過程控制實驗指導書 三樓水箱實驗系統(tǒng) 求是教儀-

1、天津理工學院自動化系過程控制實驗指導書目錄第一篇實驗部分 (3概述 (3第一章硬件介紹 (5第一節(jié)水箱 (5第二節(jié)微型鍋爐、純滯后系統(tǒng)、熱電阻 (6第三節(jié)液位傳感器、變送器 (7第四節(jié)電動調(diào)節(jié)閥 (8第五節(jié)變頻器 (8第六節(jié)水泵 (9第七節(jié)流量傳感器、轉(zhuǎn)換器 (9第八節(jié)交流固體繼電器 (9第九節(jié)調(diào)節(jié)器 (10第十節(jié)牛頓模塊 (12第二章過程控制儀表實驗 (13第一節(jié)壓力儀表的認識和校驗 (13第二節(jié)調(diào)節(jié)器的認識和校驗 (15第三節(jié)熱電阻的認識和校驗 (19第四節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的認識和校驗 (21第五節(jié)流量計的認識和校驗 (24第六節(jié)變頻器的認識和校驗 (25第三章對象特性測試實驗 (27第一節(jié)上水

2、箱特性測試(調(diào)節(jié)器實驗 (27第二節(jié)上水箱特性測試(計算機實驗 (31第三節(jié)下水箱特性測試(調(diào)節(jié)器實驗 (34第四節(jié)下水箱特性測試(計算機實驗 (37第五節(jié)二階液位對象特性測試(調(diào)節(jié)器實驗 (40第六節(jié)二階液位對象特性測試(計算機實驗 (43第七節(jié)溫度鍋爐對象特性測試(調(diào)節(jié)器實驗 (46第八節(jié)溫度鍋爐對象特性測試(計算機實驗 (49 第九節(jié)調(diào)節(jié)閥流量特性測試(調(diào)節(jié)器實驗 (521天津理工學院自動化系過程控制實驗指導書第十節(jié)調(diào)節(jié)閥流量特性測試(計算機實驗 (54第十一節(jié)對象參數(shù)的求取 (57第四章單回路控制系統(tǒng)實驗 (62第一節(jié)壓力單閉環(huán)(調(diào)節(jié)器實驗 (62第二節(jié)壓力單閉環(huán)(計算機實驗 (66第

3、三節(jié)溫度單閉環(huán)(調(diào)節(jié)器實驗 (70第四節(jié)溫度單閉環(huán)(計算機實驗 (74第五節(jié)液位單閉環(huán)(調(diào)節(jié)器實驗 (78第六節(jié)液位單閉環(huán)(計算機實驗 (83第七節(jié)流量單閉環(huán)(調(diào)節(jié)器實驗 (87第八節(jié)流量單閉環(huán)(計算機實驗 (91第九節(jié)雙容液位控制(調(diào)節(jié)器實驗 (95第十節(jié)雙容液位控制(計算機實驗 (99第五章串級控制系統(tǒng)實驗 (103第一節(jié)上水箱液位和流量組成串級(調(diào)節(jié)器實驗 (107第二節(jié)上下水箱液位組成串級(調(diào)節(jié)器實驗 (112第三節(jié)上水箱液位和流量組成串級(計算機實驗 (115第二篇軟件部分 (119第一章組態(tài)王的安裝及運行環(huán)境 (119第二章牛頓模塊程序的安裝 (126第三章軟件的應用 (1312天

4、津理工學院自動化系過程控制實驗指導書第一篇實驗部分概述自本世紀30年代以來,自動化技術獲得了驚人的成就,已在工業(yè)和國民經(jīng)濟各行各業(yè)起著關鍵的作用。自動化水平已成為衡量各行各業(yè)現(xiàn)代化水平的一個重要標志。自動控制按輸入量的變化規(guī)律分類,可分恒值控制系統(tǒng)(Fixed Set-Point Control System、隨動控制系統(tǒng)(Follow-Up Control System、過程控制系統(tǒng)(Process Control System。過程控制通常是指石油、化工、電力、冶金、輕工、建材、核能等工業(yè)生產(chǎn)中連續(xù)的或按一定周期程序進行的生產(chǎn)過程自動控制,它是自動化技術的重要組成部分。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程

5、中,過程控制技術正在為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術經(jīng)濟指標、提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)率、改善勞動條件、保護生態(tài)環(huán)境等方面起著越來越大的作用。我系所采用的是PCT-II型過程控制系統(tǒng)實驗裝置,該實驗裝置除了能夠完成一些基本的驗證性過程控制實驗外,還可以開發(fā)設計一些設計性實驗,使學生在教師的指導下,根據(jù)實驗設計的要求自行設計一些實驗電路及過程控制回路,從而加深學生對過程控制過程的認識,促進學生參加實驗的主動性,進一步提高學生的動手動腦能力。裝置特點:1、裝置由控制對象、控制屏、計算機三部分組成,對象構布局合理,造型美觀大方。2、真實性、直觀性、綜合性強,控制對象元件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場?？刂破琳嬗型暾南到y(tǒng)結

6、構圖案。3、參數(shù)全面,涵蓋了液位、流量、壓力、溫度等典型參數(shù)。4、PCT-II過程控制實驗裝置具有控制參數(shù)和控制方案的多樣化。該裝置可通過對其管路上的閥門切換和對模擬信號接線板上信號的連接組合,可構成數(shù)十種過程控制實驗。3天津理工學院自動化系過程控制實驗指導書5、在PCT-II過程控制實驗裝置完全能滿足教學實驗、課程設計、畢業(yè)設計的需要,同時學生可自行設計實驗方案,進行綜合性、創(chuàng)造性過程控制系統(tǒng)實驗的設計、調(diào)試、分析,培養(yǎng)學生的獨立操作、獨立分析問題和解決問題的能力。學生在本實驗裝置進行綜合實驗后,可掌握下列內(nèi)容:1、測定控制對象特性的方法。2、自動化儀表的初步使用。3、變頻器的基本工作原理和

