《控制装置与仪表》概要.docx
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《控制装置与仪表》概要
《控制装置与仪表》
实验指导书
陆会明编
华北电力大学（北京）
二零零六年六月
前言
1．实验总体目标
通过实验，巩固掌握课程的讲授内容，使学生对控制装置与仪表有一个感性认识和更好地理解，并增强学生动手能力。
⒉适用专业
自动化、测控
⒊先修课程
热工控制系统
⒋实验课时分配
实验项目
学时
实验一变送器零点迁移与量程调整实验
2
实验二变频调速实验
2
⒌实验环境（对实验室、机房、服务器、打印机、投影机、网络设备等配置及数量要求）
工业计算机，Smar公司PCI卡，LD302装置，TT302装置，FP302装置，SysCon5.0软件。
⒍实验总体要求
（1）．通过变送器相关配置及参数设置，掌握变送器零点迁移与量程调整的方法；
（2）．通过变频器相关配置及参数设置，掌握变频调速的基本方法及工作原理。
目录
实验一
变送器零点迁移与量程调整实验
3
实验二
变频调速实验
7
实验一变送器零点迁移与量程调整实验
一、实验目的
1）熟悉智能控制装置
2）熟悉工程师站配置软件SmarSyscon5.0；
3）掌握智能变送器装置的计量标定及量程迁移、调整的基本操作。
二、实验类型
验证
三、实验仪器
工业PC机，SmarPCI接口卡，FF压力变送器LD302，FF温度变送器TT302，FF执行器FP302，SysCon5.0工程师站软件。
四、实验原理
通过工程师站配置系统Syscon5.0，对智能变送器LD302及TT302进行零点迁移及量程调整，实现提高变送器测量精度的目的。
五、实验内容和要求
1、模拟和智能压力变送器的计量标定方法
模拟变送器计量标定方法如图1所示。
图1模拟变送器的计量标定
通常要求标准电流表和压力源误差等级要小于被标定变送器误差的1/3以上。
最基本的测试是线性度和零点及满量程两点的精确度。
全面测试还应包括回滞、温度影响、静压影响、电源影响、时间漂移等。
变送器综合误差应为各单项误差的均方根值。
模拟变送器误差等级通常在±（0.2～0.5）%水平上。
模拟变送器量程调整和计量标定方法基本一样较麻烦。
智能压力变送器使用微处理器数据处理技术使仪表性能有较大提高。
其构成如图2。
图2智能压力变送器框图
标准电流表和压力源依然需要，但手持式编程器替代了调整电位器。
智能压力变送器零点和满量程的调整互不影响，不必像模拟仪表那样需反复调整多次；且智能压力变送器往往带有线性化修正能力，可弥补和修正传感器固有非线性误差。
智能压力变送器误差等级通常在±0.1%水平上。
由于智能压力变送器有模拟和数字两种输出，因此有些概念容易混淆：
组态/量程调整（Configrate/Re-range）：
是将过程变量和4～20mA输出建立对应关系。
它可在不施加标准压力情况下对量程大小和位置进行改变，实际上是使用以前保存在存储器中的对应关系函数进行相应计算以便建立一个新的对应关系函数。
如果是施加标准压力的量程调整则以这一次的标准压力输入数值来建立一个新的对应关系函数。
虽然输入压力值和4～20mA电流输出建立了正确的对应关系函数，但智能压力变送器数字读数并不是从电流得来，所以它和正确的值可能存在误差。
当然4～20mA电流值同时也存在误差。
校准（Trim）：
是分别将智能压力变送器压力的数字读数和输入标准压力值，4～20mA电流的数字读数和输出电流标准表读数都建立正确的对应关系。
在运行情况下，智能压力变送器组态/量程调整比模拟变送器方便容易许多，而校准则在计量标定时使用。
2、智能现场总线仪表的计量标定方法
现场总线仪表使用全数字通信信号替代4～20mA电流信号（FF和Profibus-PA标准），所以不存在智能压力变送器的数字读数和电流读数的双重性。
下面以现场总线压力变送器为例介绍现场总线仪表的计量标定方法。
