过程控制实验指导书 三楼水箱实验系统 求是教仪-

1、天津理工学院自动化系过程控制实验指导书目录第一篇实验部分 (3概述 (3第一章硬件介绍 (5第一节水箱 (5第二节微型锅炉、纯滞后系统、热电阻 (6第三节液位传感器、变送器 (7第四节电动调节阀 (8第五节变频器 (8第六节水泵 (9第七节流量传感器、转换器 (9第八节交流固体继电器 (9第九节调节器 (10第十节牛顿模块 (12第二章过程控制仪表实验 (13第一节压力仪表的认识和校验 (13第二节调节器的认识和校验 (15第三节热电阻的认识和校验 (19第四节电动调节阀的认识和校验 (21第五节流量计的认识和校验 (24第六节变频器的认识和校验 (25第三章对象特性测试实验 (27第一节上水

2、箱特性测试(调节器实验 (27第二节上水箱特性测试(计算机实验 (31第三节下水箱特性测试(调节器实验 (34第四节下水箱特性测试(计算机实验 (37第五节二阶液位对象特性测试(调节器实验 (40第六节二阶液位对象特性测试(计算机实验 (43第七节温度锅炉对象特性测试(调节器实验 (46第八节温度锅炉对象特性测试(计算机实验 (49 第九节调节阀流量特性测试(调节器实验 (521天津理工学院自动化系过程控制实验指导书第十节调节阀流量特性测试(计算机实验 (54第十一节对象参数的求取 (57第四章单回路控制系统实验 (62第一节压力单闭环(调节器实验 (62第二节压力单闭环(计算机实验 (66第

3、三节温度单闭环(调节器实验 (70第四节温度单闭环(计算机实验 (74第五节液位单闭环(调节器实验 (78第六节液位单闭环(计算机实验 (83第七节流量单闭环(调节器实验 (87第八节流量单闭环(计算机实验 (91第九节双容液位控制(调节器实验 (95第十节双容液位控制(计算机实验 (99第五章串级控制系统实验 (103第一节上水箱液位和流量组成串级(调节器实验 (107第二节上下水箱液位组成串级(调节器实验 (112第三节上水箱液位和流量组成串级(计算机实验 (115第二篇软件部分 (119第一章组态王的安装及运行环境 (119第二章牛顿模块程序的安装 (126第三章软件的应用 (1312天

4、津理工学院自动化系过程控制实验指导书第一篇实验部分概述自本世纪30年代以来,自动化技术获得了惊人的成就,已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。自动控制按输入量的变化规律分类,可分恒值控制系统(Fixed Set-Point Control System、随动控制系统(Follow-Up Control System、过程控制系统(Process Control System。过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制,它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程

5、中,过程控制技术正在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率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。我系所采用的是PCT-II型过程控制系统实验装置,该实验装置除了能够完成一些基本的验证性过程控制实验外,还可以开发设计一些设计性实验,使学生在教师的指导下,根据实验设计的要求自行设计一些实验电路及过程控制回路,从而加深学生对过程控制过程的认识,促进学生参加实验的主动性,进一步提高学生的动手动脑能力。装置特点:1、装置由控制对象、控制屏、计算机三部分组成,对象构布局合理,造型美观大方。2、真实性、直观性、综合性强,控制对象元件全部来源于工业现场。控制屏正面有完整的系统结

6、构图案。3、参数全面,涵盖了液位、流量、压力、温度等典型参数。4、PCT-II过程控制实验装置具有控制参数和控制方案的多样化。该装置可通过对其管路上的阀门切换和对模拟信号接线板上信号的连接组合,可构成数十种过程控制实验。3天津理工学院自动化系过程控制实验指导书5、在PCT-II过程控制实验装置完全能满足教学实验、课程设计、毕业设计的需要,同时学生可自行设计实验方案,进行综合性、创造性过程控制系统实验的设计、调试、分析,培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。学生在本实验装置进行综合实验后,可掌握下列内容:1、测定控制对象特性的方法。2、自动化仪表的初步使用。3、变频器的基本工作原理和

7、初步使用。4、单回路控制系统的参数整定。5、复杂控制回路系统的参数整定。6、控制参数对控制系统品质指标的影响。7、控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力。实验的基本程序:1、明确实验任务;2、提出实验方案;3、画实验接线图;4、进行实验操作,作好观测和记录;5、整理实验数据,得出结论,撰写实验报告。在进行本书中的综合实验时,上述程序应尽量让学生独立完成,教师给予必要的指导,以培养学生的实验能力。要做好各主题实验,就应做到:实验前有准备;实验中有条理;实验后有分析。4天津理工学院自动化系过程控制实验指导书第一章硬件设备的介绍PCT-II型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象,它集