7、初步使用。4、單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定。5、復雜控制回路系統(tǒng)的參數(shù)整定。6、控制參數(shù)對控制系統(tǒng)品質(zhì)指標的影響。7、控制系統(tǒng)的設計、計算、分析、接線、投運等綜合能力。實驗的基本程序:1、明確實驗任務;2、提出實驗方案;3、畫實驗接線圖;4、進行實驗操作,作好觀測和記錄;5、整理實驗數(shù)據(jù),得出結論,撰寫實驗報告。在進行本書中的綜合實驗時,上述程序應盡量讓學生獨立完成,教師給予必要的指導,以培養(yǎng)學生的實驗能力。要做好各主題實驗,就應做到:實驗前有準備;實驗中有條理;實驗后有分析。4天津理工學院自動化系過程控制實驗指導書第一章硬件設備的介紹PCT-II型過程控制實驗裝置是基于工業(yè)過程物理模擬對象,它集

8、自動化儀表技術,計算機技術,通訊技術,自動控制技術為一體的多功能實驗裝置。系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù),可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識、單回路控制、串級控制、前饋控制、比值控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設計構成DDC、DCS、PLC、FCS、TCS等多種控制系統(tǒng)。該實驗裝置既可作為本科、專科、高職過程控制課程的實驗裝置,也可作為研究生及科研人員在復雜控制系統(tǒng)、先進控制系統(tǒng)研究方面提供物理模擬對象和實現(xiàn)手段。第一節(jié)水箱實驗裝置由被控對象和控制回路兩部分組成。其中被控對象包括:上位水箱、下位水箱、儲水箱。上位水箱和下位水箱采用進口有機玻璃,不但堅實耐用,而且透明度高,便于學生直接觀察

9、液位的變化和記錄實驗結果。水箱容積高達80升,使實驗效果更為理想。水箱結構獨特,下水箱有三個槽,分別是工作槽、溢流槽、緩沖槽。當水箱進水時,水管的水先流進緩沖槽,當緩沖槽中注滿水時,水流便滿過緩沖槽和工作槽當中的隔板并沿此隔板緩慢注入,這樣水流對工作槽中的沖擊力非常小,減少振蕩,以便更精確的觀察和記錄實驗結果。同時下水箱的緩沖槽可以做溫度變比值控制,熱水和冷水在此混合,控制水的溫度。上水箱有五個水槽,兩個工作槽,兩個緩沖槽,一個溢流槽,兩個工作槽通過連通器連接,其容積比是2:1,兩個水箱都可以做液位單閉環(huán)實驗,可以選擇不同的工作槽做串級實驗,比較不同的容積和流量組成不同的串級實驗的效果。實驗過

10、程中如水位失控水流可以直接經(jīng)過緩沖槽流進儲水箱。儲水箱是采用不銹鋼板制成,水箱內(nèi)部采用覆塑工藝,有效提高實驗裝置的使用壽命。其容積180升,完全能滿足上下水箱的實驗的需要。儲水箱上面有一個金屬濾網(wǎng),有效防止異物進入水箱堵塞管道。整個系統(tǒng)管道采用鋁塑管組成,所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥,徹底避免了系統(tǒng)生銹的可能性,有效提高了使用裝置的使用年限。其中儲水箱后面有一個小的球閥,當水箱需要更換水時,將水泵打開5便將水直接排出;當水泵打開但沒水抽出時,將球閥打開,空氣放掉,就可以抽出水。第二節(jié)微型鍋爐、純滯后系統(tǒng)、熱電阻本裝置采用微型鍋爐進行溫度實驗,此鍋爐采用不銹鋼精制而成,設計巧妙、共有三層:加熱層、冷卻

11、層、溢流層。其中純滯后盤管盤在溢流層之外。如下圖1.1 圖1.1 微型鍋爐做溫度單回路實驗時,冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā),使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都有溫度傳感器檢測其溫度。冷卻層和加熱層可以做溫度和流量的解耦控制實驗。長達20米的盤管可做溫度純滯后實驗,在盤管上有三個不同的溫度檢測點,它們的滯后時間常數(shù)不同,在實驗過程中根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的滯后時間常數(shù)。加熱層、冷卻層和盤管出來的水最后全部排到溢流層,然后直接排到儲水箱中。檢測水溫的傳感器是CU50,在此共有5個溫度傳感器,如圖1.1,本裝置采用三線制Cu50,經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器,可將溫度信號轉(zhuǎn)換成420

12、mA DC電流信號,便于計算機采集,Cu50傳感器精度高,熱補償性好。第三節(jié)液位傳感器、變送器液位傳感器用來對上位水箱和下位水箱的液位進行檢測,采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器,不銹鋼隔離膜片,本變送器按標準的二線制傳輸,采用高品質(zhì)、低功耗精密器件,穩(wěn)定性、可靠性大大提高。零點、量程正負遷移可調(diào),操作方便,且互不影響。采用信號剝離技術,對傳感溫度漂移跟隨補償?？煞奖愕嘏c其它DDZ-型儀表互換配置,并能直接替換進口同類儀表。校驗的方法是通電預熱15分鐘后,分別在零壓力和滿程壓力下檢查輸出電流值。在零壓力下調(diào)整零電位器,使輸出電流為4mA,在滿量程壓力下調(diào)整量程電位器,使輸出電流為20mA。本傳感器精

