锅炉内胆温度二位式控制实验

实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验实验目的1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。实验设备过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实验连接线。实验原理1、温度传感器温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下：Rt＝Rt0[1+α(t-t0)]式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值；α——电阻的温度系数。可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电阻值的变化，就可达到温度测量的目的。虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的变化呈线性关系。但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件PT100，并通过温度变送器（测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信号。铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具有较强的抗氧化能力。在0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为：Rt＝Rt0(1+At+Bt2+Ct3)式中Rt——温度为t(如室温20℃)时的电阻值；Rt0——温度为t0(通常为0℃)时的电阻值；A、B、C是常数，一般A=3.90802*10－31/℃，B=-5.802*10－71/℃，C=-4.2735*10－121/℃。Rt-t的关系称为分度表。不同的测温元件用分度号来区别，如Pt100、CU50等。2、二位式温度控制系统二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是1.5KW电加热管，被控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T，智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点开关控制电加热管的通断，图3-1为位式调节器的工作特性图，图3-2为位式控制系统的方块图。图3-1、位式调节器的特性图由图3-1可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环。因而图3-2所示的系统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限输出状态，故称这种控制器为两位调节器。该系统的工作原理是当被控制的水温测量值VP=T小于给定值VS时，即测量值〈给定值，且当e=VS-VP≥dF时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常闭，电加热管接通380V电源而加热。随着水温T的升高，Vp也不断增大，e相应变小。若T高于给定值，即Vp〉Vs，e为负值，若e≤-dF时，则两位调节器的继电器线圈断开，常开触点复位断开，切断电加热管的供电。由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求不高的系统才使用。──图3-2位式控制系统的方块图如图3-2位式控制系统的方框图所示，温度给定值在智能仪表上通过设定获得。被控对象为锅炉内胆，被控制量为内胆水温。它由铂电阻PT100测定，输入到智能调节仪上。根据给定值加上dF与测量的温度相比较向继电器线圈发出控制信号，从而达到控制水箱温度的目的。由过程控制原理可知，双位控制系统的输出是一个断续控制作用下的等幅振荡过程，如图3-3所示。因此不能用连续控制作用下的衰减振荡过程的温度品质指标来衡量，而用振幅和周期作为品质指标。一般要求振幅小，周期长，然而对同一双位控制系统来说，若要振幅小，则周期必然短；若要周期长，则振幅必然大。因此通过合理选择中间区以使振幅在限定范围内，而又尽可能获得较长的周期。图3-3双位控系统的过程曲线四、实验内容与步骤1、设备的连接和检查1）、开通以变频器、丹麦泵、电磁流量计以及锅炉内胆进水阀12、阀20、阀25组成的水路系统，关闭通往其他对象的切换阀6、阀8、阀10、阀16、阀18、阀19。2）、将锅炉内胆的出水阀24开至适当开度。3）、检查电源开关是否关闭。2、系统连线实验接线如图3-4所示：图3-4、系统连线图1）、利用RTGK-2型实验装置组成控制系统。调节仪输出信号+端经过调节仪的继电器常开触点RSV（I/V转换）（-）端，从（+）引出的另一端接三相电加热管控制信号输入正（+）。调节仪输出信号负端接三相电加热管控制信号输入负（-）。2）、温度变送器输出信号接调节仪的1、2输入端。3、启动实验1）、启动电源，在仪表或上位机调节好各项参数以及设定值和回差dF的值。2）、在老师的指导下，启动计算机，进入MCGS组态环境运行软件，进入相应的实验，如图3-5所示。3）、系统运行后，组态软件自动记录控制过程曲线。待稳定振荡2~3个周期后，观察位式控制过程曲线的振荡周期和振幅大小，记录实验曲线。实验数据记录如下：S（秒）T（℃）4）、适量改变给定值的大小，重复实验步骤4）。5）、把动力水路切换到锅炉夹套，启动实验装置的供水系统，给锅炉的外套加流动冷却水，重复上述的实验步骤。图3-5、实验软件界面五、注意事项1）、实验前，锅炉内胆的水位必须高于热电阻的测温点。2）、给定值必须要大于常温。3）、实验线路全部接好后，必须经指导老师检查认可后，方可接通电源开始实验。4）、在老师指导下将计算机接入系统，利用计算机显示屏作记录仪使用，保存每次实验记录的数据和曲线。六、实验报告1）、画出不同dF时的系统被控制量的过渡过程曲线，记录相应的振荡周