温度源的温度控制实验

实验二（1）温度源的温度控制调节实验一、实验目的：了解温度控制的基本原理及熟悉温度源的温度调节过程。二、基本原理：当温度源的温度发生变化时，温度源中的Pt100热电阻(温度传感器)的阻值发生变化，将电阻变化量作为温度的反馈信号输给智能调节仪，经智能调节仪的电阻——电压转换后与温度设定值比较再进行数字PID运算输出可控硅触发信号(加热)或继电器触发信号(冷却)，使温度源的温度趋近温度设定值。温度控制原理框图如图1所示。三、需用器件与单元：主机箱、温度源、Pt100温度传感器。图1温度控制原理框图四、实验步骤：温度源简介：温度源是一个小铁箱子，内部装有加热器和冷却风扇；加热器上有二个测温孔，加热器的电源引线与外壳插座(外壳背面装有保险丝座和加热电源插座)相连；冷却风扇电源为+24ｖDC，它的电源引线与外壳正面实验插孔相连。温度源外壳正面装有电源开关、指示灯和冷却风扇电源+24ｖDC插孔；顶面有二个温度传感器的引入孔，它们与内部加热器的测温孔相对，其中一个为控制加热器加热的传感器Pt100的插孔，另一个是温度实验传感器的插孔；背面有保险丝座和加热器电源插座。使用时将电源开关打开(Ｏ为关，-为开)。从安全性、经济性且不影响学生掌握原理的前提下温度源设计温度≤200℃。1、调节仪的简介及调节仪的面板按键说明。1.1面板说明。面板上有PV测量显示窗、SV给定显示窗、4个指示灯窗和4个按键组成。如图2所示。图2调节仪面板图面板中1、PV——测量值显示窗2、SV——给定值显示窗3、AT——自整定灯4、ALM1——AL1动作时点亮对应的灯5、ALM2——手动指示灯(兼程序运行指示灯)6、OUT——调节控制输出指示灯7、SET——功能键8、◄——数据移位(兼手动／自动切换及参数设置进入)9、▼——数据减少键(兼程序运行／暂停操作)10、▲——数据增加键(兼程序复位操作)仪表上电后，上显示窗口显示测量值（PV），下显示窗口显示给定值（SV）。在基本状态下，SV窗口能用交替显示的字符来表示系统某些状态，如下：1、输入的测量信号超出量程（因传感器规格设置错误、输入断线或短路均可能引起）时，则闪动显示：“orAL”。此时仪表将自动停止控制，并将输出固定在参数oPL定义的值上。2、有报警发生时，可分别显示“HIAL”、“LoAL”、“dHAL”或“dLAL”，分别表示发生了上限报警、下限报警、正偏差报警和负偏差报警。报警闪动的功能是可以关闭的（参看bAud参数的设置），将报警作为控制时，可关闭报警字符闪动功能以避免过多的闪动。仪表面板上的4个LED指示灯，其含义分别如下：（1）OUT输出指示灯：输出指示灯在线性电流输出时通过亮/暗变化反映输出电流的大小，在时间比例方式输出（继电器、固态继电器及可控硅过零触发输出）时，通过闪动时间比例反映输出大小。（2）ALM1指示灯：当AL1事件动作时点亮对应的灯。（3）ALM2指示灯：当手动指示灯。（4）AT灯：自整定开启时点亮对应的灯。1.2基本使用操作1、显示切换：按SET键可以切换不同的显示状态。修改数据：如果参数锁没有锁上，仪表下显示（SV）窗显示的数值数据均可通过按◄（A/M）、▼或▲键来修改。例如：需要设置给定值时，可将仪表切换到正常显示状态，即可通过按◄（A/M）、▼或▲键来修改给定值。仪表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。按▼键减小数据，按▲键增加数据，按◄可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。按住按键并保持不放，可以快速地增加/减少数值，并且速度会随小数点会右移自动加快（3级速度）。而按◄（A/M）键则可直接移动修改数据的位置(光标),操作快捷。2、手动/自动切换：按◄（A/M）键，可以使仪表在自动及手动两种状态下进行无扰动切换。手动时下排显示器第一字显示“M”，仪表处于手动状态下，直接按▲键或▼键可增加及减少手动输出值。自动时按SET键可直接查看自动输出值（下排显示器第一字显示“A”）。