13、度為0.5級,因為為二線制,故工作時需串24V直流電源。液位變送器測試結果:壓力變送器測試結果 第四節(jié)電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥對控制回路流量進行調(diào)節(jié)。采用智能電動調(diào)節(jié)閥,具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構一體化,可靠性高、操作方便,并可與計算機配套使用,組成最佳調(diào)節(jié)回路。執(zhí)行機構直接接受420mADC或15V控制信號,輸出420mADC的閥位信號,使用和校正非常方便。ZDS系列的閥門采用柔性彈簧連接,可預置閥門關斷力,保證閥門的可靠關斷,防止泄露。驅(qū)動電機采用高性能稀土磁性材料制造的同步電機,運行平穩(wěn),體積小,力矩大,抗堵轉(zhuǎn),控制精度高。因此本調(diào)節(jié)閥具有

14、性能穩(wěn)定可靠,控制精度高,使用壽命長等優(yōu)點。技術指標:電源:220VAC 50HZ 功耗: 5VA輸入信號:420mA DC 輸入阻抗: 100(420mADC輸出信號:420mA DC環(huán)境溫度: 20+70重復精度:1%第五節(jié)變頻器本過程控制采用日本三菱FR-S520變頻器, 420mA控制信號輸入,可對流量或壓力進行控制。本裝置變頻器的用法:上電時,EXT燈先亮,此時將控制內(nèi)外控的雙擲開關擲到內(nèi)控端,RUN燈點亮,開始內(nèi)控變頻控制水泵。當實行外控時將制內(nèi)外控的雙擲開關擲到外控端,按鍵,此時PU燈點亮,旋轉(zhuǎn)到所希望的值, 按鍵數(shù)字閃動幾下,再按鍵即可運行,按停止運行。當雙擲開關擲到外控時,變

15、頻器將由外部電流來控制頻率的大小。變頻器內(nèi)部參數(shù)大部分都和變頻器說明書一樣,只有一小部分改動,改動參數(shù)如下。C5=15 P21=3 P30=1 P39=80 P53=1P59=1 P60=4 P61=4 P62=4 P63=4PU燈亮時,才能改變參數(shù),外部電流無法控制,調(diào)節(jié)變頻器設定用旋鈕,改變頻率的大小;EXT燈亮時,不能改變變頻器內(nèi)部參數(shù),將面板上的雙擲開關擲到外控,外部輸入420mA控制電流控制變頻器的頻率。按下STOP鍵變頻器停止工作。如變頻器在外控工作狀態(tài)下,將雙擲開關擲到內(nèi)控,變頻器便停止工作;如需變頻器再在外控狀態(tài)下工作,將雙擲開關擲到內(nèi)控,將變頻器上的PU/EXT轉(zhuǎn)換一下,然后

16、再將雙擲開關擲到外控,變頻器便開始工作。具體請事項請參見變頻器使用手冊。第六節(jié)水泵本裝置采用丹麥進口格蘭富水泵。噪音非常低,不會影響教師授課。使用壽命長,減少使用的麻煩。揚程高達10米,完全能滿足實驗的需要。如果上電后雖然水泵轉(zhuǎn)動,但抽不出水,打開水箱后面的球閥將水泵中的空氣放掉。如水泵長久不工作,軸承結垢無法轉(zhuǎn)動,此時應旋下排氣螺塞,用螺絲刀插入水泵轉(zhuǎn)軸末端的槽中轉(zhuǎn)動;或者將水泵的四顆螺絲旋掉,打開水泵,然后上電觀察水泵葉輪是否轉(zhuǎn)動。詳細請參見水泵說明書。第七節(jié)流量傳感器、轉(zhuǎn)換器流量傳感器用來對電動調(diào)節(jié)閥的主流量和干擾回路的干擾流量進行檢測。本實驗臺采用電磁流量傳感器和電磁流量轉(zhuǎn)換器。420

17、mA標準信號輸出。本實驗臺中用了兩套傳感器、轉(zhuǎn)換器。如轉(zhuǎn)換器波動很大,說明管到中有空氣,處理方法是將空氣排除。具體請參見流量計和轉(zhuǎn)換計使用說明書。第八節(jié)交流固體繼電器采用可控硅移相觸發(fā)單元,輸入控制信號為420mA標準電流信號,其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓來控制加熱器的端電壓,從而控制鍋爐的溫度。輸入4mA電流時,加熱器端電壓為0V,輸入20mA電流時,加熱器端電壓為220V。第九節(jié)調(diào)節(jié)器本實驗三臺調(diào)節(jié)器是采用上海萬迅儀表有限公司生產(chǎn)的AI全通用人工智能調(diào)節(jié)器,三臺分別是708型儀表、808型儀表,818型儀表。三臺儀表都有溫度變送器。其中708和808是模糊控制型,818是

18、PID控制型。技術規(guī)格:輸入規(guī)格(一臺儀表即可兼容:模擬量輸入:熱電偶:K、S、E、J、T、B、N熱電阻:Cu50、Pt100線性電壓:05V、15V、01V、0100mV、020mV線性電流(需外接分流電阻:010mA、020mA、420 mA控制方法:PID控制電流/電壓輸出,PID控制繼電器開關量輸出PID正轉(zhuǎn)/反轉(zhuǎn)閥位控制位式ON/OFF帶回差輸出信號:模擬量輸出:010mA(負載電阻小于750420mA(負載電阻小于50005 V (輸出電阻小于25015 V (輸出電阻小于250開關量輸出繼電器控制輸出;(220V AC/3A或24VDC/5A,阻性負載繼電器正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)輸出繼電器O

19、N/OFF帶回差,觸點容量220V AC/3A或24VDC/6A,阻性負載.。可控硅控制輸出SCR(可控硅過零點觸發(fā)脈沖輸出,400V/0.5A固態(tài)繼電器輸出SSR(固態(tài)繼電器控制信號輸出,624V/30mA饋電輸出DC24V,負載30mA報警方式:可選擇繼電器上限、下限報警輸出,LED指示可選擇繼電器上上限報警輸出,LED指示可選擇繼電器下下限報警輸出,LED指示可選擇繼電器偏差內(nèi)報警輸出,LED指示可選擇繼電器偏差外報警輸出,LED指示可選擇繼電器LBA報警輸出,LED指示手動功能:手動/自動雙向無擾動切換電源:220V AC/5060Hz電源消耗:5W(AC220線形電源供電環(huán)境溫度:0

