RTGK-2型过程控制实验装置使用说明书.doc

第一部分产品使用说明一、概述生产与生活的自动化是人类长久以来所梦寐以求的目标，在18世纪自动控制系统在蒸汽机运行中得到成功的应用以后，自动化技术时代开始了。随着工业技术的更新，特别是半导体技术、微电子技术、计算机技术和网络技术的发展，自动化仪表已经进入了计算机控制装置时代。在石油、化工、制药、热工、材料和轻工等行业领域中，以温度、流量、物位、压力和成分为主要被控变量的控制系统都称为“过程控制”。过程控制不仅在传统工业改造中，起到了提高质量，节约原材料和能源，减少环境污染等十分重要的作用，而且已成为新建的规模大、结构复杂的工业生产过程中不可缺少的组成部分。随着计算机控制装置在控制仪表基础上的发展，自动化控制手段也越来越丰富。其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态软件控制系统、计算机DDC控制系统、PLC控制系统、DCS分布式集散控制系统、FCS现场总线控制系统等。在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等起到越来越大的作用。二、RTGK-2型系统介绍RTGK-2型过程控制实验装置是根据我国工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计、多次实验和反复论证后，推出的一套基于本科生、研究生教学和学科基地建设的实验设备。该设备涵盖了信号和信息处理、传感技术、工程检测、模式识别、控制理论、自动化技术、智能控制、过程控制、自动化仪表、计算机应用和控制、计算机控制系统等课程的教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和科研要求。RTGK-2型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压15V，电流420mA。实验系统供电要求：三相380V交流电，外型尺寸m，重量：300Kg 一）、RTGK-2型系统主要特点1被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。2执行器中既有电动调节阀（或气动调节阀）、三相SCR移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器。3调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造各种扰动。4一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。5某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，它们同时和工作时需对原独立调节系统的被调参数进行重新整定，还可对复杂调节系统比较优劣。6各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。7实验数据及图表可以永久存储，在MCGS组态软件中也可随时调用，以便实验者在实验结束后进行比较和分析。该系统设计本着从工程化、参数化、现代化、开放性和培养综合性人才的原则出发。在实验对象中采用了工业现场常用的检测控制装置！仪表采用具有人工智能算法及通讯接口的智能调节仪，上位机监控软件采用MCGS工控组态软件等。基型产品控制系统中既有上位监控机加智能仪表控制系统，又有上位监控机加远程数据采集计算机DDC控制系统。对象系统预留有扩展信号接口，用于控制系统二次开发，进行DCS控制，计算机DDC控制，PLC控制开发。扩展控制系统为DCS分布式集散控制系统，西门子S7300PLC加上位WINCC组态软件。学生们通过对该实验装置的了解和使用，进入企业后能够很快适应环境进入角色。同时该系统也为教师和研究生提供了一个高水平的学习和研究开发平台。二）、RTGK-2型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长宽高：850450400mm）、强制对流换热器系统、串接圆筒有机玻璃上水箱（250370mm）、中水箱（250370mm）、下水箱（250270mm）、三相4.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成），纯滞后盘管实验装置。系统动力支路分为两路组成：一路由单相丹麦格兰富循环水泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由小流量水泵、变频调速器、小流量电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。