《过程控制与仪表》实验指导书.docx

1、过程控制与仪表实验指导书过程控制及仪表实验指导书主编 冯 翼 审核 虎恩典校对 杨 艺北方民族大学电气信息工程学院二八年三月目 录实验系统介绍 1 实验一 一阶单容上水箱对象特性测试实验11 实验二 二阶双容中水箱对象特性测试实验16实验三 单回路控制系统PID参数整定实验（1）上水箱液位PID整定实验21实验四 单回路控制系统PID参数整定实验（2）锅炉内胆水温PID整定实验27 实验五 串级控制实验上水箱中水箱液位串级控制实验31 一、 概 述随着计算机控制装置在控制仪表基础上发展起来以后，自动化控制手段也越来越丰富。其中有在工业领域有着广泛应用的智能数字仪表控制系统、智能仪表加计算机组态

2、软件控制系统、计算机DDC控制系统、PLC控制系统、DCS分布式集散控制系统、有FCS现场总线控制系统等。在现代化工业生产中，过程控制技术正为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产效率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起越来越大的作用。二、AE2000B型系统介绍AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验

3、设备。该设备涵盖了信号和信息处理、传感技术、工程检测、模式识别、控制理论、自动化技术、智能控制、过程控制、自动化仪表、计算机应用和控制、计算机控制系统等课程的教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压15V，电流420mA。实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：18501450900mm，重量：100Kg 一）、AE2000B型系统主要特点1被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数。2执行器中既有电动调节

4、阀（或气动调节阀）、单相SCR移相调压等仪表类执行机构，又有变频器等电力拖动类执行器。3调节系统除了有调节器的设定值阶跃扰动外，还有在对象中通过另一动力支路或电磁阀和手操作阀制造各种扰动。4一个被调参数可在不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣。5某些检测信号、执行器在本对象中存在相互干扰，二者同时进行时要对原独立调节系统的被调参数进行重新整定，还可对复杂调节系统比较优劣。6各种控制算法和调节规律在开放的组态实验软件平台上都可以实现。7实验数据及图表在MCGS组态软件中永久存储可随时调用，以便实验者进行实验后的比较和分析。二）、AE2

5、000B型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长宽高：850450400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。系统动力支路分两路组成：一路由单相增压泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由增压泵、变频调速器、小流量涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。如图2-1所示：2-1、系统结构图对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等。AE2000B实验对象检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅

6、压力液位传感器、涡轮流量传感器、Pt100热电阻温度传感器。执行装置：单相可控硅移相调压装置、电动调节阀、变频器。1、液位传感器工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换器转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的420mA标准电流输出信号。接线如图所示：接线说明：传感器的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接中继箱内正（+），中继箱内负（）接负载电阻，负载电阻接24V-，输出420mA电流信号，通过负载电阻转换成电压信号，两线制接法。在负载电阻250/50两端

7、取信号电压，当负载电阻接250时信号电压为15V，当负载电阻切换成50时信号电压为0.21V。零点和量程调整：零点和量程调整电位器位于另一侧的中继箱内。校正时打开中继箱盖，即可进行调整，左边的（Z）调零电位器，右边的（R）调增益电位器。2、温度传感器Pt100热电阻工作原理：接线说明：连接两端元件热电阻采用的是三线制接法。采用三线制接法是为了减少测量误差。因为在多数测量中，热电阻远离测量电桥，因此与热电阻相连接的导线长，当环境温度变化时，连接导线的电阻值将有明显的变化，为了消除连接导线阻值的变化而产生的测量误差，就采用了三线制接法。即在两端元件的两端分别引出两条导线，这两条导线（材料相同、长度

8、、粗细相等）又分别加在电桥相邻的两个桥臂上，经过温度变送器变送出420mA信号。如图所示：3、流量计1）、涡轮流量计：输出信号：420mA，测量范围：00.6m3/h接线如图所示： 接线说明：传感器的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源12V+接中继箱内正（+），中继箱内负（）接24V-，中继箱内负（）作为涡轮流量计输出信号负端，中继箱内A为输出信号+（正）。负载电阻则把电流信号转换成电压信号。4、压力表安装位置：单相泵之后，电动调节阀之前。测量范围：00.25MPa5、电动调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：010mA/420mADC/05VDC

9、/15VDC输入阻抗：250/500输出信号：420mADC输出最大负载：时，h（）=KR0，因而有K=h（）/R0=输出稳态值/阶跃输入式（1-2）表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数，如图1-2所示。当由实验求得图1-2所示的 阶跃响应曲线后，该曲线上升到稳态值的63%所对应时间，就是水箱的时间常数T，该时间常数T也可以通过坐标原点对响应曲线作切线，切线与稳态值交点 所对应的时间就是时间常数T，其理论依据是：图1-2、 阶跃响应曲线上式表示h（t）若以在原点时的速度h（）/T 恒速变化，即只要花T秒时间就可达到稳态值h（）。五、实验内容和步骤1、 设备的连接和检查：（1）、将A

10、E2000B 实验对象的储水箱灌满水（至最高高度）。（2）、打开以丹麦泵、电动调节阀、电磁流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门，关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。（3）、打开上水箱的出水阀至适当开度。（4）、检查电源开关是否关闭2、 系统连线图：图1-3、 实验接线图1）、将I/O信号接口板上的上水箱液位的钮子开关打到OFF位置。2)、按图1-3所示连线。3、启动实验装置1）、将实验装置电源插头接到单相220V的单相电源上。2）、打开总电源漏电保护空气开关，电压表指示220V，电源指示灯亮。3）、打开电源总开关，即可开启电源。4、实验步骤1）、开启电动调节阀电源、24V电源、智能调节仪电

11、源。2）、根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参数和液位传感器的零位、增益，仪表输出方式设为手动输出，初始值为0。3）、启动计算机MCGS组态软件，进入实验系统相应的实验如图1-4所示：1-4、实验软件界面4）、双击设定输出按钮，进行设定输出值的大小，或者在仪表手动状态下，按住仪表的STOP键将仪表的输出值上升到所想设定的值，这个值根据阀门开度的大小来给定，一般初次设定值35。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参数液位高度控制在30%处（一般为10cm）。5)、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录调节仪输出值，以及水箱水位的高度h1和智能仪表的测量显示值并填入下表。仪表输出值水箱水位高度h1仪表显示值0100cmcm6）、迅速增加仪表手动输出值，增加5%的输出量，记录此引起的