20、50度相對濕度:85 RH常用的參數(shù)及功能有:Ctrl 控制方式:Ctrl=2,啟動自整定, Ctrl=3,整定結束;Sn 輸入規(guī)格:Sn=33,1-5V電壓輸入, Sn=32,0.2-1V電壓輸入, Sn=20,熱電阻輸入;dip 小數(shù)位數(shù):dip=0,小數(shù)點位數(shù)為0;op1 輸出方式:op1=4,420 mA線形電流輸出;dih 輸出上限:做液位控制時,dih=450,做溫度、流量、壓力控制時, dih=100;dil 輸入下限:一般dil=0;CF 系統(tǒng)功能選擇:單回路控制CF=2;需要外部給定時CF=8。Run 運行狀態(tài)選擇:run=0,手動調(diào)節(jié)狀態(tài);run=1,自動調(diào)節(jié)狀態(tài);具體操作

21、請參考操作手冊。第十節(jié)牛頓模塊本裝置在計算機控制和通訊上采用臺灣威達數(shù)據(jù)采集模塊。7520是RS-232轉(zhuǎn)485通訊模塊,RS-232/RS-485雙向協(xié)議轉(zhuǎn)換。速度為300-115.200BPS,一個RS-485網(wǎng)上可掛256個模塊,3000V隔離,支持多種速率多種數(shù)據(jù)格式。通訊距離:2.1公里/9600BPS;2.7公里/4800BPS;3.6公里/2400BPS。7024是D/A模塊,4通道模擬輸出模塊。電流輸出:420 mA,020 mA;電壓輸出:+/-10V,010V,+/-5V。精度14Bit。7017是A/D模塊,8通道模擬輸入模塊。模擬輸入:mV mA ;輸入范圍: +/-1

22、50 mV,+/- 500mV,+/- 1V,+/- 5V,+/- 10V,+/- 20 mA。6路差動/2路單端或8差動(跳線選擇;采樣頻率10Hz。第二章過程控制儀表實驗第一節(jié)壓力變送器的認識和校驗一、實驗目的1、通過實驗,熟悉壓力變送器的具體結構,進一步明確各部件的作用,鞏固和加深壓力變送器的工作原理及整機特性的理解。2、掌握壓力變送器的零點、量程的調(diào)整方法,零點遷移方法和精度測試方法。3了解壓力變送器的安裝及使用方法。二、實驗所需儀器設備1、壓力變送器2、電流表3、直流穩(wěn)壓電源三、實驗指導1、壓力變送器的主要技術指標測量范圍:06KPa 輸出電流;420mA負載能力:250300工作電

23、源:24(15%V DC 2注意事項1、接線時,注意電源極性。完成接線后,應檢查接線是否正確,并請指導教師確認無誤后,方能通電。2、沒通電、不加壓;先卸壓、再斷電。3、進行量程調(diào)整時,應注意調(diào)整電位器的調(diào)整方向,并分清楚調(diào)零電位器和滿量程電位器。4、小心操作,切勿生扳硬擰,嚴防損壞儀表。5、一般儀表應通電預熱15分鐘后再進行校驗。6、如果壓力變送器的安裝位置與取壓點不在一個水平位置上,應對壓力變送器進行零點遷移。四、實驗內(nèi)容1、校驗壓力變送器,壓力變送器是兩線制,應串入24伏直流電源。2、壓力變送器的零點及量程調(diào)校(1零點調(diào)整在水箱沒水時,觀察輸出電流表的讀數(shù)是否為4mA,如果不對,則調(diào)整調(diào)零

24、電位器,直至讀數(shù)為4mA。(2滿量程調(diào)整待零點調(diào)好后,給水箱加水,增加到測量范圍上限(450mm時值,觀察電流表的電流是否為20mA,如果不對,則調(diào)整滿量程電位器,直至輸出電流為20mA。滿量程調(diào)整后會影響零點,因此零點、滿量程需反復多次調(diào)整。直至滿足要求為止。五、儀表校驗記錄單表2-1壓力變送器實驗數(shù)據(jù)記錄表 六、數(shù)據(jù)處理1、數(shù)據(jù)處理時應注意的問題(1、實驗前擬好實驗記錄表格,見表格2-1(2、實驗時一定等現(xiàn)象穩(wěn)定后再讀數(shù)、記錄。否則因滯后現(xiàn)象會給實驗結果帶來較大的誤差。2、誤差計算公式絕對誤差= Io實-Io標引用誤差=/(Io上-Io下x100%基本誤差=MAX/(Io上-Io下x100

25、%變差=| Io正-Io反|MAX/(Io上-Io下x100%Io標某點輸出信號的標準值,mAIo實某點輸出信號的實際值,mAMAX 各校驗點絕對誤差的最大值,mAIo上-Io下儀表的輸出量程,mA| Io正-Io反|MAX各檢驗點正反行程實測值的最大絕對差值,mA 3、整理實驗數(shù)據(jù)計算被校儀表的各項誤差,確定精度等級,并填入儀表校驗記錄單。4、分析壓力變送器的靜態(tài)特性,畫出壓力變送器的輸入-輸出靜態(tài)特性曲線。第二節(jié)調(diào)節(jié)器的認識和校驗一、實驗目的1、熟悉調(diào)節(jié)器的外型結構,掌握調(diào)節(jié)器的操作方法,從而進一步理解調(diào)節(jié)器的工作原理及整機特性。2、熟悉調(diào)節(jié)器的功能,了解調(diào)節(jié)器各可調(diào)部件的位置及作用。3、

