自动化专业职业技能测试实验指导书

1 自动化专业职业技能测试自动化专业职业技能测试 智智 能能 仪仪 表表 实实 验验 指指 导导 书书 实验一 单容水箱液位控制系统实验实验一 单容水箱液位控制系统实验 一 实验目的一 实验目的 1 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理 2 了解单容水箱液位控制系统的工艺流程和控制流程 3 完成系统投运 实现手 自动操作无扰动切换 二 实验设备二 实验设备 AE2000 型过程控制实验装置 上位机软件 计算机 RS232 485 转换器 1 只 串口线 1 根 实验连接线 三 实验原理三 实验原理 图 2 15 图 2 15 为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对 象上用一个调节器来保持一个参数的恒定 而调节器只接受一个测量信号 其 输出也只控制一个执行机构 本系统所要保持的参数是液位的给定高度 即控 制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度 根据控制框图 这是一个 闭环反馈单回路液位控制 采用工业智能仪表控制 当调节方案确定之后 接 下来就是整定调节器的参数 一个单回路系统设计安装就绪之后 控制质量的 好坏与控制器参数选择有着很大的关系 合适的控制参数 可以带来满意的控 制效果 反之 控制器参数选择得不合适 则会使控制质量变坏 达不到预期 效果 一个控制系统设计好以后 系统的投运和参数整定是十分重要的工作 2 一般言之 用比例 P 调节器的系统是一个有差系统 比例度 的大小 不仅会影响到余差的大小 而且也与系统的动态性能密切相关 比例积分 PI 调节器 由于积分的作用 不仅能实现系统无余差 而且只要参数 Ti 调节合理 也能使系统具有良好的动态性能 比例积分微分 PID 调 节器是在 PI 调节器的基础上再引入微分 D 的作用 从而使系统既无余差存在 又能改善系统的动态性能 快速性 稳定性等 但是 并不是所有单回路控 制系统在加入微分作用后都能改善系统品质 对于容量滞后不大 微分作用的 效果并不明显 而对噪声敏感的流量系统 加入微分作用后 反而使流量品质 变坏 对于我们的实验系统 在单位阶跃作用下 P PI PID 调节系统的阶跃 响应分别如图 2 16 中的曲线 所示 图 2 16 P PI 和 PID 调节的阶跃响应曲线 四 实验内容和步骤四 实验内容和步骤 1 设备的连接和检查 1 关闭排水阀门 检查 AE2000A 型过程控制对象的储水箱水位是否达到 总高度的 50 以上 如不够 灌水 2 打开以单相泵为动力的支路至上水箱的所有阀门 关闭动力支路上通往 其它对象的切换阀门 3 检查电源开关是否关闭 2 系统连线如图 2 17 所示 3 4 4 2 20 0m mA A 信信号号输输出出 信信号号输输入入 1 1 5 5V V信信号号输输入入 上上水水箱箱 液液位位 调调节节阀阀 仪仪表表接接线线端端子子 I I O O信信号号接接线线端端子子 5 50 00 0欧欧姆姆 图 2 17 单容水箱液位 PID 参数整定控制接线图 1 将 I O 信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到 1 5V 位置 2 将上水箱液位 正极 接到一号智能调节仪的 1 端 即 RSV 的正极 将上水箱液位 负极 接到智能调节仪的 2 端 即 RSV 的负极 将智能调节仪的 4 20mA 输出信号接至 I O 信号面板的转换电阻 500 上 转换成 2 10V 电压信号 再将此转换信号接至接调节阀的 2 10V 控制信号 两端 3 智能调节仪的 220V 的电源开关打在关的位置 4 电源控制板上的电源空气开关 单相泵电源开关打在关的位置 3 启动实验装置 1 打开 漏电保护开关 2 打开 电源总开关 3 打开 单相泵 电源开关 4 打开 调节阀 电源开关 5 开启 24VDC 电源 电源开关 6 开启左边第一个 智能调节仪 电源开关 4 手动控制 1 启动计算机 MCGS 组态软件 双击一次 MCGS 通用版运行环境 等待进入实验系统 注 多次双击将弹出系统错误对话框 不能同时运 4 行两个运行环境 选择 实验四 上水箱液位 PID 参数整定实验 如图 2 18 所示 图 2 18 实验软件界面 2 手动调整输出值 使测量值在适当位置稳定 设置适当的比例度和积分 时间 微分时间为零 3 观察过渡过程曲线 待系统稳定后 设定给定值 SV 稳态测量值 PV 4 确定稳定后 进行手动到自动的切换 观察过渡过程曲线 要求实现 无扰切换 五 实验报告要求五 实验报告要求 