过程控制实验指导书.docx
- 文档编号:9509985
- 上传时间:2023-02-05
- 格式:DOCX
- 页数:17
- 大小:286.35KB
过程控制实验指导书.docx
《过程控制实验指导书.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《过程控制实验指导书.docx(17页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
过程控制实验指导书
过程控制原理实验指导书
(09电气、测控使用)
指导教师:
王跃球
邵阳学院
二〇一二年十月
实验一电动执行器的工作原理认识和校验实验
一、实验目的
1.通过实验熟悉电动执行器的工作原理
2.掌握电动执行器的校验方法
3.通过调校进一步明确执行器、伺服放大器及操作器的接线
二、实验设备
1.直流电流表
2.伺服放大器
3.电动操作器
4.智能调节仪
5.电动执行机构
6.直流电阻箱
7.实验连接导
三、电动执行器的简介
1.用途
DKZ型直行程电动执行机构可以与变送器,调节器等仪表配套使用,它以电源为动力,接受4~20mADC信号,将此转换成与输入信号相对应的直线位移,自动地操纵阀门等调节机构,完成自动调节任务,或者配用电动操作器实现远方手动控制。
该仪表可广泛应用于发电厂、钢铁厂、化工、轻工等工业部门的调节系统中。
该仪表有连续调节、远方手动控制和就地手动操作三种控制方式。
该仪表适用于无腐蚀性气体、环境温度为-25℃~70℃,相对湿度为≤95%的场所。
2.主要技术参数
反馈信号:
4~20mADC
出轴推力:
4000N
出轴行程:
10mm
全行程时间:
8s
输入电阻:
250Ω
基本误差:
±2.5%
回差:
±1.5%
死区:
≤3%
电源电压:
220VAC±10%
四、电动执行器的工作原理
DKZ型电动执行机构是一个用交流伺服电动机为原
动机的位置伺服机构,其系统方框图如图1-1所示。
图1-1电动执行机构系统方框图
1.电动执行机构处于连续调节的控制过程状态:
当输入信号I入1=4mADC时。
位置发送器反馈电流I反=4mADC,此时伺服放大器没有输出电压,交流伺服电动机停止转动,执行机构输出轴稳定在预选好的零位。
当输入信号I入1>4mADC时(接入极性应与位置反馈电流极性相反),此输入信号与系统本身的位置反馈电流在伺服放大器的前置级磁放大器中进行磁势的综合比较,由于这二个信号大小不相等且极性相反就有误差磁势出现,从而使伺服放大器就有足够的输出功率,驱动交流伺服电动机,执行机构输出轴就朝着减少这个磁势的方向运动,直到输入信号和位置反馈信号二者相等为止,此时输出轴就稳定在输入信号相对应的位置上。
2.电动执行机构三种控制方式:
当电动操作器切换开关放在“自动”位置时,即处在连续调节控制状态,其控制过程如上所述。
当电动操作器切换开关放在“手动”位置时,即处在手动远方控制状态,操作时只要将旋转切换开关分别拨到“开”或“关”的位置,执行机构输出轴就可以上行或下行,在运动过程中观察电动操作器上的阀位开度表,到所需控制阀位开度时,立即松开切换开关即可。
当电动操作器切换开关放在“手动”位置,把交流伺服电动机端部旋钮放在手动位置时,拉出执行机
构上的手轮,摇出手轮就可以实现就地手动操作。
图1-2执行机构校验接线图
注意:
当不用就地手动操作时,千万要把交流伺服电动机端部旋钮放在自动位置,并把手轮推进。
五、校验方法
1.按图1-2正确接线。
2.零点调整:
合上电源开关,将电机把手放在“手动”位置,摇动手轮使输出轴的位置置于出厂时调试好的零位(即输出轴的下限值),此时毫安表指示值应为4mA。
如果不到(或超过)可通过调整“调零”电位器使其值为4mA。
3.满量程调整:
摇动手轮,使输出轴向上移动,直到置于出厂时调试好的满量程为止,毫安表指示值应相应地从4mA变化到20mA,如果不到(或超过),可调节“调满”电位器。
4.操作操作器使其在“手动”位置,然后分别向顺时针和逆时针方向旋转切换开关,使输出轴随之上下移动,同时观察位置发送器的输出电流和输出轴的行程是否一一对应。
5.操作操作器使其在“自动”位置,用智能仪表调节输出0到100%,再从100%到0。
同时观察位置发送器的输出电流和输出轴的行程是否一一对应。
六、实验要求
写出实验报告和记录相应的实验数据并进行分析。
实验二温度变送器的工作原理认识和校验实验
一、实验目的及要求
1.正确掌握温度变送器的接线和使用方法
2.了解温度变送器的内部结构
3.掌握温度变送器与热电偶、毫伏信号配接时的调校方法及精度测试
4.要求求出温度变送器的精度是否符合要求
二、实验设备
1.温度变送器4.直流电阻箱(250Ω)
2.实验连接导线5.智能调节仪
3.计算机6.直流电位差计
