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文本内容:
第一部分实验方法及操作实验1熟悉并掌握组态王软件
一、实验原理
1、组态王使用入门
1.1建立组态王新工程启动“组态王”工程管理器,选择菜单“文件\新建工程”或单击“新建”按钮,弹出如下图所示单击“下一步”继续弹出“新建工程向导之二对话框”,如下图所示在工程路径文本框中输入一个有效的工程路径,或单击“浏览…”按钮,在弹出的路径选择对话框中选择一个有效的路径单击“下一步”继续弹出“新建工程向导之三对话框”,如下图所示在工程名称文本框中输入工程的名称,该工程名称同时将被作为当前工程的路径名称在工程描述文本框中输入对该工程的描述文字工程名称长度应小于32个字符,工程描述长度应小于40个字符单击“完成”完成工程的新建系统会弹出对话框,询问用户是否将新建工程设为当前工程,如下图所示单击“否”按钮,则新建工程不是工程管理器的当前工程,如果要将该工程设为新建工程,还要执行“文件\设为当前工程”命令;单击“是”按钮,则将新建的工程设为组态王的当前工程定义的工程信息会出现在工程管理器的信息表格中双击该信息条或单击“__”按钮或选择菜单“工具\切换到__系统”,进入组态王的__系统
1.2创建组态王画面第一步定义新画面进入新建的组态王工程,选择工程浏览器左侧大纲项“文件\画面”,在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,弹出对话框如下图所示在“画面名称”处输入新的画面名称,如Test,其它属性不用更改__“确定”按钮进入内嵌的组态王画面__系统如下图所示第二步在组态王__系统中从“工具箱”中分别选择“矩形”和“文本”图标,绘制一个矩形对象和一个文本对象,如下图所示在工具箱中选中“圆角矩形”拖动鼠标在画面上画一矩形,如上图所示用鼠标在工具箱中__“显示画刷类型”和“显示调色板”在弹出的“过渡色类型”窗口__第二行第四个过渡色类型;在“调色板”窗口__第一行第二个“填充色”按钮,从下面的色块中选取红色作为填充色,然后__第一行第三个“背景色”按钮,从下面的色块中选取黑色作为背景色此时就构造好了一个使用过渡色填充的矩形图形对象在工具箱中选中“文本”此时鼠标变成“I”形状,在画面上单击鼠标左键,输入“####”文字选择“文件\全部存”命令保存现有画面
1.3构造数据库数据库是“组态王”软件的核心部分,工业现场的生产状况要以动画的形式反映在屏幕上,操__在计算机前发布的指令也要迅速送达生产现场,所有这一切都是以实时数据库为中介环节,所以说数据库是__上位机和下位机的桥梁在TouchVew运行时,它含有全部数据变量的当前值变量在画面制作系统组态王画面__系统中定义,定义时要指定变量名和变量类型,某些类型的变量还需要一些附加信息数据库中变量的__形象地称为“数据词典”,数据词典记录了所有用户可使用的数据变量的详细信息选择工程浏览器左侧大纲项“数据库\数据词典”,在工程浏览器右侧用鼠标左键双击“新建”图标,弹出“变量属性”对话框如下图所示变量名定义为a,变量类型为内存实数
1.4建立动画连接双击图形对象——即矩形,可弹出“动画连接”对话框,如下图所示用鼠标单击“填充”按钮,弹出对话框如下图所示在“表达式”处输入“a”,“缺省填充刷”的颜色改为黄色,其余属性目前不用更改,如下图所示单击“确定”,再单击“确定”返回组态王__系统为了让矩形动起来,需要使变量即a能够动态变化,选择“编辑\画面属性”菜单命令,弹出对话框如下图所示单击“命令语言…”按钮,弹出画面命令语言对话框,如下图所示在编辑框处输入命令语言ifa100a=a+10;elsea=0;双击文本对象“####”,可弹出“动画连接”对话框,如下图所示用鼠标单击“模拟值输出”按钮,弹出对话框如下图所示在“表达式”处输入“a”,其余属性目前不用更改单击“确定”,再单击“确定”返回组态王__系统选择“文件\全部存”菜单命令
1.5运行和调试组态王工程已经初步建立起来,进入到运行和调试阶段在组态王__系统中选择“文件\切换到View”菜单命令,进入组态王运行系统在运行系统中选择“画面\打开”命令,从“打开画面”窗口选择“Test”画面显示出组态王运行系统画面,即可看到矩形框和文本在动态变化如下图所示
