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过程控制综合实验
过程控制综合实验
姓名:
学号:
班级:
同组人:
指导老师:
王军
实验一:
调功器的电路研究
实验二、数---模转换实验
实验三、模---数转换实验
实验四、铂电阻温度变送器的调整实验
实验五锅炉内胆温度特性测实实验
实验六温度PID连续控制
第一节:
调功器的电路研究
一、实验目的:
1、确调功器在过程控制系统中的作用,了解模拟、数字两种调功器的特点。
2、熟悉由kCOS集成的电路组成的模拟调功器的工作原理,并对其波形作全面观察与分析。
3、熟悉数字调功器的工作原理,并对其波形作全面观察与分析。
4、熟悉由双向可控硅组成的数字调功器的工作原理,并对其波形作、分析其触发方式。
二、实验仪器设备:
1、5720双踪示波器一台。
2、过程控制实验箱
3、加热器(电热杯
三、实验电路原理与接线图:
实验电路图原理说明见本节附录一和附录二。
数字式调功器电路图见附图1-1。
模拟调功器电路图见附图2-1。
实验接线见图1
图1
调功器实验实验接线图
四、实验内容与步骤:
一、模拟调功器实验内容与步骤:
1、按图1接线检查,并设置面板开关位置:
失交开关:
置交开侧
脉冲开关:
置1
同步开关:
置1
V1开关:
置向上位置
V2开关:
置向上位置
检查无误后打开电源开关,接通220V交流电源、用示波器观察并记录下列各点波形。
1)同步电压UT
2)锯齿波电压Uj
3)脉冲电压Up
2、触发脉冲参数测量:
1)触发脉冲宽度测量:
调解“脉宽”电位器,用示波器观察输出脉冲的宽度变化,记录脉冲的宽度变化的范围。
2)触发脉冲幅值测量:
用示波器观察输出脉冲幅值并记录。
3)触发脉冲移相范围测量:
首先调节电位器RP2使控制电压UK为最小值,然后调节RP1和斜率电位器使脉冲移到后(α最大)。
在此情况下,改变RP2使UK由最小值增至最大值,观察记录触发脉冲移相范围。
注意:
测量触发脉冲移相范围时要以UT或Uj为参考.
3、观察主回路电压波形
改变UK,用示波器观察主回路电压(加热器两端电压)波形的变化情况。
记录α=60、α=90和α=120度时主回路电压波形。
4、观察失交保护现象
5、将失交开关打到上方位置,调RP2、RP1两电位器为最大值(控制电压UK为最大值),观察触发脉冲应位于α=0处,然后将失交开关打到下方观察触发脉冲是否消失。
分析失交保护的作用与原理。
二、数字式调功器的实验内容与步骤:
1、将“手动/自动”开关置手动位置,“数字/模拟”开关置数字位置,用示波器观察并记录下列各点波形:
画出数字式调功器A-E点波形,说明其工作原理。
A)同步电压波形
B)UT正半周脉冲波形
C)UT负半周脉冲波形
D)同步脉冲波形
2、调节“调宽Ι”,“调宽Ⅱ”电位器、测定UT正半周脉冲波形、UT负半周脉冲波形并记录输出电压幅值及脉冲宽度的变化范围。
之后将脉冲宽度定为18度左右。
3、测实输出同步脉冲波形。
4、由拨码开关设定几组数,测量并记录输出电压(加热器两端电压)波形,验证通断率随设定之变化的情况。
注意:
绘制各电压波形时要注意各电压波形的相位关系。
第二节、数---模转换实验
二、实验目的:
1.验证8路12位D/A转换板的工作状态,调通系统的后向通道。
2.熟悉研华PCL-818数据采集卡及8115接线端子板数模转换接口的使用和工作原理。
3.掌握用VB编程语言编写数模转换程序。
三、实验仪器设备:
1.工业控制机一台
2.过程控制实验箱
3.加热器
4.PCL-818数据采集卡及8115接线端子板一套
四、实验电路原理与接线图:
(见图11-2.1)
图二
五、实验内容与步骤:
1、按图2接线,设定调功器为模拟调功器方式,(见实验一开关设置,其中脉冲开关和同步开关均置Ⅱ),检查无误后,接通个部分电源。
2、(将预习时编制好VB的数模转换程序输入工控机然后进行编译)。
运行过程控制实验软件,在主界面下打开模式转换菜单,运行数模转换程序。