26、掌握調(diào)節(jié)器的主要技術性能的調(diào)校、測試方法。二、實驗裝置(一實驗所需儀器、設備1、調(diào)節(jié)器2、電流表3、直流穩(wěn)壓電源4、250歐姆電阻(二接線端子說明1 2 端15V電壓輸入端,2 3 端0.21V電壓輸入端,2 3 4端熱敏電阻輸入端,5 7端420mA電流輸出端,9 10端220V電源輸入端,17 18端溫度變送輸出端。三、實驗指導1、調(diào)節(jié)器的主要性能技術指標輸入信號:15VDC 外給定信號:0.21V輸出信號:420mADC 負載電阻:250750電源:100 240VAC2、實驗注意事項(1接線時注意電源的種類、極性,嚴防接錯電源。(2通電前應請指導老師確認無誤后方可通電。(3動手調(diào)校前,

27、應搞清調(diào)節(jié)器各部件的作用,凡實驗中未設計的可調(diào)元件一律不得擅自調(diào)整。(4調(diào)節(jié)器在調(diào)校前應預熱15分鐘。(5實驗前先準備好實驗記錄數(shù)據(jù)表2-2和表2-3,并預習數(shù)據(jù)處理的各項誤差計算公式。四、實驗原理調(diào)節(jié)器的主要功能是接受變送器送來的測量信號Vi,并將它與給定信號Vs 進行比較得出偏差,對偏差進行PID連續(xù)運算,通過改變PID參數(shù),可改變調(diào)節(jié)器控制作用的強弱。除此之外,還具有測量信號、給定信號及輸出信號的指示功能,五、實驗內(nèi)容及步驟1、準備工作熟悉調(diào)節(jié)器的型號,外形,正面板布置,觀察各可調(diào)部件的位置。2、一般檢查(1儀表通電后觀察自動/手動能否切換。(2觀察調(diào)節(jié)器的內(nèi)/外給定是否隨信號的輸入變化

28、而變化。(3改變到手動狀態(tài),使調(diào)節(jié)器的輸出分別為0%、25%、50%、75%、100%時,觀察此時輸出的電流是否是4mA 、8 mA 、12 mA、16 mA、20 mA。3、調(diào)節(jié)器面板指示儀表的校驗調(diào)節(jié)器的主輸入分別輸入電壓為:1V、2V、3V、4V、5V,觀察PV輸出顯示是否成線性增加。4、閉環(huán)跟蹤特性校驗(靜態(tài)誤差校驗。給定一個SV值和適當?shù)腜ID參數(shù),觀察檢測值到達目標值的時間和靜態(tài)誤差。表2-2 實驗儀器、技術一覽表 表2-3 調(diào)節(jié)器面板指示儀表檢驗記錄 六、數(shù)據(jù)處理1、實驗數(shù)據(jù)處理應注意的問題同壓力變送器實驗。2、整理實驗數(shù)據(jù),(1、誤差計算公式,絕對誤差= Vi實-Vi標引用誤差

29、=/(V上-V下x100%基本誤差=MAX/(V上-V下x100%變差=| V o前-V o后|MAX/(V上-V下x100%6、分析調(diào)節(jié)器的各項指標是否合格,并得出結論。七、具體應用1、在本實驗系統(tǒng)中采用三種型號的調(diào)節(jié)器,分別是AI708、AI808、AI818。2、三只調(diào)節(jié)器中主輸入都是電壓(15V,輸出都是電流(420mA。都有溫度變送輸出。輸出電流也是420mA。3、708、808調(diào)節(jié)器是模糊控制,818調(diào)節(jié)器是PID參數(shù)控制。其中808,818有手動輸出,而708無手動輸出。808、818需手動調(diào)節(jié)輸出時,參數(shù)Run 是1或0。4、節(jié)器基本參數(shù)的介紹,Ctrl 控制方式:Ctrl=2

30、,啟動自整定, Ctrl=3,整定結束;Sn 輸入規(guī)格:Sn=33,1-5V電壓輸入, Sn=32,0.2-1V電壓輸入, Sn=20,熱電阻輸入;dip 小數(shù)位數(shù):dip=0,小數(shù)點位數(shù)為0;op1 輸出方式:op1=4,420 mA線形電流輸出;dih 輸出上限:做液位控制時,dih=450,做溫度、流量、壓力控制時, dih=100;dil 輸入下限:一般dil=0;CF 系統(tǒng)功能選擇:單回路控制CF=2;需要外部給定時CF=8。Run 運行狀態(tài)選擇:run=0,手動調(diào)節(jié)狀態(tài);run=1,自動調(diào)節(jié)狀態(tài)。第三節(jié)熱電阻的認識和校驗一、實驗目的1、掌握用分度校驗法對熱電阻進行校驗的原理及操作方

31、法。2、熟練掌握用精密電橋測電阻值的方法。二、實驗裝置1、標準熱電阻Cu50一支。2、變送器一臺,用于測量熱電阻變送后的電流大小。3、加熱器及加熱容器,用于改變被測溫度。三、實驗指導(一實驗原理熱電阻的校驗有兩種常用的方法純度校驗法和分度校驗法。前者是通過實驗方法精確的測量被校熱電阻在0及100條件下的電阻阻值R0 、R100,并求出R100/ R0后判斷其準確性。而后者則是選取若干個校驗點,分別測出標準熱電阻和被校熱電阻的阻值,通過查表求得各自對應的溫度,并求得誤差后與性能指標中的允許值進行比較來判斷被校熱電阻的測量準確性。(二實驗步驟1、對實驗裝置進行連線,連接完成后經(jīng)實驗指導老師檢查,確