8、自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术为一体的多功能实验装置。系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数,可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成DDC、DCS、PLC、FCS、TCS等多种控制系统。该实验装置既可作为本科、专科、高职过程控制课程的实验装置,也可作为研究生及科研人员在复杂控制系统、先进控制系统研究方面提供物理模拟对象和实现手段。第一节水箱实验装置由被控对象和控制回路两部分组成。其中被控对象包括:上位水箱、下位水箱、储水箱。上位水箱和下位水箱采用进口有机玻璃,不但坚实耐用,而且透明度高,便于学生直接观察

9、液位的变化和记录实验结果。水箱容积高达80升,使实验效果更为理想。水箱结构独特,下水箱有三个槽,分别是工作槽、溢流槽、缓冲槽。当水箱进水时,水管的水先流进缓冲槽,当缓冲槽中注满水时,水流便满过缓冲槽和工作槽当中的隔板并沿此隔板缓慢注入,这样水流对工作槽中的冲击力非常小,减少振荡,以便更精确的观察和记录实验结果。同时下水箱的缓冲槽可以做温度变比值控制,热水和冷水在此混合,控制水的温度。上水箱有五个水槽,两个工作槽,两个缓冲槽,一个溢流槽,两个工作槽通过连通器连接,其容积比是2:1,两个水箱都可以做液位单闭环实验,可以选择不同的工作槽做串级实验,比较不同的容积和流量组成不同的串级实验的效果。实验过

10、程中如水位失控水流可以直接经过缓冲槽流进储水箱。储水箱是采用不锈钢板制成,水箱内部采用覆塑工艺,有效提高实验装置的使用寿命。其容积180升,完全能满足上下水箱的实验的需要。储水箱上面有一个金属滤网,有效防止异物进入水箱堵塞管道。整个系统管道采用铝塑管组成,所有的水阀采用优质球阀,彻底避免了系统生锈的可能性,有效提高了使用装置的使用年限。其中储水箱后面有一个小的球阀,当水箱需要更换水时,将水泵打开5便将水直接排出;当水泵打开但没水抽出时,将球阀打开,空气放掉,就可以抽出水。第二节微型锅炉、纯滞后系统、热电阻本装置采用微型锅炉进行温度实验,此锅炉采用不锈钢精制而成,设计巧妙、共有三层:加热层、冷却

11、层、溢流层。其中纯滞后盘管盘在溢流层之外。如下图1.1 图1.1 微型锅炉做温度单回路实验时,冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度。冷却层和加热层可以做温度和流量的解耦控制实验。长达20米的盘管可做温度纯滞后实验,在盘管上有三个不同的温度检测点,它们的滞后时间常数不同,在实验过程中根据不同的实验需要选择不同的滞后时间常数。加热层、冷却层和盘管出来的水最后全部排到溢流层,然后直接排到储水箱中。检测水温的传感器是CU50,在此共有5个温度传感器,如图1.1,本装置采用三线制Cu50,经过调节器的温度变送器,可将温度信号转换成420

12、mA DC电流信号,便于计算机采集,Cu50传感器精度高,热补偿性好。第三节液位传感器、变送器液位传感器用来对上位水箱和下位水箱的液位进行检测,采用工业用的扩散硅压力变送器,不锈钢隔离膜片,本变送器按标准的二线制传输,采用高品质、低功耗精密器件,稳定性、可靠性大大提高。零点、量程正负迁移可调,操作方便,且互不影响。采用信号剥离技术,对传感温度漂移跟随补偿。可方便地与其它DDZ-型仪表互换配置,并能直接替换进口同类仪表。校验的方法是通电预热15分钟后,分别在零压力和满程压力下检查输出电流值。在零压力下调整零电位器,使输出电流为4mA,在满量程压力下调整量程电位器,使输出电流为20mA。本传感器精

13、度为0.5级,因为为二线制,故工作时需串24V直流电源。液位变送器测试结果:压力变送器测试结果 第四节电动调节阀电动调节阀对控制回路流量进行调节。采用智能电动调节阀,具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化,可靠性高、操作方便,并可与计算机配套使用,组成最佳调节回路。执行机构直接接受420mADC或15V控制信号,输出420mADC的阀位信号,使用和校正非常方便。ZDS系列的阀门采用柔性弹簧连接,可预置阀门关断力,保证阀门的可靠关断,防止泄露。驱动电机采用高性能稀土磁性材料制造的同步电机,运行平稳,体积小,力矩大,抗堵转,控制精度高。因此本调节阀具有

