远程数据采集实验指导

0 前言前言 kdiafjajfiajkdiafjajfiaj 自动化技术是当今举世瞩目的高新技术之一 也是今后实现工业高度 自动化重点要发展的一个高科技领域 现代科学技术领域中 计算机技术 和自动化技术被认为是发展最为迅速的两个分支 计算机控制技术是这两 个分支相结合的产物 是工业自动化的重要支柱 根据应用特点 控制方 案 控制目的和系统构成 计算机控制系统大体上可分为集散控制 监督 控制系统控制和直接数字控制和数据采集系统等 直接数字控制 DDC 系统是用一台计算机取代模拟控制器 对生产过程中多种被控变量进行巡 回检测 并按照预先规定的控制算法 如 PID 前馈 解耦等 进行运算 然后发出控制信号 通过输出通道 直接作用在执行机构上 实现对整个 生产 实验过程的闭环控制 通常它有几十个控制回路 它的框图如图 1 1 所示 图图 1 1 DDC 控制系统方框图控制系统方框图 计算机按人们预先规定的控制程序 对被测量进行分析 判断 处 理 按预定的控制算法 如 PID 控制 进行运算 从而得到控制量 并以 二进制形式输出到 D A 转换器变换为 4 20mA 或 0 10mA 的模拟电信号 此控制信号直接 或经电 气转换器转换为 20 100kPa 的气压信号 送到 生产过程现场 去操纵电动或气动控制阀 从而实现对生产过程系统的闭 1 环控制 DDC 系统的特点是计算机运算速度快 可分时处理多个控制回路 一 台计算机可以取代几十台模拟控制器 实现几十个甚至更多的单回路的 PID 控制 并且计算机运算能力强 能很方便的实现各种比较复杂的控制 规律 如串级控制 前馈控制 比值控制 解耦控制以及大纯滞后补偿控 制等 2 目录目录 第一章第一章系统概系统概 述述 4 第二章硬件介硬件介 绍绍 5 第一节7017 模拟量输入模块 第二节7033 热电阻输入模块 第三节7024 模拟量输出模块 第四节7060D 数字量 I O 模块 第三章第三章 软件介软件介 绍绍 7 第四章第四章 被控对象特性测被控对象特性测 试试 11 第一节 单容水箱特性的测试 第二节 双容水箱特性的测试 第五章第五章 单回路控制系统实单回路控制系统实 验验 15 第一节 单容液位定值控制系统 第二节 双容液位定值控制系统 第三节 三容液位定值控制系统 3 第四节 锅炉内胆水温定值控制系统 第五节 锅炉夹套水温定值控制系统 第六节 单闭环流量定值控制系统 第六章第六章 温度位式控制系统实温度位式控制系统实 验验 27 第一节 锅炉内胆水温位式控制系统 第七章第七章 串级控制系统的实串级控制系统的实 验验 29 第一节水箱液位串级控制系统 第二节 三闭环液位控制系统 第三节 锅炉夹套与内胆水温串级控制系统 第四节 锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统 第五节 盘管出口水温与锅炉内胆水温串级控制系统 第六节 盘管出口水温与热水流量串级控制系统 第七节 水箱液位与进水流量串级控制系统 第八章第八章比值控制系统实比值控制系统实 验验 43 第一节单 双 闭环流量比值控制系统 第二节流量变比值控制系统 第九章第九章 前馈前馈 反馈控制系统实反馈控制系统实 验验 47 第一节 下水箱液位前馈 反馈控制系统 4 第二节 锅炉内胆水温前馈 反馈控制系统 第十章第十章 滞后控制系统实滞后控制系统实 验验 49 第一节 温度的滞后控制系统 第二节 流量纯滞后控制系统 第十一章第十一章 解耦控制系统实解耦控制系统实 验验 55 第一节 锅炉内胆与夹套水温解耦控制系统 第二节 上水箱液位与出口温度解耦控制系统 第一章第一章 系统概述系统概述 本实验系统是适用于高等院校工业自动化及相近专业的过程控制教学 5 实验 毕业设计及科研开发等 THJ 2 型远程数据采集过程控制系统 是 THJ 2 型高级过程控制系 统实验装置 的扩展上位控制系统 该控制系统通过 ICP 7000 系列智能 采集模块将传感器检测到的被控参数标准信号通过 A D 转换送入计算机 计算机同时将控制运算发出的控制信号通过 D A 转换发送给执行机构 调 节阀 变频器 可控调压装置 该上位机控制系统实际上属于计算机 DDC 直接数字控制系统 只不过 是将模拟量输入 AI 模块和模拟量输出 AO 模块 开关量输入 输出 DI DO 模块置于计算机之外 计算机通过 RS232 485 通讯转换装置同 ICP 7000 系列模块 自带 485 通讯接口 通讯 用户可用 MCGS 组态软件自己编制算法程序通过智能采集模块对所要控 制对象进行相应的控制 第二章第二章 硬件介绍硬件介绍 在工控领域内 智能采集模块有着相当重要的地位 它可以通过串口 通讯协议 RS232 RS485 等 或其他通讯协议与 PC 机相连 并与外界现 6 场信号直接相连或与由传感器转换过的外界信号相连 由 PC 机中的程序 控制并实现采集现场的模拟信号 并处理采集到的现场信号并输出模拟控 制信号 开关量输入输出等功能 因此 智能采集模块在工业控制领域内 有着极其广泛的应用 本装置所使用的 MCGS 工控组态软件为了实现监控 记录现场的情况 将每种智能采集模块作为一个设备构件 挂在 MCGS 的 设备窗口中 用来采集和处理现场信号和输出控制信号 本实验装置采用 了台湾威达公司的鸿格智能采集模块 模块的功能介绍模块的功能介绍 鸿格 ICP 系列智能采集模块通过 RS485 等串行口通讯协议与 PC 相连 由 PC 中的程序控制并实现数据采集模块对现场的模拟量 开关量信号的 输入和输出 