32、認無誤后方可進行校驗。2、將加熱圓筒內(nèi)注滿水,給加熱器通電。3、觀察調(diào)節(jié)器顯示溫度值的變化和變送電流的輸出。4、記錄溫度計、調(diào)節(jié)器顯示器的溫度值及變送輸出電流值。5、記錄數(shù)據(jù)、處理表格數(shù)據(jù)。表2-4 實驗儀器、技術一覽表 表2-5 調(diào)節(jié)器面板指示儀表檢驗記錄 四、實驗報告內(nèi)容1、完成表2-4、表2-5各欄目所要求的內(nèi)容,并對實驗結論進行文字說明。2、對實驗方法和實驗操作過程、數(shù)據(jù)處理等環(huán)節(jié)進行分析,找出產(chǎn)生誤差的主要原因。第四節(jié)電動調(diào)節(jié)閥的認識和校驗一、實驗目的1、通過拆裝,熟悉電動執(zhí)行器的結構組成,了解其工作過程,認識其結構形式。2、通過對電動執(zhí)行器的測試和校驗,掌握執(zhí)行器的校驗方法,理解其

33、相關特性及性能指標含義。3、通過對閥門定位器和執(zhí)行器的聯(lián)校,了解定位器的功能。二、實驗裝置1、電動調(diào)節(jié)閥一只2、流量計一套3、水泵一只4、壓力表一只4、電流表一只6、調(diào)節(jié)器一只三、實驗指導(一預備知識1、電動執(zhí)行器的功能及結構組成簡介在自動控制系統(tǒng)中,執(zhí)行器起著“手腳”的作用,它接受調(diào)節(jié)器的輸出信號,改變自身開度,進而調(diào)節(jié)介質(zhì)流量的大小,實現(xiàn)對生產(chǎn)過程中各種變量的控制。2、主要性能技術指標基本允許誤差:4% 變差: 1.0%靈敏限:0.1% 輸入信號:420mA(二實驗步驟1、執(zhí)行器的拆卸對照“過程控制儀表”教材中相關結構圖,卸下閥蓋,觀察執(zhí)行機構的各部件。2、閥的拆卸卸去閥體下方的各螺母,依

34、次卸下閥體的外殼,慢慢轉(zhuǎn)動并抽出閥桿,觀察各部件的結構,根據(jù)閥芯的形狀可判斷閥的流量特性。3、執(zhí)行器的安裝將拆卸的各部件復位并安裝。4、流量特性的測試有兩種測試方法,其一手動測試。執(zhí)行器流量特性是指在閥前后壓力差不變的情況下,介質(zhì)流過閥門的相對流量與閥芯行程的對應關系。測試方法是分別記錄閥體在不同時開度時流量計的流量。分別取閥體的開度為5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%相對應的流量。然后繪制開度-流量關系曲線,即可得到執(zhí)行器的流量特性。完成2-6實驗表格。表2-6 調(diào)節(jié)閥的特性測試數(shù)據(jù)記錄 其二是計算機測試,D/A模塊輸出控制調(diào)節(jié)閥,A/D采

35、集流量信號,則計算機就自動畫出一條調(diào)節(jié)閥特性曲線。5、零點的調(diào)整給調(diào)節(jié)閥輸入4mADC的信號,輸出電壓信號為20KPa,執(zhí)行器剛好啟動,如不符,可調(diào)節(jié)調(diào)零電位器。6、量程調(diào)整給調(diào)節(jié)閥輸入20mADC的信號,可調(diào)節(jié)執(zhí)行器的量程。7、靈敏限測試分別在輸入信號為25%、50%、75%所對應閥的開度,增加或降低輸入電流,讀取流量的變化。四、實驗報告內(nèi)容1、根據(jù)實驗數(shù)據(jù)記錄的結果,完成表格2-6。2、畫出開度-流量曲線。3、分析曲線,得出閥體的特性。第五節(jié)流量計的認識和校驗一、實驗目的1、通過拆裝,熟悉流量計的結構組成,了解其工作過程,認識其結構形式。2、通過對流量計的測試和校驗,掌握流量計校驗方法,理

36、解其相關特性及性能指標含義。3、了解電磁流量計的基本工作原理。二、實驗裝置1、電磁流量傳感器2、電磁流量轉(zhuǎn)換計3、調(diào)節(jié)閥4、水泵5、電流表6、管道配件三、工作原理1、傳感器是根據(jù)法拉第電磁感應原理工作的,當導電液體沿流量管在交變磁場中作與磁力線成垂直方向運動時,導電液體切割磁力線產(chǎn)生感應電勢。在與測量管軸線和磁場磁力線相互垂直的管壁上安裝了一對檢測電極,將這個感應電勢檢出。若感應電勢為E,則有:E=BVD (1式中:B磁感應強度;D電極間的距離,與測量管內(nèi)徑相等;V測量管內(nèi)被測流體在截面上的平均流速。式(1中磁場B是恒定不變值,D是一個常數(shù),則感應電動勢E與被測流體流速V成正比。通過測量管恒截

37、面上的體積流量Q與流速V之間的關系為:Q=D2V/4 (2將(1式帶入(2式得:Q=DVE/4B=KE (3式中:K儀表常數(shù)。由式(3可知,當儀表常數(shù)K確定后,感應電動勢E與流量Q成正比。E通常為流量信號,將流量信號輸入轉(zhuǎn)換計,經(jīng)過處理,輸出與流量成正比的420mADC信號,可與單元組合儀表配套,對流量進行顯示、記錄、計算、調(diào)節(jié)等。四、注意事項1、儀表安裝、接線后,正式投入運行之前,應嚴格檢查安裝、接線是否正確。2、將傳感器前后閥門打開,讓傳感器測量管內(nèi)沖滿被測介質(zhì)。五、實驗步驟1、將傳感器和轉(zhuǎn)換計導線連接正確。2、讓傳感器中充滿介質(zhì)。3、通電預熱15分鐘。4、打開水泵,改變調(diào)節(jié)閥的開度,分別

