(新編)过程控制实验指导书.doc

《过程控制实验》 实验指导书 陈曦 编著 适用专业： 自动化 信息与通信工程学院 2011年5月前 言 一、课程性质 本课程是实验课程通过本课程的教学，使学生研究和开发系统的能力的具体实验项目其中为性实验 自动化专业可选修全部实验；相关专业可选修实验1~实验5。 四、本书特点 本指导书的。目 录 第一章 实验系统 4 1.1现场系统组成 4 1.2 控制系统组成 5 第二章 组态软件 8 2.1 组态王简介 8 2.2 组态王使用介绍 8 第三章 实验项目 10 实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 10 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验 13 实验3 锅炉与加热器数学模型的测定实验 15 实验4锅炉水温定值控制实验 19 实验5 单容水箱液位定值控制实验 23 实验6 换热器水温单回路控制实验 26 实验7 串级控制实验 29 附：实验报告基本要求 33 实验系统 1.1现场系统组成 A3000现场系统（A3000-FS）现场系统包括三个玻璃水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件联锁保护系统。传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力，1个电磁流量计，1个涡轮流量计，1个电动调节阀，两个电磁阀，2个液位开关。如图1-1所示。 图1-1 过程控制系统实验装置结构图1.2 控制系统组成 A3000控制系统（A3000-CS）包括传感器、执行器I/O连接板、三个可换的子控制系统板、第三方控制系统接口板。 整个控制系统布置在一个工业机柜中，开放性极强。设置有一个前门，保证了设备防尘、散热等需要。 内部结构设计合理，布线完全按照工业要求，整齐、可靠。 系统结构如图1-2所示。左边是机柜布置简图，内部包括一个接线盒，两块安装板，右边是各个控制系统的半模拟屏简图。 图1-2 A3000控制系统结构图1.3 实验系统认知 A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念，而不是对象系统。现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器）、以及控制面板，从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。 A3000的特点。 现场系统通过一个现场控制箱，集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器，所有驱动电力由现场系统提供。它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即能完成所有实验功能。从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。 现场控制箱侧面是工业标准接线端子盒。这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。 现场系统的设计另外的优势是保证电力线与控制线的电磁干扰隔离。 现场系统的设计包括了整套设备所有的强电部分，保证了控制系统只需要直流低压，使得系统设计更模块化，更安全、具有更大的扩展性。 现场系统面板。 面板左侧设置如下： 电源：220V AC单相电源开关，380V AC三相电源开关。 开关：三个旋钮开关，分别是1＃、2＃水泵的电源开关，以及变频器 控制水泵的开关。两个拨动开关，分别是现场系统照明用电源开关，以及变频器STF控制开关。 电压表：显示加在调压器上的电压值。 变频器 面板右侧是现场系统的模拟屏，安装有5个指示灯和滞后管系统的两手动调节阀。当两个水泵、两个电磁阀开启时，其状态指示灯分别点亮。当锅炉内水位超过低限液位开关时，液位开关闭合，联锁控制指示灯点亮，可以开始对锅炉加热。 支路分析。 现场系统包含两个支路。支路1有1＃＃第三章 实验项目 实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验 实验学时：2 实验类型：验证 实验要求：必修 一、实验目的二、实验内容三、实验原理、方法和手段直接在调节阀上加定值电流，从而使得调节阀具有固定的开度。（可以通过智能调节仪手动给定，或者AO模块直接输出电流。）调整水箱出口到一定的开度。突然加大调节阀上所加的定值电流观察液位随时间的变化，从而可以获得液位数学模型。 通过物料平衡推导出的公式： 那么 ， 其中，F是水槽横截面积。在一定液位下，考虑稳态起算点公式可以转换成。 公式等价于一个RC电路的响应函数，C=F就是水容，就是水阻。 如果通过对纯延迟惯性系统进行分析，则单容水箱液位数学模型可以使用以下S函数表示： 。 相关理论计算可以参考教材《自动化仪表与过程控制》（施仁主编）第五章。 控制系统