脉冲信号的计数和测量脉冲频率等功能 1 ICP7017 模块是利用 RS485 和上位机进行通讯的 8 通道模拟量输入采 集模块 输入类型 电压 电流 输入范围 150 150mv 500 500mv 1 1v 5 5v 10 10v 20 20mA 接线方式 7 2 ICP7024 模块 4 路电压型模拟量输出 4 路电流型模拟量输出 电流输出范围 0 20mA 4 20mA 电压输出范围 10v 10v 0 10v 5 5v 0 5v 接线方式 电压型输出接线方式 电流型输出接线方式 3 ICP7033D 模块 3 路热电阻输入 输入类型 热电阻或镍电阻 接线方式 2 线制 3 线制 4 线制 Pt100 输入范围 100 100 0 100 0 200 0 600 Pt1000 输入范围 8 200 600 Ni 输入范围 80 100 0 100 接线方式 三线制 式 三线制 第三章第三章 软件介绍软件介绍 本实验装置采用的是北京昆仑通态自动化科技有限公司的 MCGS 教育 版 200 点 工控组态软件 1 1 MCGSMCGS 组态软件的功能和特点组态软件的功能和特点 MCGS 即 监视与控制通用系统监视与控制通用系统 英文全称为 MonitorMonitor andand ControlControl GeneratedGenerated SystemSystem MCGS 是为工业过程控制和实时监测领域服务的通用计 算机系统软件 具有功能完善 操作简便 可视性好 可维护性强的突出 特点 9 MCGS 工控组态软件的功能和特点可归纳如下 概念简单 易于理解和使用 普通工程人员经过短时间的培训就能正 确掌握 快速完成多数简单工程项目的监控程序设计和运行操作 用户可 避开复杂的计算机软硬件问题 集中精力解决工程本身的问题 按照系统 的规定 组态配置出高性能 高可靠性 高度专业化的上位机监控系统 功能齐全 便于方案设计 MCGS 为解决工程监控问题提供了丰富多 样的手段 从设备驱动 数据采集 到数据处理 报警处理 流程控制 动画显示 报表输出 曲线显示等各个环节 均有丰富的功能组件和常用 图形库可供选用 用户只需根据工程作业的需要和特点 进行方案设计和 组态配置 即可生成用户应用软件系统 实时性与并行处理 MCGS 充分利用了 Windows 操作平台的多任务 按优先级分时操作的功能 使 PC 机广泛应用于工程测控领域成为可能 工程作业中 大量的数据和信息需要及时收集 即时处理 在计算机测控 技术领域称其为实时性任务关键任务 如数据采集 设备驱动和异常处理 等 另外许多工作则是非实时性的 或称为非时间关键任务 如画面显示 可在主机运行周期时间内插空进行 而像打印数据一类的工作 可运行于 后台 称为脱机作业 MCGS 是真正的 32 位系统 可同时运行于 Microsoft Windows95 98 和 Microsoft Windows NT 平台 以线程为单位 进行分时并行处理 建立实时数据库 便于用户分步组态 保证系统安全可靠运行 MCGS 组态软件由主控窗口 设备窗口 用户窗口 实时数据库和运行策略五部 分构成 其中的 实时数据库 是整个系统的核心 在生成用户应用系统 时 每一部分均可分别进行组态配置 独立建造 互不相干 而在系统运 行过程中 各个部分都通过实时数据库交换数据 形成互相关联的整体 实时数据库是一个数据处理中心 是系统各个部分及其各种功能性构件的 公用数据区 各个部件独立地向实时数据库输入和输出数据 并完成自己 的差错控制 设立 设备工具箱 针对外部设备的特征 用户从中选择某种 构 件 设置于设备窗口内 赋予相关的属性 建立系统与外部设备的连接 关系 即可实现对该种设备的驱动和控制 不同的设备对应于不同的构件 所有的设备构件均通过实时数据库建立联系 而建立时又是相互独立的 即对某一构件的操作或改动 不影响其它构件和整个系统的结构 从这一 10 意义上讲 MCGS 是一个 设备无关 的系统 用户不必因外部设备局部改 动 而影响整个系统 面向窗口 的设计方法 增加了可视性和可操作性 以窗口为单位 构造用户运行系统的图形界面 使得 MCGS 的组态工作既简单直观 又灵 活多变 用户可以使用系统的缺省构架 也可以根据需要自己组态配置 生成各种类型和风格的图形界面 包括 DOS 风格的图形界面 标准 Windows 风格的图形界面以及带有动画效果的工具条和状态条 利用丰富的 动画组态 功能 快速构造各种复杂生动的动态画面 以图象 图符 数据 曲线等多种形式 为操作员及时提供系统运行中的 的状态 品质及异常报警等有关信息 用变化大小 改变颜色 明暗闪烁 移动翻转等多种手段 增强画面的动态显示效果 图元 图符对象定义相 应的状态属性 即可实现动画效果 同时 MCGS 为用户提供了丰富的动画 构件 模拟工程控制与实时监测作业中常用的物理器件的动作和功能 每 个动画构件都对应一个特定的动画功能 如 实时曲线构件 历史曲线构 件 报警显示构件 自由表格构件等 引入 运行策略 的概念 复杂的工程作业 运行流程都是多分支的 用传统的编程方法实现 既繁琐又容易出错 MCGS 开辟了 策略窗口 用户可以选用系统提供的各种条件和功能的 策略构件 用图形化的方 法构造多分支的应用程序 实现自由 精确地控制运行流程 按照设定的 条件和顺序 操作外部设备 控制窗口的打开或关闭 与实时数据库进行 数据交换 同时 也可以由用户创建新的策略构件 扩展系统的功能 MCGS 系统由五大功能部件组成 主要的功能部件以构件的形式来构 造 不同的构件有着不同的功能 