第一部分、TKGK1产品使用说明

1、第 一 部 分产品使用说明tkgk-1过程控制实验装置组成和各部分使用说明 tkgk-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。该设备可以满足过程控制、自动化仪表、工程检测、计算机控制系统等课程的教学实验。整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、研究性实验，又能提供综合性实验。本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为科学研究开发提供实验手段。 本实验装置的控制信号及被控信号均采用iec标准，即电压05v或15v，电流010ma或420ma

2、。实验系统供电要求为单相交流220v10%，10a；外型尺寸为：167*164*73，重量：580kg。 装置特点 本实验装置具有以下特点： 1、多种被控参数： 温度、压力、流量、液位。 2、控制方式多样： 位式控制、模拟pid控制、智能仪表控制、单片机控制 、plc控制、计算机控制等。 3、多种计算机控制软件：protool-cs组态软件、mcgs组态软件、本公司开发的上位机监控软件。 4、丰富的计算机控制算法：p、pi、pid、死区pid、积分分离、不完全积分、模糊控制、神元控制、 基于simulink的动态参数自适应补偿控制等。 5、开放的软件平台：在我们提供的软件平台上，学生既可以利用

3、我们所提供的算法程序进行实验，又可以用自己编写的plc程序、matlab算法程序等进行实验。6、灵活多样的实验组合：可以很方便地对控制方式与被控参数进行不同组合，得到自己需要的单回路、多回路等多种控制系统。系统组成tkgk-1型过程控制实验装置集多参数闭环控制为一体，它是由被控对象、调节器模块、执行器模块、变送器模块和单片机控制模块等组成，各模块间组合灵活，基本包含了目前所有的工业控制方式，涉及温度、压力、流量和液位等重要的过程控制参数。被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱、管道。调节器主要有模拟调节器（含比例p调节、比例积分pi调节、比例微分pd调节、比例积分微分pid调节）、位式调节器

4、、智能调节器、plc控制、单片机控制、计算机控制等。执行器模块主要有固态继电器、交流电机及水泵、直流电机及水泵、电热丝。变送器模块主要有流量变送器（ft）、液位变送器（lt1，lt2）、温度变送器（tt）、压力变送器（pt）等。变送器的零位、增益可调，并均以标准信号dc0-5v输出。另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（rs232），以满足计算机实时控制实验的需要。系统的结构组成如图0-1所示，被控对象的供水有两路：一路是由交流电机从储水箱中抽水，通过阀5或阀6供给复合加热水箱，或经过流量计后，再经阀1或阀3分别供水给上、下两个水箱；另一路是由直流电机从储水箱中抽水，通过阀7或阀8也分别供

5、水给上、下两个水箱。两个水箱内均装有液位传感器（lt1，lt2）和溢流口，每个水箱的出水口均经过线性化处理。上水箱的水通过阀2 流到下水箱，在上水箱中还安装了压力传感器（pt），用于检测压力的大小，而下水箱的水经阀4流到复合加热水箱的外套，最后经溢流口3流回储水箱。在复合加热水箱的内套安装了加热器和pt100温度传感器（tt），用于检测温度。图0-1、gk-02装置结构展示屏面板图图0-2、tkgk-1实验装置电气连接图挂箱介绍一、gk-01电源控制屏 gk-01电源控制屏如图1-1所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动

6、、停止按钮、漏电保护器、电加热器电源开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。具体操作方法如下：1）、将电源插座接220v市电电源。2）、打开总电源空气开关。3）、打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总电源接通。4）、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。5）、拨动照明钮子开关打开日光灯。 注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏上漏电时保护系统动作，告警灯亮并自动切断系统电源。2、三相异步电动机电源接线区：它与gk-07-2交流变频控制挂件配合使用。在此接线区一共有 图1-1、gk-01控制屏面板图 a、b、c、z、x、y六个空芯接线

7、柱，它们与三相异步电动机引线一一对应。基于本装置中电源为单相交流220v，因而实验时必须按三角形接线方式（即 将a与z、b与x、c与y相接）。3、直流他励电动机电源接线区：它与gk-06直流调速控制挂箱配合使用。此区从直流他励电动机引出了的“励磁”、“电枢”两组空芯接线拄。4、加热器控制接线区：共有两个空芯接线柱，按固态继电器的接线原则“左正右负”，即控制电压信号正端接左边接线柱，地端接右边接线柱。二、gk-02装置结构展示屏一、控制对象 如图0-1所示，装置结构展示屏有四个被控对象：上下两个水箱、复合加热水箱和管道。二、供水系统1、直流电机供水部分：由直流电机驱动齿轮泵，将储水箱中的水经阀7

