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过程控制综合实验台变频器支路流量控制实验
发布时间：2024-08-27 |
一、实验目的
1．了解单回路流量定值控制系统的结构与组成。
2．了解涡轮流量计的特性。
3．应用阶跃响应曲线法整定控制器的参数。
4．研究控制器相关参数的变化对系统动态性能的影响。
5. 掌握变频器流量控制方法。
二、 实验设备
1．过程控制综合实验装置—DDC控制模块
2．计算机及MCGS组态软件—DDC控制实验_ModBusRTU.MCG
3．实验专用线若干及RS485转232通讯线一根。
三、实验原理
根据设定的流量输给计算机，用计算机的输出来控制变频器，用流量计测出流量信号反馈给计算机，由计算机进行比较和运算输出给变频器，从而最终达到管内流量的平衡。
流量控制系统原理方块图如图3.25所示。
图3.25 变频器流量控制系统原理图
四、实验步骤与内容
1．了解实验装置中的对象，流程图如图2.15所示。
图2.15 流量控制系统流程图
2．按要求接好实验导线和通讯线。
使用485转232通讯线将控制台侧边DDC通讯口 “COM1” 与上位机连接。
在传感器信号输出区域，将流量计2信号 FT2用实验线连接到DDC控制模块的AI0信号输入端，正负一一对应。
将DDC控制模块输出信号AO0连接到执行器控制信号输入区的变频器控制信号端口，正负一一对应。
3．将手动阀门2V1、V3、V4打开，关闭2V2、2V3。
4．先打开控制台左侧的总电源开关，按“Start”按钮启动设备，再打开DDC电源开关。
5．运行计算机上的 DDC控制实验_ModBusRTU.MCG工程，选择“系统管理”下拉菜单中的“用户登录”，出现如下窗口。
图3.28 “用户登录”界面
6．点击“确认”，用户登录完毕。选择“单回路控制实验”下拉菜单中的“变频器支路流量控制实验”，出现如下的“变频器支路流量控制实验”界面。
图3.29 变频器支路流量控制实验界面
7．点击“参数设置”，出现如下界面。
图3.30 参数设置界面
8．将AI0设置为0 – 1200。点击退出，参数设置完毕。
9．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。
Ts=1 （参考值）
SV=800 （参考值）
Kc=0.02 （参考值）
Ti=5 （参考值）
Td=0 （参考值）
10.选择计算机控制方式，在控制台上打开变频器电源开关，打开变频器启停开关。
11．稳定后，分别适量改变调节仪的P及I参数，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、PD、PID三种控制规律，用计算机记录不同控制规律下系统的阶跃响应曲线。
13．实验结束后，停止变频器，关闭变频器电源，关闭漏电保护器，拆除实验线。
五、实验报告要求
1．画出变频器支路流量控制系统的结构框图。
2．用实验方法整定PI控制器的参数，写出整定过程。
3．比较不同PID参数对系统的性能产生的影响。
4．分析P、PI、PID三种控制规律对本实验系统的作用。
六、思考题
1．流量控制的特点和流量控制的难点。
一、概述：
过程控制综合实验装置（Process Control System，简称PCS），是模仿现代工业生产过程中常见的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，对其进行测量、控制，分析过程参数变化特性，研究过程控制规律的教学实验设备，过程控制综合实验装置选用智能化的工业用仪器仪表，接近工业实际，使用安全，运行稳定，维护简单，性价比优越。本装置集合多种控制方式，再现实际工业现场使用的控制手段，采用声光报警系统，并提供用户更友好的二次开发接口。
1、功能：
(1)、可满足“自动调节原理”，“过程控制”，“控制仪表”，“自动检测技术与传感器”,“计算机”及相关课程的教学实验需求；
(2)、可作为有关企业技术人员、仪表操作人员、系统运行监控人员的实习、培训实验设备。
2、技术支持：
我公司依托强大的技术支持，拥有过程控制实验装置的自主开发能力。在产品的基础上，结合控制领域的新理论、新方法，公司将源源不断研制和创新实验设备，开发各种先进控制算法，以适应高校教学实验改革，满足现代化教育发展的需要，促进向更高层次发展。
公司倡导诚信服务，竭力做好客户服务和技术支持工作。通过直观真实的实验，使学生全面系统地了解过程控制系统的特性，学习掌握控制系统的设计与实现方法。
二、产品结构与特点：
1、设备特点：
（1）、分体式设计，模块化组装式结构，可以根据不同的需要选择仪表控制、PLC控制，DDC控制组成不同的控制系统。
（2）、三水箱配置；双路供水系统。
（3）、实验柜完全敞开设计，内部器件全部可视，有利直观教学和维护。
（4）、人性化设计，配有储水箱，进排水自控装置，减轻实验人员劳动强度。配有实验专用线的挂线架，取线挂线方便、整洁、美观。为实验文明操作提供条件。
（5）、装置的仪表、部件均选用现代化技术工业级产品，智能化程度高。精度好，规格多样。有利直观教学和拓宽学生工业现场知识。为以后走上社会打好结实基础。
（6）、安全度高，系统配有漏电保护，带保护套的专用实验电源连线，及温控箱防止无水加温自动控制等，力求保护人身、设备安全。
（7）、开放度好，在教师指导下，学生可观察、可自己动手参与操作、可自行编程进行验证、可根据记录的实时曲线进行理论分析等。
（8）锅炉加热程控保护系统
