化工自动化及仪表实验指导书Word下载.docx
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将校验仪的手操泵产生的压力加到压力变送器上,从小到大改变压力变送器输入压力(0.0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3MPa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa),依次测量压力变送器在各标准压力点时输出电流的大小,并将其记录于表2;
4)反行程测量:
将校验仪的输出压力加大至超过压力变送器满量程,从大到小改变压力变送器输入压力(0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.0MPa),依次测量压力变送器在各标准压力点时输出电流的大小,并将其记录于表2;
5)误差计算:
5、实验完毕,切断电源,仪器设备复原
四、实验原始记录表及数据处理(误差、精度、变差计算)结果。
见下表
五、思考题
2.画出压力变送器电流测量接线图。
六、实验心得体会及建议:
在这次实验过程中,我们学习到了如何校验压力表的精度,以及用什么方法表示压力表存在的误差,这对以后过程中对压力表的使用有极大的好处。
并且此次压力表的量程较窄(0~0.6MPa),如果测量过程中波动过大,就会对表的精度有明显的影响,故在使用过程中,应把读书时间延长,使波动达到最小。
在这次压力表实验过程中,由于压力表接口处接触不良,导致在实验过程中读取数据时存在数据波动,且标准压力表的压力也不是十分稳定,故测量所得的精度存在较大的误差。
表1压力表实验数据记录表
压力表型号浙制01830168号出厂编号1610589P
压力测量范围0~0.6MPa压力表精度1.6
压力表指示压力
(MPa)
压力表输入压力
最大误差
正反行程绝对差值
正行程
反行程
0.1
0.0880
0.0906
-0.0120
0.0026
0.2
0.1874
0.1892
-0.0126
0.0018
0.3
0.2892
0.2864
-0.0136
0.0028
0.4
0.3872
0.3882
-0.0128
0.0008
0.5
0.4882
0.4890
-0.0118
0.6
0.5926
0.5920
-0.0080
0.0006
精度=
=
=-2.3%
变差=
=
=0.5%
实验结论:
该表精度为:
2.5级变差为:
0.5%
表2压力变送器实验数据记录表
压力变送器型号FY11510P6E22M1出厂编号11080615
压力测量范围0~0.6MPa压力变送器精度0.25
压力变送器输入压力
折算为
I标准值
(mA)
I实测读数(mA)
正反行程
绝对差值
0.0000
4.000
4.035
4.053
0.053
0.018
0.1500
8.000
8.042
8.012
0.042
0.030
0.3000
12.000
12.064
12.046
0.064
0.4500
16.000
16.083
16.059
0.083
0.024
0.6000
20.000
20.066
20.053
0.066
0.013
=
=0.2%
0.5级变差为:
0.2%
实验二热电偶温度变送器校验
1.了解电动温度变送器的结构;
2.掌握热电偶的使用;
3.掌握电动温度变送器与检测元件(热电偶)的配套使用。
1.SBWR型温度变送器8台
2.mV信号发生器8台
3.直流毫安表(0.5级)8台
4.24V直流电源1台
1.SBWR系列热电偶温度变送器是DDZ-S系列仪表中的现场安装式温度变送器单元。
它采用二线制传送方式(两根导线作为电源输入,信号输出的公用传输线)。
SBWR型温度变送器的输入信号分度号为K的热电偶信号。
将热电偶信号变换成与输入信号或与温度信号成线性的4~20mA的输出信号。
2.主要技术参数
输入信号:
热电偶即毫伏输入2~50mV
输出信号:
4~20mAD.C.