2、了解OPC随着工业生产的不断发展,工业控制软件取得了长足的进步然而,由于生产规模的扩大和过程复杂程度的提高,工业控制软件设计面临着巨大的挑战,那就是要集成数量和种类不断增多的现场信息在传统的控制系统中,智能设备之间及智能设备与控制系统软件之间的信息共享是通过驱动程序来实现的,不同厂家的设备又使用不同的驱动程序,迫使工业控制软件中包含了越来越多的底层通信模块另外,由于相对特定应用的驱动程序一般不支持硬件特点的变化,这样使得工业控制软硬件的升级和维护极其不便还有,在同一时刻,两个客户应用一般不能对同一个设备进行数据读写,因为它们拥有不同的、相互__的驱动程序,同时对同一个设备进行操作,可能会引起存取冲突,甚至导致系统崩溃OPC技术的出现则很好的解决了这些问题OPC是O__ectLinkingandEmbedding(OLE)forPro__ssControl的缩写,它是微软公司的对象链接和嵌入技术在过程控制方面的应用OPC以OLE/COM/DCOM技术为基础,采用客户/服务器模式,为工业自动化软件面向对象的__提供了统一的标准,这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法采用这项标准后,硬件__商将取代软件__商为自己的硬件产品__统一的OPC接口程序,而软件__者可免除__驱动程序的工作,充分发挥自己的特长,把更多的精力投入到其核心产品的__上这样不但可避免__的重复性,也提高了系统的开放性和可互操作性__artPro采用微软面向工业过程控制的对象链接和嵌入方法(OPC),确保了自动控制系统轻松集成各种现场设备,而不会有任何驱动程序上的困扰OPC功能确保了__artPro可以最大限度的集成工业控制的现场数据,以支持企业的管理和决策这种高度的数据共享,避免了以往自动控制系统容易出现的自动化孤岛现象快速高效的服务器每秒可交换几千个数据,系统在拥有数据共享灵活性的前提下保持了系统的高性能__artPro可以做OPC客户端,将各种提供OPC驱动程序的设备集成在__artPro系统中,任何支持OPC的设备和软件都将成为系统的一部分采用OPC也为客户提供了更多的硬件选择,是系统集成更加方便组态王充分利用了OPC服务器的强大性能,为工程人员提供方便高效的数据访问能力在组态王中可以同时挂接任意多个OPC服务器,每个OPC服务器都被作为一个外部设备,工程人员可以定义、增加或删除它,如同一个PLC或仪表设备一样工程人员在OPC服务器中定义通讯的物理参数,定义需要采集的下位机变量(称为数据项,详见下文解释);然后在组态王中定义组态王变量和下位机变量(数据项)的对应关系在运行系统中,组态王和每个OPC服务器建立连接,自动完成和OPC服务器之间的数据交换同时,组态王本身也可以充当OPC服务器,向其他符合OPC规范的厂商的控制系统提供数据在作为OPC服务器的组态王中定义相关的变量并和采集数据的硬件进行连接;然后在充当客户端的其他应用程序中与OPC服务器(组态王运行系统)建立连接,并且添加数据项目在应用程序运行时,客户端将按照指定的采集频率对组态王的数据进行采集组态王的OPC服务器名称为“KingView.View.1”实验要将__artPro中的Facview当作OPC通讯的服务器,将组态王
6.5作为OPC通讯的客户端从而将Facview采集到的现场数据即时准确的传递到组态王
6.5这个OPC客户端进而利用组态王
6.5来监控现场设备
3、组态王作为OPC客户端的使用方法
3.1OPC设备的建立组态王中支持多OPC服务器在使用OPC服务器之前,需要先在组态王中建立OPC服务器设备如下图所示,在组态王工程浏览器的“设备”项目中选中“OPC服务器”,工程浏览器的右侧内容区显示当前工程中定义的OPC设备和“新建OPC”图标双击“新建”图标,组态王开始自动搜索当前的计算机系统中已经__的所有OPC服务器,然后弹出“查看OPC服务器”对话框,如下图所示对话框中“网络节点名”编辑框中为要查看OPC服务器的计算机名称,默认为“本机”如果需要查看网络上的其它站点的OPC服务器,在编辑框中输入节点的UNC路径如计算机名称为“OP50”,则输入“\\OP50”,然后单击“查找”按钮,如果查找成功,则在右边的“OPC服务器”列表中显示选择站点的所有已__的OPC服务器名称;如果没有查找到,则提示查找失败“OPC服务器信息”文本框中显示“OPC服务器”列表中选中的OPC服务器的相关说明信息用户可以在列表中选择所需的OPC服务器单击“确定”按钮“查看OPC服务器”对话框自动关闭,OPC设备建立成功如选择图中的“NationalInstruments.OPCDemo”,建立的OPC设备如下图所示当然对于已经建立的OPC设备,如果您确认不再需要,可以将它删除选中要删除的OPC设备,单击鼠标右键,在弹出的如下图1所示的快捷菜单中选择删除,弹出如下图2所示的提示信息,如果选择“是”,则将该设备从组态王中删除
3.2OPC设备与数据词典的连接OPC设备建立好以后如是该OPC设备位于本机子上则启动该OPC服务器以后就可以直接与组态王的数据词典连接了;如是该OPC设备位于联网的另一台机子上则事先必须分别在俩台机子上进行与之相应的DCOM配置详情后续下以网络OPC的使用为例,介绍OPC服务器中的寄存器变量与联网的另一机子上的组态王数据词典的连接客户端定义变量与组态王OPC服务器上的变量建立连接例如定义LT104,连接设备中选择刚才定义的OPC服务器“op50\Citect.OPCRemote.1”“寄存器”选项中弹出远程站点上的变量列表,选择相应变量的域例如选择“LT104”然后启动客户端运行系统,就实现了组态王通过网络OPC的功能与OPC服务器的数据交换
二、实验报告要求熟悉组态王,新建工程并完成图画元素的动画连接实验二单容水箱液位特性测试