14、性能稳定可靠,控制精度高,使用寿命长等优点。技术指标:电源:220VAC 50HZ 功耗: 5VA输入信号:420mA DC 输入阻抗: 100(420mADC输出信号:420mA DC环境温度: 20+70重复精度:±1%第五节变频器本过程控制采用日本三菱FR-S520变频器, 420mA控制信号输入,可对流量或压力进行控制。本装置变频器的用法:上电时,EXT灯先亮,此时将控制内外控的双掷开关掷到内控端,RUN灯点亮,开始内控变频控制水泵。当实行外控时将制内外控的双掷开关掷到外控端,按键,此时PU灯点亮,旋转到所希望的值, 按键数字闪动几下,再按键即可运行,按停止运行。当双掷开关掷

15、到外控时,变频器将由外部电流来控制频率的大小。变频器内部参数大部分都和变频器说明书一样,只有一小部分改动,改动参数如下。C5=15 P21=3 P30=1 P39=80 P53=1P59=1 P60=4 P61=4 P62=4 P63=4PU灯亮时,才能改变参数,外部电流无法控制,调节变频器设定用旋钮,改变频率的大小;EXT灯亮时,不能改变变频器内部参数,将面板上的双掷开关掷到外控,外部输入420mA控制电流控制变频器的频率。按下STOP键变频器停止工作。如变频器在外控工作状态下,将双掷开关掷到内控,变频器便停止工作;如需变频器再在外控状态下工作,将双掷开关掷到内控,将变频器上的PU/EXT转

16、换一下,然后再将双掷开关掷到外控,变频器便开始工作。具体请事项请参见变频器使用手册。第六节水泵本装置采用丹麦进口格兰富水泵。噪音非常低,不会影响教师授课。使用寿命长,减少使用的麻烦。扬程高达10米,完全能满足实验的需要。如果上电后虽然水泵转动,但抽不出水,打开水箱后面的球阀将水泵中的空气放掉。如水泵长久不工作,轴承结垢无法转动,此时应旋下排气螺塞,用螺丝刀插入水泵转轴末端的槽中转动;或者将水泵的四颗螺丝旋掉,打开水泵,然后上电观察水泵叶轮是否转动。详细请参见水泵说明书。第七节流量传感器、转换器流量传感器用来对电动调节阀的主流量和干扰回路的干扰流量进行检测。本实验台采用电磁流量传感器和电磁流量转

17、换器。420mA标准信号输出。本实验台中用了两套传感器、转换器。如转换器波动很大,说明管到中有空气,处理方法是将空气排除。具体请参见流量计和转换计使用说明书。第八节交流固体继电器采用可控硅移相触发单元,输入控制信号为420mA标准电流信号,其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压来控制加热器的端电压,从而控制锅炉的温度。输入4mA电流时,加热器端电压为0V,输入20mA电流时,加热器端电压为220V。第九节调节器本实验三台调节器是采用上海万迅仪表有限公司生产的AI全通用人工智能调节器,三台分别是708型仪表、808型仪表,818型仪表。三台仪表都有温度变送器。其中708和808是模糊控制

18、型,818是PID控制型。技术规格:输入规格(一台仪表即可兼容:模拟量输入:热电偶:K、S、E、J、T、B、N热电阻:Cu50、Pt100线性电压:05V、15V、01V、0100mV、020mV线性电流(需外接分流电阻:010mA、020mA、420 mA控制方法:PID控制电流/电压输出,PID控制继电器开关量输出PID正转/反转阀位控制位式ON/OFF带回差输出信号:模拟量输出:010mA(负载电阻小于750420mA(负载电阻小于50005 V (输出电阻小于25015 V (输出电阻小于250开关量输出继电器控制输出;(220V AC/3A或24VDC/5A,阻性负载继电器正转、反转

19、输出继电器ON/OFF带回差,触点容量220V AC/3A或24VDC/6A,阻性负载.。可控硅控制输出SCR(可控硅过零点触发脉冲输出,400V/0.5A固态继电器输出SSR(固态继电器控制信号输出,624V/30mA馈电输出DC24V,负载30mA报警方式:可选择继电器上限、下限报警输出,LED指示可选择继电器上上限报警输出,LED指示可选择继电器下下限报警输出,LED指示可选择继电器偏差内报警输出,LED指示可选择继电器偏差外报警输出,LED指示可选择继电器LBA报警输出,LED指示手动功能:手动/自动双向无扰动切换电源:220V AC/5060Hz电源消耗:5W(AC220线形电源供电

