神表仅 智能仪表控制实验指导书 9888 Fu1模拟量输出接口、/三相移相压装置 一信号接口一 24VDC电源 A/O A/Or A/O: A/Os 图1-3、实验接线图 1)、如图1-3所示:将I/0信号接□面板上的上水箱液位的钮子开关打到OF位置。 2)、将上水箱液位+(正极)接到任意一个智能调节仪的1端(即RSV的+极),上水箱 液位-(负极)接到智能调节仪的2端(即RSV的负极)。 3)、将智能调节仪的4~20mA输出端的7端(即+极)接至电动调节阀的4-20mA输入端 的+端(即正极),将智能调节仪的4~20mA输出端的5端(即-极)接至电动调节阀的420mA 输入端的-端(即负极)。 4)、电源控制板上的三相电源空气开关、单相空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。 5)、电动调节阀的-220V电源开关打在关的位置。 6)、智能调节仪的-220V电源开关打在关的位置。 3、启动实验装置 1)、将实验裝置电源插头接到380V的三相交流电源。 2)、打开电源三相带漏电保护空气开关,电压表指示380V。 3)、打开总电源钥匙开关,按下电源控制屏上的启动按钮,即可开启电源。 4、实验步骤 1)、开启单相空气开关,根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参 数和液位传感器的零位、增益,仪表输出方式设为手动输出,初始值为0。 12电话:0311-38077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 12 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 图 1-3、 实验接线图 1）、如图 1-3 所示：将 I/O 信号接口面板上的上水箱液位的钮子开关打到 OFF 位置。 2）、将上水箱液位+（正极）接到任意一个智能调节仪的 1 端（即 RSV 的+极），上水箱 液位-（负极 ）接到智能调节仪的 2 端（即 RSV 的负极）。 3）、将智能调节仪的 4~20mA 输出端的 7 端（即+极）接至电动调节阀的 4~20mA 输入端 的+端（即正极），将智能调节仪的 4~20mA 输出端的 5 端（即-极）接至电动调节阀的 4~20mA 输入端的-端（即负极）。 4）、电源控制板上的三相电源空气开关、单相空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。 5）、电动调节阀的~220V 电源开关打在关的位置 。 6）、智能调节仪的~220V 电源开关打在关的位置 。 3、启动实验装置 1）、将实验装置电源插头接到 380V 的三相交流电源。 2）、打开电源三相带漏电保护空气开关,电压表指示 380V。 3）、打开总电源钥匙开关，按下电源控制屏上的启动按钮，即可开启电源。 4、实验步骤 1）、开启单相空气开关，根据仪表使用说明书和液位传感器使用说明调整好仪表各项参 数和液位传感器的零位、增益，仪表输出方式设为手动输出，初始值为 0
神表仅 智能仪表控制实验指导书 2)、启动计算机MCGS组态软件,进入实验系统相应的实验如图1-4所示 实验一、一阶上水箱对象特性测试实验 液位传器L 世值 出opl 储水箱 上A时历史曲)数梯湖 L实□状态进出本实 1-4、实验软件界面 3)、双击设定输出按钮,设定输出值的大小,或者在仪表手动状态下,按住仪表的STOP 键将仪表的输出值上升到所想设定的值,这个值根据阀门开度的大小來给定,一般初次设 定值<25。开启单相泵电源开关,启动动力支路。将被控参数液位高度控制在20%处(一般 为7cm)。 4)、观察系统的被调量:上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡,应记录调节仪输 出值,以及水箱水位的高度hl和智能仪表的测量显示值并填入下表。 仪表输出值水箱水位高度h仪表显示值 0~100 cm cm 5)、迅速增加仪表手动输出值,增加5%的输出量,记录此引起的阶跃响应的过程参数, 它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。 T(秒) 水箱水位 h,(cm) 仪表读数 13电话:0311-38077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 13 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 2）、启动计算机 MCGS 组态软件，进入实验系统相应的实验如图 1-4 所示： 1-4、实验软件界面 3）、双击设定输出按钮，设定输出值的大小，或者在仪表手动状态下，按住仪表的 STOP 键将仪表的输出值上升到所想设定的值，这个值根据阀门开度的大小来给定，一般初次设 定值<25。开启单相泵电源开关，启动动力支路。将被控参数液位高度控制在 20%处（一般 为 7cm）。 4）、观察系统的被调量：上水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，应记录调节仪输 出值，以及水箱水位的高度 h1 和智能仪表的测量显示值并填入下表。 仪表输出值 水箱水位高度 h1 仪表显示值 0~100 cm cm 5）、迅速增加仪表手动输出值，增加 5%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参数， 它们均可在上位软件上获得。以所获得的数据绘制变化曲线。 T（秒） 水箱水位 h1(cm) 仪表读数 (cm)
