A3000过程控制实验指导书实验用.docx
- 文档编号:27246787
- 上传时间:2023-06-28
- 格式:DOCX
- 页数:36
- 大小:456.33KB
A3000过程控制实验指导书实验用.docx
《A3000过程控制实验指导书实验用.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《A3000过程控制实验指导书实验用.docx(36页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
A3000过程控制实验指导书实验用
A3000过程控制实验系统
实验指导书
V3.0
北京华晟高科教学仪器有限公司编制
第一章安全注意事项与设备使用
安全注意事项:
在安装、操作、维护或检查本系统之前.一定仔细阅读以下安全注意事项。
在熟悉设备的知识、安全信息及全部有关注童事项以后使用。
在本使用说明书中,将安全注意事项等级分为“危险”和“注意”。
!
危险:
不正确的操作造成的危险情况,将导致死亡或重伤的发生。
!
注意:
不正确的操作造成的危险情况,将导致一般或轻微的伤害或造成物体的硬件损坏。
注意:
根据情况的不同,“注意”等级的事项也可能造成严重后果。
请遵循两个等级的注意事项,因为它们对于个人安全都是重要的。
1.1防止触电
尽管系统经过多层保护,还是请用户注意以下安全事项。
!
危险
严格要求系统可靠接地,包括现场对象系统,控制系统,接地电阻不大于4欧姆。
当通电或正在运行时,请不要进行任何维护、维修操作,不要打开机柜后门,接线箱盖子,变频器前盖板,否则会发生触电的危险。
即使电源处于断开时,除维护、维修外,请不要接触任何具有超过安全电压的裸露端子,否则接触各种充电回路可能造成触电事故。
请不要用湿手操作设定各种旋钮及按键,以防止触电。
对于电缆,请不要损伤它,不要对它加过重的应力,使它承载重物或对它钳压。
否则可能会导致触电。
包括布线或检查在内的工作都应由专业技术人员进行。
在开始布线或维修之前,请断开电源,经过10分钟以后,用万用表等检测剩余电压后进行。
1.2防止烫伤
!
危险
不要接触热水管道,避免高温烫伤。
在热水没有冷却时,不要打开锅炉,不要进行任何维修维护工作。
!
注意
请尽量控制水温在70度以下,以免高温烫伤,提高产品寿命。
1.3防止损坏
!
危险
在水泵运行状态,绝对禁止进行水泵切换控制操作,否则可能损坏变频器。
!
危险
在水箱水位没有达到一定高度,不能启动调压器输出,否则可能损坏加热器。
该系统增加了硬件的连锁保护,但是也要在操作时注意。
!
注意
系统应远离可燃物体。
系统发生故障时,请断开电源。
否则系统可能因电流过大导致火灾。
各个端子上加的电压只能是使用手册上所规定的电压,以防止爆裂、损坏等等。
确认电缆与正确的端子相连接,否则,可能会发生爆裂、损坏等等事故。
始终应保证正负极性的正确,以防止爆裂、损坏等。
1.4现场系统组成
A3000现场系统(A3000-FS和A3000-FBS)包括三水箱,一个锅炉,一个强制换热器,两个水泵,两个流量计,一个电动调节阀。
其他还包括加热管,大水箱。
图见1-4-1。
1.5控制系统组成
A3000控制系统(A3000-CS)包括了传感器执行器I/O连接板、三个可换的子控制系统板,第三方控制系统接口板。
整个部分设计在一个工业机柜中,开放性极强。
一个前门,保证了设备防尘、散热等需要。
内部结构设计合理,布线完全按照工业要求,整齐、可靠。
系统结构如图所示。
左边是机柜布置简图,右边是各个控制系统的半模拟屏简图。
A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念,而不是对象系统。
现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器(包括变频器及调压器)、以及半模拟屏,从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。
1、A3000特点
