，有效保護器件因過載造成損壞。
（10）、電源啟停控制方式；采用啟停按鈕控制接觸器來控制電源的啟停。
（11）、漏電保護裝置及安全性和安全承諾；
A、各種電源及各種儀表的可靠的保護功能
B、各種電源及各種儀表的強電采用開關控制，學生不自行接線，不存在強弱電混插的問題。
C、實驗強電接線插頭采用封閉式結構，防止觸電事故的發生。
三、技術參數與要求:
1、供電電源
單相交流電源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系統必需接地良好。
2、實驗室應有水源和進排水口。進排水口與設備間距離一般要求小于10米
3、系統儀表的輸入、輸出信號符合IEC標準
（1）變送器電流源信號：4-20mADC。
（2）儀表采樣：1-5V（250Ω）/0.2-1V（50Ω）
4、系統提供直流線性穩壓電源（朝陽電源產品） 24VDC/1A。
5、上位計算機組態軟件
應用MCGS（Monitor and Control Generated System）全中文工控組態軟件進行開發的實驗系統。運行環境要求，參見MCGS用戶指南。可以組成網絡,一臺老師機可以控制十幾臺學生機,實現數據共享。
四、系統配置
| 執 行 機 構 | |||||
| 名稱 | 單位 | 數量 | 技術參數 | 型號 | 產地 |
| 智能電動調節閥 | 只 | 1 | 電動調節閥是新一代超小型電子式一體化直行程電動調節閥。采用精小型電動執行器伺服放大器，它以220V交流電源為驅動電源，輸入標準的4～20mADC控制信號，經伺服放大器控制，使電機帶動減速器運行而產生軸向推力，使閥芯移動，改變閥門的開度，達到對液位，流量等工藝參數的調節，從而實現自動控制的目的。超小型直行程單座電動調節閥。廣泛應用于電力、暖通中央空調、冶金、輕工等行業的自動化控制系統，更適用于高校教學和科研設備。 閥體為鑄鐵材質，閥芯為不銹鋼材質，國標法蘭安裝，DC4～20mA電流信號控制，工稱通徑DN15。該調節閥為直行程氣動控制調節閥，具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優點。由控制器直接發送模擬信號控制閥門定位器，閥門定位器驅動執行機構動作，使用和校正都非常方便；進口閥門定位器帶HART通信功能，可與HART手持操作器進行通訊。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。 | QSTP-16K | 上海江浪 |
| 磁力泵 | 臺 | 1 | 本裝置采用磁力驅動是泵，流量為30升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料。本裝置采用兩只磁力驅動泵,一只為二相380V恒壓驅動，另一只為三相變頻220V輸出驅動。 |
上海西山MP-55R-220 上海西山MP-55R-380 |
上海 |
| 交流變頻控制 | 臺 | 1 |
1、交流變頻器電壓和功率范圍： 2、200-240 V，± 10%，單相交流，0.75KW； |
FR-D720S-0.4Kw-CHR | 三菱 |
| 單相可控硅裝置 | 套 | 1 |
1、輸入電壓為交流220V 50Hz，負載10A。 2、控制輸入信號為4-20mADC或0～5VDC可選。通過改變控制信號的輸入來控制強電的輸出，最終控制加熱管加熱。 3、移相角范圍 150°~0°。 |
DTY-220D25E | 杭州 |
| 加熱環 | 只 | 1 | 功率：1800W，220VAC。 | 定制 | 上海頂邦 |
| 傳 感 變 送 器 | |||||||
