过程控制实验指导书殷老师.docx
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过程控制实验指导书殷老师
过程控制实验指导书
殷华文
南阳理工学院自动化教研室
2011年10月
目录
第一部分:
基于“孝”字号过程控制实验装置的实验指导
实验一恒压供水控制……………………………………………………………5
实验二水箱液位单回路PID控制………………………………………………9
实验三管道流量单回路PID控制………………………………………………12
实验四锅炉温度单回路PID控制………………………………………………15
实验五上下水箱液位串级控制…………………………………………………19
实验六液位—流量串级控制……………………………………………………22
第二部分:
基于“悌”字号过程控制实验装置的实验指导
实验一恒压供水控制……………………………………………………………29
实验二水箱液位单回路PID控制………………………………………………33
实验三管道流量单回路PID控制………………………………………………36
实验四锅炉温度单回路PID控制………………………………………………39
实验五上下水箱液位串级控制…………………………………………………42
实验六液位—流量串级控制……………………………………………………45
过程控制实验利用自制的两台过程控制实验装置进行,这两台设备分别命名为“孝”字号过程控制实验装置和“悌”字号过程控制实验装置。
由于这两台设备的硬件配置不一样,所以实验指导的内容不一样,但是实验项目都是一样的。
在“孝”字号上主要用智能仪表做实验,在“悌”字号上主要用力控组态软件和ADAM模块做实验。
第一部分:
基于“孝”字号过程控制实验装置的实验指导
“孝”字号过程控制实验装置实验台后部接线端子排列图:
上排端子
中排端子
下排端子
实验一恒压供水控制
恒压供水控制系统的设计主要完成水泵供水时保持恒压,为整个实验装置供水。
该控制系统用智能仪表作为调节器,压力变送器作为反馈单元,把检测到的水泵出口水压信号传到智能仪表上,用智能仪表控制变频器,变频器驱动水泵变频调速运行,以达到恒压供水的目的。
设置调整智能仪表的PID等参数,实现闭环控制。
一、实验目的
1.认识过程控制实验装置;
2.认识恒压供水控制系统的组成,掌握实验原理;
3.掌握智能仪表的使用和参数整定;
4.掌握实验装置的基本操作。
二、实验设备
“孝”字号过程控制实验装置:
交流变频器MMV440(PY101),智能仪表(PIC101),压力变送器(PIT101),磁力驱动泵(PV101),250欧的标准电阻,万用表。
三、实验控制指标
被控变量:
磁力泵供水压力;设定值:
50KPa;稳态误差§≤±2%。
四、实验原理
1、控制系统方框图
图1恒压供水系统方框
2、变频器的设置和接线
本实验装置使用的是SIEMENS公司的MICROMASTER440系列交流变频调速器,功率是0.37KW。
1)实际接线:
模拟量输入:
选用端子(3)“ADC1+”和端子(4)“ADC1-”向变频器传送信号。
数字量输入:
用5,7,9三个端子输,5、9两端子用作电机开关,用来控制电机的启动。
而7、9两端子表示电机的复位作用。
实际接线图如图4。
图2仪表输出控制变频器的模拟量信号接线图
2)变频器设置值:
变频器的缺省设置(与变频器的型号和容量有关)是按4极电动机数据进行配置的:
(1)由数字输入端控制(ON/OFF命令);
(2)通过模拟输入1输入设定值P1000=2;(3)感应电动机P0300=1;(4)电动机冷却方式为自冷P0335=0;(5)电动机的过载系数P0640=150%;(6)最小频率P1080=0Hz;(7)最大频率P1082=50Hz;(8)斜坡上升时间P1120=10s;(9)斜坡下降时间P1121=10s;(10)线性的V/f特性P1300=0。
3)变频器的状态显示屏:
MICROMASTER变频器前面板上有状态显示SDP,有两个LED用于显示变频器的工作状态。
五、实验步骤
1、配置管路
仔细观察实验装置上的管路、阀门、水泵,根据图3所示配置阀门和管道:
打开手阀HV01、HV02、HV04、HV07、HV08;关闭手阀HV03、HV09、HV11、HV13、HV15、HV16、HV17、HV18构成管路。
图3恒压供水控制管道仪表流程图
2、实验接线
仔细观察实验台上的仪表、传感器、接线端子排,按照图4所示进行接线。
由于从现场过来的压力信号是4-20mA,所以在进入仪表PIC101的17、18端时,要在17、18端并上一个250欧的电阻将电流信号转化成1-5V电压信号。
图4恒压供水系统回路仪表接线图
3、设置仪表参数
闭合实验台上的仪表电源开关,设定智能仪表相应的参数,然后设置控制设定值(仪表面板操作及参数意义参考仪表说明书)。
本次实验的设定值就是供水压力。
实验时可将参数CtrL设置为2,进行参数自整定,观察自整定效果;再进行人工P、I、D参数设置,比较两者效果。
给出仪表参数供参考
参数代号
参数含义
参数代号
参数含义
HIAL
9999
LoAL
-1999
dHAL
9999
dLAL
9999
dF
0.4
CtrL
4
M5
10
P
8
T
5
Ctl
4
Sn
33
dIP
1
dIL
0
dIH
150
Sc
0.0
oP1
4
oPL
0
oPH
100
ALP
1
CF
4
Addr
1
bAud
9600
dL
3
run
1
Loc
808
EP1-EP8
…
4、PID参数的整定