20、环境温度:050度相对湿度:85 RH常用的参数及功能有:Ctrl 控制方式:Ctrl=2,启动自整定, Ctrl=3,整定结束;Sn 输入规格:Sn=33,1-5V电压输入, Sn=32,0.2-1V电压输入, Sn=20,热电阻输入;dip 小数位数:dip=0,小数点位数为0;op1 输出方式:op1=4,420 mA线形电流输出;dih 输出上限:做液位控制时,dih=450,做温度、流量、压力控制时, dih=100;dil 输入下限:一般dil=0;CF 系统功能选择:单回路控制CF=2;需要外部给定时CF=8。Run 运行状态选择:run=0,手动调节状态;run=1,自动调节状

21、态;具体操作请参考操作手册。第十节牛顿模块本装置在计算机控制和通讯上采用台湾威达数据采集模块。7520是RS-232转485通讯模块,RS-232/RS-485双向协议转换。速度为300-115.200BPS,一个RS-485网上可挂256个模块,3000V隔离,支持多种速率多种数据格式。通讯距离:2.1公里/9600BPS;2.7公里/4800BPS;3.6公里/2400BPS。7024是D/A模块,4通道模拟输出模块。电流输出:420 mA,020 mA;电压输出:+/-10V,010V,+/-5V。精度14Bit。7017是A/D模块,8通道模拟输入模块。模拟输入:mV mA ;输入范围

22、: +/-150 mV,+/- 500mV,+/- 1V,+/- 5V,+/- 10V,+/- 20 mA。6路差动/2路单端或8差动(跳线选择;采样频率10Hz。第二章过程控制仪表实验第一节压力变送器的认识和校验一、实验目的1、通过实验,熟悉压力变送器的具体结构,进一步明确各部件的作用,巩固和加深压力变送器的工作原理及整机特性的理解。2、掌握压力变送器的零点、量程的调整方法,零点迁移方法和精度测试方法。3了解压力变送器的安装及使用方法。二、实验所需仪器设备1、压力变送器2、电流表3、直流稳压电源三、实验指导1、压力变送器的主要技术指标测量范围:06KPa 输出电流;420mA负载能力:250

23、300工作电源:24(1±5%V DC 2注意事项1、接线时,注意电源极性。完成接线后,应检查接线是否正确,并请指导教师确认无误后,方能通电。2、没通电、不加压;先卸压、再断电。3、进行量程调整时,应注意调整电位器的调整方向,并分清楚调零电位器和满量程电位器。4、小心操作,切勿生扳硬拧,严防损坏仪表。5、一般仪表应通电预热15分钟后再进行校验。6、如果压力变送器的安装位置与取压点不在一个水平位置上,应对压力变送器进行零点迁移。四、实验内容1、校验压力变送器,压力变送器是两线制,应串入24伏直流电源。2、压力变送器的零点及量程调校(1零点调整在水箱没水时,观察输出电流表的读数是否为4m

24、A,如果不对,则调整调零电位器,直至读数为4mA。(2满量程调整待零点调好后,给水箱加水,增加到测量范围上限(450mm时值,观察电流表的电流是否为20mA,如果不对,则调整满量程电位器,直至输出电流为20mA。满量程调整后会影响零点,因此零点、满量程需反复多次调整。直至满足要求为止。五、仪表校验记录单表2-1压力变送器实验数据记录表 六、数据处理1、数据处理时应注意的问题(1、实验前拟好实验记录表格,见表格2-1(2、实验时一定等现象稳定后再读数、记录。否则因滞后现象会给实验结果带来较大的误差。2、误差计算公式绝对误差= Io实-Io标引用误差=±/(Io上-Io下x100%基本误

25、差=±MAX/(Io上-Io下x100%变差=| Io正-Io反|MAX/(Io上-Io下x100%Io标某点输出信号的标准值,mAIo实某点输出信号的实际值,mAMAX 各校验点绝对误差的最大值,mAIo上-Io下仪表的输出量程,mA| Io正-Io反|MAX各检验点正反行程实测值的最大绝对差值,mA 3、整理实验数据计算被校仪表的各项误差,确定精度等级,并填入仪表校验记录单。4、分析压力变送器的静态特性,画出压力变送器的输入-输出静态特性曲线。第二节调节器的认识和校验一、实验目的1、熟悉调节器的外型结构,掌握调节器的操作方法,从而进一步理解调节器的工作原理及整机特性。2、熟悉调节