1 画出单容水箱液位控制系统的方块图 2 用接好线路的单回路系统进行投运练习 并叙述无扰动切换的方法 六 注意事项六 注意事项 1 实验线路接好后 必须经指导老师检查认可后方可接通电源 七 思考题七 思考题 1 实验系统在运行前应做好哪些准备工作 5 2 为什么要强调无扰动切换 6 实验二 实验二 单容水箱液位单容水箱液位 PIDPID 整定实验整定实验 一 实验目的一 实验目的 1 通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理 2 分析 PI 调节时的过程图形曲线 计算衰减比 3 定性地研究 PI 调节器的参数对系统性能的影响 二 实验设备二 实验设备 AE2000 型过程控制实验装置 上位机软件 计算机 RS232 485 转换器 1 只 串口线 1 根 实验连接线 三 实验原理三 实验原理 图 2 15 图 2 15 为单回路水箱液位控制系统 单回路调节系统一般指在一个调节对 象上用一个调节器来保持一个参数的恒定 而调节器只接受一个测量信号 其 输出也只控制一个执行机构 本系统所要保持的参数是液位的给定高度 即控 制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度 根据控制框图 这是一个 闭环反馈单回路液位控制 采用工业智能仪表控制 当调节方案确定之后 接 下来就是整定调节器的参数 一个单回路系统设计安装就绪之后 控制质量的 好坏与控制器参数选择有着很大的关系 合适的控制参数 可以带来满意的控 制效果 反之 控制器参数选择得不合适 则会使控制质量变坏 达不到预期 效果 一个控制系统设计好以后 系统的投运和参数整定是十分重要的工作 一般言之 用比例 P 调节器的系统是一个有差系统 比例度 的大小 不仅会影响到余差的大小 而且也与系统的动态性能密切相关 比例积分 PI 调节器 由于积分的作用 不仅能实现系统无余差 而且只要参数 Ti 调节合理 也能使系统具有良好的动态性能 比例积分微分 PID 调 节器是在 PI 调节器的基础上再引入微分 D 的作用 从而使系统既无余差存在 7 又能改善系统的动态性能 快速性 稳定性等 但是 并不是所有单回路控 制系统在加入微分作用后都能改善系统品质 对于容量滞后不大 微分作用的 效果并不明显 而对噪声敏感的流量系统 加入微分作用后 反而使流量品质 变坏 对于我们的实验系统 在单位阶跃作用下 P PI PID 调节系统的阶跃 响应分别如图 2 16 中的曲线 所示 图 2 16 P PI 和 PID 调节的阶跃响应曲线 四 实验内容和步骤四 实验内容和步骤 1 设备的连接和检查 1 关闭排水阀门 检查 AE2000A 型过程控制对象的储水箱水位是否达到 总高度的 50 以上 如不够 灌水 2 打开以单相泵为动力的支路至上水箱的所有阀门 关闭动力支路上通往 其它对象的切换阀门 3 检查电源开关是否关闭 2 系统连线如图 2 17 所示 8 4 4 2 20 0m mA A 信信号号输输出出 信信号号输输入入 1 1 5 5V V信信号号输输入入 上上水水箱箱 液液位位 调调节节阀阀 仪仪表表接接线线端端子子 I I O O信信号号接接线线端端子子 5 50 00 0欧欧姆姆 图 2 17 单容水箱液位 PID 参数整定控制接线图 1 将 I O 信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到 1 5V 位置 2 将上水箱液位 正极 接到一号智能调节仪的 1 端 即 RSV 的正 极 将上水箱液位 负极 接到智能调节仪的 2 端 即 RSV 的 负极 将智能调节仪的 4 20mA 输出信号接至 I O 信号面板的转换电阻 500 上 转换成 2 10V 电压信号 再将此转换信号接至接调节阀的 2 10V 控制信号 两端 3 智能调节仪的 220V 的电源开关打在关的位置 4 电源控制板上的电源空气开关 单相泵电源开关打在关的位置 3 启动实验装置 1 打开 漏电保护开关 2 打开 电源总开关 3 打开 单相泵 电源开关 4 打开 调节阀 电源开关 5 开启 24VDC 电源 电源开关 6 开启左边第一个 智能调节仪 电源开关 4 比例调节控制 9 1 启动计算机 MCGS 组态软件 双击一次 MCGS 通用版运行环境 等待进入实验系统 注 多次双击将弹出系统错误对话框 不能同时运行 两个运行环境 选择 实验四 上水箱液位 PID 参数整定实验 如 图 2 18 所示 图 2 18 实验软件界面 2 单击 启动仪表 按钮 开始实验 1 3 设定给定值 SV 10cm 调整比例度和积分时间观察过渡过程曲线 待系统稳定后 计算衰减比 使其