(1)现场系统通过一个现场控制箱,集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器,所有驱动电力由现场系统提供。
它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即能完成所有实验功能。
从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。
(2)现场控制箱侧面是工业标准接线端子盒。
这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接,甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。
(3)现场系统的设计另外的优势是保证动力线与控制线的电磁干扰隔离。
(4)现场系统的设计保证了控制系统只需要直流低压就可以了,使得系统设计更模块化,更安全、具有更大的扩展性。
A3000-FS系统结构原理图如图2-1-1所示。
图2-1-1A3000现场系统结构图
现场系统包括三个水箱,一个大储水箱,一个锅炉,一个工业用板式换热器,两个水泵,大功率加热管,滞后时间可以调整的滞后系统,一个硬件联锁保护系统。
传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力,1个电磁流量计,1个涡轮流量计,1个电动调节阀,两个电磁阀,2个液位开关。
2、现场系统面板
左侧设置:
Ø电源:
220VAC单相电源开关,380VAC三相电源开关。
Ø开关:
三个旋钮开关,分别是1#、2#工频电源开关,以及变频器控制水泵的开关。
可以拔出上面水泵的电力连线,连接到不同的位置,从而更改革个水泵的电力来源。
可以是工频,也可以是变频器。
如果用户不需要变频调速,则建议全部使用工频控制。
按照设计,使用变频器控制的水泵,其面板对应的指示灯可能不工作,因为变频器可能输出0-50Hz,而继电器不能工作。
Ø两个拨动开关,分别是现场系统照明用电源开关,以及变频器STF(正转)控制开关。
注意在机柜上还有并联的一个STF控制端,如果要设置工作模式,请断开该控制端。
为了避免控制逻辑太复杂,我们一般不连接机柜上的这个开关。
Ø电压表:
显示加在调压器上的电压值。
Ø变频器:
对于A3000FBS系统,则具有ProfibusDP控制端子。
面板右侧是现场系统的模拟屏,安装有5个指示灯和滞后管系统的两手动调节阀。
当两个水泵、两个电磁阀开启时,其状态指示灯分别点亮。
当锅炉内水位超过低限液位开关时,液位开关闭合,联锁控制指示灯点亮,可以开始对锅炉加热。
3、支路分析
现场系统包含两个支路。
支路1有1#水泵,换热器,锅炉,还可以直接注水到三个水箱以及锅炉。
支路2有2#水泵,压力变送器,电动调节阀,三个水箱,还有一路流入换热器进行冷却。
(1)支路1分析
支路1包括左边水泵,1#流量计,电磁阀等组成,可以到达任何一个容器,锅炉以及换热器。
水泵可以使用变频器控制流量,电磁阀可能没有。
由于支路1可以与锅炉形成循环水,可以做温度控制实验。
为了保证加热均匀,应该使用动态水,本系统设计了一个水循环回路来达成此目的。
即打开JV304、JV106、XV101,关闭其它阀门(注意JV104),开启1#水泵,则锅炉内的水通过1#水泵循环起来。
锅炉内有高、低限两个液位开关,可以进行联锁保护。
当锅炉内液位低于低限液位开关时,液位开关打开,加热器无法开启。
当液位超过它时,液位开关合上,加热器信号连通,因此可以防止加热器干烧。
高限液位开关有两个作用:
第一,当锅炉内水温超过温度上限时,通过联锁控制,打开2#电磁阀,注入冷水,使锅炉内温度快速下降;第二,当锅炉内水量超过液位上限时,高限液位开关闭合,通过联锁控制,关闭2#电磁阀,不再注入冷水。
支路1上有一个工业用板式换热器,其冷、热水出口各有一个温度传感器,可以做热量转换实验。
锅炉底部连接有滞后管系统。
打开JV501、JV502,关闭JV503,锅炉内的水只流过第一段滞后管,进入储水箱。