26、器的功能,了解调节器各可调部件的位置及作用。3、掌握调节器的主要技术性能的调校、测试方法。二、实验装置(一实验所需仪器、设备1、调节器2、电流表3、直流稳压电源4、250欧姆电阻(二接线端子说明1 2 端15V电压输入端,2 3 端0.21V电压输入端,2 3 4端热敏电阻输入端,5 7端420mA电流输出端,9 10端220V电源输入端,17 18端温度变送输出端。三、实验指导1、调节器的主要性能技术指标输入信号:15VDC 外给定信号:0.21V输出信号:420mADC 负载电阻:250750电源:100 240VAC2、实验注意事项(1接线时注意电源的种类、极性,严防接错电源。(2通电前

27、应请指导老师确认无误后方可通电。(3动手调校前,应搞清调节器各部件的作用,凡实验中未设计的可调元件一律不得擅自调整。(4调节器在调校前应预热15分钟。(5实验前先准备好实验记录数据表2-2和表2-3,并预习数据处理的各项误差计算公式。四、实验原理调节器的主要功能是接受变送器送来的测量信号Vi,并将它与给定信号Vs 进行比较得出偏差,对偏差进行PID连续运算,通过改变PID参数,可改变调节器控制作用的强弱。除此之外,还具有测量信号、给定信号及输出信号的指示功能,五、实验内容及步骤1、准备工作熟悉调节器的型号,外形,正面板布置,观察各可调部件的位置。2、一般检查(1仪表通电后观察自动/手动能否切换

28、。(2观察调节器的内/外给定是否随信号的输入变化而变化。(3改变到手动状态,使调节器的输出分别为0%、25%、50%、75%、100%时,观察此时输出的电流是否是4mA 、8 mA 、12 mA、16 mA、20 mA。3、调节器面板指示仪表的校验调节器的主输入分别输入电压为:1V、2V、3V、4V、5V,观察PV输出显示是否成线性增加。4、闭环跟踪特性校验(静态误差校验。给定一个SV值和适当的PID参数,观察检测值到达目标值的时间和静态误差。表2-2 实验仪器、技术一览表 表2-3 调节器面板指示仪表检验记录 六、数据处理1、实验数据处理应注意的问题同压力变送器实验。2、整理实验数据,(1、

29、误差计算公式,绝对误差= Vi实-Vi标引用误差=±/(V上-V下x100%基本误差=±MAX/(V上-V下x100%变差=| V o前-V o后|MAX/(V上-V下x100%6、分析调节器的各项指标是否合格,并得出结论。七、具体应用1、在本实验系统中采用三种型号的调节器,分别是AI708、AI808、AI818。2、三只调节器中主输入都是电压(15V,输出都是电流(420mA。都有温度变送输出。输出电流也是420mA。3、708、808调节器是模糊控制,818调节器是PID参数控制。其中808,818有手动输出,而708无手动输出。808、818需手动调节输出时,参数R

30、un 是1或0。4、节器基本参数的介绍,Ctrl 控制方式:Ctrl=2,启动自整定, Ctrl=3,整定结束;Sn 输入规格:Sn=33,1-5V电压输入, Sn=32,0.2-1V电压输入, Sn=20,热电阻输入;dip 小数位数:dip=0,小数点位数为0;op1 输出方式:op1=4,420 mA线形电流输出;dih 输出上限:做液位控制时,dih=450,做温度、流量、压力控制时, dih=100;dil 输入下限:一般dil=0;CF 系统功能选择:单回路控制CF=2;需要外部给定时CF=8。Run 运行状态选择:run=0,手动调节状态;run=1,自动调节状态。第三节热电阻的

31、认识和校验一、实验目的1、掌握用分度校验法对热电阻进行校验的原理及操作方法。2、熟练掌握用精密电桥测电阻值的方法。二、实验装置1、标准热电阻Cu50一支。2、变送器一台,用于测量热电阻变送后的电流大小。3、加热器及加热容器,用于改变被测温度。三、实验指导(一实验原理热电阻的校验有两种常用的方法纯度校验法和分度校验法。前者是通过实验方法精确的测量被校热电阻在0及100条件下的电阻阻值R0 、R100,并求出R100/ R0后判断其准确性。而后者则是选取若干个校验点,分别测出标准热电阻和被校热电阻的阻值,通过查表求得各自对应的温度,并求得误差后与性能指标中的允许值进行比较来判断被校热电阻的测量准确