| 擴散硅壓力（液位）變送器 | 只 | 4 | 4個液位變送器分別用來對三個水箱的液位進行檢測，其量程為0～5Kpa，精度為0.5級。工作電壓為DC24v，G1/2″外螺紋。采用工業用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。 | YC801 | 上海頂邦 | ||
| 渦輪流量計及流量變送器 | 套 | 1 | 渦輪流量計分別用來對由電動調節閥控制的動力支路、采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供DC24V直流電源。流量范圍：0～1.2m3/h；精度：1.0%；輸出：4～20mA。 | LMGY-10 | 合肥福斯達 | ||
| 電磁流量計及變送器 | 套 | 1 | 由變頻器控制的動力支路及盤管出口處的流量進行檢測, （1）量程：選0-800L/h；（2）輸出信號：4-20mADC；（3）精度：0.5級。結構小巧精致,安裝方便,精度高。 | FMCLDE | 合肥福斯達 | ||
| 控 制 單元 | |||||||
| ▲DDC | 臺 | 1 |
1、模擬量輸入模塊 分辨率：16位模擬輸入范圍：±150mV、±500mV、±1V、±5V、±10V、±20mA 通道數：6路差動/2路單端或8路差動采樣頻率10KHz 2、模擬量輸入模塊 分辨率：14位模擬輸入范圍：0～20mA、4～20mA通道數：4路D/A通道需外配電源供電 3、網絡控制軟件：計算機控制技術現場總線，采用工業以太網IEEE802.3協議族，具有良好的開放性，共享總線網絡結構，以能夠相互共享資源的方式結合起來。計算機網絡中的技術具有自治特點，他們以傳輸數據和控制為目的。一個工程師站，可以控制無限個操作員站，老師可以在任何地方對他進行監控和控制，用密碼的形式來實現。 |
8017,8024 | 北京集知達 | ||
| PLC-200SMART | 臺 | 1 | SMARTPLCSR20AC/DC/RLY，繼電器型,12輸入/8輸出，EM AM06，4入2出模擬量。 | 西門子 | |||
| 智能儀表控制 | 臺 | 2 | 智能數字調節記錄儀：集信號采集、運算、控制、顯示記錄、通信、數據轉存、分析統計報表、配置、報警為一體的智能儀表，采用32M NAND Flash 作為歷史數據的存儲介質，還可通過CF 卡將組態設置和歷史數據保存在計算機或其他設備中，將所需要的數據永久保存。具有8路模擬量輸入、4路模擬量輸出、4路報警輸出，支持電流輸入，電壓輸入，熱電阻及熱電偶信號輸入。 | AI808P | 廈門宇電 | ||
| ▲主機監測單元 | 套 | 1 | 電路部分采用超薄可折疊導電材料技術，實時檢測主機多路運行狀況（4路以上），并且帶液晶顯示和報警顯示，主機檢測單元可反復折疊不損壞電路，支持手機無線采集數據。不推薦手機數據線導入數據模式、不推薦WIFI及藍牙等手機數據接受模式。 | 上海頂邦 | |||
| ▲過程控制仿真軟件 | 套 | 1 |
（1）仿真系統模擬工業生產過程的四大熱工參數，包括液位對象，溫度對象，流量對象，壓力對象，無縫對接“過程控制實驗裝置”的控制系統，能夠完成基本對象特性測試、單閉環控制、串級控制、前饋反饋控制、流量比值控制等實驗，可以替代被控對象。 （2）仿真軟件要求在軟件設計有原理結構圖，具有可開發性。同時要求可開放源代碼給學校，供學生自己研究和設計，既滿足基本教學同時也可作為研究創新平臺使用。 ▲（3）要求提供流量和液位單回路、比值控制、串級控制系統 3 種實驗的Simulink 控制軟件建模界面和響應曲線。 （4）軟件具有以下界面圖： 1）單容水箱建模界面圖； 2）單容水箱建模響應曲線圖； 3）單容水箱控制界面圖； 4）單容水箱液位控制響應曲線； 5）比值流量實物控制圖； 6）比值流量控制響應曲線； 7）比值流量仿真圖； 8）比值流量仿真響應曲線； 9）上下水箱串級實物控制圖； 10）上下水箱串級液位控制響應曲線； 11）上下水箱液位串級模型仿真圖； 12）上下水箱串級液位仿真響應曲線； 13）上水箱液位流量串級實物控制圖； 14）上水箱液位流量串級試驗曲線； 15）上水箱液位流量串級仿真圖； 16）上水箱液位流量串級仿真響應曲線。 |