打开JV503,关闭JV502,水流过两段滞后管,即增加了滞后时间。
在滞后管出口装有一个温度传感器,可以做温度滞后实验。
(2)支路2分析
支路2包括右边的水泵,2#流量计,压力变送器,电动调节阀。
可以到达任何一个容器,锅炉以及换热器。
水泵可以使用变频器控制流量,也可以使用电动调节阀,对于小流量使用调节阀比较准确,对于要求快速控制的,则使用变频器比较方便。
支路2有一个电动调节阀,配合三个水箱(各装一个压力变送器),可以做单容、双容、三容实验,以及液位串级实验、换热器温度串级实验,以及换热器解藕控制实验。
水箱装有压力变送器,测得水箱的压力信号,之后转换为液位信号。
组态王组态软件,除了从程序组中可以打开组态王程序,安装完组态王中后,在系统桌面上也会生成组态王工程管理器的快捷方式,名称为“组态王6.5”。
STEP7是用于SIMATICS7-200,S7-300/400站创建可编程逻辑控制程序的标准软件。
它可以运行在Windows98、Windows2000、WindowsMe、WindowsXP操作系统上。
我们所采用的通讯方式为PC/PPI编程电缆,用于S7-200编程口RS-485与PC机RS-232端口的连接。
编程语言可以使用梯形图(LadderDiagram)、功能块图(FunctionBlockDiagram)、语句表(StatementList,也称指令表)。
温度、压力、液位和流量
1、Pt100热电阻
由于我们的系统被测介质不会超过100度,所以一般采用Pt100热电阻,以便获得比较高的精度。
当然也可能使用热电偶,以便让学生学会更多的温度测量方案。
Pt100使用两线制或三线制接法,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、粗细相等)又分别加在电桥相邻的两个桥臂上,如图所示。
Pt100电阻在零度时为100欧姆,温度每升高一度,电阻增加大约0.4欧姆,但是不是非常线性的。
使用万用表就可以测量温度。
温度变送器为两线制,24V直流电驱动。
如图3-1-1所示
图3-1-1温度变送器接线原理图
现场系统的温度传感器为Pt100热电阻,量程为0~100℃,采用导线补偿,即将A、C短接。
输出信号为4~20mA电流信号。
温度变送器零点、量程调节方式:
将Pt100热电阻换成100Ω标准电阻,调整零点调节螺钉,当测量仪表显示4.00mA时,零点已调好。
将Pt100热电阻换成125Ω标准电阻,调整量程调节螺钉,当测量仪表显示14.17~14.18mA时,量程已调好。
一般情况下,温度变送器在出厂时已校好,不需用户调整。
温度的范围在当前温度到80℃之间,最好不要超过80℃。
按照学校要求,可能有热电偶,一般使用康-铜热电偶。
2、液位压力传感器
液位压力传感器是两线制接法,输出信号为4~20mA电流信号。
如图2-2-2所示:
图2-2-2压力传感器接线原理图
端口ab之间接负载(250~500Ω)。
检验压力传感器信号时,在ab之间串一个标准电阻,然后测其上的压降,可以算出ab间的电流。
无水时应显示3.85~4.00mA,吹入空气,电流值增大。
液位传感器实际是一个压力传感器。
当水箱中没有水时,ab间的电流应当为4.00mA(标准状态),但由于安装位置原因,ab间的电流约为3.8~4.0mA(百特仪表量程范围设为4~20mA)。
如果误差比较大,则可以在控制系统中进行校正。
例如如果测量值低于4毫安,则直接显示0。
然后测量值上加上一定高度,从而获得比较准确的液位高度。
一般过程控制不要求这个绝对高度。
注意:
加电几分钟后才能获得准确数值。
液位的控制范围在0%--85%之间,而电流范围在4-17.5mA之间。
压力的控制范围在35%--70%之间,而电流范围10-15.5mA之间。
3、涡轮流量计
涡轮流量计有两种,一种是直接脉冲输出,然后连接到流量积算仪,或者脉冲计数器,例如ADAM4080,采集卡的计数器端等;一种是带4-20毫安标准两线制信号输出。
脉冲输出型涡轮流量计采用三线制接法,如图2-2-3:
图2-2-3涡轮流量计接线原理图
涡轮流量计输出脉冲信号,具有一个流量系数(例如LWGY-15型号为760~780立方米
/小时,LWGY-10型号为1550~1570Hz/立方米/小时)。
需要经过流量积算仪或其他频率计数器才能获得4-20毫安的数据。
如果发现有涡轮流量计的水泵支路水流量不够,请确认JV104打开,JV304关闭。
否则就需要拆下涡轮流量计滤网进行清洗。
采用4-20毫安标准两线制的涡轮流量计则直接按照如图2-2-4接法:
图2-2-4涡轮变送器接线原理图
注意:
LWGYA-15型号的量程范围0-5立方/小时。
该型号测量小流量(<0.6立方/小时)信号下精度不足。
流量控制范围可以0%-32%。
为了保证低流量下的精度,我们可以使用满量程1.2立方/小时的涡轮流量计LWGYA-10,所以如果超过量程,则可以关闭少一些阀门。
流量控制范围可以0%-100%。
4、电磁流量计
电磁流量计采用四线制接法,如图2-2-5所示:
图2-2-5电磁流量计接线原理图
一般不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。
使用前请仔细阅读产品说明书。
开启水泵,将电磁流量计信号输入百特仪表(量程设为0~3立方/小时),会看见流量值。
电磁流量计液晶屏上会显示瞬时流量与累积流量值。
注意:
不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。
加电几分钟后才能获得准确数值。
为了保证低流量下的精度,我们使用了满量程3立方/小时的电磁流量计,依据水泵的最大流量。
流量控制范围可以0%-55%。
5西门子变频器
西门子变频器可以BOP面板操作,可以4-20毫安控制,可以使用PROFIBUS-DP总线控制。
西门子变频器是带PROFIBUS-DP总线的,通过PROFIBUS-DP总线与控制器连接。
可以由单相/三相230V直流供电,本系统采用220V单相交流电。
单相电源接线方式如图2-2-7所示:
图2-2-6MICROMASTER420变频器的连接端子
图2-2-7电源接线方式
本系统使用了变频器的STF功能,其控制线接端子5和8,速度调节控制线接端子3和4,端子U、V接负载。
变频器的操作面板上需要提供24V直流电源。
即使变频器不处于运行状态,其电源输入线,直流回路端子和电动机端子上仍然可能带有危险电压。
因此,断开开关以后还必须等待5分钟,保证变频器放电完毕,再开始安装工作。
注意:
变频器的控制电缆,电源电缆和与电动机的连接电缆的走线必须相互隔离。
不要把它们放在同一个电缆线槽中/电缆架上。
使用前请参照产品说明书(中文)420opichn.pdf
按钮
功能
功能说明
状态显示
LCD显示变频器当前的设定值。
起动变频器
按此键起动变频器。
缺省值运行时此键是被封锁的。
为了使此键的操作有效,应设定P0700=1。
停止变频器
OFF1:
按此键,变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车.缺省值运行时此键被封锁;为了允许此键操作,应设定P0700=1。
OFF2:
按此键两次(或一次,但时间较长)电动机将在惯性作用下自由停车。
此功能总是“使能”的。
改变电动机的转动方向
按此键可以改变电动机的转动方向。
电动机的反向用负号(-)表示或用闪烁的小数点表示。
缺省值运行时此键是被封锁的,为了使此键的操作有效,应设定P0700=1。
电动机点动
在变频器无输出的情况下按此键,将使电动机起动,并按预设定的点动频率运行。
释放此键时,变频器停车。
如果变频器/电动机正在运行,按此键将不起作用。
功能
此键用于浏览辅助信息。
变频器运行过程中,在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟,将显示以下参数值(在变频器运行中,从任何一个参数开始):
1.直流回路电压(用d表示–单位:
V)
2.输出电流(A)
3.输出频率(Hz)
4.输出电压(用o表示–单位:
V)
5由P0005选定的数值(如果P0005选择显示上述参数中的任何一个(3,4,或5),这里将不再显示)。
连续多次按下此键,将轮流显示以上参数。
跳转功能在显示任何一个参数(rXXXX或PXXXX)时短时间按下此键,将立即跳转到r0000,如果需要的话,您可以接着修改其它的参数。
跳转到r0000后,按此键将返回原来的显示点。
访问参数
按此键即可访问参数
增加/减少数值
按此键即可增加/减少面板上显示的参数数值。
一些重要参数的含义:
P0010开始快速调试
Ø0准备运行
Ø1快速调试
Ø30工厂的缺省设置值
P0700选择接通/断开/反转(on/off/reverse)命令源
Ø0工厂设置值
Ø1基本操作面板(BOP)
Ø2模入端子/数字输入
Ø6来自总线命令。
如果使用Profibus总线,则需要设置这个参数。
注意要P0917=0。
P1000选择目标频率设定值来源
Ø0无频率设定值
Ø1用BOP控制频率的升降
Ø2模拟设定值
Ø6来自总线命令。
如果使用Profibus总线,则需要设置这个参数。
注意要P0917=0。
P0004参数过滤器
Ø2变频器
Ø4PI比例积分控制器
Ø10设定值通道和斜坡函数发生器
Ø20通讯
Ø22变频器PID控制参数
P0003参数访问级
变频器的参数有4个用户访问级;即标准访问级,扩展访问级,专家访问级和维修级。
访问的等级由参数P0003来选择。
对于大多数应用对象,只要访问标准级(P0003=1)和扩展级(P0003=2)参数就足够了。
如果使用总线控制,可以使用P0003=3,具有更高等级访问更多参数。
P0970复位到原厂默认值
操作
常用操作模式有三种:
ØBOP面板操作。
一般先P0010=30,P970=1,把其他参数复位,然后设定P0010=0、P0700=1、P1000=1。
Ø4-20毫安控制,一般先P0010=30,P970=1,把其他参数复位,然后P0010=0、P0700=2、P1000=2。
ØProfibus总线控制,一般先P0010=30,P970=1,把其他参数复位,然后P0010=0、P0700=6、P1000=6。
具体请参考多媒体系统。
在设定好之后,并不一定需要STF启动拨动开关,而直接就可以通过P0700的不同设置来启动,例如面板,或者总线命令。
调试和操作步骤
调试在基本操作面板上进行。
变频器通电后,液晶屏在
状态下,按
,进入参数设置状态。
按
或
键,直到显示P0700(其值为1时才能启用BOP面板控制),按
键,显示其参数值,按
或
键,修改其参数值为1,再次按
键设定参数。
同以上操作,修改P0003和P0004参数值为2。
修改P0010参数值为1,进入快速调试模式。
设定P1000参数值为1,表示用BOP操作面板控制。
设定P1080和P1082参数值,分别为设置电动机频率的最小(0Hz)、最大值(50Hz)。
以上几个参数设置顺序可颠倒,设置完后,应将P0010设为0,进入准备运行状态。
按
或
键,直到显示
,按启动键
,显示数值从0变化到5,此时变频器已启动,按
键,设定频率为30~50之间,可听到继电器动作。
若将水泵插线头接上,可以启动水泵运转。
我们使用Profibus面板进行控制,使用PPO1数据结构。
这是最简单的控制方式。
具体请参考文件MM4_Profibus_Eng.pdf。
频率对应的数值,0-0Hz16385-50.00Hz,可以提供如下转换公式:
AV:
=REAL_TO_WORD(16385*IN/50);IN是目标频率,AV为要输出的数值。
5水泵
水泵额定扬程6-10米,额定流量1-2立方/小时。
注意,对于包括涡轮流量计的通道,如果要测量其流量,则出水阀门不要全打开,关闭一部分,使得流量少于1.2立方/小时。
尽量使得流过水泵的水温不超过80度。
水泵上的开关设置最好为“常开”。
水泵不能无水空转,容许一定时间内堵转。
如果发现水泵发热而不能转动,则可以拆开水泵下面的4个螺钉,脱离底座,上电然后看转叶轮转动,如果转动,然后再安装到底座上。