32、性。(二实验步骤1、对实验装置进行连线,连接完成后经实验指导老师检查,确认无误后方可进行校验。2、将加热圆筒内注满水,给加热器通电。3、观察调节器显示温度值的变化和变送电流的输出。4、记录温度计、调节器显示器的温度值及变送输出电流值。5、记录数据、处理表格数据。表2-4 实验仪器、技术一览表 表2-5 调节器面板指示仪表检验记录 四、实验报告内容1、完成表2-4、表2-5各栏目所要求的内容,并对实验结论进行文字说明。2、对实验方法和实验操作过程、数据处理等环节进行分析,找出产生误差的主要原因。第四节电动调节阀的认识和校验一、实验目的1、通过拆装,熟悉电动执行器的结构组成,了解其工作过程,认识其

33、结构形式。2、通过对电动执行器的测试和校验,掌握执行器的校验方法,理解其相关特性及性能指标含义。3、通过对阀门定位器和执行器的联校,了解定位器的功能。二、实验装置1、电动调节阀一只2、流量计一套3、水泵一只4、压力表一只4、电流表一只6、调节器一只三、实验指导(一预备知识1、电动执行器的功能及结构组成简介在自动控制系统中,执行器起着“手脚”的作用,它接受调节器的输出信号,改变自身开度,进而调节介质流量的大小,实现对生产过程中各种变量的控制。2、主要性能技术指标基本允许误差:±4% 变差: 1.0%灵敏限:0.1% 输入信号:420mA(二实验步骤1、执行器的拆卸对照“过程控制仪表”教

34、材中相关结构图,卸下阀盖,观察执行机构的各部件。2、阀的拆卸卸去阀体下方的各螺母,依次卸下阀体的外壳,慢慢转动并抽出阀杆,观察各部件的结构,根据阀芯的形状可判断阀的流量特性。3、执行器的安装将拆卸的各部件复位并安装。4、流量特性的测试有两种测试方法,其一手动测试。执行器流量特性是指在阀前后压力差不变的情况下,介质流过阀门的相对流量与阀芯行程的对应关系。测试方法是分别记录阀体在不同时开度时流量计的流量。分别取阀体的开度为5%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%相对应的流量。然后绘制开度-流量关系曲线,即可得到执行器的流量特性。完成2-6实验表格。表2

35、-6 调节阀的特性测试数据记录 其二是计算机测试,D/A模块输出控制调节阀,A/D采集流量信号,则计算机就自动画出一条调节阀特性曲线。5、零点的调整给调节阀输入4mADC的信号,输出电压信号为20KPa,执行器刚好启动,如不符,可调节调零电位器。6、量程调整给调节阀输入20mADC的信号,可调节执行器的量程。7、灵敏限测试分别在输入信号为25%、50%、75%所对应阀的开度,增加或降低输入电流,读取流量的变化。四、实验报告内容1、根据实验数据记录的结果,完成表格2-6。2、画出开度-流量曲线。3、分析曲线,得出阀体的特性。第五节流量计的认识和校验一、实验目的1、通过拆装,熟悉流量计的结构组成,

36、了解其工作过程,认识其结构形式。2、通过对流量计的测试和校验,掌握流量计校验方法,理解其相关特性及性能指标含义。3、了解电磁流量计的基本工作原理。二、实验装置1、电磁流量传感器2、电磁流量转换计3、调节阀4、水泵5、电流表6、管道配件三、工作原理1、传感器是根据法拉第电磁感应原理工作的,当导电液体沿流量管在交变磁场中作与磁力线成垂直方向运动时,导电液体切割磁力线产生感应电势。在与测量管轴线和磁场磁力线相互垂直的管壁上安装了一对检测电极,将这个感应电势检出。若感应电势为E,则有:E=BVD (1式中:B磁感应强度;D电极间的距离,与测量管内径相等;V测量管内被测流体在截面上的平均流速。式(1中磁

37、场B是恒定不变值,D是一个常数,则感应电动势E与被测流体流速V成正比。通过测量管恒截面上的体积流量Q与流速V之间的关系为:Q=D2V/4 (2将(1式带入(2式得:Q=DVE/4B=KE (3式中:K仪表常数。由式(3可知,当仪表常数K确定后,感应电动势E与流量Q成正比。E通常为流量信号,将流量信号输入转换计,经过处理,输出与流量成正比的420mADC信号,可与单元组合仪表配套,对流量进行显示、记录、计算、调节等。四、注意事项1、仪表安装、接线后,正式投入运行之前,应严格检查安装、接线是否正确。2、将传感器前后阀门打开,让传感器测量管内冲满被测介质。五、实验步骤1、将传感器和转换计导线连接正确

