1．了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2．了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
3．研究调节器相关参数的改变对温度控制系统动态性能的影响。
二、实验设备
1．过程控制综合实验装置—仪表控制�？�
2．计算机及MCGS组态软件—仪表控制实验.MCG
3．实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验原理
本实验将锅炉的水温控制在设定温度。根据加热器温度变送输出给仪表，进行PID运算，然后控制输出信号。通过调压�？�，调整电加热器的功率，使得锅炉里水温控制在设定的温度。锅炉温度控制的方块原理图：如图3-11所示
图3-11 锅炉温度控制实验方框图
四、实验内容与步骤
1、了解实验装置中的对象，流程图如图3-12所示。
图3-12 锅炉温度控制实验流程图
2、按图接好实验导线。
在传感器信号输出区域，将温度信号TT输出端口号用实验线连接到智能调节仪I的 输入 1-5V 信号输入端，正负一一对应。
将智能调节仪I（addr：1）的 输出4-20mA 连接到执行器控制信号输入区的加热器 控制信号端口，正负一一对应。
将智能调节仪Ⅱ（addr：2）的 输出4-20mA 连接到执行器控制信号输入区的变频器信号端口，正负一一对应。
3、使用485转232通讯线将控制台右侧面的仪表通讯口 “COM2” 与上位机连接。
4、将手动阀门2V3打开，将手动阀门2V1、2V2、V5关闭。
5、先打开控制台左侧的总电源开关，按“Start”按钮启动设备，再打开仪表电源。
6、运行计算机上仪表控制实验软件，选择系统管理菜单中的用户登录，登录用户。
7、选择单回路控制实验的锅炉温度控制实验。
8、如选用仪表控制则点击“仪表参数”，设置参数，
Addr=1 InP=33 OPt=4-20mA dPt=1
比例系数P=5，积分系数I=120， D=0 Ctl = 2
SCL=0 SCH=100
OPL=0 OPH=100
CF2=0
9、打开变频器电源开关，打开变频器启�？�，设置智能调节器II输出100%，给锅炉供水，待锅炉内胆水位超过总高度的2/3时（水标显示），关闭变频器启�？�，打开加热电源。
11、选择仪表控制，给定设定值35℃。
13、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
14、待系统稳定后，给定加个阶跃信号，观察其液位变化曲线。
15、再等系统稳定后，给系统加个干扰信号，观察液位变化曲线。
16、实验结束后，关闭水标1、电动调节阀1、加热电源。打开V8，锅炉排水
六、实验建议
实验中，学生选择不同的P、I、D参数进行P调节、PI调节、PID调节实验，寻找最佳控制调节方法及参数，总结不同的调节过程特性，，得出控制性能的结论。
七、思考建议
1、温度控制PID有什么特点？
DB-CG26 过程装备与控制综合实验装置
一、概述：
过程装备与控制综合实验装置是模仿现代工业生产过程中常见的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，对其进行测量、控制，分析过程参数变化特性，研究过程控制规律(如PID控制)的教学实验设备，过程装备与控制综合实验装置选用智能化的工业用仪器仪表，接近工业实际，使用安全，运行稳定，维护简单，性价比优越。
1、功能：
过程装备与控制综合实验装置可满足“自动调节原理”，“过程控制”，“控制仪表”，“自动检测技术与传感器”,“计算机”及相关课程的教学实验需求；
2、技术支持：
我公司拥有过程控制实验装置的自主开发能力。结合控制领域的新理论、新方法，公司将源源不断研制和创新实验设备，开发各种先进控制算法，以适应高校教学实验改革，满足现代化教育发展的需要，促进向更高层次发展。
公司倡导诚信服务，竭力做好客户服务和技术支持工作。通过直观真实的实验，使学生全面系统地了解过程控制系统的特性，学习掌握控制系统的设计与实现方法。
二、产品结构与特点：
1、外形结构：
（1）、分体式设计，�？榛樽笆浇峁梗梢愿莶煌男枰≡�、PLC控制，仪表控制,DDC控制无线网络组成不同的控制系统。含有常规水箱检测控制装置、锅炉加热装置。设备可以实现多台电脑控制系统，进行远程网络控制.