2.1标定系统硬件
由于没有4～20mA电流信号，所以不再需要标准电流表而是使用计算机。
图3为现场总线仪表标定系统图。
图3现场总线仪表标定系统图
建议使用较便宜的现场总线接口卡。
由于标定系统的H1总线不会太长，且同时只接一台变送器，所需供电电流不大，所以24V直流电源通过50Ω电阻给变送器供电。
该电阻起到两个100Ω总线匹配器并联的作用。
如变送器需供电20mA，电阻上压降也仅1V，不会影响现场总线压力变送器正常工作（工作电压为9～32V）。
由于上述系统使用的现场总线功能块很少，所以采用免费的演示版组态软件即可。
这样，系统成本被压缩得很低，用户完全可接受。
由于现场总线的互可操作性，选择某一厂商的组态软件应可为不同厂商的仪表进行标定。
2.2现场总线压力变送器标定过程
首先使用组态软件建立一个小系统，系统已登录被标定变送器的识别号（ID）。
系统组态如图4。
图4现场总线仪表标定时系统组态示意图
按现场总线基金会规定给变送器添加一个资源块和一个转换器块。
令系统和变送器实现通信，在线条件下将资源块和转换器块的模式参数设成为“自动—Auto”。
由于转换器块是现场总线功能块和仪表硬件间的过渡环节，所以有关标定参数一般都在转换器块中。
现场总线基金会规定了标准转换器块，且规定厂商的转换器块可在标准转换器块参数上进行扩展但不能移动原来参数的排列位置。
转换器块有关标定的参数是和传感器一体的，而功能块参数则是和系统一体的。
例如变送器中一个原有模拟输入功能块被删除而被另一个名称的模拟输入功能块所替代，那么原有模拟输入功能块中的参数就都不存在了而代之以新功能块的参数。
转换器块参数则不同，计量人员通过转换器块对变送器进行了标定，且这些标定数据就和传感器保存在一起。
今后编程人员在系统组态时可能用和标定时不同的名称组态转换器块，但这并不影响原标定数据。
转换器块用于标定的参数如表1。
表1转换器块用于标定的参数
首先使用CAL_UNIT参数在规定范围内选择希望的单位，同时高低标定数值按所选单位自动作相应改变；然后施加低标定值的压力，并将该参数值键入位置后点击屏幕上“完成编辑”钮，数据将通过总线下传并存储在变送器中，稍许时间，PRIMARY_VALUE值即改变为刚才下传的CAL_POINT_LO值。
高点标定过程完全一样。
CAL_MINI_SPAN是通知操作者该变送器所允许的高低标定数值间最小差。
除上述几个参数外，转换器块和标定有关参数如表2，表3例举了功能块中一些和单位转换有关的参数。
表2除表一外，转换器块和标定有关的参数
表3功能块中一些和单位转换有关的参数举例
运行条件下，使用XD_SCALE设置量程，转换器块中PRIMARY_VALUE_RANGE参数也和它同步改变。
由于没有和4～20mA对应的问题，无论XD_SCALE设置何种量程，PRIMARY_VALUE参数一直显示工程单位测量值。
但在控制系统内部有时常用0～100%，所以XD_SCALE设置的量程将在OUT参数转化为0～100%中起度量作用。
在模拟输入功能块中改变XD_SCALE参数需将功能块设置在O/S模式下，修改后在恢复自动模式（AUTO）。
FF标准的压力变送器转换器块共30个参数，而厂商为提高自己产品的竞争性往往开发许多新功能，这使得转换器块参数也相应增加许多。
在计量标定方面如有线性化和标定备份。
线性化就是在量程上分布的几个点上（CURVE_X）对变送器读数（CURVE_Y）进行标定从而提高其线性度，方法和量程高低点标定类似。
正是由于通过计算机对变送器标定变得非常方便，所以不经意地误操作也可能破坏原标定数据而严重影响变送器的精确度。
为此，有按标定数据备份进行标定数据恢复（BACKUP_RESTORY）和按最后一次或出厂标定数据备份的参数（CAL_POINT_H/L_BACKUP/FACTORY）可避免这样的情况。
六、注意事项