8、、8分别注入上、下水箱。2、交流电机供水部分：由三相交流鼠笼电动机驱动齿轮泵，将储水箱中的水经流量计和阀1、3、6将水分别注入上、下水箱和复合加热水箱的外套水箱。复合水箱的内套水箱通过阀5一次性加满水后即将它关闭。3、调节阀2、阀4，可调节上、下水箱的排水量。各水箱的过量水都通过溢流口1、2、3回流到储水箱中。三、控制参数有四种：温度、压力、流量、液位。四、传感器输出与显示仪表： 在gk-02屏的左侧，设有控制参数的数显仪表，它们分别指示液位、压力、流量和温度等参数值。各表头左侧的接线柱分别接lt1、pt、lt2、ft、tt等相应传感器检测信号的输出，其标准dc 05v。其中lt1、pt、lt

9、2均有调零和调增益的电位器，可根据需要进行调整。传感器的输出显示表头为三位半的数显表。ai-708f温度变送器是一台含变送、调节双重功能的人工智能仪表。其变送信号通过tt输出，其控制信号可通过tr输出。tr输出用于控制固态继电器开关。五、ai-708f人工智能仪表，使用方法如下： 图2-1、ai708智能仪表面板图三、gk-03单片机控制屏（一）、单片机控制屏如图3-1所示，它可以同时采集五路信号，三路输出用来控制执行器，以实现自动控制。单片机控制屏的主要组成部分有：1、五路模拟量输入，分别为lt1、pt、lt2、ft、tt，其接线端正好与右侧gk-02屏上传感器输出端相对应，模拟量输入为05

10、v标准信号。2、三路模拟量输出（即单片机控制输出信号），分别以1、2、3字样标出，输出为05v标准信号。3、通讯接口方式：通过rs232串行通讯口与计算机通讯，以实现计算机监控。4、键盘操作：共有六功能键。5、两个显示框：功能显示框（显示所选参数）、数值显示（显示对应参数值）。（二）、单片机操作步骤：1、键功能含义 “回路”键：可循环选择15路输入；“向上”、“向下”：按此键可循环选择所显示的参数或在整定状态下将数字增减； “整定”键：按此键数值显示框中有一位数据闪烁，配合向上和向下键，即可进行某参数值整定。 “移位”键：在参数整定中，按此键盘可选择需要修改数据的位。 “确认”键：开机时，单片

11、机出现“” 图3-1、gk-03控制屏面板图提示，按此键后方可进入程序运行。另外在参数整定结束时，按此键即可退出参数整定，返回显示状态。2、表1参数功能定义ai输入量0150（液位）不可修改ao输出量0255手动时可修改an手动/自动0或10手动 1自动st采样时间0.119.9秒pb比例度09999增量式kcti积分时间09999增量式kitd微分时间09999增量式kdcl标尺下限0150（液位）01470p(压力)045ml/s(流量)0100(温度)ch标尺上限0150（液位）01470p(压力)045ml/s(流量)0100(温度)ua正/反作用0或10反作用1正作用sp给定值015

12、0（液位）op输出通道030不输出1从第一通道输出2从第二通道输出3从第三通道输出（三）、开机操作步骤1、 打开电源开关。2、功能显示框与数值显示框分别提示“th-”与“pcs1”字样，分别表示天煌教仪和过程控制系统之含义。3、按“确认”键，功能显示框显示“ai-1”字样，“ai”表示功能参数（参照表1定义），“1”表示为第一回路。4、连续按“回路”键，功能显示框的末位,将依次循环显示“1、2、3、4、5”表示所选中的输入回路号。5、按动“向上”或“向下”键，可改变所在回路相应的功能与参数值。 6、按“整定”键，数值显示框的末位闪烁，表示此位可进行修改，这时只要按“向上”“向下”键和“移位”键