（2）、三水箱配置；双路供水系统。
（3）、实验柜完全敞开设计，内部器件全部可视，有利直观教学和维护。
（4）、人性化设计，配有储水箱，进排水自控装置，减轻实验人员劳动强度。为实验文明操作提供条件。
（5）、装置的仪表、部件均选用现代化技术工业级产品，智能化程度高。精度好，规格多样。有利直观教学和拓宽学生工业现场知识。为以后走上社会打好结实基础。
（6）、安全度高，系统配有漏电�；�，带保护套的专用实验电源连线，及温控箱防止无水加温自动控制等，力求保护人身、设备安全。
（7）、开放度好，在教师指导下，学生可观察、可自己动手参与操作、可自行编程进行验证、可根据记录的实时曲线进行理论分析等。
（8）锅炉加热程控保护系统
A、加热电路加有保险管进行过载�；ぃ�
B、锅炉加热内胆加由水位液位保护装置，水位不达到一定的高度，控制系统不能控制可控硅调压器工作。
（9）、电源保护措施
A、加有电流型漏电保护器，防止设备漏电短路造成的设备及人身伤害。
B、各控制电路加有保险管，有效�；て骷蚬卦斐伤鸹怠�
（10）、电源启�？刂品绞�；采用启停按钮控制接触器来控制电源的启停。
（11）、漏电�；ぷ爸眉鞍踩院桶踩信�；
A、各种电源及各种仪表的可靠的�；すδ�
B、各种电源及各种仪表的强电采用开关控制，学生不自行接线，不存在强弱电混插的问题。
C、实验强电接线插头采用封闭式结构，防止触电事故的发生。
三、技术参数与要求:
1、供电电源
单相交流电源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系统必需接地良好。
2、实验室应有水源和进排水口。进排水口与设备间距离一般要求小于10米
3、系统仪表的输入、输出信号符合IEC标准
（1）变送器电流源信号：4-20mADC。
（2）仪表采样：1-5V（250Ω）/0.2-1V（50Ω）
4、系统提供直流线性稳压电源（朝阳电源产品） 24VDC/1A。
5、上位计算机组态软件
应用MCGS（Monitor and Control Generated System）全中文工控组态软件进行开发的实验系统。运行环境要求，参见MCGS用户指南�？梢宰槌赏�,一台老师机可以控制十几台学生机,实现数据共享。
四、系统配置
| 执 行 机 构 | |||||
| 名称 | 单位 | 数量 | 技术参数 | 型号 | 产地 |
| 智能电动调节阀 | 只 | 1 | 电动调节阀是新一代超小型电子式一体化直行程电动调节阀。采用精小型电动执行器伺服放大器，它以220V交流电源为驱动电源，输入标准的4～20mADC控制信号，经伺服放大器控制，使电机带动减速器运行而产生轴向推力，使阀芯移动，改变阀门的开度，达到对液位，流量等工艺参数的调节，从而实现自动控制的目的。超小型直行程单座电动调节阀。广泛应用于电力、暖通中央空调、冶金、轻工等行业的自动化控制系统，更适用于高校教学和科研设备。 阀体为铸铁材质，阀芯为不锈钢材质，国标法兰安装，DC4～20mA电流信号控制，工称通径DN15。该调节阀为直行程气动控制调节阀，具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。由控制器直接发送模拟信号控制阀门定位器，阀门定位器驱动执行机构动作，使用和校正都非常方便；进口阀门定位器带HART通信功能，可与HART手持操作器进行通讯。电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。 | QSTP-16K | 上海江浪 |
| 磁力泵 | 台 | 1 | 本装置采用磁力驱动是泵，流量为30升/分，扬程为8米，功率为180W。泵体完全采用不锈钢材料。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为二相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。 |
上海西山MP-55R-220 上海西山MP-55R-380 |