且各自独立 三种基本类型的构件 设 备构件 动画构件 策略构件 完成了 MCGS 系统三大部分 设备驱动 动画显示和流程控制 的所有工作 用户也可以根据需要 定制特定类型 构件 使 MCGS 系统的功能得到扩充 这种充分利用 面向对象 的技术 大大提高了系统的可维护性和可扩充性 支持 OLE Automation 技术 MCGS 允许用户在 Visual Basic 中操作 MCGS 中的对象 提供了一套开放的可扩充接口 用户可根据自己的需要用 VB 编制特定的功能构件来扩充系统的功能 11 MCGS 中数据的存储不再使用普通的文件 而是用数据库来管理一切 组态时 系统生成的组态结果是一个数据库 运行时 数据对象 报警信 息的存储也是一个数据库 利用数据库来保存数据和处理数据 提高了系 统的可靠性和运行效率 同时 也使其它应用软件系统能直接处理数据库 中的存盘数据 设立 对象元件库 解决了组态结果的积累和重新利用问题 所谓 对象元件库 实际上是分类存储各种组态对象的图库 组态时 可把制作 完好的对象 包括图形对象 窗口对象 策略对象 以至位图文件等等 以元件的形式存入图库中 也可把元件库中的各种对象取出 直接为当前 的工程所用 随着工作的积累 对象元件库将日益扩大和丰富 组态工作 将会变得越来越简单方便 提供对网络的支持 考虑到工控系统今后的发展趋势 MCGS 充分运 用现今发展的 DCCW Distributed Computer Cooperator Work 技术 即分 布式计算机协同工作方式 来使分散在不同现场之间的采集系统和工作站 之间协同工作 通过 MCGS 不同的工作站之间可以实时交换数据 实现对 工控系统的分布式控制和管理 2 MCGS 组态软件的系统需求 硬件需求 推荐配置推荐配置 MCGS 组态软件的设计目标是瞄准高档 PC 机和高档操作系统 充分利用高 档 PC 兼容机的低价格 高性能来为工业应用级的用户提供安全可靠的服 务 CPU 使用相当于 Intel 公司的 Pentium 233 或以上级别的 CPU 内存 当使用 Windows 9X 操作系统时内存应在 32MB 以上 当选用 Windows NT 操作系统时 系统内存应在 64MB 以上 12 当选用 Windows 2000 操作系统时 系统内存应 128MB 以上 显卡 Windows 系统兼容 含有 1MB 以上的显示内存 可工作于 800 600 分辨率 65535 色模式下 硬盘 MCGS 5 10 通用版组态软件占用的硬盘空间约为 80MB 软件需求软件需求 MCGS 组态软件可以在以下操作系统下运行 中文 Microsoft Windows NT Server 4 0 需要安装 SP3 或更高版 本 中文 Microsoft Windows NT Workstation 4 0 需要安装 SP3 或更 高版本 中文 Microsoft Windows 95 98 Me 2000 Windows 95 推荐安装 IE5 0 或更高版本 说明 在中文 Microsoft Windows NT Server 4 0 或中文 Microsoft Windows NT Workstation 4 0 操作系统上安装 MCGS 5 10 通用版组态软件时 本软件 将自动检测是否已安装了 SP3 如果未安装 将提示是否安装 选择 是 即可进行安装 如果仍未安装成功 可以在安装光盘的 SUPPORT SP3 目录 下双击运行 Updata exe 程序安装 SP3 组建工程的一般过程组建工程的一般过程 工程项目系统分析 工程项目系统分析 分析工程项目的系统构成 技术要求和工艺流程 弄 清系统的控制流程和测控对象的特征 明确监控要求和动画显示方式 分 析工程中的设备采集及输出通道与软件中实时数据库变量的对应关系 分 13 清哪些变量是要求与设备连接的 哪些变量是软件内部用来传递数据及动 画显示的 工程立项搭建框架 工程立项搭建框架 MCGS 称为建立新工程 主要内容包括 定义工程名称 封面窗口名称和启动窗口 封面窗口退出后接着显示的窗口 名称 指定 存盘数据库文件的名称以及存盘数据库 设定动画刷新的周期 经过此步 操作 即在 MCGS 组态环境中 建立了由五部分组成的工程结构框架 封 面窗口和启动窗口也可等到建立了用户窗口后 再行建立 设计菜单基本体系 设计菜单基本体系 为了对系统运行的状态及工作流程进行有效地调度和 控制 通常要在主控窗口内编制菜单 编制菜单分两步进行 第一步首先 搭建菜单的框架 第二步再对各级菜单命令进行功能组态 在组态过程中 可根据实际需要 随时对菜单的内容进行增加或删除 不断完善工程的菜 单 制作动画显示画面 制作动画显示画面 动画制作分为静态图形设计和动态属性设置两个过程 前一部分类似于 画画 用户通过 MCGS 组态软件中提供的基本图形元 素及动画构件库 在用户窗口内 组合 成各种复杂的画面 后一部分则 设置图形的动画属性 与实时数据库中定义的变量建立相关性的连接关系 作为动画图形的驱动源 编写控制流程程序 编写控制流程程序 在运行策略窗口内 从策略构件箱中 选择所需功能 策略构件 构成各种功能模块 称为策略块 由这些模块实现各种人机 交互操作 MCGS 还为用户提供了编程用的功能构件 称之为 脚本程序 功能构件 使用简单的编程语言 编写工程控制程序 完善菜单按钮功能 完善菜单按钮功能 包括对菜单命令 监控器件 操作按钮的功能组态 实现历史数据 实时数据 各种曲线 数据报表 报警信息输出等功能 建立工程安全机制等 编写程序调试工程 