13、，就能对数值显示器的参数值进行整定修改。数值设定完毕后，最后按“确认”键，即可完成对参数的设定。7、本单片机系统在运行时，允许实时地对pid参数进行修改。注意：1、 在实验前将各输入信号的信息（an、st、cl、ch、ua、op等）通过两组显示器，预先设置好。2、 输出通道设定，应与输入通道相对应，不能复用。op为“0”表示无输出。四、gk-04 模拟pid调节器挂箱如图4-1所示，本挂箱有两路完全相同的pid调节器和一路给定信号源。调节器的结构、使用方法如下：1、 接线端：给定信号输入端、反馈信号输入端、 pid信号输出端。注意地线是公共的，只有两个地线接线端子。给定信号大小由本模块中给定信

14、号源提供，反馈信号输入由传感器输出提供，调节器输出信号用于控制执行器（如交流电机、直流电机）。2、 积分时间波段开关：共有三档：x、x1、x10。当选择x档时才可进入纯p，或pd控制方式。 p、i、d参数设置 “p比例调节”比例系数kc（即放大系数）的调节。它是比例度的倒数，即kc=1/。 图4-1、 gk-04挂箱面板图 “i积分调节”指积分时间常数ti的调节，调节范围“0.01至2.5分”和“0.1至25分”。 “d微分调节器”指微分时间常数td的调节，调节范围“0.01至10分”。 3、“i”有开/关两种状态，“d”也有开/关两种状态（通过钮子开关切换，两个开关处于“开”状态时积分和微分

15、才起作用）。4、若需要选用“pi”控制，具体设置为：“i”波段开关置于x1或x10档，i开/关置于“开”，电位器p、i旋至某一个刻度即可。此时“d”开关应置于“关”。5、正/反作用开关：用于改变调节器的正反作用，实质上是改变输入偏差信号的正负号，以构成一个负反馈系统。6、手动/自动开关：当开关置于“手动”时，调节手动电位器，即可手动控制调节器输出信号。若需要进行pid控制，则此开关必须位于“自动”状态。7、给定信号源：其输出信号由钮子开关切换输出值的正、负。 8、当进行串级模拟pid控制实验时，可利用两个gk-04调节器组成所需的自动控制系统。五、gk-05位式控制器挂箱 如图5-1所示，位式

16、控制挂箱由位式控制器和给定信号源两部分组成。 1、位式控制器输入端为vmax 、vi、vmin,输出端为vo（在温度控制系统中用于控制固态继电器的通断）。其中vmax表示上限电压值，vmin表示下限电压值，vi为反馈信号的输入端。接线原则：上正下负（即上方空芯接线柱接电压信号正端，下方空芯接线柱接电压信号地端。注意：其中vmax应大于vmin，为保证实验效果明显，可令vmax与vmin差值大于1v。 2、给定信号源提供两组信号，其大小通过电位器rp1、rp2调节，可以整定所需要的vmax、vmin之值。 图5-1、gk-05挂箱面板图六、gk-06直流调速控制挂箱 如图6-1所示，直流调速面板

17、共有三组接线端和一个反馈调节旋钮。1、 输入电压范围为05v，用于控制直流他励电动机的转速。（由于电机和泵的摩擦阻力较大，所以一般输入25v电压）2、电枢绕组接线端与gk-01中的电动机接线端对应。3、励磁绕组接线端与gk-01中的电动机接线端对应。接线原则上正下负，左正右负。4、 电流截止负反馈作用是限制电机启动和负载过大时的电流，以免烧坏直流电动机。5、 电压反馈量的调节旋钮。它用于调节电压负反馈值的大小，从而达到调节电机的转速。通常启动时，将反馈调至较大，从而降低启动电压。 图6-1、gk-06挂箱面板图七、gk-07-2交流变频调速挂箱 如图7-1所示，交流变频控制挂箱面板图。变频器为

18、三菱fr-s20s-0.4k型。具体使用说明、参数设置及操作，详见产品使用手册。 （一）、挂箱面板接线端子功能说明：为了保护变频器各接线端子不因实验时经常的装拆线而损坏或丢失，故将其常用的端子引到挂箱面板上。1、a、b、c：变频器的三个输出端，（连接gk-01中的三相鼠笼电机三相定子绕阻的接线端a、b、c）。2、2和5：外部电压控制信号（05v）输入端，2接信号正极，5接信号地端 。3、f、str：电机正、反转控制端，stf与sd相连为正转，str与sd相连为反转。 图7-1、gk-07-2挂箱面板图 4、其它：1） pc：外部晶体管公共端 、dc24v电源接点输入端 。2） se：集电极开路