三、实验原理:
1.产品认识如下图所示:
2.上位机界面图,如图2-1所示:
图2-1上位机界面图
三、实验内容
1、简介——SBWR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(电源输入与信号输出为公用传输线)将热电偶热电阻信号变换成与输入信号或温度信号成线性的4~20mA直流的输出信号。
变送器可以安装于热电偶的接线盒与之形成一体化结构。
它作为新一代测温仪表可广泛应用于冶金、石油、化工、电力、轻工、纺织、食品、国防以及科研等工业部门。
2、结构及接线如图2-2所示:
图2-2温度变送器接线图
温度变送器(K)调整图
图2-3调零、调满示意图
3、实验步骤
温度变送器配接热电偶输入信号的校验(本实验用智能仪表代替数字电压表,用直流电位差计模拟热电势):
调节电位器:
调零、调满如图2-3所示。
变送器按图2-2接线,其中负载电阻额定250欧姆±0.01%,智能仪表显示测量输出电压。
将智能调节仪的基本参数设置为:
SN=33、DIP=3、DIL=1、DIH=5、Addr=1、baud=9600。
其他参数默认即可。
用直流电位差计来模拟热电偶热电势输出端(以取温度整数值相对应的热电势),本实验取0℃、250℃、500℃、750℃、1000℃做为校验点。
点击“热电偶K分度表”按钮,找出相对应的热电势,然后将热电势接入温度变送器热电偶输入端。
直流电位差计的使用说明,其产品结构图如右图所示:
a、准备:
确保直流电位差计工作电源正常,打开仪器上盖,将倍率开关由“断”旋到所需倍率,此时电位差计工作电源和指零仪电源同时接通,预热5分钟。
b、调零:
将选择开关旋至“测量”,调节指零仪“调零”电位器,使电表指针指向“0”。
c、对标准:
将扳键推向“标准”,调节“工作电流”电位器;使指针回零,对标准即告完毕。
松开扳键,扳键自动复位。
改变量程时必须重新对标准。
d、测量:
被测电压极性从“未知”档接线柱接入,适当选择倍率,将扳键推向“未知”档,并调节“×10”、“×l”和“×0.1”三测量盘,使指针重新回零,则被测电压为Ux.测量完毕,应将扳键复位。
e、输出:
将选择开关旋到“输出”,倍率开关旋至所需位置,并调节三测量盘,将扳键推向“未知”档时,“未知”接线柱两端会输出所需电压:
U输出=倍率×测量盘指示值。
f、使用完毕,应将倍率开关旋至“断”位置。
将所要求的量程的0%、100%所对应的原分度值输入变送器,用钟表螺丝刀调零、调满度,要求0%、100%所对应的250欧姆负载上数字电压表读数分别1.000V和5.000V,再检查跨度0%、25%、50%、75%、100%要求对应输出电压标准值为1.000V、2.000V、3.000V、4.000V、5.000V将实测值与标准值偏差除以4.000V即为引用误差。
要求引用误差≤±0.5%即符合要求。
输出特性确定
均匀地选择5个校验点。
缓慢增加热电势至各校验点,由智能调节仪读取相应的电压值并记录。
a.打开上位机界面,按F5进入运行环境,选择“温度变送器校验实验”,首先设置温度校验值为0℃,并调节直流电位差计的输出为0mv,使直流电位差计的输出给温度变送器“热电偶输入”端,点击“取点并连线”,然后设置温度校验值为250℃,再点击“热电偶K分度表”选择相对应的热电势使直流电位差计的输出给温度变送器“热电偶输入”端,此时观察智能仪表测量值,并点击“取点并连线”。
b.同理分别设置温度校验点500、750和1000℃,并观察其曲线是否线性。
4、数据记录及误差分析
被校表指示值
(V)
标准表指示值
误差计算
电压(V)
温度(℃)
绝对误差(℃)
相对误差(%)
引用误差(%)
计算公式:
绝对误差:
测量值与被测量真实值之间的差值的绝对值称为绝对误差即:
式中x—测量值
d—被测量值的真实值,通常以标准仪表的示值作为真实值
相对误差:
若仪表指示值为x,被测参数的真实值为d
则相对误差为:
=
引用误差:
绝对误差与仪表的范围上限和范围下限的差的比值×100%,
即:
引用误差=
实验三加热水箱温度定值控制实验
一、实验目的
1.了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2.研究P、PI、PD、PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
3.掌握单闭环温度定值控制系统调节器参数的整定方法。
4.分析复合加热水箱动态水温与静态水温在控制效果上有何不同。
二、实验设施
电力自动化仪表实验平台、对象系统、实验导线、计算机、MCGS组态软件、RS485/232转换器。
三、实验原理
本实验以复合加热水箱作为被控对象,加热水箱的水温为系统的被控制量。