编写程序调试工程 利用调试程序产生的模拟数据 检查动画显示和控制 流程是否正确 连接设备驱动程序 连接设备驱动程序 选定与设备相匹配的设备构件 连接设备通道 确定 数据变量的数据处理方式 完成设备属性的设置 此项操作在设备窗口内 进行 工程完工综合测试 工程完工综合测试 最后测试工程各部分的工作情况 完成整个工程的组 态工作 实施工程交接 14 第四章第四章 被控对象特性测试被控对象特性测试 第一节第一节 单容水箱特性的测试单容水箱特性的测试 一 一 THJ 2THJ 2 实验对象连线实验对象连线 将三相电源的输出端 U V W 对应接到三相磁力泵 380V 的 15 U V W 端 把电动调节阀 220V 电源输入端 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将下水箱液位钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 LT3 下水箱液位 端相应接到 7017 输入模块的第一通道 A I0的 端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关 电源的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负 端 用通讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 并将对象上相应的水路打开 打开阀 F1 1 F1 2 和 F1 8 并将 F1 11 开至一适当开度 其余与本实验无关的阀门 均关闭 16 2 利用电缆线将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 合上远程数据采集控制台的电源 给 7017 7024 模块加上 24V 电 源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象的总电源 并合上相关电源 三相电源 单相 24V 电 源 开始进行实验 6 在实验窗口内把手动输出设为一适当的值 使下水箱的液位处于 某一平衡位置 7 通过增 减的操作改变其手动输出量的大小 使其输出有一个正或 负阶跃增量的变化 此增量不宜过大 以免下水箱中的水溢出 让下水 箱的液位进入新的平衡状态 8 在实时曲线窗口观察实时曲线 并分析和计算出下水箱在固定的出 水阀开度下的对象参数 K 及 T 值 第二节 双容水箱特性的测试第二节 双容水箱特性的测试 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 将三相电源的输出端 U V W 对应接到三相磁力泵 380V 的 17 U V W 端 把电动调节阀的 220V 输入端 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将下水箱液位 LT3 钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将下水箱液位 LT3 相应接到 7017 模块第一通道 A I0 将 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调 节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负端 用通讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 将对象相应的水路打开 打开 F1 1 F1 2 及 F1 7 且将 F1 10 F1 11 开至适当开度 阀 F1 10 的开度必须大于阀 18 F1 11 的开度 其余与本实验无关的阀门均关闭 2 利用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 6 在实验窗口内把手动输出设为一适当的值 使水箱的液位处于某 一平衡位置 7 通过增 减的操作改变其输出量的大小 使其输出有一个正或负阶 跃增量的变化 此增量不宜过大 以免下水箱中的水溢出 让下水箱的 液位进入新的平衡状态 8 在实时曲线窗口观察实时曲线 并分析和计算出中下水箱在固定的 出水阀开度下的对象参数 K T1及 T2值 第五章第五章 单回路控制系统实验单回路控制系统实验 第一节第一节 单容液位定值控制系统单容液位定值控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 19 将三相电源输出 U V W 对应接三相磁力泵 380V 的 U V W 将电动调节阀的 220V 输入 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将上水 箱液位钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 LT1 上水箱 也可选中水箱或下水箱 液位 相应接到 7017 模块第一通道 A I0 将 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调 节阀 4 20mA 输入正端 电动调节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源 的负端 用通讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 并将对象相应的水路打开 