如图2-1的系统结构图所示。图中的检测变送和执行元件有：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、电磁流量计、压力表、电动调节阀、电磁阀等。RTGK-2实验对象的检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅压力液位传感器。分别用来检测上水箱、下水箱液位和小流量水泵的管道压力；电磁流量计、涡轮流量计分别用来检测小流量泵动力支路流量和单相格兰富水泵动力支路流量；Pt100热电阻温度传感器分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套和对流换热器冷水出口、热水出口、纯滞后盘管出口水温。 执行装置：三相可控硅移相调压装置用来调节三相电加热管的工作电压；电动调节阀调节管道出水量；变频器调节小流量泵。图2-1、系统结构图1、液位传感器工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输出V/A电压、电流转换器，转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的420mA标准电流输出信号。接线如下图所示：接线说明：传感器为二线制接法，它的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接中继箱内正端（+），中继箱内负端（）接负载电阻的一端，负载电阻的另一端接24V-。传感器输出420mA电流信号，通过负载电阻250/50转换成电压信号。当负载电阻接250时信号电压为15V，当负载电阻切换成50时信号电压为0.21V。零点和量程调整：零点和量程调整电位器位于中继箱内的另一侧。校正时打开中继箱盖，即可进行调整，左边的（Z）为调零电位器，右边的（R）为调增益电位器。2、温度传感器Pt100热电阻工作原理：利用Pt电阻阻值与温度之间的良好线性关系。接线说明：连接两端元件热电阻采用的是三线制接法，以减少测量误差。在多数测量中，热电阻远离测量电桥，因此与热电阻相连接的导线长，当环境温度变化时，连接导线的电阻值将有明显的变化。为了消除由于这种变化而产生的测量误差，采用三线制接法。即在两端元件的一端引出一条导线，另一端引出两条导线，这三条导线的材料、长度和粗细都相同，如下图中所示的a、b、c，它们与仪表输入电桥相连接时，导线a和c分别加在电桥相邻的两个桥臂上，导线b在桥路的输出电路上，因此，a和c阻值的变化对电桥平衡的影响正好抵消，b阻值的变化量对仪表输入阻抗影响可忽略不计。3、流量计（涡轮流量计、电磁流量计）1）、涡轮流量计：输出信号：频率，测量范围：00.6m3/h接线如图所示：接线说明：传感器的供电电源由24VDC开关电源提供，负载为流量积算变送仪。注：使用涡轮流量计时，必须将24VDC开关电源打开。2)、电磁流量计：输出信号：420mA，测量范围：00.4 m3/h接线说明：转换器为交流220V供电，X、Y和A、B、C为传感器和转换器之间的连线，输出信号线直接接控制台上的电磁流量计信号输出端。4、压力表安装位置：单相泵之后，电动调节阀之前。测量范围：00.25Mpa5、电动调节阀QSVP20-15N智能电动单座调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：010mA/420mADC/05VDC/15VDC输入阻抗：250/500输出信号：420mADC输出最大负载：500信号断电时的阀位：可任意设置为保持/全开/全关/0100%间的任意值电源：220V10%/50Hz 6、电磁阀24V直流开关电源供电，电磁阀共两种状态：上电时电磁阀阀门开，掉电时阀门关。7、三相可控硅移相调压通过420mA电流控制信号控制三相380V交流电源在0380V之间根据控制电流的大小实现连续变化。三）、RTGK-2型实验台实验台面板由四部分组成：（1）电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电流型漏电保护器。（2）仪表、PLC及远程数据采集模块面板：由1块变频调速器面板、2块AI/818智能调节仪面板、1块S7-200PLC面板、2块远程数据采集模块面板组成，各装置外接线端子通过面板上自锁紧插孔引出。（3）I/O信号接口面板：该面板的作用主要是将各传感器检测及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便于学生自行连线组成不同的控制系统，进行各种过程控制实验。（4）扩展模块I/O面板：考虑到控制系统的复杂性、多样性及可扩展性，特别设计了扩展I/O面板。通过该面板可方便扩充各种控制系统，丰富实验内容。