上海 |
| 交流变频控制 | 台 | 1 |
1、交流变频器电压和功率范围： 2、200-240 V，± 10%，单相交流，0.75KW； |
FR-D720S-0.4Kw-CHR | 三菱 |
| 单相可控硅装置 | 套 | 1 |
1、输入电压为交流220V 50Hz，负载10A。 2、控制输入信号为4-20mADC或0～5VDC可选。通过改变控制信号的输入来控制强电的输出，最终控制加热管加热。 3、移相角范围 150°~0°。 |
DTY-220D25E | 杭州 |
| 加热环 | 只 | 1 | 功率：1800W，220VAC。 | 定制 | 上海顶邦 |
| 传 感 变 送 器 | |||||||
| 扩散硅压力（液位）变送器 | 只 | 4 | 4个液位变送器分别用来对三个水箱的液位进行检测，其量程为0～5Kpa，精度为0.5级。工作电压为DC24v，G1/2″外螺纹。采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。 | YC801 | 上海顶邦 | ||
| 涡轮流量计及流量变送器 | 套 | 1 | 涡轮流量计分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、采用标准二线制传输方式，工作时需提供DC24V直流电源。流量范围：0～1.2m3/h；精度：1.0%；输出：4～20mA。 | LMGY-10 | 合肥福斯达 | ||
| 电磁流量计及变送器 | 套 | 1 | 由变频器控制的动力支路及盘管出口处的流量进行检测, （1）量程：选0-800L/h；（2）输出信号：4-20mADC；（3）精度：0.5级。结构小巧精致,安装方便,精度高。 | FMCLDE | 合肥福斯达 | ||
| 控 制 单元 | |||||||
| ▲DDC | 台 | 1 |
1、模拟量输入�？� 分辨率：16位模拟输入范围：±150mV、±500mV、±1V、±5V、±10V、±20mA 通道数：6路差动/2路单端或8路差动采样频率10KHz 2、模拟量输入模块 分辨率：14位模拟输入范围：0～20mA、4～20mA通道数：4路D/A通道需外配电源供电 3、网络控制软件：计算机控制技术现场总线，采用工业以太网IEEE802.3协议族，具有良好的开放性，共享总线网络结构，以能够相互共享资源的方式结合起来。计算机网络中的技术具有自治特点，他们以传输数据和控制为目的。一个工程师站，可以控制无限个操作员站，老师可以在任何地方对他进行监控和控制，用密码的形式来实现。 |
8017,8024 | 北京集知达 | ||
| PLC-200SMART | 台 | 1 | SMARTPLCSR20AC/DC/RLY，继电器型,12输入/8输出，EM AM06，4入2出模拟量。 | 西门子 | |||
| 智能仪表控制 | 台 | 2 | 智能数字调节记录仪：集信号采集、运算、控制、显示记录、通信、数据转存、分析统计报表、配置、报警为一体的智能仪表，采用32M NAND Flash 作为历史数据的存储介质，还可通过CF 卡将组态设置和历史数据保存在计算机或其他设备中，将所需要的数据永久保存。具有8路模拟量输入、4路模拟量输出、4路报警输出，支持电流输入，电压输入，热电阻及热电偶信号输入。 | AI808P | 厦门宇电 | ||
| ▲主机监测单元 | 套 | 1 | 电路部分采用超薄可折叠导电材料技术，实时检测主机多路运行状况（4路以上），并且带液晶显示和报警显示，主机检测单元可反复折叠不损坏电路，支持手机无线采集数据。不推荐手机数据线导入数据模式、不推荐WIFI及蓝牙等手机数据接受模式。 | 上海顶邦 | |||
| ▲过程控制仿真软件 | 套 | 1 |
