自动化过程控制实验指导书.doc

一、过程控制仪表认识实验一、实验目的1、 熟悉装置的具体结构、明确各部件的作用。2、 掌握常用传感器的工作原理及使用方法。二、 实验内容1、 水箱本装置包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱，上、中、下三个水箱都有三个槽，分别是缓冲槽、工作槽和溢流槽。实验时，水流首先进入缓冲槽（可减小水流对工作槽的冲击），当缓冲槽中注满水时，水流便溢出到工作槽。整个装置的管道都采用铝塑管，以防止阀门生锈。打开储水箱后的小球阀可排出水箱中的水，另外还可排出空气，以防抽不上水。2、 微型锅炉、纯滞后系统、热电阻本装置采用锅炉进行温度实验，锅炉用不锈钢材料制作，共有四层，从内向外依次是加热层、冷却层、溢流层和纯滞后管道层（盘管长达20米）。热电阻为Pt100，三线制工作。温度变送器内部已有内置电源，不能再接外加电源。系统用2Kw的加热丝进行加热，并采用可控硅移相触发模块（移相触发角与输入电流成正比），本模块输入为420mA的标准电流，输出为380V的交流电。3、 液位传感器本装置采用扩散硅压力变送器（不锈钢隔离膜片），标准二线制进行传输，因此工作时需要串接24V电源。压力变送器通电15分钟后，方可调整零点和量程。使用的原则是：没通电，不加压；先卸压，再断电。零点调整：在水箱液位为零时，调整输出电流表的读数为4mA。满量程调整：在水箱加满水时，调整输出电流表的读数为20mA。调整的原则是：先调零点，再调满量程，要反复多次调整（满量程调整后会影响零点）。4、 电动调节阀采用德国PS公司生产的PSL 202型智能电动调节阀。调节阀由220V50HZ电源供电。工作环境温度为-2070摄氏度，输入信号为420mA的控制信号，输出信号为420mA的阀位信号。5、 变频器采用日本三菱FR-S520变频器，内控为050HZ，外控为420mA，可通过控制屏上的双掷开关进行切换。内控：上电时，EXT灯先亮，开关打到内控，Run灯亮，开始内控变频控制水泵。外控：开关打到外控，按PU/EXT键，使EXT灯亮，按Run运行，按Stop停运。内外控切换时，要注意按键和开关配合使用。6、 水泵采用丹麦格兰富水泵，扬程高达10米，噪音很低。7、 流量计流量计由流量传感器和转换器组成。采用LDS-10S型电磁流量传感器，其流量为00.3立方米/秒，压力为1.6Mpa，420mA标准输出，可与显示、记录仪表、积算器配套，避免了涡轮流量计非线性与死区大的缺点。转换器采用LDZ-4型电磁流量转换器。它为内置电源。8、 调节器采用上海万迅公司的AI全通用人工智能调节器。708型为模糊控制器，818型为PID控制器。输入为1、2端子，输入为15V。输出为7、8端子，输出为420mA。主要功能是：接受反馈信号Vi，与给定Vs进行比较，得到偏差，并对偏差进行PID连续运算，通过改变PID参数，可改变控制作用。内部参数的含义及其调整：HIAL：上限报警LoAL：下限报警dHAL：正偏差报警dLAL：负偏差报警dF：回差（死区、滞环）例：在加热控制中，仪表采用反作用调节，在采用位式调节或自整定时，假定给定值是700摄氏度，dF参数设置为0.5摄氏度。当输出为接通状态时，温度大于700.5摄氏度时要关断。当输出为关断状态时，温度低于699.5摄氏度时要接通。Ctrl：控制方式当Ctrl=3表示：当整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定参数功能。以防止误操作重复启动自整定。M5：保持参数M5定义为输出值变化5%时，控制对象基本稳定后测量值的差值。5表示输出值变化量为5%。同一系统的该参数一般会随测量值有所变化，应取工作点附近为准。以电炉的温度控制为例，工作点为700摄氏度，假定输出保持为50%时，电炉温度最后稳定在700摄氏度，而55%输出时，电炉温度最后稳定在750摄氏度左右，则M5的最佳数值为：750-700=50该参数值主要决定调节算法中积分作用，值越小，系统积分作用越强。