A、锅炉加热内胆加由水位液位保护装置，水位不达到一定的高度，控制系统不能控制可控硅调压器工作。
B、电加热管电源控制开关采用钥匙开关，不实验时，由教师保护放置钥匙，避免无关人员误操作。
（9）、电源保护措施
A、加有电流型漏电保护器。
B、三相电源加有保险管，防止断路。
（10）、电源启停控制方式；
采用启停按钮控制接触器来控制电源的启停。
（11）、漏电保护装置及安全性和安全承诺；
A、各种电源及各种仪表的可靠的保护功能
B、各种电源及各种仪表的强电采用开关控制，学生不自行接线，不存在强弱电混插的问题。
C、实验强电接线插头采用封闭式结构，防止触电事故的发生。
(8)、系统水路图
三、技术参数与要求:
1、供电电源
单相交流电源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系统必需接地良好。
2、实验室应有水源和进排水口。进排水口与设备间距离一般要求小于10米
3、系统仪表的输入、输出信号符合IEC标准
（1）变送器电流源信号：4-20mADC。
（2）仪表采样：1-5V（250Ω）/0.2-1V（50Ω）
4、系统提供直流线性稳压电源（朝阳电源产品） 24VDC/1A。
5、上位计算机组态软件
(1)、应用MCGS（Monitor and Control Generated System）全中文工控组态软件进行开发的实验系统。运行环境要求，参见MCGS用户指南。可以组成网络,一台老师机可以控制十几台学生机,实现数据共享。
(2)、编程软件WINCC5.1
6、外形尺寸（组合后）：2200mmX1900mmX700mm。
7、重量：实验柜，约重200Kg；实验台+实验架，约重250Kg
7、网络示意图：
四、系统配置
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执 行 机 构 |
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名称 |
单位 |
数量 |
备注 |
特点 |
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HONEYWELL智能电动调节阀 |
只 |
1 |
等百分比特性内置侍服放大器,稀土永磁同步电机,体积小,力矩大.工作电压 24VAC，输入电流4-20mADC(美国) |
等百分比特性内置侍服放大器,稀土永磁同步电机,体积小,力矩大,比普通的电动阀贵 |
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磁力泵 |
台 |
1 |
无泄漏，低噪音，二相220VAC，90W |
声音比较小,有利于实验室保持安静,工作的稳定性非常好 |
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磁力泵 |
台 |
1 |
无泄漏，低噪音，二相220VAC，250W。 |
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变频器 |
只 |
1 |
输入电源：220VAC，50Hz；输出：三相220VAC0.4Kw；
输出频率变化范围：0-250Hz，实际应用设定为50/60Hz； 信号输入：4-20mADC。 |
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温控调压模块+散热器 |
套 |
1 |
全隔离单相交流可控硅调压模块；控制信号：4-20mADC。 |
自行设计性能可靠安全 |
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加热环 |
只 |
1 |
功率：1800W，220VAC。 |
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传 感 变 送 器 |
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扩散硅压力（液位）变送器 |
只 |
3 |
选用美国NovaSensor原装进口的扩散硅隔离探头。0.5级精度；输出信号：选4-20mADC（二线制）；接头及外壳材料：不锈钢（1Cri18Ni9Ti）。 |
不锈钢隔离膜片,适用范围广,高精度,高温定性,高可靠性,结构精巧安装方便,零点漂移小,它的价格是普通的传感器的两倍 |
|
压力变送器 |
只 |
1 |
选用美国NovaSensor原装进口的扩散硅隔离探头。0.5级精度；输出信号：选4-20mADC（二线制）；接头及外壳材料：不锈钢（1Cri18Ni9Ti）。 |
|
Pt100温度传感器及温度变送器 |
套 |
5 |
Pt100：A级；温度变送器：0.5级精度，0-100℃。 |
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|
涡轮流量计及流量变送器 |
套 |
2 |
（1）量程：选0-800L/h；（2）输出信号：4-20mADC；（3）精度：0.2级。 |
结构小巧精致,安装方便,精度高 |
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控 制 单 元 |
|
PLC |
块 |
1 |
S7-200 SMART |
|
|
DDC |
台 |
1 |
8路模拟量输入, 4路模拟量输出 |