3、在数模转换对话框中用键盘分别输入数字量0,216,512,1024,2048,2560,3072,3586,4095,用万用表测D/A输出端,分别读出万用表显示的对应的模拟量,分析D/A转换的线性关系。
数字量
0
216
512
1024
2048
2560
3072
3586
4095
模拟量
4、在数模转换对话框中用键盘分别输入数字量0,216,512,1024,2048,2560,3072,3586,4095,测定并记录加热器两端对应的电压输出波形。
数字量
0
216
512
1024
2048
2560
3072
3586
4095
加热器端电压(V)
对D/A转换的线性关系进行分析。
第三节、模---数转换实验
一、实验目的:
1、验证12位A/D转换板的工作状态,调通系统的后向通道。
2、熟悉研华PCL-818数据采集卡及8115接线端子板模数转换接口的使用和工作原理。
二、实验仪器设备:
1、工业控制机一台
2、控制实验箱
3、加热器
4、PCL-818数据采集卡及8115接线端子板一套
三、实验电路原理与接线图:
(见图11-3.1)
图11-3.1
四、实验内容与步骤:
1、(信号源为双路直流稳压电源,调整电源的输出为0-5v)按图3接线,检查无误后,接通个部分电源。
2、运行过程控制实验软件,在主界面下打开模式转换菜单,运行模数转换程序。
3、选择好输入的路号(先选第一路),将信号源调为4.5v,在对话框中,单击“确定”按钮,在第一路采样值后的输出框中显示该路的数字量。
记录数值,并单击“结束转换”按钮,完成一次模数转换。
依此,操作二十次,分别记录数字量的最大数值和最小数值,分析数字滤波的必要性。
4、将信号源分别调为3.7v,3v,2.3v,1.5v,0.7v,0v重复第3步的操作,并记录相应的数值。
进行线性分析。
信号源电压(V)
4.5
3.7
3
2.3
1.5
0.7
0
最大值
最小值
针对实验数据分析数字滤波的必要性和该板卡的模数转换线性性能。
第四节、铂电阻温度变送器的调整实验
一.实验目的
1.学会温度变送器的调整方法。
2.分析三线制的优点。
3.熟悉铂电阻短线报警的工作原理。
二.实验设备
1.温度变送器
2.万用表一块
三.实验电路原理与接线图
温度变送器原理图见本节附图11-4-1。
温度变送器原理见附录本节附录一
实验接线见图11-4.1。
图11-4.1
四.实验内容与步骤
1.按图四接线。
2.开关设置:
3.零点调整:
调多圈电位器使电阻输出电阻值为100Ω(对应Pt100铂电阻0℃阻值),接通RP连线,接通变送器电源,调节调零电位器,使输出OUT为0V。
4.满度调整:
取下RP连线,调节多圈电位器使其电阻值为139Ω(对应Pt100铂电阻100℃阻值),接通RP连线,调节满度电位器,使输出OUT为5V。
5.线性度测实:
将多圈电位器分别调为107.8Ω,115.6Ω,123.4,131.2Ω,分别测量对应的输出电压,连同两个端点值(100Ω,139Ω)一起,作输入输出特性曲线求线性度。
多圈电位器电阻值(Ω)
100
107.8
115.6
123.4
131.2
139
输出电压(V)
图11-4.2
图11-4.3
五.实验报告内容
1.分析铂电阻温度变送器零点调整和满度调整的作用和调整工作原理,在调整过程中注意的各项。
2.画出铂电阻三线制接法和两线制接法的电路原理图,简单分析三线制接法的优点。
用实验结果说明铂电阻三线制接法和两线制接法的特点。
3.跟据电路原理图分析断线报警报警保护的工作原理。
第五节锅炉内胆温度特性测实实验
一、实验目的
1、测定被控对象的飞升曲线,从而求出其数学模型。
2、调实和了解系统的结构和前向通道
二、实验设备与仪器
1、PCS过程控制实验装置(其中使用:
加热器、DDC控制单元、Pt100及变送器等)
2、计算机一台
三、实验原理:
见附录一、对象参数的求取
四、实验步骤:
1、了解实验装置中的对象,流程图如下图11-5.1所示。
增压泵
计算机
