过程控制及仪表实验指导书

《过程控制及仪表》实验指导书过程装备与控制工程教研室2012年9月修订I目录目录..........................................................................................................................................................I第一部分实验装置说明......................................................................................................................1第一节THJ-3型过程控制对象及THSA-1型过控自动化控制实验平台..................................1第二节AE2000A型过程控制系统实验平台............................................................................3第三节CS4100型过程控制系统实验平台..............................................................................5第四节软件介绍-MCGS组态软件..............................................................................................8第五节实验要求及安全操作规程...............................................................................................8第二部分实验内容............................................................................................................................10实验一单容自衡水箱对象特性测试实验...................................................................................10实验二压力变送器的使用...........................................................................................................14实验三温度变送器的使用...........................................................................................................18实验四智能控制仪表的调试.......................................................................................................21实验五电动调节阀的使用...........................................................................................................27实验六锅炉内胆水温位式控制系统...........................................................................................31实验七单容液位定值控制系统...................................................................................................35实验八水箱液位串级控制系统...................................................................................................421第一部分实验装置说明第一节THJ-3型过程控制对象及THSA-1型过控自动化控制实验平台一、THJ-3型过程控制对象总貌图如下图所示：2二、THSA-1型过控综合自动化控制系统实验平台1、SA-11交流变频控制挂件采用日本三菱公司的FR-S520SE-0.4K-CHR)型变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。有关变频器的使用请参考变频器使用手册中相关的内容。变频器常用参数设置：P1=50(上限频率)；P2=0(下限频率)；P79=4(运行模式，外部/PU组合运行模式2)；P128=0(0，PID控制无效)；P182=4(端子4输入选择)；P267=0(端子4输入4-20mA)。2、三相移相SCR调压装置采用三相可控硅移相触发装置，输入控制信号为4～20mA标准电流信号，其移相触发角与输入控制电流成正比。输出交流电压用来控制电加热器的端电压，从而实现锅炉温度的连续控制。3、AI智能调节仪表挂件采用上海万迅仪表有限公司生产的AI系列全通用人工智能调节仪表，其中SA-12智能调节仪控制挂件为AI-818型，SA-13智能位式调节仪为AI-708型。AI-818型仪表为PID控制型，输出为4～20mADC信号；而AI-708型仪表为位式控制型，输出为继电器触点型开关量信号。AI系列仪表通过RS485串口通信协议与上位计算机通讯，从而实现系统的实时监控。AI仪表常用参数设置：CtrL：控制方式。