通过对run参数设置（详见后文），也可使仪表不允许由面板按键操作来切换至手动状态，以防止误入手动状态。3、设置参数：按SET键并保持约3秒钟，即进入参数设置状态。在参数设置状态下按SET键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值HIAL、参数锁Loc等等，对于配置好并锁上参数锁的仪表，只出现操作工需要用到的参数（现场参数）。用▼、▲、◄（A/M）等键可修改参数值。按◄（A/M）键并保持不放，可返回显示上一参数。先按◄（A/M）键不放接着再按SET键可退出设置参数状态。如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。如果参数被锁上（后文介绍），则只能显示被EP参数定义的现场参数（可由用户定义的，工作现场经常需要使用的参数及程序），而无法看到其它的参数。不过，至少能看到Loc参数显示出来。1.3自整定（AT）操作1、仪表初次使用时，可启动自整定功能来协助确定M50、P、t等控制参数。初次启动自整定时，可将仪表切换到正常显示状态下，按◄（A/M）键并保持约2钞钟，此时仪表AT指示灯点亮，表明仪表已进入自整定状态。自整定时，仪表执行位式调节，约2-3次振荡后，仪表根据位式控制产生的振荡，分析其周期、幅度及波型来自动计算出M50、P、t等控制参数。如果在自整定过程中要提前放弃自整定，可再按◄（A/M）键并保持约2钞钟，使仪表AT指示灯熄灭即可。视不同系统，自整定需要的时间可从数秒至数小时不等。仪表在自整定成功结束后，会将参数CtrL设置为3（出厂时为1）或4，这样今后无法从面板再按◄（A/M）键启动自整定，可以避免人为的误操作再次启动自整定。已启动过一次自整定功能的仪表如果今后还要启动自整定时，可以用将参数CtrL设置为2的方法进行启动（参见后文“参数功能”说明）。2、系统在不同给定值下整定得出的参数值不完全相同，执行自整定功能前，应先将给定值设置在最常用值或是中间值上，如果系统是保温性能好的电炉，给定值应设置在系统使用的最大值上，再执行启动自整定的操作功能。参数Ct1（控制周期）及dF（回差）的设置，对自整定过程也有影响，一般来说，这2个参数的设定值越小，理论上自整定参数准确度越高。但dF值如果过小，则仪表可能因输入波动而在给定值附近引起位式调节的误动作，这样反而可能整定出彻底错误的参数。推荐Ct1=0-2，dF=0.3。3、手动自整定：由于自整定执行时采用位式调节，其输出将定位在由参数oPL及oPH定义的位置。在一些输出不允许大幅度变化的场合，如某些执行器采用调节阀的场合，常规的自整定并不适宜。对此仪表具有手动自整定模式。方法是先用手动方式进行调节，等手动调节基本稳定后，再在手动状态下启动自整定，这样仪表的输出值将限制在当前手动值+10%及-10%的范围而不是oPL及oPH定义的范围，从而避免了生产现场不允许的阀门大幅度变化现象。此外，当被控物理量响应快速时，手动自整定方式能获得更准确的自整定结果。1.4参数功能说明仪表通过参数来定义仪表的输入、输出、报警及控制方式(以温度为例)。以下为参数功能表：参数代号参数含义说明设置范围HIAL上限报警测量值大于HIAL+dF值时仪表将产生上限报警。测量值小于HIAL-dF值时，仪表将解除上限报警。设置HIAL到其最大值（9999）可避免产生报警作用。-1999-+9999℃或1定义单位LoAL下限报警当测量值小于LoAL-dF时产生下限报警，当测量值大于LoAL+dF时下限报警解除。设置LoAL到最小值（-1999）可避免产生报警作用。同上dHAL正偏差报警采用人工智能调节时，当偏差（测量值PV减给定值SV）大于dHAL+dF时产生正偏差报警。当偏差小于dHAL-dF时正偏差报警解除。设置dHAL=9999（温度实为999.9℃）时,正偏差报警功能被取消。采用位式调节时，则dHAL和dLAL分别作为第二个上限和下限绝对值报警。0-999.9℃或0-9999℃1定义单位dLAL负偏差报警采用人工智能调节时，当负偏差（给定值SV减测量值PV）大于dHAL+dF时产生负偏差报警，当负偏差小于dLAL-dF时负偏差报警解除。