1、电源控制面板如图所示，电源控制屏带有总电源漏电保护器，三相电源开关，单相电源开关，三相电源指示灯、三相电压指示表，单相电加热管电流指示表，三相电源保险丝座，启动、停止按钮，以及单相泵、电磁阀、电磁流量计、三相电加热管、照明开关。A、电源控制屏为实验提供：（1） 三相380V交流电源。（2） 单相220V交流电源。（3） 三相电源主电路中设有10A带灯熔断器。B、电源控制屏的启动:（1） 关闭所有的电源开关。（2） 接好机壳的接地线，插好三相四芯电缆线插头，接通三相380V/50Hz的交流市电。（3） 开启总电源三相漏电保护器开关，三只黄、绿、红三相电源接通，指示灯亮，开启总电源钥匙开关，红色按钮灯亮（即“停止” 按钮的红色指示灯亮）。（4） 按下“启动”按钮，红色指示灯灭，绿色指示灯亮，同时可听到屏内交流接触器瞬间吸合声，电 源已加到三相空气开关，此时屏上还是没有电压输出。打开三相电源空气开关，三相电源输出（380V/10A）有电压输出，打开单相空气开关，单相（220V/5A）有电压输出，电源控制屏启动完毕。（5） 实验完毕，按下“停止”按钮，绿色指示灯灭，红色指示灯亮，然后关闭三相电源钥匙，红色指示灯灭，再关闭所有空气开关，最后检查一下各开关是否都恢复到“关”的位置。2、I/O信号接口面板该面板的作用主要是将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便于学生自行连线组成不同的控制系统进行实验，如下图所示：接口面板可分为六大模块，从左往右依次是： 1）、24VDC开关电源：提供24V直流电压源，正常供电时电压指示灯亮。2）、三相SCR移相调压装置：三相电加热管0380V连续可调交流电压提供装置，可调电压由420mA模拟量输入信号控制。3）、电动调节阀：电动调节阀直接接220V交流电源，由电源开关控制电源的通断，控制信号420mA电流输入+端接调节器输出的（420mA）控制信号+端，控制信号420mA电流输入-端接调节器输出的（420mA）控制信号-端。4）、压力变送器：引出上水箱液位，中水箱液位，下水箱液位（15V或0.21V）和小流量管压力的标准电压信号。各路的钮子开关打到OFF为15V，打到ON为0.21V5）、温度变送器：提供锅炉内胆、夹套，纯滞后，换热器冷水、热水温度信号（温度范围为0100）。为各个电流信号转化成（15V、0.21V等）标准电压信号提供转换电路。（通过钮子开关切换可得到50欧姆或250欧姆电路，钮子开关打到ON为50欧姆，打到OFF为250欧姆）。6）、流量变送器：流量变送器可分涡轮流量计和电磁流量计。电磁流量计流量输出为（15V）电压信号，涡轮流量计输出频率信号，分别从+ 、-两端输出。3、变频器面板 如图所示，变频器型号为三菱FR-S520S-0.4K型变频调速器，具体参数设置如下表：名称表示设定范围设定值上限频率P10-120Hz60Hz下限频率P20-120Hz20Hz扩张功能显示选择P300，11频率设定电流增益P391-120Hz60HzRH端子功能选择P624操作模式选择P790-80C5C5输出频率大小25HzC6C6偏置20%A 面板接线端子功能说明：为了保护变频器各接线端子不因实验时经常装拆线而损坏或丢失，故将其常用的端子引到面板上。（1） 控制信号输入：可输入外部05V电压， 或420mA电流控制信号。（2） STF、STR：电机的正、反转控制端，SD与STF相连为正转，SD与STR相连时为反转。B 变频器使用说明：本装置中使用变频器时，主要有两种输出方式：一种是直接调面板旋钮输出频率，另一种是用外部输入控制信号改变变频器输出频率。两种输出方式具体接线方法如下：（1） 变频器面板旋钮输出接线方法：SD与STF（或STR）短接，当需要改变输出频率时，旋动面板上的旋钮，顺时针旋可增大输出频率，逆时针旋可减小输出频率。待旋至所需要的频率时，按变频器上白色的SET键，即可选定所需的输出频率。（2） 变频器外部控制信号控制输出接线方法：SD与STF（或STR）、RH两端都短接，在控制信号输入端接入控制信号（正极、负极应对应，不能接错），打开变频器的电源开关即可输出。通过改变控制信号的大小来改变输出频率。*注：附FR-S520S-0.4K-CH三菱变频调速器使用手册（基本篇）4、远程数据采集模块ICP-7017、ICP-7024 面板ICP-7017: 8通道模拟量输入模块。面板如图所示，亚当ICP-7017模块24V供电，提供了4通道的输入端口。每一通道根据功能表可输入允许范围的电压或电流，支持485通讯。ICP-7024：4通道模拟量输出模块。面板如图所示，亚当ICP-7024模块24V供电，提供了4通道的输出端口。每一通道根据功能表可输入允许范围的电压或电流。支持485通讯。 