本实验要求加热水箱的水温稳定至给定量的2%~5%范围内。
本套装置的复合加热水箱中有两支温度传感器,分别为PT100和Cu50热电阻,可任选一路作为反馈信号,反馈信号与给定值比较后取得差值,调节器根据偏差来控制调压模块的输出电压,以达到控制加热水箱水温的目的。
在水温的定值控制系统中,其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样,但由于加热过程容量时延较大,所以其控制过渡时间也较长,系统的调节器可选择PID控制。
本实验系统流程图如下图所示。
图3-1加热水箱温度定值控制实验流程图
可以采用两种方案对加热水箱的水温进行控制:
(一)复合加热水箱不加冷却水(静态)
(二)复合加热水箱加冷却水(动态)(推荐使用)
显然,两种方案的控制效果是不一样的,后者比前者的升温过程稍慢,降温过程稍快,过渡过程时间稍短。
四、实验步骤
1.实验之前先将储水箱中贮足水量,一般接近储水箱容积的4/5,然后将F1-1、F1-3、F1-4全开,F1-5给一定的开度确保复合水箱中始终有一定液位的水,其它手动阀门关闭,并将伺服放大器、电动操作器、执行器按图3-2正确接线;
图3-2伺服放大器、电动操作器、执行器接线图
2.将通讯线经RS485/232转换器接至计算机的串口上,本工程初始化使用COM1端口通讯;
3.将仪表控制平台中的“Pt100温度传感器”的输出对应接至智能调节仪的“热电阻输入”端,将智能调节仪Ⅰ的“4~20mA输出”端对应接至“调压器”的控制信号输入端,智能仪表Ⅱ的“4~20mA输出”端对应接至“伺服放大器”的控制信号输入端;
4.打开仪表控制平台的单相空气开关,并打开相对应的开关给智能仪表、操作器、伺服放大器、调节阀、开关电源上电;手动设置智能调节仪Ⅱ的输出到30%左右;(或用电动操作器来控制调节阀的开度在30%左右)
5.智能仪表Ⅰ参数设置:
Sn=21、DIP=1、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1、baud=9600;
6.打开仪表控制平台中的“离心泵”的旋钮开关,给复合加热水箱的内胆打满水,然后关闭阀F1-4;
7.打开上位机软件,选择“电力自动化仪表工程”,按“F5”进入运行环境,然后进入实验“主菜单”,选择“复合水箱温度定值控制实验”;
8.按本章第一节中的经验法或动态特性参数法等整定调节器参数,选择PI控制规律,并按整定后的PI参数进行调节器参数设置。
9.点击实验界面中“设定值”的数值显示框,在弹出的对话框中填写温度设定值,然后点击“比例度”“积分时间”“微分时间”,在弹出的对话框中填写对应的比例度、积分时间和微分时间,在实验界面中点击“自动”按钮,智能调节仪Ⅰ被设置为“自动”状态,仪表内部控制算法启动,打开调压器开关,对被控参数进行闭环控制。
10.当水温稳定于给定值的2%~5%范围内,且不在超出这个范围后,通过以下两种方式加入干扰:
①突增(或突减)仪表设定值的大小,使其有一个正(或负)阶跃增量的变化(内部扰动);
②改变智能调节仪Ⅱ的输出值,调节电动调节阀的阀位,进而改变冷却水的水量。
注意外部扰动加入量应合理,不宜破坏系统的平衡,超出控制系统的调节能力范围。
以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成系统的激烈振荡,甚至不稳定。
通过内部扰动加入干扰后,复合加热水箱水温便离开原平衡状态,经过一段调节时间后,水温稳定至新的设定值(采用后面一种干扰方法仍稳定在原设定值),记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数,观察上位机曲线变化趋势。
11.分别适量改变调节仪的P、I、D参数,重复步骤10,用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
12.分别用P、PI、PD三种控制规律重复上述步骤,用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
6.5.5实验报告要求
1.画出加热水箱水温定值控制实验的系统方框图。
2.用实验方法确定调节器的相关参数,写出整定过程。
3.比较不同PID参数对系统性能产生的影响。
4.分析P、PI、PD、PID四种控制方式对本实验系统的作用。
四水箱液位与管道流量的串级控制实验
一、实验目的
1.了解液位与流量串级控制系统的组成原理。
2.掌握液位与流量串级控制系统调节器参数的整定与投运方法。
3.了解阶跃扰动分别作用于副对象和主对象时对系统主控制量的影响。
二、实验设施
电力自动化仪表实验平台、对象系统、实验导线、计算机、MCGS组态软件、RS485/232转换器。
三、实验原理