CtrL＝0，采用位式控制；CtrL＝1，采用AI人工智能调节/PID调节；CtrL＝2，启动自整定参数功能；CtrL＝3，自整定结束。Sn：输入规格。Sn＝21，Pt100热电阻输入；Sn＝32，0.2～1VDC电压输入；Sn＝33，1～5VDC电压输入。DIL：输入下限显示值，一般DIL＝0；热电阻输入不用设置此项。DIH：输入上限显示值。输入为液位信号时，DIH＝20.0；输入为流量信号时，DIH＝20.0；热电阻输入不用设置此项。OP1：输出方式，一般OP1＝4为4～20mA线性电流输出。CF：系统功能选择。CF＝0为内部给定，反作用调节；CF＝1为内部给定，正作用调节；CF＝8为外部给定，反作用调节；CF＝9为外部给定，正作用节。Addr：通讯地址。单回路实验Addr＝1；串级实验主控为Addr＝1，副控为Addr＝2；三闭环实验主控为Addr＝1，副控为Addr＝2，内环为Addr＝3。实验中各仪表通讯地址不允许相同。P、I、D参数可根据实验需要调整，其他参数请参考默认设置。有关AI系列仪表的使用请参考说明书上相关的内容。3第二节AE2000A型过程控制系统实验平台一、AE2000A型实验对象组成结构过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：85×45×40cm）、强制对流换热管系统、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。系统动力支路分两路组成：一路由单相增压泵、电动调节阀、电磁流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成；另一路由增压泵、变频调速器、小流量涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。如下图所示：对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等。AE2000A实验对象检测及执行装置包括：检测装置：扩散硅压力液位传感器、涡轮流量传感器、Pt100热电阻温度传感器。执行装置：单相可控硅移相调压装置、电动调节阀、变频器。1、液位传感器工作原理：当被测介质（液体）的压力作用于传感器时，压力传感器将压力信号转换成电信号，经归一化差分放大和输出放大器放大，最后经V/A电压电流转换器转换成与被测介质（液体）的液位压力成线性对应关系的4～20mA标准电流输出信号。接线如图所示：接线说明：传感器的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源24V+接中继箱内正（+），中继箱内负（—）接负载电阻，负载电阻接24V-，输出4～20mA电流信号，通过负载电阻转换成电压信号，两线制接法。在负载电阻250/50Ω两端取信号电压，当负载电阻接250Ω时信号电压为1～5V，当负载电阻切换成50Ω时信号电压为0.2～1V。4零点和量程调整：零点和量程调整电位器位于另一侧的中继箱内。校正时打开中继箱盖，即可进行调整，左边的（Z）调零电位器，右边的（R）调增益电位器。2、温度传感器Pt100热电阻工作原理：接线说明：连接两端元件热电阻采用的是三线制接法。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，经过温度变送器变送出4～20mA信号。如图所示：3、流量计1）、涡轮流量计：输出信号：4～20mA，测量范围：0～1.2m3/h。接线如图所示：接线说明：传感器的端子位于中继箱内，电缆线从中继箱的引线口接入，直流电源12V+接中继箱内正（+），中继箱内负（—）接24V-，中继箱内负（—）作为涡轮流量计输出信号负端，中继箱内A为输出信号+（正）。负载电阻则把电流信号转换成电压信号。2）、电磁流量计4、压力表安装位置：单相泵之后，电动调节阀之前。测量范围：0～0.25MPa5、电动调节阀主要技术参数：执行机构型式：智能型直行程执行机构输入信号：0～10mA/4～20mADC/0～5VDC/1～5VDC输入阻抗：250Ω/500Ω输出信号：4～20mADC输出最大负载：500Ω断信号阀位置：可任意设置为保持/全开/全关/0～100%间的任意值电源：220V±10%/50Hz6、单相可控硅移相调压通过4～20mA电流控制信号控制单相220V交流电源在0～220V之间根据控制电流的大小实现连续变化。二、AE2000A型实验对象控制柜1、变频器变频器型号为三菱FR型变频调速器，具体参数设置如下表：名称表示设定范围设定值5上限频率P10-120Hz60Hz下限频率P20-120Hz25Hz扩张功能显示选择P300，11频率设定电流增益P391-120Hz60HzRH端子功能选择P624操作模式选择P790-80C5C5输出频率大小25HzC6C6偏置20%控制信号输入：可输入外部0～5V电压，或4～20mA电流控制信号。STF、STR：电机的正、反转控制端，SD与STF相连为正转，SD与STR相连时为反转。变频器外部控制信号控制输出接线方法：SD与STF（或STR）、RH两端都短接，在控制信号输入端接入控制信号（正极、负极应对应，不能接错）打开变频器的电源开关即可输出。通过改变控制信号的大小来改变输出的频率。*注：附FR-S520S-0.4K-CH三菱变频调速器使用手册（基本篇）2、智能流量积算仪智能流量积算仪面板如右图所示：流量积算变送仪主要功能是将涡轮流量计输出的流量频率信号转换为4-20mA的电流信号输出。智能流量积算仪面板分：频率信号输入接口、变送信号输出接口、输出电流信号转换成电压信号电阻接口。（250Ω和50Ω）流量积算仪参数设置如下：一级参数：符号名称设定参数KEY禁锁2000AL1第一报警值5000K脉冲系数118（可修改）Poin小数点1d0标况密度变送低端补偿df显示内容变送高端补偿具体操作方法,请查阅智