（1）仿真系统模拟工业生产过程的四大热工参数，包括液位对象，温度对象，流量对象，压力对象，无缝对接“过程控制实验装置”的控制系统，能够完成基本对象特性测试、单闭环控制、串级控制、前馈反馈控制、流量比值控制等实验，可以替代被控对象。 （2）仿真软件要求在软件设计有原理结构图，具有可开发性。同时要求可开放源代码给学校，供学生自己研究和设计，既满足基本教学同时也可作为研究创新平台使用。 ▲（3）要求提供流量和液位单回路、比值控制、串级控制系统 3 种实验的Simulink 控制软件建模界面和响应曲线。 （4）软件具有以下界面图： 1）单容水箱建模界面图； 2）单容水箱建模响应曲线图； 3）单容水箱控制界面图； 4）单容水箱液位控制响应曲线； 5）比值流量实物控制图； 6）比值流量控制响应曲线； 7）比值流量仿真图； 8）比值流量仿真响应曲线； 9）上下水箱串级实物控制图； 10）上下水箱串级液位控制响应曲线； 11）上下水箱液位串级模型仿真图； 12）上下水箱串级液位仿真响应曲线； 13）上水箱液位流量串级实物控制图； 14）上水箱液位流量串级试验曲线； 15）上水箱液位流量串级仿真图； 16）上水箱液位流量串级仿真响应曲线。 |
||||
| 其 它 设 备 | ||||||
| 实验用淡蓝色透明有机玻璃水箱 | 只 | 3 |
1、采用淡蓝色优质有机玻璃由几部分组成，工作槽需要稳定； 2、水箱底部均接有扩散硅压力变送器，对水箱的压力和液位进行检测和变送。水箱上部全部带开口，方便清洗。上水箱半径：11cm，高度30cm；下水箱半径:12.5cm，高度30cm。 |
YCCD-1 | 上海顶邦 | |
| 不锈钢温控实验箱 | 只 | 1 | 由加热箱、加热环、Pt100、温度变送器组成，加热箱内无水断电保护装置，也防止温度干烧。 | YCCD-2 | 上海顶邦 | |
| 不锈钢储水箱 | 只 | 1 | 内有独特的结构设计和不锈钢过滤网，拆洗方便，采用1.5厚304不锈钢板制成，容量为150L以上,储水箱内部有过滤网罩，如果要清洗水箱内部的污垢可以把过滤网罩卸下来，以防杂物进入水泵和管道。水箱的上部和底部装须有注水不锈钢阀门和不锈钢排水阀门，方便实验用水的更换。 | YCCD-3 | 上海顶邦 | |
| 电磁阀 | 套 | 1 | 电磁阀安装在电动调节阀的旁路，电磁阀工作压力：最小压力为0kg/cm2，最大压力为10kg/cm2；工作温度：－5～60℃。工作电压交流220v。 | 2W系列 | 温州德力西 | |
| 接触器 | 只 | 2 | 220V交流接触器 | CJX2-09 | 正泰 | |
| 盘管 | 只 | 1 | 模拟工业现场的管道输送和滞后环节，在盘管上有三个不同的温度检测点，它们的滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的长度为20米，直径为DN15.盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆。 | YCCD-4 | 上海顶邦 | |
| 阀门 | 只 | 15 | 整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成，其中储水箱底部装有出水阀，当水箱需要更换水时，把出水阀打开将水直接排出。 | DN15 | 永德信不锈钢球阀 | |
| 实验对象：不锈钢支架 | 套 | 1 |
1、304不锈钢管焊接而成； 2、尺寸：1.8×0.8×1.8（m），承重250kg，结构为全不锈钢焊接框架结构。1800mm（高）×2000mm（长）×800mm（宽）；采用全开放式设计，美观大方，操作维护方便。 |
YCCD-5 | 上海顶邦 | |
| 锅炉 | 套 | 1 | 需有1800w二相电加热管加热的常压加热炉，容量为1升。包括加热层（锅炉内胆）和冷却层（锅炉夹套），均由304不锈钢精制而成，主要完成相关的温度实验。做温度实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，可完成温度的定值控制、串级控制，前馈-反馈控制，解耦控制等实验�？刂凭仍谖蟛�5%以内。 | YCCD-6 | 上海顶邦 | |