19、公共。3） run：集电极开路。4） 10：频率设定用电源。5） 4：频率设定电流信号。6）、rh、rm、rl：rh、rm、rl 分别与sd连接实现多段速度选择。7）a、b、c：报警输出。8）am：模拟信号输出。 9）、rst：复位。 10）、sd：输入/输出公共端。*本实验装置各端子的引出是为了满足用户其它自拟实验接线的需要。（二）、变频器的基本操作说明： 八、gk-08 plc可编程控制挂箱（一）、plc结构概述plc可编程控制挂箱面板，如图8-1所示。1、plc可编程控制面板上引出二路模拟输入（ai），一路模拟输出（ao），十路开关量输入（di1di10），四路开关量输出（do1do4）

20、。采用西门子s7-200 plc系列产品。2、cpu为224，它集成14输入/10输出，总共有24个数字量i/o点。13k字节程序和数据存储空间。6个独立的30khz高速计数器，2路独立的20khz高速脉冲输出。此外，还有1个rs485通讯/编程口，它具有ppi通讯协议、mpi通讯协议和自由方式通讯能力。3、em 235 模拟量扩展模块，具有4路模拟量输入，2路模拟量输出（实际的物理点数为：4输入，1输出）。 图8-1、gk-08挂箱面板图4、plc的编程环境软件为 step 7-micro/win32 v3.0， step 7-micro/win32 v3.0 可以对s7-200的所有功能进

21、行编程。 cpu通过pc/ppi 电缆或通过插在pg/pc上的cp 5511或 cp 5611网卡与pc/ppi电缆可以在windows 95或window 98下实现多主站模式。5、上位机的监控软件为：protoolcs和mcgs工控组态软件（两种软件可供用户选择，每一种都可独立使用）。 （二）、应用protoolcs软件演示pid实验 1、此演示实验直接应用模拟量的输入与输出，所以ai（模拟输入口）接变送输出信号，ao（控制信号输出）接执行器。 2、用pc/ppi电缆线连接rs485通讯口与cp 5611卡连接。3、软件安装步骤：1）、光盘目录：prg-filepc-comm 配合单片机的

22、上位机通讯程序 prg-filepc-plcn1 ptl-run 配合plc的上位机监控程序 prg-filepc-plcn1s7-200 plc的pid控制源程序 protool.rtdisk1 计算机组态软件 s7200 v3.1 中文测试版 为plc编程软件 software 上位机安装程序 2）、点击s7200中的“setup.exe”，安装 step7microwin 32 v3.1。3）、点击disk1中的“setup.exe”安装protool-cs 软件。4）、将s700与ptl-run目录中的文件复制到硬盘上。5）、点击“mypid.mwp”进入程序编辑状态。6）、连接cp5

23、611自带的电缆线，plc初始波特率为9.6k(初次使用以后按8)改动)。7）、下载程序时，plc应打到stop工作方式，运行时打到run或term工作方式。8）、之后将system block 波特率改为187.5k，地址口为2。9）、在windows的控制面板中选择set pg/pc interface 项，再选择cp5611mpi，选择computing-cp5611(mpi)。10)、点击“pro.fwd”文件可进入演示程序控制界面。 图8-2注：本装置中的演示组态软件只用到plc的模拟量的i/o即ai与ao，各数字量i/o口，空着不用，由用户自由选用。11）、屏幕键盘操作说明： a）

24、、操作方式：手动或自动。b）、参数设定：kc为比例系数，设置范围：09.9。 ts为采样时间，设置范围：09.9秒。 ti为积分时间，设置范围：09.9分。 td为微分时间，设置范围：09.9分。c）、运行：在参数设定后，向上拉动设定键至所需的控制值，即可进入运行状态。在显示区可看到控制过程的进程。（三）、应用mcgs工控组态软件pid实验1、此控制实验直接应用模拟量的输入与输出，所以ai（模拟输入口）接变送输出信号，ao（控制信号输出）接执行器。2、用适配器pc/ppi电缆连接plc的rs485通讯口和计算机串口2（com2）。3、软件安装步骤： 1)、安装mcgs工控组态软件（30分钟学习板）：a、在相应的驱动器中插入光盘，插入光盘后会自动弹出mcgs安装程序窗口（如没有窗口弹出，则从windows的“开始”菜单中，选择“运行.”命令，运行光盘中autorun.exe文件）。b、在安装程序窗口中选择“安装mcgs组态软件”，启动安装程序开始安装, 随后，安装程序将提示你指定的安装目录。（系