||||
| 其 它 設 備 | ||||||
| 實驗用淡藍色透明有機玻璃水箱 | 只 | 3 |
1、采用淡藍色優質有機玻璃由幾部分組成，工作槽需要穩定； 2、水箱底部均接有擴散硅壓力變送器，對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。水箱上部全部帶開口，方便清洗。上水箱半徑：11cm，高度30cm；下水箱半徑:12.5cm，高度30cm。 |
YCCD-1 | 上海頂邦 | |
| 不銹鋼溫控實驗箱 | 只 | 1 | 由加熱箱、加熱環、Pt100、溫度變送器組成，加熱箱內無水斷電保護裝置，也防止溫度干燒。 | YCCD-2 | 上海頂邦 | |
| 不銹鋼儲水箱 | 只 | 1 | 內有獨特的結構設計和不銹鋼過濾網，拆洗方便，采用1.5厚304不銹鋼板制成，容量為150L以上,儲水箱內部有過濾網罩，如果要清洗水箱內部的污垢可以把過濾網罩卸下來，以防雜物進入水泵和管道。水箱的上部和底部裝須有注水不銹鋼閥門和不銹鋼排水閥門，方便實驗用水的更換。 | YCCD-3 | 上海頂邦 | |
| 電磁閥 | 套 | 1 | 電磁閥安裝在電動調節閥的旁路，電磁閥工作壓力：最小壓力為0kg/cm2，最大壓力為10kg/cm2；工作溫度：－5～60℃。工作電壓交流220v。 | 2W系列 | 溫州德力西 | |
| 接觸器 | 只 | 2 | 220V交流接觸器 | CJX2-09 | 正泰 | |
| 盤管 | 只 | 1 | 模擬工業現場的管道輸送和滯后環節，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數不同，在實驗過程中可根據不同的實驗需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的長度為20米，直徑為DN15.盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內膽。 | YCCD-4 | 上海頂邦 | |
| 閥門 | 只 | 15 | 整個系統管道由敷塑不銹鋼管連接而成，其中儲水箱底部裝有出水閥，當水箱需要更換水時，把出水閥打開將水直接排出。 | DN15 | 永德信不銹鋼球閥 | |
| 實驗對象：不銹鋼支架 | 套 | 1 |
1、304不銹鋼管焊接而成； 2、尺寸：1.8×0.8×1.8（m），承重250kg，結構為全不銹鋼焊接框架結構。1800mm（高）×2000mm（長）×800mm（寬）；采用全開放式設計，美觀大方，操作維護方便。 |
YCCD-5 | 上海頂邦 | |
| 鍋爐 | 套 | 1 | 需有1800w二相電加熱管加熱的常壓加熱爐，容量為1升。包括加熱層（鍋爐內膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由304不銹鋼精制而成，主要完成相關的溫度實驗。做溫度實驗時，冷卻層的循環水可以使加熱層的熱量快速散發，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實驗。控制精度在誤差5%以內。 | YCCD-6 | 上海頂邦 | |
| 控制系統實驗平臺 | 套 | 1 |
