化工自动化及仪表实验指导书

1、化工自动化及仪表实验报告书敖波化学工程2012级1浙江工业大学化学工程学院实验一 压力表与压力变送器校验一、实验目的1 了解压力表与压力变送器的结构与功能2 掌握压力变送器的使用3 掌握压力校验仪的使用4 掌握压力表与压力变送器精度校验方法二、实验仪器及设备1弹簧管压力表 8台2压力变送器 8台3XFY-2000型智能数字压力校验仪 8台三、实验内容及步骤1、熟悉仪表了解压力表、压力变送器测压原理、结构及功能，熟悉并掌握压力校验仪的正确使用。2、压力校验仪准备1）上电：按下压力校验仪后面板的电源开关，显示器倒计时3、2、1、0后自动校零，进入测量状态；2）选择压力单位：按右向键，选择压力单位为

2、MPa；3）预压：为减少迟滞，先进行预压测试（将压力加到0.6MPa左右，泄压至常压，如此循环几次）；4）调零：循环上述操作后，若压力读数偏离零点，按ZERO键即可压力调零；5）管线接线：将导压管两头分别与内螺纹转换接头及压力校验仪压力输出接口连接。3、压力表基本误差校验1）将压力表压力输入口与内螺纹转换接头相连接并检查密封性；2）正行程测量：将校验仪的手操泵产生的压力加到压力表上，改变压力表输入压力大小，依次使压力表指针指示各满刻度，同时将压力表的各输入压力记录于表1；3）反行程测量：将校验仪的输出压力加大至超过压力表满量程，并逐渐改变压力表输入压力的大小，依次使压力表指针指示各满刻度，同时

3、将压力表的各输入压力记录于表1；4）误差计算：4、压力变送器基本误差校验1）将压力变送器（差压变送器）正压室接口（负压室通大气）与内螺纹转换接头相连接并检查密封性；2）按键，将显示器测量选择到I：00.000mA，若清零按ZERO键。将压力变送器电流信号端子正确接入压力校验仪的电流信号测量端子（红线一端接变送器信号输出的正端，另一端接校验仪24V电源正极输出端；黑线一端接变送器信号输出的负端，另一端接校验仪直流电流测量正极输入端）；3）正行程测量：将校验仪的手操泵产生的压力加到压力变送器上，从小到大改变压力变送器输入压力（0.0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0

4、.5MPa、0.6MPa），依次测量压力变送器在各标准压力点时输出电流的大小，并将其记录于表2；4）反行程测量：将校验仪的输出压力加大至超过压力变送器满量程，从大到小改变压力变送器输入压力（0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.0MPa），依次测量压力变送器在各标准压力点时输出电流的大小，并将其记录于表2；5）误差计算：5、实验完毕，切断电源，仪器设备复原四、实验原始记录表及数据处理（误差、精度、变差计算）结果。 见下表五、思考题2画出压力变送器电流测量接线图。六、实验心得体会及建议： 在这次实验过程中，我们学习到了如何校验压力表的精度，以及用

5、什么方法表示压力表存在的误差，这对以后过程中对压力表的使用有极大的好处。并且此次压力表的量程较窄（00.6MPa），如果测量过程中波动过大，就会对表的精度有明显的影响，故在使用过程中，应把读书时间延长，使波动达到最小。 在这次压力表实验过程中，由于压力表接口处接触不良，导致在实验过程中读取数据时存在数据波动，且标准压力表的压力也不是十分稳定，故测量所得的精度存在较大的误差。 表1 压力表实验数据记录表压力表型号 浙制号 出厂编号 P 压力测量范围 00.6 MPa 压力表精度 1.6 压力表指示压力（MPa）压力表输入压力（MPa）最大误差（MPa）正反行程绝对差值（MPa）正行程反行程000

6、000.10.08800.0906-0.01200.00260.20.18740.1892-0.01260.00180.30.28920.2864-0.01360.00280.40.38720.3882-0.01280.00080.50.48820.4890-0.01180.00080.60.59260.5920-0.00800.0006精度= = =-2.3%变差=0.5%实验结论：该表精度为： 2.5 级 变差为： 0.5% 表2 压力变送器实验数据记录表压力变送器型号 FY11510P6E22M1 出厂编号 压力测量范围 00.6 MPa 压力变送器精度 0.25 压力变送器输入压力（M