P：速率参数 类似于PID调节中的P，值越大，比例微分作用越强。t：滞后时间Ctl：输出周期值在0.5125秒之间。它反映仪表运算调节的快慢。当大于或等于5秒时，则微分作用完全消除。当采用SSR或可控硅作为输出执行器件，控制周期可取0.52秒左右。当采用继电器开关输出时，一般要大于等于4秒。当仪表输出为线性电流或位置比例输出（直接控制阀门电机正反转）时，值小可使调节器输出响应较快，提高控制精度，但太小可能导致输出电流变化频繁，使得执行器动作频繁。Sn：输入规格 Sn=20：Cu50 Sn=21：Pt100Sn=32：0.21.0VSn=33：15VdiP：小数点位置diL：输入下限显示值diH：输入上限显示值Sc：主输入平移修正 该参数用于对输入进行平移修正。例：假定输入信号保持不变，该值为10.0时，仪表测定温度为500.0摄氏度，则仪表的显示测定温度为510.0摄氏度。仪表出厂时都进行了内部校正，该参数的数值应该设置为0。oP1：输出方式oP1=4：表示420mA线性电流输出。oPL：输出下限oPH：输出上限ALP：报警输出定义CF：系统功能选择 CF=2：仪表有上电/给定值修改免除报警功能。CF=8：允许外部给定（仅适用于AI818型）Addr：通讯地址bAud：通讯波特率dL：输入数字滤波run：运行状态 run=0：手动调节状态。run=2：手动调节状态，并且禁止手动操作。Loc：参数修改级别 Loc=808，可设置全部参数及给定值。EP1EP8：现场参数定义9、牛顿模块：（需装驱动软件）采用台湾威达的采集模块。7024型：D/A，4通道，420mA输出，必须串24V电源才能应用。7017型：A/D，8通道，5V输入。7520型：RS232485通讯模块。7043型：开关量输出，16通道，最大负载100mA。10、PLC在这里和牛顿模块的作用相同。11、组态王软件 选用北京亚控公司的组态王软件。 能完成数据采集、流程控制、动画显示、报表输出、实时和历史数据的处理。12、计算机控制时通讯接口的定义D/A输出单元模块编号端口连接设备名称1I00主回路调节阀控制信号的输出2I01可控硅控制信号的输出3I02变频器控制信号的输出4I03副回路调节阀控制信号的输出A/D输入单元模块编号端口连接设备名称1IN0上水箱液位变送器输入2IN1中水箱液位变送器输入3IN2主回路流量反馈信号输入4IN3副回路流量反馈信号输入5IN4锅炉内筒温度变送器输入6IN5主回路调节阀阀位反馈信号输入7IN6水泵出口压力变送器输入8IN7上水箱后液位变送器输入9IN8副回路调节阀阀位反馈信号输入10IN9锅炉外筒温度变送器输入11IN10盘管滞后时间最大温度输入12IN11盘管滞后时间中间温度输入13IN12盘管滞后时间最小温度输入14IN13变比值实验混合水温度输入13、连接温度、液位、压力、流量测量单回路控制实际接线图。二、双容液位控制实验一、实验目的通过实验掌握单回路控制系统的构成。学生可自行设计，构成双容液位控制系统，并应用临界比例度法、阶跃反应曲线法和整定单回路控制系统的PID参数，熟悉PID参数对控制系统质量指标的影响，用调节器仪表进行PID参数的自整定和自动控制的投运。二、实验设备水泵、压力变送器、变频器、调节器（708型），主回路调节阀、上水箱、中水箱（上中水箱的容积比例为1：3）、中水箱液位变送器、调节器(708型)。图1 二阶液位控制实验框图图2 调节器控制二阶液位控制实验流程图图3 双容液位控制（调节器接线）三、实验步骤1、将下水箱单闭环实验所用的设备，按系统框图接好实验线路。2、接通总电源，各仪表电源。3、将上水箱进水电磁阀V3、上水箱排水电磁阀、中水箱排水电磁阀和下水箱手动排水阀打开，其余阀门关闭。4、设置调节器的参数。6、使水泵在恒压供水状态下工作，观察计算机下水箱曲线的变化。7、待系统稳定后，给定值（SP）加个阶跃信号，观察其液位的变化曲线。