一、实验目的1.掌握单容水箱的阶跃响应测试方法,并记录相应液位的响应曲线;2.根据实验得到的液位阶跃响应曲线,用相应的方法确定被测对象的特征参数K、T和传递函数;3.掌握同一控制采用不同控制方案的实现过程
二、实验设备1.实验对象、控制柜和计算机各一台;2.RS485/232转换器一个、RS485通讯线一根;3.PC/PPI通讯电缆一根
三、实验原理所谓单容指只有一个贮蓄容器自衡是指对象在扰动作用下,其平衡位置被破坏后,不需要操作人员或仪表等干预,依靠其自身重新恢复平衡的过程图2-1所示为单容自衡水箱特性测试结构图及方框图阀门F1-
1、F1-2和F1-8全开,设下水箱流入量为Q1,改变电动调节阀V1的开度可以改变Q1的大小,下水箱的流出量为Q2,改变出水阀F1-11的开度可以改变Q2液位h的变化反映了Q1与Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的过程若将Q1作为被控过程的输入变量,h为其输出变量,则该被控过程的数学模型就是h与Q1之间的数学表达式根据动态物料平衡关系有Q1-Q2=A2-1将式2-1表示为增量形式ΔQ1-ΔQ2=A2-2式中ΔQ1,ΔQ2,Δh——分别为偏离某__衡状态的增量;A——水箱截__在平衡时,Q1=Q2,=0;当Q1发生变化时,液位h随之变化,水箱出口处的静压也随之变化,Q2也发生变化由流体力学可知,流体在紊流情况下,液位h与流量之间为非线性关系但为了简化起见,经线性化处理后,可近似认为Q2与h成正比关系,而与阀F1-11的阻力R成反比,即ΔQ2=或R=2-3式中R——阀F1-11的阻力,称为液阻将式2-
2、式2-3经拉氏变换并消去中间变量Q2,即可得到单容水箱的数学模型为W0(s)===2-4(a)结构图(b)方框图图2-1-1单容水箱特性的测试式中T为水箱的时间常数,T=RC;K为放大系数,K=R;C为水箱的容量系数若令Q1(s)作阶跃扰动,即Q1(s)=,x0=常数,则式2-4可改写为H(s)=×=K-对上式取拉氏反变换得ht=Kx01-e-t/T2-5当t—∞时,h(∞)-h
(0)=Kx0,因而有K==2-6当t=T时,则有hT=Kx01-e-1=
0.632Kx0=
0.632h∞2-7式(2-5)表示一阶惯性环节的响应曲线是一单调上升的指数函数,如图2-2(a)所示,该曲线上升到稳态值的63%所对应的时间,就是水箱的时间常数T也可由坐标原点对响应曲线作切线OA,切线与稳态值交点A所对应的时间就是该时间常数T,由响应曲线求得K和T后,就能求得单容水箱的传递函数图2-1-2单容水箱的阶跃响应曲线如果对象具有滞后特性时,其阶跃响应曲线则为图2-2(b),在此曲线的拐点D处作一切线,它与时间轴交于B点,与响应稳态值的渐近线交于A点图中OB即为对象的滞后时间τ,BC为对象的时间常数T,所得的传递函数为HS=2-8
四、实验内容与步骤本实验选择下水箱作为被测对象(也可选择上水箱或中水箱)实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀门F1-
1、F1-
2、F1-8全开,将下水箱出水阀门F1-11开至适当开度(30%~80%),其余阀门均关闭具体实验内容与步骤如下1.使用一根RS485通讯线将控制屏左侧的仪表通讯串口通过RS485/232转换器连接到计算机串口接通总电源漏电保护器、三相和单相空气开关,打开DC24V开关电源,给变送器及传感器上电,打开电动调节阀和智能仪表的电源开关,给电动调节阀及智能仪表上电(电磁流量计也可以上电,观察对应的流量__,接线类似)智能仪表1常用参数设置如下,其他参数按照默认设置HIAL=9999,LoAL=-1999dHAL=9999dLAL=9999dF=0CtrL=1Sn=33dIP=1dIL=0dIH=50oP1=4oPL=0oPH=100CF=0Addr=1bAud=96002.用3#实验导线将下水箱1-5V的液位__LT3接到智能仪表1的1和2上,对应1-、2+仪表1的输出接电动调节阀的控制__输入端,正负对应,参数设置参考第10页3.打开上位机组态王组态环境,打开“智能仪表”工程,然后进入组态王运行环境,获得控制权限后在主菜单中__“实验
一、单容水箱特性的测试”,进入“实验一”的监控界面4.通过调节仪1手动给定一个输出值(50%-70%),来控制电动调节阀的开度5.打开磁力驱动泵电源开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少智能仪表的输出量,使下水箱的液位处于某__衡位置,记录此时的仪表输出值和液位值6.待下水箱液位平衡后,突增(或突减)智能仪表输出量的大小,使其输出有一个正(或负)阶跃增量的变化(即阶跃干扰,此增量不宜过大,以免水箱中水溢出),于是水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段时间后,水箱液位进入新的平衡状态,记录此时的仪表输出值和液位测量值,液位的响应过程曲线将如图2-1-3所示2-1-3单容下水箱液位阶跃响应曲线7.根据前面记录的液位值和仪表输出值,按公式(2-6)计算K值,再根据图2-2中的实验曲线求得T值,写出单容水箱的传递函数