本实验系统的主控量为液位水箱的液位高度,副控量为管道流量,它是一个辅助的控制变量。
系统由主、副两个回路所组成。
主回路是一个定值控制系统,要求系统的主控制量液位稳定在给定值的2%~5%范围内,因而系统的主调节器应为PI或PID控制,本实验采用电容式液位变送器的输出信号作为主环的反馈信号。
副回路是一个随动系统,要求副回路的输出能准确、快速地复现主调节器输出的变化规律,以达到对主控制量液位的控制目的,因而副调节器可采用P或PI控制。
但选择流量作副控参数时,流量变化远比液位要快,为了保持系统稳定,副环比例度必须选得较大,有可能副控的比例度大于主控的比例度,但这并不意味着副控的响应速度比主控慢,其次是保证流量控制时不产生较大的振荡,为此也可引入积分作用,即采用PI控制规律。
引入积分作用的目的不是消除静差,而是增强控制作用,副环采用电磁流量计作为反馈信号。
显然,由于副对象管道流量的时间常数小于主对象水箱液位的时间常数,因而当主扰动(二次扰动)作用于副回路时,通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。
本实验系统流程图如图4-1所示。
图4-1水箱液位与管道流量串级控制实验流程图
四、实验步骤
1.实验之前先将储水箱中贮足水量,一般接近储水箱容积的4/5,然后将阀F1-1、F1-2、F1-6全开,其余手动阀门关闭,并将伺服放大器、电动操作器、执行器按图4-2正确接线;
图4-2伺服放大器、电动操作器、执行器接线图
2.将通讯线经RS485/232转换器接至计算机的串口上,本工程初始化使用COM1端口通讯;
3.将仪表控制平台中“电容式液位变送器”的输出对应接至智能调节仪Ⅰ的“0~5V/1~5V输入”端;将“涡轮流量计”的输出对应接至智能调节仪Ⅱ的“0~5V/1~5V输入”端;将智能调节仪Ⅱ的“4~20mA输出”端对应接至控制信号的“伺服放大器”输入端;
4.打开上位机软件,选择“电力自动化仪表工程”,按“F5”进入运行环境,然后进入实验“主菜单”,选择“水箱液位与管道流量串级控制实验”;
5.打开仪表控制平台的单相空气开关,并打开相对应的开关给智能仪表、伺服放大器、电动调节阀、电动操作器、开关电源上电;
6.智能仪表Ⅰ参数设置:
Sn=33、DIP=1、dIL=0、dIH=50、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1、baud=9600;智能仪表Ⅱ参数设置:
Sn=33、DIP=0、dIL=0、dIH=1200、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=2、baud=9600;
7.按本章第一节中的串级控制系统PID参数的整定方法整定主、副调节器参数,主调节仪选择PI控制规律,副调节仪选择PI控制规律,并按整定后的参数进行调节器参数设置。
8.在实验界面中,点击主调设定值的数值显示框,在弹出的对话框中填写液位设定值,然后点击主调“比例度”“积分时间”“微分时间”的数值显示框,在弹出的对话框中填写对应的比例度、积分时间和微分时间,副调的设定值是由主调的输出确定的,副调PID参数的设定方法与主调相同。
打开离心泵开关,在实验界面中点击副环“自动”按钮,调节主调的手动输出,使用液位稳定在主调给定值附近,然后点击主调的自动按钮,将主调投入运行。
通过手动操作方式改变主调输出方式为自动状态。
9.当主调液位稳定于主调给定值的2%~5%范围内,且不在超出这个范围后,给系统加入扰动:
①为体现串级控制系统的特点,对副调流量参数进行扰动:
将阀F1-3打开至适当开度;
②为与副调加入扰动作用下的系统的响应情况进行比较,对主调加入扰动:
将液位水箱的出水阀开到80%的位置或直接修改主调的设定值加入内部扰动。
注意外部扰动加入量应合理,不宜破坏系统的平衡,超出控制系统的调节能力范围。
以上两种干扰均要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成系统的激烈振荡,甚至不稳定。
观察以上两种扰动加入系统后,上位机曲线的变化趋势。
10.分别适量改变调节仪的P、I、D参数,重复步骤9,用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线。
6.7.5实验报告要求
1.画出液位与流量串级控制系统的系统方框图。
2.用实验方法确定调节器的相关参数,写出整定过程。
3.根据扰动分别作用于主、副环时系统输出的响应曲线,分析主、副调节器采用不同PID参数时对系统性能产生的影响。
- 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:
- 过程 控制 实验 指导书