打开 F1 1 F1 2 和 F1 6 且将 F1 9 开至一适当开度 其余与本实验无关的阀门 20 均关闭 2 利用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGD 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 6 按单回路调节器参数的整定方法 具体见 THJ 2 高级过程控制 系统实验指导书 整定好调节器的相关参数 7 设置好系统的给定值后 用手动操作 7024 模块的输出 通过电动 调节阀给上水箱打水 待其液位达到给定量所要求的值 且基本稳定不变 时 把输出切换为自动 使系统投入自动运行状态 8 当系统稳定运行后 突加阶跃扰动 将给定量增 减 5 15 观 察系统的输出响应曲线 9 待系统进入稳态后 启动变频器 磁力泵支路 适量改变阀 F2 3 开度 加扰动 观察在阶跃扰动作用下液位的变化过程 10 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 第二节第二节 双容液位定值控制系统双容液位定值控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 21 将三相电源输出 U V W 对应接三相磁力泵 380V 的 U V W 将电动调节阀的 220V 输入 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将下水 箱液位钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 LT3 下水箱液位 相应接到 7017 模块第一通道 A I0 将 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调 节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负端 用通讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 将对象相应的水路打开 打开 F1 1 F1 2 22 及 F1 7 且将 F1 10 F1 11 开至适当开度 一般情况下阀 F1 10 的开度 稍大于阀 F1 11 的开度 2 利用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 6 按单回路调节器参数的整定方法 具体见 THJ 2 高级过程控制系 统实验指导书 整定好调节器的相关参数 7 设置好系统的给定值后 先用手动操作 7024 模块的输出 通过电 动调节阀给中水箱打水 待中水箱液位基本稳定不变且下水箱的液 位等于给定值时 把输出切换为自动 使系统投入自动运行状态 8 当系统稳定运行后 突加阶跃扰动 将给定量增 减 5 15 观 察系统的输出响应曲线 9 待系统进入稳态后 启动变频器 磁力泵支路 分别适量改变阀 F2 4 或阀 F2 5 的开度 加扰动 观察阶跃扰动作用在不同位置时液位的 响应过程 10 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 第三节第三节 三容液位定值控制系统三容液位定值控制系统 23 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 将三相电源输出 U V W 对应接三相磁力泵 380V 的 U V W 将电动调节阀的 220V 输入 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将下水 箱液位钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 LT3 下水箱液位 相应接到 7017 模块第一通道 A I0 将 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调 节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负端 用通讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 四 实验步骤四 实验步骤 24 1 按上述要求连接实验系统 将对象相应的水路打开 打开 F1 1 F1 2 及 F1 6 且将 F1 9 F1 10 F1 11 开至适当开度 阀 F1 9 的开度 阀 F1 10 的开度 阀 F1 11 的开度 2 利用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 8 按单回路调节器参数的整定方法 具体见 THJ 2 高级过程控制系统 实验指导书 整定好调节器的相关参数 9 设置好系统的给定值后 用手动操作 7024 模块的输出 通过电动 阀 给上水箱打水 待上 中水箱液位基本稳定不变且下水箱的液位等于给定 值时 把输出切换为自动 使系统投入自动运行状态 8 当系统稳定运行后 突加阶跃扰动 将给定量增 减 5 15 观 察系统的输出响应曲线 9 待系统进入稳态后 启动变频器 磁力泵支路 分别适量改变阀 F2 3 或阀 F2 4 或阀 F2 5 的开度 加扰动 观察阶跃扰动作用在不同位 置时液位的响应过程 10 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 