五、实验报告要求1.画出单容水箱液位特性测试实验的结构框图2.根据实验得到的数据及曲线,分析并计算出单容水箱液位对象的参数及传递函数
六、思考题1.做本实验时,___不能任意改变出水阀F1-11开度的大小?2.用响应曲线法确定对象的数学模型时,其精度与那些因素有关?3.如果采用中水箱做实验,其响应曲线与下水箱的曲线有什么异同?并分析差异原因实验三双容水箱液位特性测试
一、实验目的1.掌握双容水箱特性的阶跃响应曲线测试方法;2.根据由实验测得双容液位的阶跃响应曲线,确定其特征参数K、T
1、T2及传递函数;3.掌握同一控制采用不同控制方案的实现过程
二、实验设备与实验一实验设备相同
三、实验原理a结构图b方框图图2-2-1双容水箱液位特性测试由图1-2-1所示,被测对象由两个不同容积的水箱相串联组成,故称其为双容对象自衡是指对象在扰动作用下,其平衡位置被破坏后,不需要操作人员或仪表等干预,依靠其自身重新恢复平衡的过程根据本章第一节单容水箱特性测试的原理,可知双容水箱数学模型是两个单容水箱数学模型的乘积,即双容水箱的数学模型可用一个二阶惯性环节来描述Gs=G1sG2s=2-9式中K=k1k2,为双容水箱的放大系数,T
1、T2分别为两个水箱的时间常数本实验中被测量为下水箱的液位,当中水箱输入量有一阶跃增量变化时,两水箱的液位变化曲线如图2-2-2所示由图2-2-2可见,上水箱液位的响应曲线为一单调上升的指数函数(图2—2-2a);而下水箱液位的响应曲线则呈S形曲线(图2-2-2b),即下水箱的液位响应滞后了,它滞后的时间与阀F1-10和F1-11的开度大小密切相关(a)中水箱液位(b)下水箱液位图2-2-2双容水箱液位的阶跃响应曲线双容对象两个惯性环节的时间常数可按下述方法来确定在图2-2-3所示的阶跃响应曲线上求取1h2(t)|t=t1=
0.4h2∞时曲线上的点B和对应的时间t1;2h2(t)|t=t2=
0.8h2∞时曲线上的点C和对应的时间t2图2-2-3双容水箱液位的阶跃响应曲线然后,利用下面的近似公式计算式2-102-112-
120.32〈t1/t2〈
0.46由上述两式中解出T1和T2,于是得到如式(2-9)所示的传递函数在改变相应的阀门开度后,对象可能出现滞后特性,这时可由S形曲线的拐点P处作一切线,它与时间轴的交点为A,OA对应的时间即为对象响应的滞后时间于是得到双容滞后(二阶滞后)对象的传递函数为G(S)=2-13
四、实验内容与步骤本实验选择中水箱和下水箱串联作为被测对象(也可选择上水箱和中水箱)实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将进水阀阀F1-7全开,出水阀门F1-
10、F1-11开至适当开度(要求F1-10开度稍大于F1-11的开度)具体实验内容与步骤如下1.用一根RS485通讯线将控制屏左侧的仪表通讯串口通过RS485/232转换器连接到计算机串口接通总电源漏电保护器、三相和单相空气开关,打开DC24V开关电源,给变送器及传感器上电,打开电动调节阀和智能仪表的电源开关,给电动调节阀及智能仪表上电(电磁流量计也可以上电,观察对应的流量__,接线类似)智能仪表1常用参数设置如下,其他参数按照默认设置HIAL=9999,LoAL=-1999dHAL=9999dLAL=9999dF=0CtrL=1Sn=33dIP=1dIL=0dIH=50oP1=4oPL=0oPH=100CF=0Addr=1bAud=96002.用3#实验导线将下水箱1-5V的液位__LT3接到智能仪表1的1和2上,对应1-、2+;中水箱1-5V的液位__LT2接仪表2的1和2,对应1-、2+仪表1的输出接电动调节阀的控制__输入端,正负对应3.打开上位机组态王组态环境,打开“智能仪表”工程,然后进入组态王运行环境,获得控制权限后在主菜单中__“实验
二、双容水箱液位特性测试”,进入“实验二”的监控界面4.通过调节仪1手动给定一个输出值(50%-70%),来控制电动调节阀的开度5.打开磁力驱动泵电源开关,磁力驱动泵上电打水,适当增加/减少智能仪表的输出量,使下水箱的液位处于某__衡位置,记录此时的仪表输出值和液位值6.待下水箱液位平衡后,突增(或突减)智能仪表输出量的大小,使其输出有一个正(或负)阶跃增量的变化(即阶跃干扰,此增量不宜过大,以免水箱中水溢出),于是水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段时间后,水箱液位进入新的平衡状态,记录此时的仪表输出值和液位测量值,液位的响应过程曲线将如图2-2-4所示图2-2-4双容水箱液位阶跃响应曲线7.根据前面记录的液位和控制器输出值,按公式(2-10)计算K值,再根据图2-2-3中的实验曲线求得T
1、T2值,写出对象的传递函数