38、記錄流量轉(zhuǎn)換計顯示數(shù)據(jù),記錄其輸出電流。完成表格2-7,畫出輸出流量-電流曲線圖。表2-7流量計線性測試 5、觀察曲線可看出流量計的線性情況。第六節(jié)變頻器的認識和校驗一、實驗目的1、熟悉變頻器的結構組成,了解其工作過程,認識其結構形式。2、通過對變頻器的測試和校驗,掌握流量計校驗方法,理解其相關特性及性能指標含義。3、了解變頻器的基本工作原理。二、實驗裝置1、變頻器2、水泵3、電流表4、調(diào)節(jié)器提供電流三、實驗步驟1、將實驗導線正確連接。2、讓水泵中充滿介質(zhì)。3、將變頻器開到外控狀態(tài),通電預熱15分鐘。4、打開水泵,改變恒流源的電流,分別記錄變頻器顯示頻率數(shù)據(jù)。完成表格2-8,畫出輸出電流量-頻

39、率曲線圖。表2-8流量計線性測試 5、觀察曲線可看出變頻器受電流控制的工作情況。6、將鈕子開關開到內(nèi)控狀態(tài),旋轉(zhuǎn)設定旋鈕改變改變變頻器的頻率,觀察流量計的流量。7、變頻器內(nèi)部參數(shù)大部分都和變頻器說明書一樣,只有一小部分改動,改動參數(shù)如下。C5=15 P21=3 P30=1 P39=80 P53=1P59=1 P60=4 P61=4 P62=4 P63=4PU燈亮時,才能改變參數(shù),外部電流無法控制,調(diào)節(jié)變頻器設定用旋鈕,改變頻率的大小。;EXT燈亮時,不能改變變頻器內(nèi)部參數(shù),將面板上的紐子開關擲到外控,外部輸入420mA控制電流控制變頻器的頻率。按下STOP鍵變頻器停止工作。如變頻器在外控工作狀

40、態(tài)下,將紐子開關擲到內(nèi)控,變頻器便停止工作;如需變頻器再在外控狀態(tài)下工作,將紐子開關擲到內(nèi)控,將變頻器上的PU/EXT轉(zhuǎn)換一下,然后再將紐子開關擲到外控,變頻器便開始工作。具體請事項請參見變頻器使用手冊。第三章對象特性測試實驗所謂對象特性就是指對象在輸入的作用下,其輸出的變量即被控的變量隨時間變化的特性。實驗目的:通過實驗掌握對象特性的曲線的測量的方法,測量時應注意的問題,對象模型參數(shù)的求取方法。液位裝置中的液位對象是自衡對象,單獨的水槽是一階對象,上水槽與下水槽可以組成二階對象。第一節(jié)上水箱特性測試(調(diào)節(jié)器控制實驗 圖3.1過程控制對象管路圖實驗步驟:1.實驗裝置的認識:了解實驗裝置中的對象

41、,水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實驗中對儀表進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖,要求做到:由面板上的每只儀表的圖形、文字符號能準確地找到該儀表的實際位置。熟悉工藝管道結構、每個手動閥門的位置及其作用。此實驗是調(diào)節(jié)器輸出控制調(diào)節(jié)閥,計算機采集并記錄數(shù)據(jù)。流程圖如下3.2圖。HB圖3.2 上水箱特性測試(調(diào)節(jié)器控制流程2.按上水箱特性測試(調(diào)節(jié)器控制實驗接線圖接好實驗線路,打開手動閥門V3,V19,根據(jù)調(diào)節(jié)器外給定電流的大小來適當調(diào)節(jié)手動閥門V6的開度。3.接通總電源、各儀表的電源。4.設置調(diào)節(jié)器處于手動位置,按調(diào)節(jié)器的增/減鍵改變手動輸出值,使系統(tǒng)在液位處于某一平衡位

42、置,記下此時手動輸出。5.按調(diào)節(jié)器的增/減鍵增加調(diào)節(jié)器手動輸出,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(階躍信號不要太大,估計上水箱水不溢流出來,這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號,使系統(tǒng)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。6.觀察計算機上的液位1的階躍響應適時和歷史曲線,直至達到新的平穩(wěn)為止。7. 調(diào)節(jié)器的手動輸出回到原來的輸出電流值,記錄一條液位下降的曲線。8.曲線的分析處理,對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理,處理結果記錄于表格3-1表3-1 階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表 按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告,并根據(jù)K、T、平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。 第二節(jié)上水箱特性測試(計算機控制實驗一、實驗目的:通過實驗掌握對象特性的曲

43、線的測量的方法,測量時應注意的問題,對象模型參數(shù)的求取方法。二、實驗系統(tǒng)的流程圖: 圖3.3 上水箱特性測試(計算機控制流程圖液位裝置中的液位對象是自衡對象,單獨的水槽是一階對象,上水槽與下水槽可以組成二階對象。三、實驗步驟:1.實驗裝置的認識:了解實驗裝置中的對象,水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實驗中對儀表進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖,要求做到:由面板上的每只儀表的圖形、文字符號能準確地找到該儀表的實際位置。熟悉工藝管道結構、每個手動閥門的位置及其作用。2.按上水箱特性測試(計算機控制實驗接線圖接好實驗線路,打開手動閥門V3,V19,根據(jù)調(diào)節(jié)器外給定電流的大

44、小來適當調(diào)節(jié)手動閥門V6的開度。3.接通總電源、各儀表的電源。 5,閱讀一階液位對象, 特性測試實驗指導。 6.根據(jù)接線圖例接線,接線完成后, 進入一階液位對象特性測試及控制實驗界面。7 8.點擊PID 設定中的u (k 進行數(shù)據(jù)輸入使系統(tǒng)液位處于某一平衡位置。 9.改變u (k 輸出,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的正向階躍信號,這時系統(tǒng)輸出也有一個變化信號,使系統(tǒng)在較高液位所達到平衡狀態(tài)。10 11.改變輸出使系統(tǒng)輸入幅值與正向階躍相等的一個反向階躍信號,這時系統(tǒng)輸出也有一個變化信號,使系統(tǒng)液位下降至一個平衡狀態(tài)。 12至達到新的平衡為止。13.曲線的分析處理,對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理,處理