25 第四节第四节 锅炉内胆水温定值控制系统锅炉内胆水温定值控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 三相电源输出 U V W 对应接三相 SCR 移相调压装置的三相电源输入 U V W 三相 SCR 移相调压装置的三相调压输出 U0 V0 W0接三相电加 热管输入端 U0 V0 W0 变频器 A B C 对应接三相磁力泵 220V 的 A B C 端 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 内胆温度 TT1 铂电阻 1a 1b 1c 端对应接 7033 输入模块的第一通道 的 E1 S1 C1 端 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源 的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到三相电加热管 4 20mA 输入正端 三相电加热管 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的 负端 用通讯电缆线并联接到 7033 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 26 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 并打开阀 F2 1 F1 12 和 F1 13 用 变频器 磁力泵支路给锅炉内胆和夹套均打满水 待实验投入运行以后 用变频器 磁力泵支路再以固定的小流量使锅炉夹套的水处于循环状态 2 用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7033 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将三相电源电源打开 进行实验 6 手动操作调节器的输出 并根据实时曲线求得 K T 和 值 据此查表 具体见 THJ 2 高级过程控制系统实验指导书 确定 PI 调节 器的参数 和 TI 并整定之 7 设置好温度的给定值 先把调节器的输出设为手动 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 由手动切 换为自动 使系统进入自动运行状态 8 当系统稳定运行后 突加阶跃扰动 将给定量增 减 5 15 观 察系统的输出响应曲线 9 待系统进入稳态后 适量增大或减小变频器的输出频率 加扰动 观察在阶跃扰动作用下锅炉内胆水温的响应过程 10 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 27 第五节第五节 锅炉夹套水温定值控制系统锅炉夹套水温定值控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 三相电源输出 U V W 对应接三相 SCR 移相调压装置的三相电源输入 U V W 三相 SCR 移相调压装置的三相调压输出 U0 V0 W0接三相电加 热管输入端 U0 V0 W0 变频器 A B C 对应接三相磁力泵 220V 的 A B C 端 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 夹套温度 TT2 铂电阻 2a 2b 2c 端对应接 7033 输入模块的第一通道 的 E1 S1 C1端 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源 的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到三相电加热管 4 20mA 输入正端 三相电加热管 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的 负端 用通讯电缆线并联接到 7033 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 28 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 并打开阀 F2 1 F1 12 和 F1 13 用 变频器 磁力泵支路给锅炉内胆及夹套打满水 待实验投入运行以后 用 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 2 用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7033 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将三相电源电源打开 进行实验 6 手动操作调节器的输出 并根据实时曲线求得 K T 和 值 据 此查表 具体见 THJ 2 高级过程控制系统实验指导书 确定 PI 调节器的 参数 和 TI 并整定之 7 设置好温度的给定值 先把调节器的输出设为手动 通过三相移 相调压模块给锅炉内胆加热 等锅炉夹套水温趋于给定值且不变后 把手 动切换为自动 使系统进入自动运行状态 8 当系统稳定运行后 突加阶跃扰动 将给定量增 减 5 15 观 察系统的输出响应曲线 9 待系统进入稳态后 适量增大或减小变频器的输出频率 加扰动 观察在阶跃扰动作用下锅炉夹套水温的响应过程 10 