3.基本接线
(1)
(2)端子接入24VD.C,同时需串联直流毫安表
(7)(8)端子接入热电偶(实验中用毫伏信号发生器代替)
4.量程调校与基本误差校验
(1)调满度:
利用毫伏信号发生器代替热电偶作为标准信号,输给SBWR型温度变送器一个对应于测温上限所对应的电势值,即U=U1+100%⊿U-
,(式中U1为零点迁移量,无迁移时则U1=0,
U为测量范围,即上、下限所对应的电势之差,
为冷端温度对0℃的电势值)。
毫安电流表指示输出电流应为20mA,否则应调整温度变送器“量程”电位器。
(2)调零点:
输入U=U1-
的电势计算值,毫安电流表应指示4mA,否则,应调整DBW温度变送器“零点迁移”电位器
(3)由于调满度和调零点相互影响,满度和零点应反复调整几次,直至符合要求为止。
(4)依次输入其他各档信号,分别读取SBWR温度变送器正行程和反行程相应各点的输出电流值,记入表中。
(5)基本误差和来回差计算
仪表误差均以输入端信号折算为输出端的电流值进行计算:
5.实验完毕,切断电源,仪器设备复原
四、实验数据记录及处理
SBWR型温度变送器仪接线端子图
电压DC24V
SBWR型温度变送器示值检查记录
被检仪表编号SBWR11080615量程0~800℃分度号K
Rcu所处环境温度11.7℃对应的热电势
0.48mV
被检温度变送器示值
毫安表读数(mA)
A(mA)
整百刻度(℃)
相应热电势(mV)
相应电流输出(mA)
-0.48
4.523
3.924
0.523
0.559
100
4.58
6.000
6.121
6.375
0.375
0.254
200
8.62
8.024
8.363
0.363
0.339
300
12.69
10.000
10.238
10.338
0.338
0.100
400
16.88
12.274
12.342
0.342
0.068
500
21.12
14.000
14.325
14.374
0.374
0.049
600
25.38
16.364
16.365
0.365
0.001
700
29.61
18.000
18.376
18.360
0.376
0.016
800
32.76
19.891
19.982
-0.109
0.091
精度=
=2.3%
=2.1%
实验结论:
2.5级变差为:
2.1%
五、思考题1.作出示值检查的结论,若误差较大,试分析产生的基本原因。
答:
A、热电阻输出的电势不稳,输出的电势偏高或者偏低。
B、校验表接触不良,产生较大的波动。
C、读数时没有等到波动完全平衡就读数。
2.试定量分析热电偶输入时,Rcu(补偿电阻)在输入回路中为什么能起到冷端温度自动补偿作用?
因为在热电偶输入时,它输入的是一个电信号E,而热电偶会把这个电信号转化成一个温度值,转化关系为E(t,0),这样通过查分度表,就可以得到输出电势与显示温度的对应关系,由于分度表的显示值都是以0℃为基准,故热电偶输入时,Rcu可以起到冷端自动补偿的作用。
六、心得体会:
通过这次对温度变送器的测量实验,加深了我们对温度变送器原理的理解,以及对如何使用温度分度表,也有了更加直观的体验。
但是在实验的结果差强人意,这是因为我们初次操作,不能更加准确的测量和读数的缘故,当然也不能否认仪器测量不准的可能。
但是自己还是收获很多,希望在以后的使用中,会有一些帮助。
实验四基本控制规律与电动温度自动控制系统
1.熟悉单回路自动控制系统的组成
2.观察基本控制规律(比例,积分,微分)对过渡过程的影响。
3.学习控制器参数P、I、D的工程整定方法,通过观察比较被控变量(被调参数)过渡过程曲线,确定控制器参数,提高控制质量。
1.热电偶8支
2.DBW电动温度变送器8台
3.智能数字显示PID控制器8台
4.ZK可控硅电压调整器8台
5.电加热器8台
6.24V直流电源1台
7.XW系列自动平衡记录仪8台
三、实验仪器及控制系统图如下
220V~
ZK调压器
输出
输入
智能数字PID控制器
输出
电加热器
热电偶
输出输入
DBW温度变送器
四、复习教材
基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计
五、实验内容和步骤
1.控制系统的投运准备工作
1)按控制系统图利用接插件正确组合接线
2)放好仪表各开关位置:
DBW温度变送器、XMZ数显表、XMT智能数字控制器、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合,仪表供电,ZK调压器“通-断”开关置“断”、“自动-手动”开关置“自动”;
设置XMT智能数字控制器为“反作用”(为什么?
