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项目三 电加热控制系统集成与调试

项目三 电加热控制系统集成与调试. 模 块 二 电加热温度控制系统调试. 湖州职业技术学院机电工程分院. 一、 任务提出. 某小型热水锅炉，其工艺流程如图 1 所示，冷水从上部加入，经加热后由下部出水管供给用户。工艺要求供水温度应保持在 80℃±1℃ 的数值上，现采用电加热方式，要求采用位式控制和 PID 定值控制两种方法，实现对水温的自动控制。. 图 1 电加热锅炉工艺流程图. 二、实验内容. （ 1 ）根据控制方案正确选用控制仪表，并组成合理的控制系统（位式和定值）；

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  1. 项目三 电加热控制系统集成与调试 模 块 二 电加热温度控制系统调试 湖州职业技术学院机电工程分院 1

  2. 一、任务提出 某小型热水锅炉，其工艺流程如图1所示，冷水从上部加入，经加热后由下部出水管供给用户。工艺要求供水温度应保持在80℃±1℃的数值上，现采用电加热方式，要求采用位式控制和 PID 定值控制两种方法，实现对水温的自动控制。 图1 电加热锅炉工艺流程图 2

  3. 二、实验内容 （1）根据控制方案正确选用控制仪表，并组成合理的控制系统（位式和定值）； （2）认真做好相关仪表和系统的运行前准备工作，并根据控制要求合理地设置好调节器的参数（位式和定值）； （3）根据控制系统的特点与工艺要求，科学地调试系统以达到一定的品质指标（位式和定值）； （4）运行计算机监控系统，及时记录下不同系统的输出响应曲线及相关数据（位式和定值）； （5）认真总结实验过程，并做好实验数据的整理与加工工作以完成实验报告。 三、课后作业 完成实验指导书中的相应实验报告内容，积极尝试思考题。 3

  4. 实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 一、实验目的 1、进一步熟悉单回路温度控制系统的组成与工作原理。 2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。 3、掌握好PID参数自整定的方法。 二、实验设备 1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根 3、万用表 1只 三、实验原理 图2为一个单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。 4

  5. 实验一 图2 单回路锅炉内胆动态水温定值控制系统结构示意图。 5

  6. 实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 图3 锅炉内胆动态水温控制系统的方框图 四、实验内容与步骤 1、按图2要求，完成实验系统的接线。 2、接通总电源和相关仪表的电源。 3、打开阀F1-1、 F1-2、 F1-5和 F1-13，关闭其它与本实验无关的阀。用变频器-磁力泵支路给锅炉内胆打满水。待实验投入运行以后，变频器-磁力泵再以固定的小流量使锅炉内胆的水处于循环状态。 6

  7. 实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 4、手动操作调节器输出，用计算机记录锅炉内胆中水温的响应曲线，并由该曲线求得K、T和τ值，据此查表确定PI调节器的参数δ和TI，并整定之。 5、设置好温度的给定值，先用手操作调节器的输出，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热,等锅炉水温趋于给定值且不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。 6、打开计算机，运行MCGS组态软件，并进行如下的实验： 当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增加5%～15%），观察并记录系统的输出响应曲线。 7、通过反复多次调节PI的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。用计算机记录此时系统的动态响应曲线。 7

  8. 实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 五、实验报告 1、用实验方法整定PI调节器的参数。 2、作出比例P控制时，不同δ值下的阶跃响应曲线，并记下它们的余差ess。 3、比例积分调节器（PI）控制 1) 在比例调节控制实验的基础上，加上积分作用“I”，即把“I”（积分）设置为一参数，根据不同的情况，设置不同的大小。观察被控制量能否回到原设定值的位置，以验证系统在PI调节器控制下，系统的阶跃扰动无余差产生。 2) 固定比例P值（中等大小），然后改变调节器的积分时间常数TI值，观察加入阶跃扰动后被调量的输出波形和响应时间的快慢。 3) 固定TI于某一中等大小的值，然后改变比例度δ的大小，观察加阶跃扰动后被调量的动态波形和响应时间的快慢。 4、分析δ和TI值改变时，各给系统动态性能产生什么影响。 8

  9. 实验一 锅炉内胆动态水温定值控制系统 六、思考题 1、消除系统的余差为什么采用PI调节器，而不采用纯积分器？ 2、在温度控制系统中，为什么用PD和PID控制，系统的性能并不比用PI控制时有明显地改善？ 3、内胆动态水的温度控制会比静态水时的温度控制更容易稳定、性能更好？能否通过实验验证一下？ 9

  10. 实验二 锅炉内胆水温位式控制系统 一、实验目的 1、了解位式温度控制系统的结构与组成。 2、掌握位式控制系统的工作原理及其调试方法。 二、实验设备 1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置 2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根 3．万用表 1只 图4 锅炉位式控制方框图 10

  11. 实验二 锅炉内胆水温位式控制系统 四、实验内容与步骤 1、按图5要求，完成实验系统的接线。 2、接通总电源和相关仪表的电源。 3、打开阀F1-1、 F1-2、F1-5和F1-13，关闭其它所有与本实验无关的阀，用电动调节阀支路给锅炉内胆打水至最大容量的三分之二左右时，停止打水。 图5 锅炉内胆水温位式控制结构示意图 11

  12. 实验二 锅炉内胆水温位式控制系统 4、在调节器上设置好温度的给定值及控制范围（即仪表的回差值dF），让系统投入运行。 5、打开计算机，运行MCGS组态软件并进入本实验，观察并记录系统的输出响应曲线。 6、当系统进入等幅振荡后，突加阶跃扰动（将给定量增/减5%～15%），观察并记录系统的输出响应曲线。 五、实验报告 1、根据图5，画出本实验系统的方框图。 2、试评述温度位式控制的优缺点。 六、思考题 1、温度位式控制系统与连续的PID控制系统有什么区别？ 2、本系统会不会产生发散振荡？ 12

  13. 三、小结,课后作业 1、小结 通过本次课学习，在能力应达到： 1）熟悉位式控制规律和系统结构,。 2）能用常用仪表组成合理的温度位式控制系统，并根据工艺要求调试好系统。 3) 掌握可控硅电力控制器的工作原理与使用方法，能用控制仪表组成温度定值控制系统，并用相关的参数整定方法调试好系统，使系统的品质指标最佳。 2、作业布置 完成实验指导书中的相应实验报告内容，尝试思考题。 13

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