五、实验报告要求1.画出双容水箱液位特性测试实验的结构框图2.根据实验得到的数据及曲线,分析并计算出双容水箱液位对象的参数及传递函数
六、思考题1.做本实验时,___不能任意改变两个出水阀门开度的大小?2.用响应曲线法确定对象的数学模型时,其精度与那些因素有关?3.如果采用上水箱和中水箱做实验,其响应曲线与用中水箱和下水箱做实验的曲线有什么异同?并分析差异原因4.引起双容对象滞后的因素主要有哪些?实验四单容水箱液位定值控制
一、实验目的1.了解单容液位定值控制的结构与组成2.掌握单容液位定值控制调节器参数的整定和投运方法3.研究调节器相关参数的变化对系统静、动态性能的影响4.了解P、PI、PD和PID四种调节器分别对液位控制的作用5.掌握同一控制采用不同控制方案的实现过程
二、实验设备与实验一实验设备相同
三、实验原理a结构图b方框图图3-2-1单容水箱液位定值控制本实验系统结构图和方框图如图3-2-1所示被控量为下水箱(也可采用上水箱或中水箱)的液位高度,实验要求下水箱的液位稳定在给定值将压力传感器LT3检测到的下水箱液位__作为反馈__,在与给定量比较后的差值通过调节器控制电动调节阀的开度,以达到控制下水箱液位的目的为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下的无静差控制,系统的调节器应为PI或PID控制
四、实验内容与步骤本实验选择下水箱作为被控对象实验之前先将储水箱中贮足水量,然后将阀F1-
1、F1-
8、全开,阀F1-11开至适当开度,其它阀门全部关闭,具体实验步骤如下1.使用一根RS485通讯线将控制屏左侧的仪表通讯串口通过RS485/232转换器连接到计算机串口接通总电源漏电保护器、三相和单相空气开关,打开DC24V开关电源,给变送器及传感器上电,打开电动调节阀和智能仪表的电源开关,给电动调节阀及智能仪表上电(电磁流量计也可以上电,观察对应的流量__,接线类似)智能仪表1常用参数设置如下,其他参数按照默认设置HIAL=9999,LoAL=-1999dHAL=9999dLAL=9999dF=0CtrL=1Sn=33dIP=1dIL=0dIH=50oP1=4oPL=0oPH=100CF=0Addr=1bAud=96002.用3#实验导线将下水箱1-5V的液位__LT3接到智能仪表1的1和2上,对应1-、2+仪表1的输出接电动调节阀的控制__输入端,正负对应3.打开上位机组态王组态环境,打开“智能仪表”工程,然后进入组态王运行环境,获得控制权限后在主菜单中__“实验
三、单容水箱液位定值控制”,进入“实验三”的监控界面4.通过调节仪1手动给定一个输出值(50%-70%),来控制电动调节阀的开度5.打开三相磁力泵电源开关,磁力驱动泵上电打水,在实验界面内“手动”状态下,适当增加/减少智能仪表的输出量,使下水箱的液位处于某__衡位置,记录此时的仪表输出值和液位值6.按本章第一节中的经验法或动态特性参数法整定调节器参数,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7.待液位稳定于给定值后,将调节器切换到“自动”控制状态,待液位平衡后,通过以下几种方式加干扰
(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;(此法推荐,后面三种仅供参考)
(2)将电动调节阀的旁路F1-4(同电磁阀)开至适当开度;
(3)打开阀门F2-
1、F2-5,打开变频器电源,将智能调节仪2的4-20__输出接入“变频器控制__输入端”按下仪表面板“A/M”切换按钮将仪表输出切换为“M”手动控制,手动调节仪表2的输出,控制变频器支路以较小频率给下水箱打水加入扰动智能仪表2常用参数设置如下,其他参数按照默认设置HIAL=9999,LoAL=-1999dHAL=9999dLAL=9999dF=0CtrL=1Sn=33dIP=1dIL=0dIH=50oP1=4oPL=0oPH=100CF=0Addr=2bAud=9600变频器常用参数设置P1=
50、P2=
0、P79=
2、P160=
0、P161=
1、P182=4以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5%~15%,干扰过大可能造成水箱中水溢出或系统不稳定加入干扰后,水箱的液位便离开原平衡状态,经过一段调节时间后,水箱液位稳定至新的设定值,记录此时的智能仪表的设定值、输出值和仪表参数,液位的响应过程曲线将如图3-2-2所示图3-2-2单容下水箱液位的阶跃响应曲线8.分别适量改变调节仪的P及I参数,重复步骤7,用计算机记录不同参数时系统的阶跃响应曲线9.分别用P、PD、PID三种控制规律重复步骤4~8,用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线
五、实验报告要求1.画出单容下水箱液位定值控制实验的结构框图2.用实验方法确定调节器的相关参数,写出整定过程3.根据实验数据和曲线,分析系统在阶跃扰动作用下的静、动态性能4.比较不同PID参数对系统的性能产生的影响5.分析P、PI、PD、PID四种控制规律对本实验系统的作用