38、。2、让传感器中充满介质。3、通电预热15分钟。4、打开水泵,改变调节阀的开度,分别记录流量转换计显示数据,记录其输出电流。完成表格2-7,画出输出流量-电流曲线图。表2-7流量计线性测试 5、观察曲线可看出流量计的线性情况。第六节变频器的认识和校验一、实验目的1、熟悉变频器的结构组成,了解其工作过程,认识其结构形式。2、通过对变频器的测试和校验,掌握流量计校验方法,理解其相关特性及性能指标含义。3、了解变频器的基本工作原理。二、实验装置1、变频器2、水泵3、电流表4、调节器提供电流三、实验步骤1、将实验导线正确连接。2、让水泵中充满介质。3、将变频器开到外控状态,通电预热15分钟。4、打开水

39、泵,改变恒流源的电流,分别记录变频器显示频率数据。完成表格2-8,画出输出电流量-频率曲线图。表2-8流量计线性测试 5、观察曲线可看出变频器受电流控制的工作情况。6、将钮子开关开到内控状态,旋转设定旋钮改变改变变频器的频率,观察流量计的流量。7、变频器内部参数大部分都和变频器说明书一样,只有一小部分改动,改动参数如下。C5=15 P21=3 P30=1 P39=80 P53=1P59=1 P60=4 P61=4 P62=4 P63=4PU灯亮时,才能改变参数,外部电流无法控制,调节变频器设定用旋钮,改变频率的大小。;EXT灯亮时,不能改变变频器内部参数,将面板上的纽子开关掷到外控,外部输入4

40、20mA控制电流控制变频器的频率。按下STOP键变频器停止工作。如变频器在外控工作状态下,将纽子开关掷到内控,变频器便停止工作;如需变频器再在外控状态下工作,将纽子开关掷到内控,将变频器上的PU/EXT转换一下,然后再将纽子开关掷到外控,变频器便开始工作。具体请事项请参见变频器使用手册。第三章对象特性测试实验所谓对象特性就是指对象在输入的作用下,其输出的变量即被控的变量随时间变化的特性。实验目的:通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法,测量时应注意的问题,对象模型参数的求取方法。液位装置中的液位对象是自衡对象,单独的水槽是一阶对象,上水槽与下水槽可以组成二阶对象。第一节上水箱特性测试(调节器控

41、制实验 图3.1过程控制对象管路图实验步骤:1.实验装置的认识:了解实验装置中的对象,水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。以便于在实验中对仪表进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。此实验是调节器输出控制调节阀,计算机采集并记录数据。流程图如下3.2图。HB图3.2 上水箱特性测试(调节器控制流程2.按上水箱特性测试(调节器控制实验接线图接好实验线路,打开手动阀门V3,V19,根据调节器外给定电流的大小来适当调节手动阀门V6的开度。3.接通总电源、各仪表的电源。4.

42、设置调节器处于手动位置,按调节器的增/减键改变手动输出值,使系统在液位处于某一平衡位置,记下此时手动输出。5.按调节器的增/减键增加调节器手动输出,使系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大,估计上水箱水不溢流出来,这时系统输出也有一个变化的信号,使系统在较高液位也能达到平衡状态。6.观察计算机上的液位1的阶跃响应适时和历史曲线,直至达到新的平稳为止。7. 调节器的手动输出回到原来的输出电流值,记录一条液位下降的曲线。8.曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格3-1表3-1 阶跃响应曲线数据处理记录表 按常规内容编写实验报告,并根据K、T、平均值写出广义的传

43、递函数。 第二节上水箱特性测试(计算机控制实验一、实验目的:通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法,测量时应注意的问题,对象模型参数的求取方法。二、实验系统的流程图: 图3.3 上水箱特性测试(计算机控制流程图液位装置中的液位对象是自衡对象,单独的水槽是一阶对象,上水槽与下水槽可以组成二阶对象。三、实验步骤:1.实验装置的认识:了解实验装置中的对象,水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。以便于在实验中对仪表进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。2.按上水箱特性测试(

44、计算机控制实验接线图接好实验线路,打开手动阀门V3,V19,根据调节器外给定电流的大小来适当调节手动阀门V6的开度。3.接通总电源、各仪表的电源。4.运行组态王6.0在组态王工租管理器界面中启动求是教仪组态王,点击 5,阅读一阶液位对象, 特性测试实验指导。 6.根据接线图例接线,接线完成后, 进入一阶液位对象特性测试及控制实验界面。7 8.点击PID 设定中的u (k 进行数据输入使系统液位处于某一平衡位置。 9.改变u (k 输出,使系统输入幅值适宜的正向阶跃信号,这时系统输出也有一个变化信号,使系统在较高液位所达到平衡状态。10 11.改变输出使系统输入幅值与正向阶跃相等的一个反向阶跃信