如果发现调节阀已经全开,而水量不够,则可能水箱中水已经不够,请加水到水泵出口高到一定程度,最好超过10厘米。
如果使用切换工频或变频控制,则要求停止后再切换。
工作电压220V,误差不超过10%。
6电动调节阀
电动调节阀采用四线制接线,电源为220VAC,其信号线分为输入控制信号和阀位输出信号(4~20mA)。
接通220VAC电源后,打开保护盖,可以看见指示灯亮起,用百特仪表手动输出20mA(量程设置为4~20mA)到控制端,齿轮开始旋转,同时调节阀的轴向上移动到最大行程。
若施加一个电流信号,调节阀不动作,可以测量信号线两端电阻值,大小为250Ω。
反之,没有电阻值,表示信号线已断开。
用百特仪表检验时,将调节阀的输出信号接到百特仪表,测量其电压值,若大于12V,则表示信号线断开。
使用前请仔细阅读产品说明书。
如果输入20毫安而没有全开,输入4毫安没有全部关闭,或者发现电机转动而轴不动(死转)。
则需要调整各个可调电阻。
包括上限位、下限位等。
至少不能电机转动而轴不动,久了就会损坏设备。
实验1单容水箱液位定值控制实验
一、实验目的
1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。
2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。
3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。
二、实验设备
A3000现场系统,任何一个控制系统,万用表
三、实验原理
1、控制系统结构
单容水箱液位定值(随动)控制实验,定性分析P,PI,PD控制器特性。
控制逻辑如图5-2-1所示:
水流入量Qi由调节阀u控制,流出量Qo则由用户通过负载阀R来改变。
被调量为水位H。
使用P,PI,PID控制,看控制效果,进行比较。
控制策略使用PI、PD、PID调节。
实际上,可以通过控制连接到水泵上的变频器来控制压力,效果可能更好。
2、控制系统接线表
测量或控制量
测量或控制量标号
使用PLC端口
使用ADAM端口
下水箱液位
LT103
AI0
AI0
调节阀
FV101
AO0
AO0
3、参考结果
下闸板顶到铁槽顶距离(开度)5-6mm。
比例控制器控制曲线如图所示。
多个P值的控制曲线绘制在同一个图5-2-2上:
图5-2-2比例控制器控制曲线
从图可见P=16时,有振荡趋势,P=24比较好。
残差大约是8%。
PI控制器控制曲线如图5-2-3所示。
选择P=24,然后把I从1800逐步减少。
图5-2-3PI控制器控制曲线
如图5-2-3所示,在这里I的大小对控制速度影响已经不大。
从I=5时出现振荡,并且难以稳定了。
I的选择很大,8-100都具有比较好的控制特性,这里从临界条件,选择I=8到20之间。
PID控制器控制曲线如图5-2-4所示:
图5-2-4PID控制器控制曲线
P=24,I=20,D=2或4都具有比较好的效果。
从控制量来看,P=24,I=8,D=2比较好。
ADAM4000模块控制的结果如图5-2-5所示。
图5-2-5ADAM4000模块控制效果
从图可见,P=4,I=8000,D=2000控制效果是最好的。
四、实验要求
1、使用比例控制进行单溶液位进行控制,要求能够得到稳定曲线,以及震荡曲线。
2、使用比例积分控制进行流量控制,要求能够得到稳定曲线。
设定不同的积分参数,进行比较。
3、使用比例积分微分控制进行流量控制,要求能够得到稳定曲线。
设定不同的积分参数,进行比较。
五、实验内容与步骤
1、系统连接
(1)在A3000-FS上,打开手动调节阀JV201、JV206,调节下水箱闸板开度(可以稍微大一些),其余阀门关闭。
(2)在A3000-CS上,将电磁流量计输出连接到AI0,AO0输
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- A3000 过程 控制 实验 指导书
![提示](https://static.bdocx.com/images/bang_tan.gif)