六、思考题1.如果采用中水箱或上水箱做实验,其响应曲线与中水箱的曲线有什么异同?并分析差异原因2.改变比例度δ和积分时间TI对系统的性能产生什么影响?附录第一节THJ-3型高级过程控制对象实验对象总貌图如图1-1所示图1-1实验对象总貌图本实验装置对象主要由水箱、锅炉、盘管和换热器四大部分组成供水系统有两路一路由三相(380V恒压供水)磁力驱动泵、电动调节阀、电磁流量计及电磁阀组成;另一路由变频磁力驱动泵(220V变频调速)及涡轮流量计组成
一、被控对象由不锈钢储水箱、(上、中、下)三个串接有机玻璃水箱、
4.5KW三相电加热模拟锅炉由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成、盘管和敷塑不锈钢管道等组成1.水箱包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱上、中、下水箱采用淡蓝色__有机玻璃,不但坚实耐用,而且透明度高,便于学生直接观察液位的变化和记录结果上、中水箱尺寸均为D=25cm,H=20cm;下水箱尺寸为D=35cm,H=20cm水箱结构独特,由三个槽组成,分别为缓冲槽、工作槽和出水槽,进水时水管的水先流入缓冲槽,出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽,这样经过缓冲和线性化的处理,工作槽的液位较为稳定,便于观察水箱底部均接有扩散硅压力传感器与变送器,可对水箱的压力和液位进行检测和变送上、中、下水箱可以组合成一阶、二阶、三阶单回路液位控制和双回路、三回路液位串级控制储水箱由不锈钢板制成,尺寸为长×宽×高=68cm×52㎝×43㎝,完全能满足上、中、下水箱的实验供水需要储水箱内部有两个椭圆形塑料过滤网罩,以防杂物进入水泵和管道2.模拟锅炉是利用电加热管加热的常压锅炉,包括加热层(锅炉内胆)和冷却层(锅炉夹套),均由不锈钢精制而成,可利用它进行温度实验做温度实验时,冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度,可完成温度的定值控制、串级控制,前馈-反馈控制,解耦控制等实验3.盘管模拟工业现场的管道输送和滞后环节,长37米(43圈),在盘管上有三个不同的温度检测点,它们的滞后时间常数不同,在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点盘管的出水通过阀门的切换既可以流入锅炉内胆,也可以经过涡轮流量计流回储水箱它可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验4.管道及阀门整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成,所有的阀门均采用__阀,__避免了管道系统生锈的可能性有效提高了实验装置的使用年限其中储水箱侧面有一个进水阀和出水阀,当水箱需要更换水时,可把球阀打开将水直接接入或排出
5.换热器本装置采用宁波哈雷换热设备有限公司生产的钎焊式板式换热器,钎焊式换热器整机由波纹通道板组成,它们组合在一起形成复杂的钎焊式换热器通道,冷热介质的分配就是通过这些通道完成的冷热介质分隔在波纹板两边,尽可能接近但不会混合;当它们并肩流动时,热量就从一种介质传输到了另一种介质该换热器设计最大流量为22m3/h,换热__为
0.8m2,可以满足正常实验需要换热器在工业现场应用十分广泛,通过换热器相关实验,学生可以了解换热器的基本原理及应用,为以后从事相关行业打下基础
二、检测装置1.压力传感器、变送器三个液位传感器分别用来对上、中、下三个水箱的液位进行检测,其量程为0~5KP,精度为
0.5级采用工业用的扩散硅压力变送器,带不锈钢隔离膜片,同时采用__隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿采用标准二线制传输方式,工作时需提供24V直流电源,输出4~20__DC2.温度传感器装置中采用了七个Pt100铂热电阻温度传感器,分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管(有3个测试点)以及上水箱出口的水温和Pt100测温范围-200~+420℃经过调节器的温度变送器,可将温度__转换成4~20__直流电流__Pt100传感器精度高,热补偿性较好3.流量传感器、变送器电磁流量计用来对由电动调节阀控制的动力支路、涡轮流量计用来对由变频器控制的动力支路的流量进行检测涡轮流量计的优点是测量精度高,反应快采用标准二线制传输方式,工作时需提供24V直流电源流量范围0~
1.2m3/h;精度
1.0%;输出4~20__DC;电磁流量计测量范围0~
1.2m3/h,精度
0.5%;输出4~20__DC