7、Pa）折算为I标准值（mA）I实测读数（mA）最大误差（mA）正反行程绝对差值（mA）正行程反行程0.00004.0004.0354.0530.0530.0180.15008.0008.0428.0120.0420.0300.300012.00012.06412.0460.0640.0180.450016.00016.08316.0590.0830.0240.600020.00020.06620.0530.0660.013精度= =0.5%变差= = =0.2%实验结论：该表精度为： 0.5 级 变差为： 0.2% 实验二热电偶温度变送器校验一、实验目的1了解电动温度变送器的结构；2掌握热电偶

8、的使用；3掌握电动温度变送器与检测元件（热电偶）的配套使用。二、实验仪器及设备1SBWR型温度变送器8台2mV信号发生器8台3直流毫安表（0.5级）8台424V直流电源1台三、实验内容及步骤1 SBWR系列热电偶温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。它采用二线制传送方式（两根导线作为电源输入，信号输出的公用传输线）。SBWR型温度变送器的输入信号分度号为K的热电偶信号。将热电偶信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的420mA的输出信号。2 主要技术参数输入信号：热电偶即毫伏输入 250mV输出信号：420mA D.C.3 基本接线（1）（2）端子接入24V D.C，同时

9、需串联直流毫安表（7）（8）端子接入热电偶（实验中用毫伏信号发生器代替）4量程调校与基本误差校验（1）调满度：利用毫伏信号发生器代替热电偶作为标准信号，输给SBWR型温度变送器一个对应于测温上限所对应的电势值，即 U = U1+100%U-，(式中U1为零点迁移量，无迁移时则U1=0，U为测量范围，即上、下限所对应的电势之差，为冷端温度对0的电势值)。毫安电流表指示输出电流应为20mA，否则应调整温度变送器“量程”电位器。（2）调零点：输入U= U1-的电势计算值，毫安电流表应指示4mA，否则，应调整DBW温度变送器“零点迁移”电位器（3）由于调满度和调零点相互影响，满度和零点应反复调整几次，

10、直至符合要求为止。（4）依次输入其他各档信号，分别读取SBWR温度变送器正行程和反行程相应各点的输出电流值，记入表中。（5）基本误差和来回差计算仪表误差均以输入端信号折算为输出端的电流值进行计算：5实验完毕，切断电源，仪器设备复原四、实验数据记录及处理 见下表SBWR型温度变送器仪接线端子图12345678DC24VV+V-分度号 K量程 0800输出 4 - 20mA电压 DC24VSBWR型温度变送器示值检查记录被检仪表编号 SBWR 量程 0800 分度号 K Rcu所处环境温度 11.7 对应的热电势 0.48 mV被检温度变送器示值毫安表读数（mA）最大误差A（mA）正反行程绝对差值

11、（mA）整百刻度（）相应热电势（mV）相应电流输出（mA）正行程反行程0-0.484.0004.5233.9240.5230.5591004.586.0006.1216.3750.3750.2542008.628.0008.0248.3630.3630.33930012.6910.00010.23810.3380.3380.10040016.8812.00012.27412.3420.3420.06850021.1214.00014.32514.3740.3740.04960025.3816.00016.36416.3650.3650.00170029.6118.00018.37618.360

12、0.3760.01680032.7620.00019.89119.982-0.1090.091精度= =2.3%变差= = =2.1% 实验结论：该表精度为： 2.5级 变差为： 2.1%五、思考题1. 作出示值检查的结论，若误差较大，试分析产生的基本原因。答：A、热电阻输出的电势不稳，输出的电势偏高或者偏低。 B、校验表接触不良，产生较大的波动。C、读数时没有等到波动完全平衡就读数。2试定量分析热电偶输入时，Rcu（补偿电阻）在输入回路中为什么能起到冷端温度自动补偿作用？答：因为在热电偶输入时，它输入的是一个电信号E,而热电偶会把这个电信号转化成一个温度值，转化关系为E(t，0)，这样通过查

13、分度表，就可以得到输出电势与显示温度的对应关系，由于分度表的显示值都是以0为基准，故热电偶输入时，Rcu可以起到冷端自动补偿的作用。六、心得体会：通过这次对温度变送器的测量实验，加深了我们对温度变送器原理的理解，以及对如何使用温度分度表，也有了更加直观的体验。但是在实验的结果差强人意，这是因为我们初次操作，不能更加准确的测量和读数的缘故，当然也不能否认仪器测量不准的可能。但是自己还是收获很多，希望在以后的使用中，会有一些帮助。实验四 基本控制规律与电动温度自动控制系统一、实验目的1熟悉单回路自动控制系统的组成2观察基本控制规律（比例，积分，微分）对过渡过程的影响。3学习控制器参数P、I、D的工