方便学生掌握编程的技巧 免费赠送 |
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智能仪表 |
只 |
3 |
变送器电流源信号：4-20mADC。
仪表采样：1-5V（250Ω）/0.2-1V（50Ω） |
宇光 |
|
软 件 系 统 |
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MCGS组态软件（200点） |
只 |
1 |
破解版 |
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|
DDC系统实验软件 |
套 |
1 |
|
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|
仪表系统实验软件 |
套 |
1 |
计算机控制和仪表控制 |
能够实现两种控制方式 |
|
PLC系统实验软件 |
套 |
1 |
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|
WINCC5.1系统组态软件 |
套 |
|
多变量控制实验-PLC实验指导书 |
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其 它 设 备 |
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实验用淡蓝色透明有机玻璃水箱 |
只 |
3 |
三个圆型有机玻璃水箱 |
|
不锈钢温控实验箱 |
只 |
1 |
由加热箱、冷却箱、溢流箱、加热环、Pt100、温度变送器组成，加热箱内无水断电保护装置，也防止温度干烧。 |
|
不锈钢储水箱 |
只 |
1 |
内有独特的结构设计和不锈钢过滤网，拆洗方便 |
|
储水箱自动进、排水装置 |
套 |
1 |
自动进排水减轻实验老师工作 |
|
接触器 |
只 |
4 |
施耐德（德国） |
|
继电器 |
只 |
4 |
欧姆龙（日本） |
|
电磁阀 |
只 |
4 |
三力信（国产） |
|
液面探头 |
只 |
2 |
自制 |
|
配有24v直流稳压电源 |
只 |
2 |
朝阳电源 |
|
全部不锈钢管及配件，增加设备的使用寿命。 |
套 |
1 |
外加工 |
|
实验柜 |
台 |
1 |
2000mm（高）×1200mm（长）×700mm（宽）；采用全开放式设计，美观大方，操作维护方便 |
|
实验台及实验架 |
套 |
1 |
外加工2000mm（高）×1200mm（长）×700mm（宽） |
|
声光报警系统 |
套 |
1 |
可用于液位、温度、压力、流量等上下限值报警 |
|
锅炉保护系统 |
套 |
1 |
锅炉加热防干烧系统 |
五、实验目录：
仪表控制实验内容
特性实验
1、 水箱单容特性实验
2、 水箱双容特性实验
3、 上下水箱双容特性实验
4、 电动阀流量特性实验
5、 变频器流量特性实验
6、 温度特性实验
7、 压力特性实验
单回路控制实验
1、液位位式控制(同时能发出报警)
2、电动调节阀支路单容液位控制实验
3、变频器支路单容液位控制实验
4、上水箱双容液位控制实验
5、上下水箱双容液位控制实验
6、三容液位控制实验
7、电动调节阀支路流量控制实验
8、变频器支路流量控制实验
9、锅炉内胆温度控制实验
9、锅炉内胆温度位式控制
串级控制实验
1、双容串级控制实验
2、上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验
3、上水箱液位与变频器支路流量串级控制实验
4、三闭环三容液位串级控制实验
5、温度温度流量串级控制实验
6、温度流量串级控制实验
7、温度与温度的串级控制实验
比值控制实验
1、 单闭环比值流量控制实验
2、 随动流量比值控制实验
前馈反馈控制实验
1、下水箱液位流量前馈反馈控制实验
2、锅炉内胆温度流量前馈反馈控制实验
解耦控制实验
1、 液位温度解耦控制实验
2、 温度内胆和夹套温度解耦控制
滞后控制实验
1． Smith预估控制实验
DDC控制实验内容
特性实验
1、 水箱单容特性实验
2、 水箱双容特性实验
3、 上下水箱双容特性实验
4、 电动阀流量特性实验
5、 变频器流量特性实验
6、 温度特性实验
7、 压力特性实验
单回路控制实验
1、电动调节阀支路单容液位控制实验
2、变频器支路单容液位控制实验
3、上水箱双容液位控制实验
4、上下水箱双容液位控制实验
5、三容液位控制实验
6、电动调节阀支路流量控制实验
7、变频器支路流量控制实验
8、锅炉内胆温度控制实验
9、锅炉内胆温度位式控制
串级控制实验
1、上水箱双容串级控制实验
2、上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验
3、上水箱液位与变频器支路流量串级控制实验
4、三闭环三容液位串级控制实验
5、温度串级实验
6、温度流量串级控制实验
7、温度与温度的串级控制实验
比值控制实验
1、单闭环比值流量控制实验
2、随动流量比值控制实验
前馈反馈控制实验
1、下水箱液位流量前馈反馈控制实验
2、锅炉内胆温度流量前馈反馈控制实验
解耦控制实验
1、 液位温度解耦控制实验
2、 上水箱双容液位解耦控制实验
滞后控制实验
1． Smith预估控制实验
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