神表仅 智能仪表控制实验指导书 6)、直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据,并填入下表 仪表输出值水箱水位高度h仪表显示值 0~100 7)、将仪表输出值调回到步骤5)前的位置,再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响 应过程参数与曲线。填入下表 (秒) 水箱水位 h, (cm) 仪表读数 (cm) 8)、重复上述实验步骤。 六、实验报告要求 1)、作出一阶环节的阶跃响应曲线。 2)、根据实验原理中所述的方法,求出一阶环节的相关参数。 七、注意事项 1)、本实验过程中,阀8不得任意改变开度大小 2)、阶跃信号不能取得太大,以免影响正常运行;但也不能过小,以防止因读数误差和 其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。一般阶跃信号取正常输入信号的5%-15%。 3)、在输入阶跃信号前,过程必须处于平衡状态。 八、思考题 1)、在做本实验时,为什么不能任意上水箱出水阀变化阀的开度大小? 2)、用两点法和用切线对同一对象进行参数测试,它们各有什么特点? 实验二、二阶双容对象特性测试实验 实验目的 1)、熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 2)、根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线,分析双容系统的飞升特性。 实验设备 14电话:0311-38077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 14 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 6）、直到进入新的平衡状态。再次记录平衡时的下列数据，并填入下表： 仪表输出值 水箱水位高度 h1 仪表显示值 0~100 cm cm 7）、将仪表输出值调回到步骤 5）前的位置，再用秒表和数字表记录由此引起的阶跃响 应过程参数与曲线。填入下表： t（秒） 水箱水位 h1(cm) 仪表读数 (cm) 8）、重复上述实验步骤。 六、实验报告要求 1）、作出一阶环节的阶跃响应曲线。 2）、根据实验原理中所述的方法，求出一阶环节的相关参数。 七、注意事项 1）、本实验过程中，阀 8 不得任意改变开度大小。 2）、阶跃信号不能取得太大，以免影响正常运行；但也不能过小，以防止因读数误差和 其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。一般阶跃信号取正常输入信号的 5%~15%。 3）、在输入阶跃信号前，过程必须处于平衡状态。 八、思考题 1）、在做本实验时，为什么不能任意上水箱出水阀变化阀的开度大小？ 2）、用两点法和用切线对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点? 实验二、二阶双容对象特性测试实验 一、 实验目的 1)、熟悉双容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。 2）、根据由实际测得的双容液位阶跃响应曲线，分析双容系统的飞升特性。 二、实验设备
神表仅 智能仪表控制实验指导书 过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、实 验连接线。 三、原理说明 丹麦泵电动调节阀一 智能调节仪手动输出 h 图2-1、双容水箱系统结构图 如图2-1所示:这是由两个一阶非周期惯性环节 串联起来,输出量是下水箱的水位h。当输入量有· 个阶跃增加ΔQ时,输出量变化的反应曲线如图2-2 所示的Δh2曲线。它不再是简单的指数曲线,而是就使 调节对象的飞升特性在时间上更加落后一步。在图中S 形曲线的拐点P上作切线,它在时间轴上截出一段时 间0A。这段时间可以近似地衡量由于多了一个容量而 使飞升过程向后推迟的程度,因此,称容量滞后,通 常以τc代表之。 设流量Q为双容水箱的输入量,下水箱的液位高 度h2为输出量,根据物料动态平衡关系,并老虑到液a 体传输过程中的时延,其传递函数为 图22、变化曲线 H2(S)=G(S) (2-1) O1(S) (T1*S+1)(T2*S+1) e 式中K=R,T=RC1,T2=RC2,R2、R3分别为阀V2和V3的液阻,C1和C2分别为上水箱和 下水箱的容量系数。式中的K、T1和T须从由实验求得的阶跃响应曲线上求出。具体的做 法是在图2-3所示的阶跃响应曲线上取 1)、h2(t)稳态值的渐近线h(∞); 电3课?3138789:031389