| 控制系统实验平台 | 套 | 1 |
实训操作台架：外型尺寸为1730mm×730mm×1650mm（长*宽*高），实训操作台架为铁质双层亚光密纹喷塑结构，操作面具有防火、防水、耐磨高密度板, 尺寸为于1730×380mm（长*宽），结构坚固；台架下半部设有两个大抽屉、柜门。操作面中不低于1250mm×300mm（长*宽）面积用于安装电源控制屏。台架底部设有4—6个万向轮。 （3）提供执行机构及I/O信号接口面板：所有信号采用国际标准的IEC信号。提供执行机构接口有三相可控硅移相调压装置1只、提供电动调节阀1只、提供三相不锈钢磁力泵2只（变频泵1只、恒压泵1只）、提供电磁阀标识1只、提供智能电动球阀1只、提供变频器输入及输出接口及三相电加热管组成，另外电加热锅炉带有防干烧�；ど璞�、磁力驱动泵防反转装置。各传感器接口有液位变送器3只，提供温度传感器6只、提供涡轮流量传感器2只、提供电磁流量计1只、提供压力变送器1只。以上提供的各传感器检测及执行器控制信号在面板上的插座设计体现，便于学生自己连线组成不同的控制系统。 |
YCCD-7 | 上海顶邦 | |
| 软 件 系 统 | ||||
| MCGS组态软件 | 只 | 1 | MCGS 通用版 | 昆仑通态 |
| DDC系统实验软件 | 套 | 1 | RemoDAQ-8000 Utility | 北京集智达 |
| PLC编程软件 | 套 | 1 | step 7 MicroWIN | 西门子 |
| ▲网络控制软件 | 套 | 1 |
MCGS 网络版上位计算机组态软件应用MCGS（Monitor andControl Generated System）全中文工控组态软件进行开发的实验系统。运行环境要求，参见MCGS用户指南�？梢宰槌赏�,一台老师机可以控制十几台学生机,实现数据共享。 1、工程师站，可以操作网内所有的设备，可以直接监控和修改程序； 2、监控中心，可以监控网内所有设备的运行状态和生产数据； 3、操作员站，可以操作现场设备，支持所有带网口的触摸屏； 4、客户端，网内的所有客户端都可以访问监控中心的数据。） 投标时带演示 |
昆仑通态 |
| 仪表控制软件 | 套 | 1 | ||
五、控制实验
特性实验
1、水箱单容特性实验
2、水箱双容特性实验
3、上下水箱双容特性实验
4、电动阀流量特性实验
5、变频器流量特性实验
6、温度特性实验
7、压力特性实验
8、箱液位数学模型的测定实验
单回路控制实验
1、电动调节阀支路单容液位控制实验
2、变频器支路单容液位控制实验
3、上水箱双容液位控制实验
4、上下水箱双容液位控制实验
5、三容液位控制实验
6、电动调节阀支路流量控制实验
7、变频器支路流量控制实验
8、锅炉内胆温度控制实验
9、锅炉内胆温度位式控制
串级控制实验
1、上水箱双容串级控制实验
2、上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验
3、上水箱液位与变频器支路流量串级控制实验
4、三闭环三容液位串级控制实验
5、温度流量串级控制实验
比值控制实验
1、单闭环比值流量控制实验
2、随动流量比值控制实验
解耦控制实验
★1、双容解耦控制（提供设备水路图和说明书）
★2、液位流量解耦控制（提供设备水路图和说明书）
★3、液位压力解耦控制（提供设备水路图和说明书）
滞后控制实验
Smith预估控制实验
教师机内容
▲1、主机监测单元测试
▲2、手机app控制
▲3、手机模拟量和开关量控制实验
▲4、手机微信端报警设置
过程控制模拟对象仿真实验
1、上水箱特性测试
2、下水箱特性测试
3、二阶液位特性测试
4、温度加热器特性测试
5、调节阀特性测试
6、压力单闭环控制系统
7、温度单闭环控制系统
8、液位单闭环控制系统
9、流量单闭环控制系统
10、二阶液位控制系统
11、上水箱液位和流量串级控制系统
12、上、下水箱液位串级控制系统
13、前馈反馈控制系统