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 29 第六节第六节 单闭环流量定值控制系统单闭环流量定值控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 将三相电源输出 U V W 对应接三相磁力泵 380V 的 U V W 将电动调节阀的 220V 输入 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 流量计电 源 24V COM 对应接 24V 开关电源的 端 并将 FT1 电动调节阀支路流 量钮子开关拨到 ON 的位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 FT1 电动阀支路流量 相应接到 7017 模拟输入模块第一通 道 A I0 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源 的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负端 用通 讯电缆线并联接到 7033 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器 连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 30 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 2 用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 6 手动操作调节器的输出 并根据实时曲线求得 K T 和 值 据 此查表 具体见 THJ 2 高级过程控制系统实验指导书 确定 PI 调节器的 参数 和 TI 并整定之 7 设置好流量的给定值 先把调节器输出设为手动 通过电动调节 阀给下水箱打水 待管道流量趋于给定值且不变后 把手动切换为自动 使系统进入自动运行状态 8 当系统稳定运行后 突加阶跃扰动 将给定量增 减 5 15 观 察系统的输出响应曲线 9 待系统进入稳态后 适量打开电动阀两端的旁路阀 观察在阶跃 扰动作用下管道流量的响应过程 10 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 31 第六章第六章 温度位式控制系统实验温度位式控制系统实验 第一节第一节 锅炉内胆水温位式控制系统锅炉内胆水温位式控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 三相电源输出 U V W 对应接三相 SCR 移相调压装置的三相电源输入 U V W 三相 SCR 移相调压装置的三相调压输出 U0 V0 W0接三相电加 热管输入端 U0 V0 W0 变频器 A B C 对应接三相磁力泵 220V 的 A B C 端 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 内胆温度 TT1 铂电阻 1a 1b 1c 端对应接 7033 输入模块的第一通道 的 E1 S1 C1端 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源 的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到三相电加热管 4 20mA 输入正端 三相电加热管 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的 负端 用通讯电缆线并联接到 7033 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 32 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 利用变频调速磁力泵支路给锅炉内胆 打水至最大容量的三分之二 即玻璃管红色的警戒位置 左右时停止 2 用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7033 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 同时将三相电源电源打开 进行实验 6 设置好内胆水温的给定值 让系统投入自动运行 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 观察系统的输出响应曲线 33 第七章第七章 串级控制系统的实验串级控制系统的实验 第一节第一节 水箱液位串级控制系统水箱液位串级控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 将三相电源输出 U V W 对应接三相磁力泵 380V 的 U V W 将电动调节阀的 220V 输入 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将中 下水箱液位钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 LT3 下水箱液位 相应接到 7017 模拟输入模块第一通道 A I0 LT2 中水箱液位 相应接到 7017 模拟输入模块第二 通道 A I1 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开关电源 