4.锅炉防干烧保护装置为保证实验效果好、不降低锅炉加热功率的前提下,本套装置配备了良好的防干烧保护系统,当锅炉内胆液位低于红色警戒水位线时,保护装置将切断调压模块输出电压,以有效保护电加热管不__烧损坏
三、执行机构1.电动调节阀采用智能直行程电动调节阀,用来对控制回路的流量进行调节电动调节阀型号为QSTP-16K具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点,电源为单相220V,控制__为4~20__DC或1~5VDC,输出为4~20__DC的阀位__,使用和校正非常方便2.水泵本装置采用磁力驱动泵,型号为16CQ-8P,流量为30升/分,扬程为8米,功率为180W泵体完全采用不锈钢材料,以防止生锈,使用寿命长本装置采用两只磁力驱动泵一只为三相380V恒压驱动,另一只为三相变频220V输出驱动3.电磁阀本套装置配有__电磁阀,其阀体为黄铜材质,磁力连接栓为不锈钢榜及弹簧、弹杆、橡皮膜片,以防止生锈,它具有体积小、流量大、耐高温、耐高压、动作快、寿命长等特点4.三相电加热管由三根
1.5KW电加热管星形连接而成,用来对锅炉内胆内的水进行加温,每根加热管的电阻值约为50Ω左右第二节THSA-1型高级过程控制实验平台“THSA-1型高级过程控制实验平台”主要由控制柜电源面板组件、智能仪表控制组件、__转接板组件、DDC模块(远程数据采集)组件和变频器、PLC、移相调压模块控制组件等几部分组成
一、控制柜电源板组件1.控制柜电源面板充分考虑人身安全保护,装有漏电保护空气开关、电压型漏电保护器、电流型漏电保护器图1-2为电源控制柜示意图合上总电源空气开关,此时三只电压表均指示380V左右,总电源指示灯亮;在锅炉里水位达不到正常加热水位时,锅炉干烧__指示灯亮;当储水箱液位低于水泵动作最低水位时,储水箱液位__指示灯亮,此时水泵不能启动,只有向水箱重新添加一定水量时,储水箱液位指示灯灭,水泵可以正常启动;照明指示灯亮如果电源指示灯不亮,三相带灯熔断器指示灯亮,说明保险丝未装,需要在三相带灯熔断器各个单相插槽中装入陶瓷保险丝图1-2电源控制柜面板示意图
2.接地介绍控制柜因内部走线感应出来的电压、变频器的漏电以及两个开关电源的漏电,使机壳整体带电超过人体安全电压,需将设备有效接地接地时需注意,最好将开关的接地端和控制柜机壳的接地端分开接地,一般控制柜本身漏电并不大,两支开关电源的漏电较大,一般大于交流60V不可将控制柜上的地线与接有地线的零线短接,因使用单相电时,零线上会走过三相不平衡负载电流,如果零地线在控制柜上短接,整台柜子在感应出很大电压后,才能流向零地线短接的配电系统另外,漏电对设备的通讯也会带来预想不到的影响
3.电源开启顺序先打开电源总空开,再打三相电源开关和单相电源开关,此时观察个表头电压显示是否正常,均为380V左右,是否有缺相,总电源指示灯亮了没有,三相带灯熔断器指示灯均不亮(表示不存在断相问题),确认没有问题后,方可接实验的相关线路
二、智能仪表控制组件1.AI智能调节仪表组件采用AI系列全通用人工智能调节仪表,其中智能调节仪控制组件为AI-818型,智能位式调节仪为AI-708型AI-818型仪表为PID控制型,输出为4~20__DC__;而AI-708型仪表为位式控制型,输出为继电器触点型开关量__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
1.1通讯线介绍THSA-1控制柜左侧门板上有仪表串口通讯孔,仪表通讯线通过RS485转换器与PC机通讯
1.2AI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=0DIH输入上限显示值输入为液位__时,DIH=
50.0;输入为热电阻__时,DIH=100;输入为流量__时,DIH=100OP1输出方式,一般OP1=4为4~20__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,正作用调节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;三回路实验主控为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2.比值、前馈补偿及解耦装置组件比值、前馈补偿装置同调节器一起使用,其原理如图1-3所示上面一路作为比值器,输入电压经过电压跟随器、反相比例放大器、反相器输出0~5V电压,可以实现流量的单回路比值、双回路比值控制实验;当上面一路作为干扰输入,下面一路作为调节器输出时,两路相加或相减(通过钮子开关切换),再经过I/V变换输出4~20__电流,这部分构成一个前馈补偿器,可以实现液位与流量、温度与流量的前馈-反馈控制实验图1-3比值、前馈补偿器原理图解耦装置同调节器一起使用,其原理如图1-4所示上面一路的输入对输出的影响,以及下面一路的输入对输出的影响均为11的关系;两路之间相互的影响通过可调比例放大器及加法器实现值得注意的是上面一路对下面一路的影响可通过钮子开关选择相加或相减,可以实现锅炉内胆与锅炉夹套的温度、上水箱液位与出口水温的解耦控制实验图1-4解耦装置原理图