调压模块
内胆
冷却层
Pt100
加热环
V9
1V7
1V10
储水箱
锅炉内胆温度特性测实实验流程图(图11-5.1)
2、按附图锅炉内胆温度特性测实实验接线图(图11-5.2)接好实验导线和通讯线。
模拟量输出通道要串入直流电流表。
图11-5.2
3、将控制台背面右侧的通讯口(在电源插座旁)与上位机连接。
4、内胆进冷却水方法:
打开水泵,关断电动阀电源,用手轮操作电动阀一定开度,将手动阀门V7、1V10、V9打开,其余阀门全部关闭,直至内胆水满溢出,打开1V1,关小V7在合适的开度。
5、先打开实验对象的系统电源,然后打开控制台上的总电源,再打开直流电压和DDC控制单元电源。
6、在控制板上打开水泵1、加热器。
7、在信号板上打开温度输入信号、内胆温度输出信号。
8、打开计算机上的MCGS运行环境,选择系统管理菜单中的用户登录,登录用户。
9、选择特性实验的锅炉内胆温度特性实验。
10、选择手动控制方式。
11、设置手动输出值,使系统在小电流状态下达到平衡,记下手动输出的百分比。
12、增大手动输出值,使系统在输出电流变大后重新达到平衡状态,记下手动输出的百分比。
13、将手动输出值设置回小电流给定状态,观察计算机上的实时曲线和历史曲线,直至达到新的平衡为止。
14、再将手动输出值设置回大电流输出状态,观察计算机上的实时曲线和历史曲线,直至达到新的平衡为止。
15、曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析和处理,处理结果记录于表中。
阶跃响应曲线数据处理记录表
参数值
测量情况
温度1
温度2
K1
T1
τ1
K2
T2
τ2
正向输入
反向输入
平均值
按常规内容编写实验报告,并根据K、T、τ平均值写出广义的传递函数。
第六节温度PID连续控制
一、实验目的
1、了解温度控制系统构成
2、学习控制原理及仪表应用
3、改变控制参数使被控量达到预期的控制指标,通过参数的估计和调整,学会过程控制系统的参数调实方法。
4、控制要求:
超调量σ<20%,调节时间Ts≤3T,余差<5%。
二、实验设备及资料
1、PCS过程控制实验装置(其中使用:
加热器、DDC控制单元、Pt100及变送器等)
三、实验系统流程图
增压泵
计算机
调压模块
内胆
冷却层
Pt100
加热环
1V7
V9
1V10
储水箱
四、实验原理
本实验采用计算机控制,将加热器水的温度控制在设定温度。
根据加热器温度变送输出给计算机,计算机根据PID运算,然后控制输出信号。
通过调压模块,调整电加热器的功率,使的加热器里水的温度控制在设定的温度。
也可控制加热器外层冷却水的流量(温度),控制热水器里的温度。
温度控制原理方块图:
如图11-6.1
五、实验步骤
1、按附图锅炉内胆温度控制实验接线图接好实验导线和通讯线
将控制台背面右侧的通讯口(在电源插座旁)与上位机连接。
3、将手动阀门1V7(保持实验八1V7开度)、1V10、V9、1V1打开,其余阀门全部关闭。
4、先打开实验对象的系统电源,然后打开控制台上的总电源,再打开DDC控制单元电源。
5、在控制板上打开水泵1、加热器。
6、在信号板上打开温度输入信号、内胆温度输出信号。
7、打开计算机上的MCGS运行环境,选择系统管理菜单中的用户登录,登录用户。
8、选择单回路控制实验的锅炉内胆温度控制实验。
9、选择计算机控制方式。
待系统稳定后,观察过渡过程曲线是否符合要求。
调整参数后,再得到过渡过程曲线,直到满意。
10、观察计算机上的实时曲线和历史曲线。
11、待系统稳定后,给定加个阶跃信号,观察其温度变化曲线。
12、再等系统稳定后,给系统加个干扰信号,观察温度变化曲线。
13、曲线的分析处理,对实验的记录曲线分别进行分析,分别记录调节参数。
六、思考题:
温度控制PID有什么特点。
如何减小超调量和快速达到平衡。
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- 关 键 词:
- 过程 控制 综合 实验