的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负端 用通 讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器 连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 34 四 实验步骤四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 将对象相应的水路打开 打开 F1 1 F1 2 及 F1 7 且将 F1 10 F1 11 开至适当开度 阀 F1 10 的开度 阀 F1 11 的 开度 2 利用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 6 按经验数据预先设置好副调节器的比例度 7 调节主调节器的比例度 使系统的输出响应出现 4 1 的衰减 度 记下此时的比例度 S和周期 TS 据此 按经验表 具体见 THJ 2 高 级过程控制系统实验指导书 查得的 PI 参数对主调节器进行参数整定 8 手动操作主调节器的输出 以控制电动调节阀支路给中水箱送 水的大小 等中 下水箱的液位相对稳定 且下水箱的液位趋于给定值时 把主调节器切换为自动 9 当系统稳定运行后 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 10 启动变频器 磁力泵支路 适量打开阀 F2 4 观察并记录阶跃扰 动作用于副对象 中水箱 时 系统被控制量 下水箱液位 的响应过程 35 11 将阀 F2 4 关闭 去除副对象的阶跃扰动 且待系统再次稳定后 再适量打开阀 F2 5 观察并记录阶跃扰动作用于主对象时对系统被控制量 的影响 12 通过反复对主 副调节器参数的调节 使系统具有较满意的动 静态性能 第二节第二节 三闭环液位串级控制系统三闭环液位串级控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线 对象连线 将三相电源输出 U V W 对应接三相磁力泵 380V 的 U V W 将电动调节阀的 220V 输入 L N 接至单相电源 的 3L 3N 端 并将上 中 下水箱液位钮子开关拨到 ON 位置 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 将 LT3 下水箱液位 相应接到 7017 模拟输入模块第一通道 A I0 LT2 中水箱液位 相应接到 7017 模拟输入模块第二 通道 A I1 LT1 上水箱液位 相应接到 7017 模拟输入模块 第三通道 A I2 7024 模块第一输出通道 A O0的正端接到 24V 开 关电源的正端 将 7024 模块第一输出通道 A O0的负端接到电动调节阀 4 20mA 输入正端 电动调节阀 4 20mA 输入负端接到 24V 开关电源的负 端 用通讯电缆线并联接到 7017 7024 的 485 通讯接口 再通过 485 232 转换器连接到计算机 COM2 口上 三 系统结构图三 系统结构图 36 四 实验步骤 四 实验步骤 1 按上述要求连接实验系统 将对象相应的水路打开 打开 F1 1 F1 2 及 F1 6 且将 F1 9 F1 10 F1 11 开至适当开度 阀 F1 9 的开度 阀 F1 10 的开度 阀 F1 11 的开度 2 利用电缆将对象和远程数据采集控制台连接起来 3 打开远程数据采集控制台电源 给 7017 7024 相应模块加上 24V 电源 4 打开 MCGS 上位机组态软件 并进入相应的实验 5 启动对象总电源 将相关电源 三相电源 单相 24V 电源 打 开 进行实验 6 为保证本系统无静差 故主调节器采用 PI 控制 两个副调节器均 可采用比例控制 它们的比例度可参考实验 水箱液位的串级控制系统 来设定 7 调节主调节器的比例度 使之由大逐渐减小 直到系统的输出响 应出现 4 1 衰减度为止 记下此时的比例度 S和周期 TS 据此 按经 验表 具体见 THJ 2 高级过程控制系统实验指导书 计算出主调节器的比 例度 和积分时间常数 TI 8 用手动操作主调节器的输出 使电动调节阀给上 中 下三只水 箱送水 当下水箱的液位 H3 趋近于给定值 且上 中水箱的液位也基本 不变时 把主调节器由手动切为自动 使系统进入自动运行状态 9 当系统稳定运行后 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 37 10 开启变频器 适量开放阀 F2 3 观察下水箱液位的响应曲线 11 关闭阀 F2 3 适量开放阀 F2 4 观察下水箱液位的响应曲线 12 关闭阀 F2 4 适量开放阀 F2 5 观察下水箱液位的响应曲线 13 通过反复对主 副调节器参数的调节 使系统的输出响应具有较 满意的动 静态性能 记录相应调节器的参数和响应曲线 第三节第三节 锅炉夹套与内胆水温串级控制系统锅炉夹套与内胆水温串级控制系统 一 一 THJ 2THJ 2 对象连线对象连线 三相电源输出 U V W 对应接三相 SCR 移相调压装置的三相电源输入 U V W 三相 SCR 移相调压装置的三相调压输出 U0 V0 W0接三相电加 热管输入端 U0 V0 W0 变频器 A B C 对应接三相磁力泵 220V 的 A B C 端 二 远程数据采集控制台连线二 远程数据采集控制台连线 夹套温度