如何设置,请参看说明书),按XMT智能数字控制器的手/自动(A/M)键置“手动”进入手动控制模式,按SET键,进入P菜单设置程序1(设定值设置):
上排显示:
SP1
下排显示:
设定值
改变加键▲或减键▼使设定值SP1在400︒C左右;
再按SET键,进入设置程序2(比例度设置):
P
比例度值
改变加键▲或减键▼设定比例度为1%;
再按SET键,进入设置程序3(积分时间设置):
I
积分时间值
改变加键▲或减键▼设定积分时间值为9999S;
再按SET键,进入设置程序4(微分时间设置):
D
微分时间值
改变加键▲或减键▼设定微分时间值为0S;
再按SET键,退出设置程序。
此时,XMT智能数字控制器仅有纯比例控制规律,且处于“手动”控制状态。
3)手动操作:
ZK调压器“通-断”开关置“通”;
运用加键▲或减键▼手动改变XMT控制器的输出电流,使电加热器升温;
当测量值PV等于给定值时,按A/M键置“自动”,实现无扰动切换。
2.观察PID参数对过渡过程的影响
所谓PID参数对过渡过程的影响,即是不同的控制规律、不同的控制器PID参数对控制系统克服干扰能力的影响,也就是对控制系统控制质量的影响。
在实验过程中,人为施加一定的干扰,应用过渡过程的品质指标,判断控制质量的好坏,进而了解PID参数对过渡过程的影响。
(施加干扰的方法:
ZK调压器“通-断”开关置“断”,温度下降了设定值的10%左右,再把ZK调压器“通-断”开关置“通”。
)
(1)比例度的影响:
分别设置比例度值1%、30%、5%,并分别施加干扰,观察比例控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
(2)积分时间的影响:
保持一个适当的比例度值,分别设置积分时间值12S、480S、100~120S,并分别施加干扰,观察积分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
(3)微分时间的影响:
保持一个适当的比例度值与积分时间值,分别设置微分时间值120S、5S、15~20S,并分别施加干扰,观察微分控制作用过强、过弱、恰当时对过渡过程的影响。
3.控制器参数工程整定
(1)比例控制系统
方法同上,在比例度P值中寻找最佳值,记录、观察比较其被控变量过渡过程曲线的质量,达到4:
1或10:
1衰减震荡。
(2)比例积分(PI)或比例积分(PD)控制系统:
比例度P最佳值不变,增加积分作用,方法同上,设定积分时间I,寻找和P作用最佳组合。
或增加微分作用,设定微分时间D,寻找和P作用最佳组合。
记录和观察比较PI作用或PD作用对被控变量过渡过程的曲线的质量,达到4:
(3)同理,在上述PI或PD作用下,再增加D或I作用,分别记录和观察比较PID三作用控制过程的质量及PID最佳组合,达到4:
六、实验报告
1.画出该单回路温度自动控制系统的方框图,并注明各环节的输入,输出物理量。
2.从不同的控制器参数过渡过程记录曲线中,试用控制质量的品质指标筛选出若干条典型曲线,分别说明P、PI或PD、PID作用时不同参数对过渡过程曲线的影响及其特征。
3.PID三作用控制的最佳参数近似值及特征。
4.实验心得体会。
附:
XMT-3000系列智能数字PID控制器面板示意图
思考题1、1.画出该单回路温度自动控制系统的方框图,并注明各环节的输入,输出物理量。
f
xepq
PIDZK调压器电加热器y
-
Z
一、P(比例型):
由图知1、最大偏差A=365-400=-35℃
2、余差C=385-400=-15℃
3、衰减比:
处于稳态时,其值为390℃,第一个波峰值B=365-390=-25℃,第二个波峰值B1=385-390=-5℃,其衰减比为B:
B1=-25:
-5=5:
1
4、由图得,两个波峰之间的距离为4.0mm,指针走速为300mm/h,故T振荡周期=4.0÷
300×
3600=48s
5、假设被控变量进入额定值的2%就认为过渡过程已经结束,那么限制范围为400×
±
2%=±
8℃;
新稳态值为390℃,可在新稳态值(390℃)两侧以±
8℃画一区域,只要被控变量进入这一区域,就可以认为过渡过程已经结束,由图得,结束时位置距离开始时距离为2.0mm,故过渡时间τ=2.0÷
3600=24s
二、PI(比例积分型):
由图知1、最大偏差A=355-400=-45℃
2、余差C=390-400=-10℃
处于稳态时,其值为398℃,第一个波峰值B=355-398=-43℃,第二个波峰值B1=390-398=-8℃,其衰减比为B:
B1=-43:
-8=5.4:
4、由图得,两个波峰之间的距离为8.1mm,指针走速为300mm/h,故振荡周期T=8.1÷
3600=97.2s
新稳态值为398℃,可在新稳态值(398℃)两侧以±
8℃画一区域,只要被控变量进入这一区域,就可以认为过渡过程已经结束,由图得,结束时位置距离开始时距离为8.1mm,故过渡时间τ=8.1÷
3600=97.2s
三、PID(比例积分微分型):
由图知1、最大偏差A=353-400=-47℃
2、余差C=395-400=-5℃
处于稳态时,其值为398℃,第一个波峰值B=353-398=-45℃,第二个波峰值B1=395-398=-3℃,其衰减比为B:
B1=-45:
-3=15:
4、由图得,两个波峰之间的距离为6.0mm,指针走速为300mm/h,故振荡周期T=6.0÷
3600=72s
8℃画一区域,只要被控变量进入这一区域,就可以认为过渡过程已经结束,由图得,结束时位置距离开始时距离为4.0mm,故过渡时间τ=4.0÷
3600=42s
三参数为放大系数K、时间常数T、滞后时间τ
1、放大系数K:
K=
;
ΔQ1=-40℃;
Δh=390-400=-10℃;
故K=-10÷
﹙-40﹚=0.25
2、时间常数T:
T=72s
3、滞后时间τ:
τ=42s
4、三个参数的作用:
4、心得体会:
通过这次分别对P、PI、PID三种不同的控制系统的学习,我们更加直观的了解了三种控制的优缺点,这对于我们以后对三种系统的选择有非常大的帮助。
而且我们还亲自计算了各个参数,了解他们在实际中的意义,这对我们以后对数据准确性的把握和选择都是十分有益的,而且通过对整个装置的使用,我们也明白了各种系统对温度观测曲线的差异,这对于我们以后根据实际需要选择系统是十分好的指导。
实验五DCS控制系统
1.了解DCS系统的组成与结构;
2.掌握DCS温度控制系统的实现方法;
3.学习掌握DCS系统的基本操作方法。
3.DCS系统1套
DCS系统
控制站
基本控制规律、控制器参数的工程整定、简单控制系统设计、计算机控制系统
(1)按控制系统图利用接插件正确组合接线
(2)放好仪表各开关位置:
XMZ数显表、ZK调压器、XWC记录仪电源开关闭合,仪表供电,ZK调压器“通-断”开关置“通”、“自动-手动”开关置“自动”;
(3)DCS系统上电:
控制站电源箱中的2个电源开关闭合;
8台操作站计算机开启,选择winNT4.0操作系统,进入实时监控操作状态,选择“流程图画面”。
2.DCS温度控制系统的操作
在“流程图画面”下,通过“翻页”功能,找到所需流程图,用鼠标点击‘控制器输出数据框’,屏幕显示“控制器面板”,在此“控制器面板”上,可实现“手/自动”切换、手动时的输出电流改变;
用鼠标点击“控制器面板”的位号,进入“调整画面”,可进行设定值、PID参数、正-反作用、输出限位等等参数的设置,在此实现常规控制器具有的所有功能。
DCS系统还有“历史趋势”、“报警记录”、“操作记录”、“故障诊断”、“系统总貌”等等功能画面,用鼠标点击相应按钮进入;
通过组态可实现报表产生与自动打印。
3.控制质量比较与PID参数整定
(1)比例控制系统
在比例作用下,设置比例度P值为最小,施加干扰,观察比较其控制质量与常规控制器比例作用下的控制质量差异。
比例度P不变,增加积分作用,设置积分时间值为最小。
或增加微分作用,设定微分时间D为一个较大值。
观察比较PI作用或PD作用的控制质量与常规控制器PI作用或PD作用的控制质量差异。
(3)在PI或PD作用下,再增加D或I作用,分别观察比较PID三作用控制过程的质量,寻找PID最佳组合,达到4:
1.简单叙述DCS系统的基本组成。
DCS一般由五部份组成:
1:
控制器2:
I/O板3:
操作站4:
通讯网络5:
图形及遍程软件。
2.简单叙述DCS控制系统的基本功能。
能随时随地的把所测的被测量的值转入控制系统并显示在控制面板上,实现了测量与观察的分开,有利于集中管理。
3.说明计算机控制系统中的PID算法与常规控制器PID算法的差异。
3.实验心得体会:
通过这次近距离的操作PID系统的升级版,我们能够直观的了解各个实验曲线是如何制作的,以及各个参数在实际中的作用和意义;
DCS是现代工业化的血脉,现代的大型工业公司都是采取DCS系统将测量与观测分离,以此来提高效率,而且还可以缓解员工的疲劳和工作量。
这两个系统对于我们以后的社会实践都有非常重要的意义。
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