参数配置时要保证PC机工程师站配置系统Syscon通过FF现场总线与TT302、LD302等装置保持在线连接状态；
每次对相关功能块进行参数配置后要及时保存，保证在线最新数据。
七、思考题
1）对变送器进行零点迁移和量程调整的目的及意义是什么？
2）输入转换块的主要作用是什么？
3）零点正迁移与零点负迁移的实际意义是什么？
4）差压变送器的测点与差压变送器安装位置对其进行零点迁移有什么影响？
实验二变频调速实验
一、实验目的
1）熟悉实验电路板
2）熟悉变频器操作面板
3）掌握变频器基本操作
二、实验类型
验证
三、实验仪器
实验电路板，变频器，电机。
四、实验原理
变频器通过PWM技术，改变变频器输入电压的频率，实现改变对电机转速的目的。
五、实验内容和要求
1.熟悉实验电路板
变频器（操作面板、外端子）
⑵实验电路板指示灯
实验电路板电源开关
实验操作台电源开关
电动机
2.检查操作台面、电动机、实验电路板状态
操作台面
⑵电动机
实验电路板
键盘旋钮在最小值位置
外端子旋钮在最小值位置
外端子开关在OFF位置
3.开机
开通实验电路板电源，观察变频器操作面板显示数据
显示屏首先的内容：
＿＿＿＿＿而后显示的内容＿＿＿＿＿
⑵输入如下功能参数码（将所有参数改为出厂值）
F123=1110
观察显示屏显示频率的值：
＿＿＿＿＿（键盘频率的出厂值）
操作面板上哪些指示灯亮：
＿＿＿＿＿
操作面板上哪些指示灯闪烁：
＿＿＿＿＿
由键盘给运行指令，观察：
显示屏频率变化：
＿＿＿＿＿
哪些指示灯亮：
＿＿＿＿＿
电动机转向：
＿＿＿＿＿
由键盘给反向指令，观察：
显示屏频率变化：
＿＿＿＿＿
哪些指示灯亮：
＿＿＿＿＿
电动机转向：
＿＿＿＿＿
由键盘给停止指令
4.监视模式下，将键盘频率改为20Hz
由键盘给运行指令
⑵记录显示屏显示频率的变化：
＿＿＿＿＿
由键盘给停止指令
5.程序预置1
完成下列程序预置：
F123=1110，F010=0，F011=1
⑵由键盘给运行指令
控制键盘旋钮由最小值向最大值变化的过程中，观察：
输出频率的变化范围：
＿＿＿＿＿
电动机转向：
＿＿＿＿＿
由键盘给反转指令，观察电动机转向：
＿＿＿＿＿
由键盘给停止指令
6．程序预置2（选作）
完成下列程序预置：
F123=1110，F010=0，F011=2，F011=2，F006=30Hz
⑵由键盘给运行指令
控制外端子旋钮由最小值向最大值变化的过程中，观察：
输出频率的变化范围：
＿＿＿＿＿
电动机转向：
＿＿＿＿＿
由键盘给反转指令，观察电动机转向：
＿＿＿＿＿
由键盘给停止指令
六、注意事项
1）不能对变频器内部零件进行耐压测试，这些半导体零件易受高电压损坏。
2）变频器接地端子务必正确接地。
3）变频器必须安装好前盖才能接通电源，通电后不能取下前盖，否则可能发生触电事故；不能在送电中实施接、配线。
4）变频器运行时不可以切离电动机，否则会造成变频器过电流跳闸，甚至变频器主电路烧毁。
5）变频器接通电源时，即使处于停止状态，其端子上仍带电，不能接触。
否则可能发生触电事故。
6）变频器关闭电源后，在充电指示灯熄灭前，其端子上仍带电，不能接触。
否则可能发生触电事故。
7）不能采用接通和断开主电路电源的方法来控制变频器的运行和停止。
否则可能引起事故。
8）若变频器设置了自动重起功能，当发生跳闸停止情况时，按跳闸原因会自动实现再起动，此过程中不能靠近电动机及所拖动的机械，以免危险。
9）变频器可以很容易地实现由低频到高频的运行，务必确定电动机及其拖动机械的工作频率范围。
七、思考题
1）变频器控制方式PAM和PWM主要不同是什么？
2）电压型与电流型有什么不同？
3）失速防止功能的概念及作用是什么？
4）什么是V/f控制，有什么特点？
5）一台额定功率65KW电机，ηm＝0.9，COSφ=0.9，计算出变频器的额定容量。
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