14、程整定方法，通过观察比较被控变量（被调参数）过渡过程曲线，确定控制器参数，提高控制质量。二、实验仪器及设备 1热电偶 8支2DBW电动温度变送器8台3智能数字显示PID控制器 8台4ZK可控硅电压调整器 8台5电加热器 8台624V直流电源 1台7XW系列自动平衡记录仪 8台三、实验仪器及控制系统图如下 220VZK调压器输出输入智能数字PID控制器 输出输入 电加热器 热电偶输出 输入DBW温度变送器四、复习教材 基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计五、实验内容和步骤1控制系统的投运准备工作1) 按控制系统图利用接插件正确组合接线2) 放好仪表各开关位置：DBW温度变送器、X

15、MZ数显表、XMT智能数字控制器、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合，仪表供电，ZK调压器“通断”开关置“断”、“自动手动”开关置“自动”；设置XMT智能数字控制器为“反作用”（为什么？如何设置，请参看说明书），按XMT智能数字控制器的手/自动（A/M）键置“手动”进入手动控制模式，按SET键，进入P菜单设置程序1（设定值设置）：上排显示：SP1下排显示：设定值改变加键或减键使设定值SP1在400C左右；再按SET键，进入设置程序2（比例度设置）：上排显示：P下排显示：比例度值改变加键或减键设定比例度为1%；再按SET键，进入设置程序3（积分时间设置）：上排显示：I下排显示：积分时间值改变加

16、键或减键设定积分时间值为9999S；再按SET键，进入设置程序4（微分时间设置）：上排显示：D下排显示：微分时间值改变加键或减键设定微分时间值为0S；再按SET键，退出设置程序。此时，XMT智能数字控制器仅有纯比例控制规律，且处于“手动”控制状态。3) 手动操作：ZK调压器“通断”开关置“通”；运用加键或减键手动改变XMT控制器的输出电流，使电加热器升温；当测量值PV等于给定值时，按A/M键置“自动”，实现无扰动切换。2观察PID参数对过渡过程的影响所谓PID参数对过渡过程的影响，即是不同的控制规律、不同的控制器PID参数对控制系统克服干扰能力的影响，也就是对控制系统控制质量的影响。在实验过程

17、中，人为施加一定的干扰，应用过渡过程的品质指标，判断控制质量的好坏，进而了解PID参数对过渡过程的影响。（施加干扰的方法：ZK调压器“通断”开关置“断”，温度下降了设定值的10%左右，再把ZK调压器“通断”开关置“通”。）（1）比例度的影响：分别设置比例度值1%、 30%、5%，并分别施加干扰，观察比例控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。（2）积分时间的影响：保持一个适当的比例度值，分别设置积分时间值12S、480S、100120S，并分别施加干扰，观察积分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。（3）微分时间的影响：保持一个适当的比例度值与积分时间值，分别设置微分时间值120S、

18、5S、1520S，并分别施加干扰，观察微分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。3控制器参数工程整定（1） 比例控制系统 方法同上，在比例度P值中寻找最佳值，记录、观察比较其被控变量过渡过程曲线的质量，达到4:1或10:1衰减震荡。（2）比例积分（PI）或比例积分（PD）控制系统：比例度P最佳值不变，增加积分作用，方法同上，设定积分时间I，寻找和P作用最佳组合。或增加微分作用，设定微分时间D，寻找和P作用最佳组合。记录和观察比较PI作用或PD作用对被控变量过渡过程的曲线的质量，达到4:1或10:1衰减震荡。（3）同理，在上述PI或PD作用下，再增加D或I作用，分别记录和观察比较PID三作

19、用控制过程的质量及PID最佳组合, 达到4:1或10:1衰减震荡。六、实验报告1画出该单回路温度自动控制系统的方框图，并注明各环节的输入，输出物理量。2从不同的控制器参数过渡过程记录曲线中，试用控制质量的品质指标筛选出若干条典型曲线，分别说明P、PI或PD、PID作用时不同参数对过渡过程曲线的影响及其特征。3PID三作用控制的最佳参数近似值及特征。4实验心得体会。附：XMT-3000系列智能数字PID控制器面板示意图思考题1、1画出该单回路温度自动控制系统的方框图，并注明各环节的输入，输出物理量。答： fx e p qPID ZK调压器 电加热器 y - Z DBW温度变送器2从不同的控制器参