三、__转接板组件该面板的作用主要是通过__插头(一端与对象系统连接)将各种传感器检测__及执行器控制__同面板上自锁紧插孔相连,便于学生自行联机组成不同的控制学生熟练之后可以自己设计控制,画出对应原理图,接线并完成实验需要注意的是,当用到__转接板上相关__时,大部分传感器为无源元器件,需要外部供给电源,所以在__接入控制之前,先要保证__转接板左__的DC24V开关电源正常工作将DC24V开关电源的钮子开关打到“开”位置,数显表头显示为“
24.0”左右即为正常,也可用万用表直流电压档测量“DC24V输出”是否为24V左右传感器的电源已经在内部接好,在这里不需要另外再串电源进去,面板外留的电源是为了扩展使用,也是为了直观地测量鉴别
四、DDC模块(远程数据采集)组件远程数据采集控制即我们通常所说的直接数字控制(DDC),它的特点是以计算机代替模拟调节器进行控制,并通过数据采集板卡或模块进行A/D、D/A转换,控制算法全部在计算机上实现在本装置中远程数据采集控制包括远程数据采集模拟量输入模块组件ADAM
4017、远程数据采集模拟量输出模块组件ADAM
4024、远程数据采集数字量输入/输出组件ADAM4050其中ADAM-4017是8路模拟量输入模块,ADAM-4024是4路模拟量输出模块,ADAM-4050是数字量7路输入8路输出模块RemoDAQ8000系列智能采集模块通过RS485等串行口通讯协议与PC相连,由PC中的算法及程控并实现数据采集模块对现场的模拟量、开关量__的输入和输出、脉冲__的计数和测量脉冲频率等功能下图所示即为远程数据采集控制框图图中输入输出通道即为RemoDAQ8000智能采集模块关于RemoDAQ8000智能模块的具体使用请参考装置附带的光盘中的相关内容与智能仪表相同,THSA-1控制柜左侧门板上开有DDC模块串口通讯孔,模块通讯线通过RS485转换器与PC机通讯第三节软件介绍
一、组态王(KINGVIEW)组态软件本装置中智能仪表控制方案采用了北京亚控公司的正版组态王组态软件作为上位机监控组态软件组态王(KINGVIEW)组态软件是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于MicrosoftWindowsXP/NT/2000等操作系统具有全中文浏览界面、实时多任务多线程、采样速度快、可靠性强等特点组态王(KINGVIEW)组态软件为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和__平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、__和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能
1.
1、软件__将配发的软件光盘放入光驱内,会弹出如下图所示界面选择“__组态王程序”,所有默认__,完成后系统会提示是否要__组态王驱动程序和加密锁驱动程序,选择__这两项驱动,组态王驱动程序是__运行组态王软件必须的,类似于电脑的驱动;加密锁驱动程序是开组态王权限时用到加密狗时必要的驱动完成所有__后重新启动计算机双击打开组态王软件,在工程管理器页面内,__左上角的搜索,找到对应工程文件所在的路径并打开打开文件后,在打开的工程栏上右键选择“设为当前工程”,直接双击也可以进入工程页面后,默认进入“系统——画面”模式,在右上角__“View”或者在空白地方右键“切换到VIEW”,可以进入运行模式,才能进行正常实验
二、RemoDAQ8000Utility软件远程数据采集控制方案采用RemoDAQ8000系列智能采集模块,8000Utility是其配套的模块调试软件软件__完以后,会在桌面创建快捷方式,双击“8000Utility”图标,运行程序自动检测模块,当检测到模块后,可双击模块进行模块参数的显示及修改若模块通讯失败,请检查通讯线是否已按实验要求连接;若上位机组态王组态与模块通讯失败,请用8000Utility检查模块地址,并作正确修改具体使用方法入下图在图中选择“Install.NETUtilities”之后弹出如下界面在该页面中选择方框所示的选项,默认__完成后会在桌面生成图标,双击图标进入软件操作页面,如下图所示,在对应的串口上右键“Search”会出现下图所示界面,,在该界面内按下“Start”软件会自动搜寻对应串口上的模块数据,以ADAM4017模块为例搜寻到模块信息后,双击搜索到的模块,会出现模块基本属性页面,在界面内可以修改模块地址和输入类型,改变“Dec”前面的数字可以修改地址;在“Inputrange”下拉菜单中可以选择输入类型,完成后按下右侧的“Applychange”键会出现下图所示界面修改完成后会出现如右图所示界面,__确定地址设置完成在这里我们地址已经设置好了,这里需要做更改模块具体使用方法及相关通道连接参照具体实验的使用说明2220。