型号 功能 ICP-7107 模拟量输入分辨率16bit输入通道8路差动采样率10Hz电压输入+/-150mV+/-500mV+/-1mV+/-5V+/-10V电流输入+/-20mA 型号 功能 ICP-7024 模拟量输出分辨率14bit输出通道4路差动电压输出+/-10V+/-5V010V05V电流输出020mA420mA5、智能调节仪AI818A面板如图所示，智能调节仪型号为上海万迅仪表有限公司AI818A，除具备AI708A的全部功能特点外，还具备外给定、手动/自动切换操作、手动整定及显示输出值等功能，并具备直接控制阀门的位置比例输出（伺服放大器）功能，也可独立做手动操作器或伺服放大器用。此外，还具备可控硅移相触发输出功能，可节省可控硅移相触发器，能精确控制温度、压力、流量、液位等各种物理量。面板接线端子功能说明：1、2端子：1-5V，0-5V信号输入端。（1端+，2端-）2、3、4端子：2、3为0.2-1V信号输入端（注：0.2-1V信号必须从2、3端子输入,2端为-，3端为+）；2、3、4为热电阻，热电偶信号输入端。RSV（I/V转换）：将测量或外部输入电流信号转换为电压信号后输入到1、2端或2、3端。7、8端子：测量或控制电流信号输出端。9、10端子：220V交流供电电源输入端。RS485通讯口：与上位机通讯接口。智能调节仪使用参数设置：修改参数时，按住 键3秒，即可调出如下表第一个参数HIAL，用 、修改参数的值。修改好第一个参数后，再按一下即可进入下一个参数的修改。参数代号参数含义说明设置范围HIAL上限报警测量值大于HIAL+dF时产生上限报警999.9LOAL下限报警测量值大于LOAL-dF时产生上限报警-199.9DHAL正偏差报警正偏差大于DHAL+dF产生正偏差报警999.9DLAL负偏差报警负偏差大于DLAL-dF产生负偏差报警999.9dF回差请参看使用说明书03CTrL控制方式请参看使用说明书1P比例度比例系数的倒数4I积分时间请参看使用说明书100D微分时间请参看使用说明书0sn输入规格请参看使用说明书33DIP小数点位置小数点位置，以配合用户习惯数值1DIL输入下限显示值请参看使用说明书0DIH输入上限显示值请参看使用说明书100OP1输出方式op1=4,4-20mA线性电流输出4OPL输出下限请参看使用说明书0OPH输出上限请参看使用说明书100CF系统功能选择请参看使用说明书0Addr通讯地址请参看使用说明书1（或2或3）bAud通讯波特率请参看使用说明书9600dL输入数字滤波请参看使用说明书按不同实验设置不同参数run运行状态请参看使用说明书1根据不同的实验，以上参数有所改变，请参看实验部分说明。输入规格：根据实际所测的信号不同，sn=037之间选择Sn输入规格Sn输入规格0K1S2R3T4E5J6B7N8-9备用10用户指定的扩充输入规格11-19备用20Cu5021Pt10022-25备用260-80欧电阻输入270-400欧电阻输入280-20mV电压输入290-100mV电压输入300-60mV电压输入310-1V（0-500mV）320.2-1V(100-500Mv)331-5V电压输入340-5V电压输入35-20-+20mV（0-10V）36-100-+100mV（2-10V）37-5V-+5V（0-50V）* 图中的黑体字符表示常用的输入规格。小数点位置DIP：例：DIP=1 小数点在十位。输入下限显示值DIL：用于定义线性输入信号下限刻度值，对外给定、变送输出、光柱显示均有效。例：上水箱液位传感器检测范围为0100cm，则DIL=0，DIP=1输入上限显示值DIH：用于定义线性输入信号上限刻度值，与DIL配合使用。例：上水箱液位传感器检测范围为0100cm，则DIH=100，DIP=1输出方式OP1：OP1=4，4-20mA线性电流输出。输出下限值OPL：OPL=0 调节器输出最小值输出上限值OPH：OPH=100 调节器输出最大值。系统功能选择CF：CF=0 调节器为反作用；CF=1 调节器为正作用通讯地址ADDR：ADDR=0-100 有效，作为辅助模块用于测量值变送输出时，ADDR及bAud定义对应测量值变送输出的线性电流大小，其中ADDR表示输出下限，bAud表示输出上限。单位为0.1mA。6、流量积算变送仪面板智能流量积算仪面板如右图所示。流量积算变送仪主要功能是将涡轮流量计输出的流量频率信号转换为4-20mA的电流信号输出，并获得流量的积算值。智能流量积算仪面板设有：频率信号输入接口、变送信号输出接口、输出电流信号转换成电压信号电阻接口（250和50）。流量积算仪参数设置如下：一级参数设置：符号名称设定参数CLK禁锁132AL1第一报警值5000K1流量常数3365.3459（可修改）P工况密度100020标况密度1000DIP显示内容2（显示流量