20、数过渡过程记录曲线中，试用控制质量的品质指标筛选出若干条典型曲线，分别说明P、PI或PD、PID作用时不同参数对过渡过程曲线的影响及其特征。答：一、P（比例型）:由图知1、最大偏差A=365-400=-35 2、余差C=385-400=-15 3、衰减比：处于稳态时，其值为390，第一个波峰值B=365-390=-25，第二个波峰值B1=385-390=-5，其衰减比为B:B1=-25:-5=5:1 4、由图得，两个波峰之间的距离为4.0mm，指针走速为300mm/h，故T振荡周期=4.03003600=48s 5、假设被控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束，那么限制范围为4002%=

21、8；新稳态值为390，可在新稳态值（390）两侧以8画一区域，只要被控变量进入这一区域，就可以认为过渡过程已经结束，由图得，结束时位置距离开始时距离为2.0mm，故过渡时间=2.0300360024s 二、PI（比例积分型）：由图知1、最大偏差A=355-400=-45 2、余差C=390-400=-10 3、衰减比：处于稳态时，其值为398，第一个波峰值B=355-398=-43，第二个波峰值B1=390-398=-8，其衰减比为B:B1=-43:-8=5.4:1 4、由图得，两个波峰之间的距离为8.1mm，指针走速为300mm/h，故振荡周期T=8.13003600=97.2s 5、假设被

22、控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束，那么限制范围为4002%=8；新稳态值为398，可在新稳态值（398）两侧以8画一区域，只要被控变量进入这一区域，就可以认为过渡过程已经结束，由图得，结束时位置距离开始时距离为8.1mm，故过渡时间=8.1300360097.2s 三、PID(比例积分微分型) :由图知1、最大偏差A=353-400=-47 2、余差C=395-400=-5 3、衰减比：处于稳态时，其值为398，第一个波峰值B=353-398=-45，第二个波峰值B1=395-398=-3，其衰减比为B:B1=-45:-3=15:1 4、由图得，两个波峰之间的距离为6.0mm，指针

23、走速为300mm/h，故振荡周期T=6.03003600=72s 5、假设被控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束，那么限制范围为4002%=8；新稳态值为398，可在新稳态值（398）两侧以8画一区域，只要被控变量进入这一区域，就可以认为过渡过程已经结束，由图得，结束时位置距离开始时距离为4.0mm，故过渡时间=4.0300360042s3PID三作用控制的最佳参数近似值及特征。答：三参数为放大系数K、时间常数T、滞后时间1、 放大系数K：K=;Q1=-40；h=390-400=-10；故K=-10-40=0.252、 时间常数T:T=72s3、 滞后时间: =42s4、 三个参数的作

24、用：4、心得体会：通过这次分别对P、PI、PID三种不同的控制系统的学习，我们更加直观的了解了三种控制的优缺点，这对于我们以后对三种系统的选择有非常大的帮助。而且我们还亲自计算了各个参数，了解他们在实际中的意义，这对我们以后对数据准确性的把握和选择都是十分有益的，而且通过对整个装置的使用，我们也明白了各种系统对温度观测曲线的差异，这对于我们以后根据实际需要选择系统是十分好的指导。实验五 DCS控制系统一、实验目的1了解DCS系统的组成与结构；2掌握DCS温度控制系统的实现方法；3学习掌握DCS系统的基本操作方法。二、实验仪器及设备 1热电偶 8支2DBW电动温度变送器8台3DCS系统 1套4Z

25、K可控硅电压调整器 8台5电加热器 8台624V直流电源 1台7XW系列自动平衡记录仪 8台三、实验仪器及控制系统图如下 220VZK调压器输出输入DCS系统控制站 输出输入 电加热器 热电偶四、复习教材 基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计、计算机控制系统五、实验内容和步骤1控制系统的投运准备工作（1）按控制系统图利用接插件正确组合接线（2）放好仪表各开关位置：XMZ数显表、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合，仪表供电，ZK调压器“通断”开关置“通”、“自动手动”开关置“自动”； （3）DCS系统上电：控制站电源箱中的2个电源开关闭合；8台操作站计算机开启，选择winNT4.0操作系统，进入实时监控操作状态，选择“流程图画面”。2DCS温度控制系统的操作在“流程图画面”下，通过“翻页”功能，找到所需流程图，用鼠标点击控制器输出数据框，屏幕显示“控制器面板”，在此“控制器面板”上，可实现“手/自动”切换、手动时的输出电流改变；用鼠标点击“控制器面板”的位号，进入“调整画面”，可进行设定值、PID参数、正反作用、输出限位等等参数的设置，在此实现常规控制器具有的所有功能。DCS系统还有“历史趋势”、“报警记录”、“操作记录”、“故障诊断”、“系统总貌”