45、結果記錄于表格3-2表3-2 階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表 按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告,并根據(jù)K 、T 、平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。 第三節(jié)下水箱特性測試(調(diào)節(jié)器控制實驗實驗步驟:1.實驗裝置的認識:了解實驗裝置中的對象,水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實驗中對儀表進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖,要求做到:由面板上的每只儀表的圖形、文字符號能準確地找到該儀表的實際位置。熟悉工藝管道結構、每個手動閥門的位置及其作用。本實驗是調(diào)節(jié)器控制,計算機采集。流程圖如下2.4圖。2.按下水箱特性測試(調(diào)節(jié)器控制實驗接線圖接好實驗線路,打開手動閥門V8和V19,根據(jù)調(diào)節(jié)器外給定電流的大

46、小來適當調(diào)節(jié)手動閥門V15的開度。 圖3.4 下水箱特性測試(調(diào)節(jié)器控制實驗流程圖3.接通總電源、各儀表的電源。4.設置調(diào)節(jié)器處于手動位置,按調(diào)節(jié)器的增/減鍵改變手動輸出值,使系統(tǒng)在液位處于某一平衡位置,記下此時手動輸出。5.按調(diào)節(jié)器的增/減鍵增加調(diào)節(jié)器手動輸出,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(階躍信號不要太大,估計下水箱水不溢流出來,這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號,使系統(tǒng)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。6.觀察計算機上的液位2的階躍響應適時和歷史曲線,直至達到新的平穩(wěn)為止。7.調(diào)節(jié)器的手動輸出回到原來的輸出電流值,記錄一條液位下降的曲線。8.曲線的分析處理,對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理,處理

47、結果記錄于表格3-3表3-3 階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表 按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告,并根據(jù)K、T、平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。 第四節(jié)下水箱特性測試(計算機控制實驗實驗步驟:1.實驗裝置的認識:了解實驗裝置中的對象,水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實驗中對儀表進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖,要求做到:由面板上的每只儀表的圖形、文字符號能準確地找到該儀表的實際位置。熟悉工藝管道結構、每個手動閥門的位置及其作用。本實驗是計算機控制,計算機采集。流程圖如下3.5圖。2.按下水箱特性測試(計算機控制實驗接線圖接好實驗線路,打開手動閥門V8和V19,根據(jù)調(diào)節(jié)器外給定電流的大小來

48、適當調(diào)節(jié)手動閥門V15的開度。 圖3.5 下水箱特性測試(計算機控制實驗流程圖3.接通總電源、各儀表的電源。4.計算機處于手動位置,改變計算機Uk手動輸出值,使系統(tǒng)在液位處于某一平衡位置,記下此時手動輸出。5.增加計算機Uk手動輸出值,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(階躍信號不要太大,估計下水箱水不溢流出來,這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號,使系統(tǒng)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。6.觀察計算機上的液位2的階躍響應適時和歷史曲線,直至達到新的平穩(wěn)為止。7.調(diào)節(jié)器的手動輸出回到原來的輸出電流值,記錄一條液位下降的曲線。8.曲線的分析處理,對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理,處理結果記錄于表格3-4表3-4

49、 階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表 按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告,并根據(jù)K、T、平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。 第五節(jié)二階液位特性對象特性測試(調(diào)節(jié)器實驗實驗步驟:1.實驗裝置的認識:了解實驗裝置中的對象,水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實驗中對儀表進行操作和觀察。熟悉實驗裝置面板圖,要求做到:由面板上的每只儀表的圖形、文字符號能準確地找到該儀表的實際位置。熟悉工藝管道結構、每個手動閥門的位置及其作用。本實驗是調(diào)節(jié)器控制,計算機采集。流程圖如下3.6圖。2.按二階液位特性對象特性測試(調(diào)節(jié)器實驗接線圖接好實驗線路,打開手動閥門V3和V19,根據(jù)調(diào)節(jié)器外給定電流的大小來適當調(diào)節(jié)手動閥門

50、V15和V6的開度。 圖3.6 二階液位特性測試(調(diào)節(jié)器控制實驗流程圖3.接通總電源、各儀表的電源。4.設置調(diào)節(jié)器處于手動位置,按調(diào)節(jié)器的增/減鍵改變手動輸出值,使系統(tǒng)在液位處于某一平衡位置,記下此時手動輸出。5.按調(diào)節(jié)器的增/減鍵增加調(diào)節(jié)器手動輸出值,使系統(tǒng)輸入幅值適宜的階躍信號(階躍信號不要太大,估計上水箱水不溢流出來,這時系統(tǒng)輸出也有一個變化的信號,使系統(tǒng)在較高液位也能達到平衡狀態(tài)。6.觀察計算機上的液位2的階躍響應適時和歷史曲線,直至達到新的平衡為止。7.調(diào)節(jié)器的手動輸出回到原來的輸出電流值,記錄一條液位下降的曲線。8.曲線的分析處理,對實驗的記錄曲線分別進行分析和處理,處理結果記錄于表格3-5表3-5 階躍響應曲線數(shù)據(jù)處理記錄表 按常規(guī)內(nèi)容編寫實驗報告,并根據(jù)K、T、平均值寫出廣義的傳遞函數(shù)。 第六節(jié)二階液位特性對象特性測試(計算機實驗一、實驗目的:通過實驗掌握對象特性的曲線的測量的方法,測量時應注意的問題,對象模型參數(shù)的求取方法。二、實驗系統(tǒng)的流程圖: 圖3.7 二階液位特性測試(計算機控制實驗流程圖液位裝置中的液位對象是自衡對象,單獨的水槽是一階對象,上水槽與下水槽可以組成二階對象。三、實驗步驟:1.實驗裝置的認識:了解實驗裝置中的對象,水泵、變頻器和所用儀表的名稱、作用及其所在的位置。以便于在實驗