45、号,这时系统输出也有一个变化信号,使系统液位下降至一个平衡状态。 12至达到新的平衡为止。13.曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格3-2表3-2 阶跃响应曲线数据处理记录表 按常规内容编写实验报告,并根据K 、T 、平均值写出广义的传递函数。 第三节下水箱特性测试(调节器控制实验实验步骤:1.实验装置的认识:了解实验装置中的对象,水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。以便于在实验中对仪表进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。本实验

46、是调节器控制,计算机采集。流程图如下2.4图。2.按下水箱特性测试(调节器控制实验接线图接好实验线路,打开手动阀门V8和V19,根据调节器外给定电流的大小来适当调节手动阀门V15的开度。 图3.4 下水箱特性测试(调节器控制实验流程图3.接通总电源、各仪表的电源。4.设置调节器处于手动位置,按调节器的增/减键改变手动输出值,使系统在液位处于某一平衡位置,记下此时手动输出。5.按调节器的增/减键增加调节器手动输出,使系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大,估计下水箱水不溢流出来,这时系统输出也有一个变化的信号,使系统在较高液位也能达到平衡状态。6.观察计算机上的液位2的阶跃响应适时和历史曲

47、线,直至达到新的平稳为止。7.调节器的手动输出回到原来的输出电流值,记录一条液位下降的曲线。8.曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格3-3表3-3 阶跃响应曲线数据处理记录表 按常规内容编写实验报告,并根据K、T、平均值写出广义的传递函数。 第四节下水箱特性测试(计算机控制实验实验步骤:1.实验装置的认识:了解实验装置中的对象,水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。以便于在实验中对仪表进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。本实验是计

48、算机控制,计算机采集。流程图如下3.5图。2.按下水箱特性测试(计算机控制实验接线图接好实验线路,打开手动阀门V8和V19,根据调节器外给定电流的大小来适当调节手动阀门V15的开度。 图3.5 下水箱特性测试(计算机控制实验流程图3.接通总电源、各仪表的电源。4.计算机处于手动位置,改变计算机Uk手动输出值,使系统在液位处于某一平衡位置,记下此时手动输出。5.增加计算机Uk手动输出值,使系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大,估计下水箱水不溢流出来,这时系统输出也有一个变化的信号,使系统在较高液位也能达到平衡状态。6.观察计算机上的液位2的阶跃响应适时和历史曲线,直至达到新的平稳为止。7

49、.调节器的手动输出回到原来的输出电流值,记录一条液位下降的曲线。8.曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格3-4表3-4 阶跃响应曲线数据处理记录表 按常规内容编写实验报告,并根据K、T、平均值写出广义的传递函数。 第五节二阶液位特性对象特性测试(调节器实验实验步骤:1.实验装置的认识:了解实验装置中的对象,水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。以便于在实验中对仪表进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实际位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。本实验是调节器控制,计算机采集。

50、流程图如下3.6图。2.按二阶液位特性对象特性测试(调节器实验接线图接好实验线路,打开手动阀门V3和V19,根据调节器外给定电流的大小来适当调节手动阀门V15和V6的开度。 图3.6 二阶液位特性测试(调节器控制实验流程图3.接通总电源、各仪表的电源。4.设置调节器处于手动位置,按调节器的增/减键改变手动输出值,使系统在液位处于某一平衡位置,记下此时手动输出。5.按调节器的增/减键增加调节器手动输出值,使系统输入幅值适宜的阶跃信号(阶跃信号不要太大,估计上水箱水不溢流出来,这时系统输出也有一个变化的信号,使系统在较高液位也能达到平衡状态。6.观察计算机上的液位2的阶跃响应适时和历史曲线,直至达

51、到新的平衡为止。7.调节器的手动输出回到原来的输出电流值,记录一条液位下降的曲线。8.曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表格3-5表3-5 阶跃响应曲线数据处理记录表 按常规内容编写实验报告,并根据K、T、平均值写出广义的传递函数。 第六节二阶液位特性对象特性测试(计算机实验一、实验目的:通过实验掌握对象特性的曲线的测量的方法,测量时应注意的问题,对象模型参数的求取方法。二、实验系统的流程图: 图3.7 二阶液位特性测试(计算机控制实验流程图液位装置中的液位对象是自衡对象,单独的水槽是一阶对象,上水槽与下水槽可以组成二阶对象。三、实验步骤:1.实验装置的认识:了解实验装置中的对象,水泵、变频器和所用仪表的名称、作用及其所在的位置。以便于在实验中对仪表进行操作和观察。熟悉实验装置面板图,要求做到:由面板上的每只仪表的图形、文字符号能准确地找到该仪表的实