根据所学过的工程整定方法对P、I、D三参数进行整定。
首先必须认清各参数的作用以及增大或减小后对系统的大概影响。
M5、P、t参数与P、I、D参数的对应关系:
M5值越小,系统积分作用越强。
P值类似PID调节器的比例带,但变化相反。
P值越大,比例、微分作用成正比增强,而P值越小,比例、微分作用相应减弱。
P参数与积分作用无关。
AI系列仪表中t参数值单位是秒。
t参数的正确设定值与PID调节中微分时间相等。
如果设置t≤Ctl时,系统的微分作用被取消。
具体的调节方法:
注意观察仪表面板设定值与当前值的对比情况,如果是短周期振荡,可减小P(优先),加大M5及t;如果是长周期振荡,可加大M5(优先),加大P,t;如果无振荡而是静差太大,可减小M5(优先),加大P;如果最后能稳定控制但时间太长,可减小t(优先),加大P,减小M5。
调试时还可用逐试法,即将MPT参数之一增加或减少30~50%,如果控制效果变好,则继续增加或减少该参数,否则往反方向调整,直到效果满足要求。
一般可先修改M5,如果无法满足要求再依次修改P、t和ctI参数,直到满足要求为止。
5、将水泵、变频器通电,智能仪表就会控制水泵的运行。
随着水泵转速的逐渐提升,供水压力也在提升。
6、观察实验结果,调试PID参数值,以达到实验的要求。
图5CtrL=4,P=8,M5=5.0,T=3,Ctl=2时实验结果
7、记录实验数据,撰写实验报告。
实验二水箱液位单回路PID控制
本实验由智能仪表、液位传感器及变送器、智能电动调节阀和一个水箱对象构成液位单回路闭环控制系统。
此系统实现水箱动态水液位的定值控制。
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.认识PID调节器的参数变化对系统性能的影响。
二、实验主要设备
AI-808智能仪表(XIC102),液位变送器(LT202),智能电动调节阀(FV102)
1.液位传感器及变送器
在实验中用到合肥.安徽科学研究所生产的KY-B3804型压力变送器检测液位信号,该变送器能将0-600mm的液位转化为4-20mADC的电信号。
采用工业用的扩散硅压力变送器,不锈纲隔膜片,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。
型号:
KY-B3803;量程:
6KPa;电源:
24VDC;精度:
0.25%;输出:
4—20mA
2.液位变送器接线方法:
电源(-)黑、蓝;电源(+)红、黄。
三、实验控制指标
被控变量:
中水箱的液位
稳态误差§≤±2%
四、实验原理及构成
在液位单闭环控制系统中,主要使用到的是液位变送器。
图1液位单闭环控制系统方框
5、实验步骤
1.认清实验所用的管道流程图和接线图:
打开手阀HV02、HV07、HV09;关闭手阀HV01、HV08、HV13、HV16、HV17;微开手阀HV05构成管路。
(实验时可以活动手阀HV05作为扰动量),由于仪表安装等问题,设定液位与实际液位有一定偏差,实验效果(误差计算)以仪表显示为准。
实验过程扰动较大。
由于从现场过来的液位信号是4—20mA,所以在信号进入XIC102的17、18端时要在17、18端并上一个250欧电阻将信号转化成1—5V电压信号。
图2液位单回路管道仪表流程图
图3液位单回路仪表接线图
2.闭合仪表电源开关,设定相应的参数和设定值(仪表操作及仪表参数意义参考仪表说明书),给出仪表参数供参考:
参数代号
参数含义
参数代号
参数含义
HIAL
9999
LoAL
-1999
dHAL
9999
dLAL
9999
dF
0.0
CtrL
3
M5
0.4
P
20
T
3
Ctl
3
Sn
33
dIP
1
dIL
0
dIH
600.0
Sc
0
oP1
4
oPL
0
oPH
100
ALP
3353
CF
0
Addr
4
bAud
9600
dL
3
run
1
Loc
808
EP1-EP8
…
3.PID参数的整定
根据所学过的工程整定方法对P、I、D三参数进行整定。
首先必须认清各参数的作用以及增大或减小后对系统的大概影响。
具体整定步骤参考实验一。
4.通电运行系统并运行力控监控实时曲线
5.观察实验结果,调试PID参数值,以达到实验的要求。
CtrL=3,P=20,M5=0.4,T=3,Ctr=1时实验结果:
图4CtrL=3,P=20,M5=0.4,T=3,Ctr=1时实验结果
6.记录实验数据,撰写实验报告。
实验三管道流量单回路PID控制
本实验主要由流量传感器、智能仪表、智能电动调节阀和流水管道组成流量单回路闭环控制系统。
一、实验目的
1.了解流量计的结构及使用方法;
2.熟悉单回路流量控制系统的组成;
3.认识PID调节器参数变化对系统性能所产生的影响。
二、实验主要设备
AI-808(XIC101),AI808H(FIT102)智能仪表,涡轮流量计(FE102)
三、实验指标
被控变量:
管路中水流的流量
供水压力:
50Kpa,流量设定:
100L/h,200L/h
稳态误差§≤±2%
四、实验原理
图1管道流量单回路控制系统方框
五、实验步骤
1.认清实验所用的管道流程图和接线图:
打开手阀HV02、HV07、HV08;关闭手阀HV01、HV09、HV13、HV16、HV17构成管路。
压力的大小对流量扰动大,须谨慎设置。
由于从FIT102出来的引号也是4-20mA的标准信号,所以在进入XIC101的17、18端时也要在此两端并上一个25
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