设置dLAL=9999（温度实为999.9℃）时，负偏差报警功能取消。同上dF回差（死区、滞环）回差用于避免因测量输入值波动而导致位式调节频繁通断或报警频繁产生/解除。例如：dF参数对上限报警控制的影响如下，假定上限报警参数HIAL为800℃，dF参数为2.0℃:(1)仪表在正常状态,当测量温度值大于802℃时(HIAL+dF)时,才进入上限报警状态.(2)仪表在上限报警状态时,则当测量温度值小于798℃(HIAL-dF)时,仪表才解除报警状态。0-200.0℃或0-2000℃1定义单位又如：仪表在采用位式调节或自整定时，假定给定值SV为700℃，dF参数设置为0.5℃,以反作用调节(加热控制为例)。（1）输出在接通状态时当测量温度值大于700.5℃时(SV+dF)关断。（2）输出在关断状态时，则当测量温度小于699.5℃(SV-dF)时,才重新接通进行加热。对采用位式调节而言，dF值越大，通断周期越长，控制精度越低。反之，dF值越小，通断周期越短，控制精度越高，但容易因输入波动而产生误动作，使继电器或接触器等机械开关寿命降低。dF参数对人工智能调节没有影响。但自整定参数时，由于也是位式调节，所以dF会影响自整定结果，一般dF值越小，自整定精度越高，但应避免测量值因受干扰跳动造成误动作。如果测量值数字跳动过大，应先加大数字滤波参数dL值，使得测量值跳动小于2-5个数字，然后可将dF设置为等于测量值的瞬间跳动值为佳。CtrL控制方式CtrL=0，采用位式调节（ON-OFF），只适合要求不高的场合进行控制时采用。CtrL=1，采用人工智能调节/PID调节，该设置下，允许从面板启动执行自整定功能。CtrL=2，启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置为3或4。CtrL=3，采用人工智能调节，自整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定参数功能。以防止误操作重复启动自整定。0-3M50保持参数M50、P、t、Ct1等参数为人工智能调节算法的控制参数，对位式调节方式（CtrL=0时），这些参数不起作用。由于在工业控制中温度的控制难度较大，应用也最广泛，故以温度为例介绍参数定义。M50定义为输出值变化为50％时，控制对象基本稳定后测量值的差值。同一系统的M50参数一般会随测量值有所变化，应取工作点附近为准。例如某电炉温度控制，工作点为700℃，为找出最佳M50值，假定输出保持为50%时，电炉温度最后稳定在700℃左右，而55%输出时，电炉温度最后稳定在750℃左右。则最佳参数值可按以下公式计算：M50=750-700=50.0(℃)M50参数值主要决定调节算法中积分作用,和PID调节的积分时间类同。M50值越小，系统积分作用越强。M50值越大，积分作用越弱（积分时间增加）。设置M50=0时，系统取消积分作用及人工智能调节功能，调节部分成为一个比例微分（PD）调节器，这时仪表可在串级调节中作为副调节器使用。0-999．9或0-99991定义单位P速率参数P与每秒内仪表输出变化100%时测量值对应变化的大小成反比，当CtrL=1或3时，其数值定义如下：P=1000÷每秒测量值升高值（测量值单位是0.1℃或1个定义单位）如仪表以100%功率加热并假定没有散热时,电炉每秒1℃,则:P=1000÷10=100P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。设置P=0相当于P=0.5。1-9999t滞后时间对于工业控制而言，被控系统的滞后效应是影响控制效果的主要因素，系统滞后时间越大，要获得理想的控制效果就越困难，滞后时间参数t是人工智能算法相对标准PID算法而引进的新的重要参数，仪表能根据t参数来进行一些模糊规则运算，以便能较完善地解决超调现象及振荡现象，同时使控制响应速度最佳。t定义为假定没有散热，电炉以某功率开始升温，当其升温速率达到最大值63.5%时