實訓操作臺架：外型尺寸為1730mm×730mm×1650mm（長*寬*高），實訓操作臺架為鐵質雙層亞光密紋噴塑結構，操作面具有防火、防水、耐磨高密度板, 尺寸為于1730×380mm（長*寬），結構堅固；臺架下半部設有兩個大抽屜、柜門。操作面中不低于1250mm×300mm（長*寬）面積用于安裝電源控制屏。臺架底部設有4—6個萬向輪。 （3）提供執行機構及I/O信號接口面板：所有信號采用國際標準的IEC信號。提供執行機構接口有三相可控硅移相調壓裝置1只、提供電動調節閥1只、提供三相不銹鋼磁力泵2只（變頻泵1只、恒壓泵1只）、提供電磁閥標識1只、提供智能電動球閥1只、提供變頻器輸入及輸出接口及三相電加熱管組成，另外電加熱鍋爐帶有防干燒保護設備、磁力驅動泵防反轉裝置。各傳感器接口有液位變送器3只，提供溫度傳感器6只、提供渦輪流量傳感器2只、提供電磁流量計1只、提供壓力變送器1只。以上提供的各傳感器檢測及執行器控制信號在面板上的插座設計體現，便于學生自己連線組成不同的控制系統。 |
YCCD-7 | 上海頂邦 | |
| 軟 件 系 統 | ||||
| MCGS組態軟件 | 只 | 1 | MCGS 通用版 | 昆侖通態 |
| DDC系統實驗軟件 | 套 | 1 | RemoDAQ-8000 Utility | 北京集智達 |
| PLC編程軟件 | 套 | 1 | step 7 MicroWIN | 西門子 |
| ▲網絡控制軟件 | 套 | 1 |
MCGS 網絡版上位計算機組態軟件應用MCGS（Monitor andControl Generated System）全中文工控組態軟件進行開發的實驗系統。運行環境要求，參見MCGS用戶指南。可以組成網絡,一臺老師機可以控制十幾臺學生機,實現數據共享。 1、工程師站，可以操作網內所有的設備，可以直接監控和修改程序； 2、監控中心，可以監控網內所有設備的運行狀態和生產數據； 3、操作員站，可以操作現場設備，支持所有帶網口的觸摸屏； 4、客戶端，網內的所有客戶端都可以訪問監控中心的數據。） 投標時帶演示 |
昆侖通態 |
| 儀表控制軟件 | 套 | 1 | ||
五、控制實驗
特性實驗
1、水箱單容特性實驗
2、水箱雙容特性實驗
3、上下水箱雙容特性實驗
4、電動閥流量特性實驗
5、變頻器流量特性實驗
6、溫度特性實驗
7、壓力特性實驗
8、箱液位數學模型的測定實驗
單回路控制實驗
1、電動調節閥支路單容液位控制實驗
2、變頻器支路單容液位控制實驗
3、上水箱雙容液位控制實驗
4、上下水箱雙容液位控制實驗
5、三容液位控制實驗
6、電動調節閥支路流量控制實驗
7、變頻器支路流量控制實驗
8、鍋爐內膽溫度控制實驗
9、鍋爐內膽溫度位式控制
串級控制實驗
1、上水箱雙容串級控制實驗
2、上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗
3、上水箱液位與變頻器支路流量串級控制實驗
4、三閉環三容液位串級控制實驗
5、溫度流量串級控制實驗
比值控制實驗
1、單閉環比值流量控制實驗
2、隨動流量比值控制實驗
解耦控制實驗
★1、雙容解耦控制（提供設備水路圖和說明書）
★2、液位流量解耦控制（提供設備水路圖和說明書）
★3、液位壓力解耦控制（提供設備水路圖和說明書）
滯后控制實驗
Smith預估控制實驗
教師機內容
▲1、主機監測單元測試
▲2、手機app控制
▲3、手機模擬量和開關量控制實驗
▲4、手機微信端報警設置
過程控制模擬對象仿真實驗
1、上水箱特性測試
2、下水箱特性測試
3、二階液位特性測試
4、溫度加熱器特性測試
5、調節閥特性測試
6、壓力單閉環控制系統
7、溫度單閉環控制系統
8、液位單閉環控制系統
9、流量單閉環控制系統
10、二階液位控制系統
11、上水箱液位和流量串級控制系統
12、上、下水箱液位串級控制系統
13、前饋反饋控制系統