智能仪表控制实验指导书 15 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 过程控制实验装置、上位机软件、计算机、RS232-485 转换器 1 只、串口线 1 根、实 验连接线。 三、原理说明 图 2-1、双容水箱系统结构图 如图 2-1 所示：这是由两个一阶非周期惯性环节 串联起来，输出量是下水箱的水位 h2。当输入量有一 个阶跃增加 Q1 时，输出量变化的反应曲线如图 2-2 所示的 h2曲线。它不再是简单的指数曲线，而是就使 调节对象的飞升特性在时间上更加落后一步。在图中 S 形曲线的拐点 P 上作切线，它在时间轴上截出一段时 间 OA。这段时间可以近似地衡量由于多了一个容量而 使飞升过程向后推迟的程度，因此，称容量滞后，通 常以τC代表之。 设流量 Q1为双容水箱的输入量，下水箱的液位高 度 h2为输出量，根据物料动态平衡关系，并考虑到液 体传输过程中的时延，其传递函数为： 图 2-2、变化曲线 式中 K=R3，T1=R2C1，T2=R3C2，R2、R3分别为阀 V2和 V3的液阻，C1 和 C2分别为上水箱和 下水箱的容量系数。式中的 K、T1和 T2须从由实验求得的阶跃响应曲线上求出。具体的做 法是在图 2-3 所示的阶跃响应曲线上取： 1）、h2（t）稳态值的渐近线 h2(∞)； t h t 0 0.4 0.8 2 (00) h (00) h (00) 1 t 2 B A h 2 2 (t) 2 * ( 2 -1) ( * 1)( * 1) ( ) ( ) ( ) 1 1 2 2 e s T S T S K G S Q S H S
神表仅 智能仪表控制实验指导书 2)、h2(t)|-==0.4h2(∞)时曲线上的 点A和对应的时间t1 3)、h2(t)|2=0.8h2(o)时曲线上的 点B和对应的时间t2 然后,利用下面的近似公式计算式 (2-1)中的参数K、T1和T2。其中 K h()输入稳态值 图2-3、阶跃响应曲线 Ro阶跃输入量 4)、 T+T. ti+ta 2.16 对于式(2-1)所示的二阶过程,0.32(t1/t2(0.46。当t/t2=0.32时,可近似为一阶环 节;当t/t2=0.46时,过程的传递函数G(S)=K/(TS+1)2(此时T1=T2=T=(t1+t)/2*2.18) TIT2 (T1+T)2(1.4-055) 四、实验步骤 1、设备的连接和检查 1)、开通以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计以及上水箱出水阀1、阀4、阀9、阀21、 阀23组成的水路系统;关闭通往其他对象的切换阀2、阀5、阀7、阀11、阀13、阀15。 2)、将中水箱的出水阀22开至适当开度。 3)、检查电源开关是否关闭。 2、系统连线 实验接线如图2-4所示: 1)、将中水箱液位+接到任意一个智能调节仪的信号输入端1(即RSV的+极),中水箱 液位-(负端)接到智能调节仪的2端(即RSV的-极)。 16电话:0311-38077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 16 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 2）、h2（t）|t=t1=0.4 h2(∞)时曲线上的 点 A 和对应的时间 t1； 3）、h2（t）|t=t2=0.8 h2(∞)时曲线上的 点 B 和对应的时间 t2。 然后，利用下面的近似公式计算式 (2-1)中的参数 K、T1 和 T2。其中： 对于式（2-1）所示的二阶过程，0.32〈t1/t2〈0.46。当 t1/t2=0.32 时 ，可近似为一阶环 节；当 t1/t2=0.46 时，过程的传递函数 G(S)=K/(TS+1) 2（此时 T1=T2=T=(t1+t2)/2* 2.18 ） 四、实验步骤 1、设备的连接和检查 1）、开通以丹麦泵、电动调节阀、涡轮流量计以及上水箱出水阀 1、阀 4、阀 9、阀 21、 阀 23 组成的水路系统;关闭通往其他对象的切换阀 2、阀 5、阀 7、阀 11、阀 13、阀 15。 2）、将中水箱的出水阀 22 开至适当开度。 3）、检查电源开关是否关闭。 2、系统连线 实验接线如图 2-4 所示： 1）、将中水箱液位+接到任意一个智能调节仪的信号输入端 1（即 RSV 的+极），中水箱 液位-（负端）接到智能调节仪的 2 端（即 RSV 的-极）。 2.16 t t 4) T T ( ) K 1 2 1 2 2 、 阶跃输入量 输入稳态值 RO h (1.74 0.55) (T T ) T T 5) 2 1 2 1 2 1 2 t t 、 图 2-3、阶跃响应曲线