8、再等系统稳定后，给系统下水箱加干扰信号（参考方法，改变被控水箱进、排水阀门），观察液位变化的曲线。9、系统再次稳定后，给系统下水箱加干扰信号，观察上下液位变化的曲线。10、曲线的分析处理，对实验的记录曲线分别进行分析和处理，结果记录于表3中。表3 阶跃响应曲线数据处理记录表测量情况特性测试的参数KT阶跃1阶跃2平均值四、调节器的参数设置AI708型(控制液位)AI708型(控制压力)参数名参数值说明参数名参数值说明dF3dF3Ctrl1Ctrl1M545保持参数M510保持参数P733速率参数P6速率参数t178滞后时间t1滞后时间Ctl1输出周期Ctl5Sn33Sn33Dip0Dip0dIL0输入下限显示值dIL0输入下限显示值dIH450输入上限显示值dIH100输入上限显示值Sc0Sc0Op14Op14OpL0OpL0OpH100OpH100CF2CF2Run2Run2Loc808Loc808五、实验报告根据试验结果编写实验报告，并根据K、T、平均值写出广义的传递函数。三、调节阀流量特性测试一、实验目的通过实验掌握调节阀特性曲线的测量方法，测量时应注意的问题，调节阀流量特性的求取方法。二、实验设备水泵、变频器、压力变送器、主回路流量计、主回路调节阀、PLC、牛顿模块（输入、输出）。图1 调节阀流量特性测试流程图2 调节阀流量特性测试系统框图三、实验步骤1、实验装置的认识，了解调节阀的工作原理，所在的位置及其作用。2、将调节阀特性测试实验所用的设备，参照流程图和系统框图接线。3、接通总电源、各仪表电源。4、运行组态王，在组态王工程管理器界面中启动组态王实验6.0，点击实验选择按钮，选择调节阀特性测试。5、点击特性测试和特性曲线按钮，开始调节阀特性测试实验。6、点击u（k）的增/减键，开始测试调节阀的正向流量特性，直至u（k）1000，再点击u（k）增/减键，停止调节阀正向特性测试。7、点击u（k）增/减键，开始测试调节阀的反向流量特性直至u（k）0，再点击u（k）增/减键，停止调节阀反向特性测试。8、记录调节阀特性曲线。四、实验报告根据试验结果编写实验报告，并且以电流作为横坐标、流量作为纵坐标，画出特性曲线图。根据画出的特性曲线，判断阀体是快开特性、等百分比特性还是直线特性。四、水箱液位和流量组成串级实验一、实验目的通过实验掌握串级控制系统的基本概念，掌握串级控制系统的组成结构，即主被控参数、副被控参数、主调节器、副调节器、主回路、副回路。通过实验掌握串级控制系统的特点、串级控制系统的设计，掌握串级控制主、副控制回路的选择。掌握串级控制系统参数整定方法，并将串级控制系统参数投运到实验中。二、实验设备水泵、压力变送器、变频器、调节器（708型）、上水箱、上水箱液位变送器、调节器（708型）、主回路流量计、主回路流量变送器、主回路调节阀、调节器（818型）。三、实验步骤1、选择控制系统的方案，上水箱液位和主回路流量。2、选择主被控参数、副被控参数，打开上水箱进水电磁阀V3、上水箱排水电磁阀、中水箱手动排水阀。图11 调节器控制串级控制系统的框图3、主副调节器，在恒压供水条件下工作，将上水箱和流量组成串级实验所用设备，按系统框图接好实验导线。注意：818调节器作为副调节器使用，在Sn=32参数下，1-2端接1-5V输入，2-3端接0.2-1V输入(2为共地)。图1 调节器控制串级控制系统的框图图2 流量液位串级（调节器接线）4、实验参数的整定，先自整定副回路流量系统。待系统稳定后再整定主回路液位系统，最后串在一起整定。待系统稳定后，上水箱液位给定值加个阶跃（幅度不要太大），观察流量和液位的曲线的变化，并保存此曲线。5、稳定后，分别在主副回路加一个干扰信号，然后观察计算机上历史曲线的变化。四、调节器的参数设置708调节器液位控制参数名参数值说明参数名参数值说明M545保持参数dIL0输入下限显示值P68速率参数dIH450输入上限显示值t18滞后时间Sc0主输入平移Ctl