智能仪表控制实验指导书 电源控制板 合上电源开关 智能调节仪 Fo ro 818调节仪表 nE× F51预拟量输出接口、三相SC移粗调压装置 1/O信号接口 24VDC电源 入即压输 铂电阻 温度变送器一/压力变排器,流量变送器x A/O A/O A/O2 A/Os 涡轮流量计 000 DA/O A/O A/OT 电磁流量计 图2-4、实验接线图 2)、将智能调节仪的-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-(即负极)。 3)、电源控制板上的三相、单相空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。 4)、电动调节阀的~220V电源开关打在关的位置。 5)、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,中水箱液位传感器输出信号为1~5V电压信号,调整好仪表输 入规格参数与其他各项参数,开始校准液位传感器的零位和增益,仪表输岀方式设为手动 输出,初始值为0。 2)、启动计算机MCGS组态软件,进入实验系统相应的实验,界面如图2-5所示: 17电话:031138077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 17 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 图 2-4、实验接线图 2）、将智能调节仪的~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-（即负极）。 3）、电源控制板上的三相、单相空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。 4）、电动调节阀的~220V 电源开关打在关的位置 。 5）、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，中水箱液位传感器输出信号为 1~5V 电压信号，调整好仪表输 入规格参数与其他各项参数，开始校准液位传感器的零位和增益，仪表输出方式设为手动 输出，初始值为 0。 2）、启动计算机 MCGS 组态软件，进入实验系统相应的实验,界面如图 2-5 所示：
神表仅 智能仪表控制实验指导书 实验二、二阶双容水箱对象特性测试实验 说置输出 测量值P 液位传形 AA来叶曲线[历[数荒 储水箱 实松⊥状态出本的 图2-5、实验软件界面 3)、开启单相泵电源开关,启动动力支路,手动将仪表的输出值迅速上升到小于等于 10,将被控参数液位高度控制在30%处(一般为5cm)。 4)、观察系统的被调量一一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h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h2仪表显示值 0~1 cm cm 5)、迅速增加仪表手动输出值,增加10%的输出量,记录此引起的阶跃响应的过程参 数,均可在上位软件上获得各项参数和数据,并绘制过程变化曲线。 T(秒) 水箱水位 h2(cm) 仪表读数 (cⅢ 6)、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据,并填入下表 18电话:0311-38077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 18 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 图 2-5、实验软件界面 3）、开启单相泵电源开关，启动动力支路，手动将仪表的输出值迅速上升到小于等于 10，将被控参数液位高度控制在 30%处（一般为 5cm）。 4）、观察系统的被调量——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 h2 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 h2 仪表显示值 0~100 cm cm 5）、迅速增加仪表手动输出值，增加 10%的输出量，记录此引起的阶跃响应的过程参 数，均可在上位软件上获得各项参数和数据，并绘制过程变化曲线。 T（秒） 水箱水位 h2(cm) 仪表读数 (cm) 6）、直到进入新的平衡状态。再次记录测量数据，并填入下表：
神表仅 智能仪表控制实验指导书 仪表输出值水箱水位高度h2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 T(秒) 水箱水位 h,(cm) 仪表读数 (cm) 8)、重复上述实验步骤。 五、注意事项 1)做本实验过程中,阀V2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,以防止影响对象特 性参数的精确性。一般阶跃信号取正常输入信号的5%-15%。 )在输入阶跃信号前,过程必须处于平衡状态。 六、实验报告要求 1)作出二阶环节的阶跃响应曲线 2)根据实验原理中所述的方法,求出二阶环节的相关参数。 3)试比较二阶环节和一阶环节的不同之处。 七、思考题 1)在做本实验时,为什么不能任意变化中水箱出水阀的开度大小? 2)用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试,它们各有什么特点? 19电话:0311-38077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 19 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 仪表输出值 水箱水位高度 h2 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 h2(cm) 仪表读数 (cm) 8）、重复上述实验步骤。 五、注意事项 1）做本实验过程中，阀 V2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，以防止影响对象特 性参数的精确性。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。 六、实验报告要求 1）作出二阶环节的阶跃响应曲线。 2）根据实验原理中所述的方法，求出二阶环节的相关参数。 3）试比较二阶环节和一阶环节的不同之处。 七、思考题 1）在做本实验时，为什么不能任意变化中水箱出水阀的开度大小？ 2）用两点法和用切线法对同一对象进行参数测试，它们各有什么特点？
智能仪表控制实验指导书 实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验 实验目的 1)、熟悉实验裝置,了解二位式温度控制系统的组成。 2)、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。 二、实验设备 过程控制实验裝置、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。 、实验原理 1、温度传感器 温度测量通常采用热电阻元件(感温元件)。它是利用金属导体的电阻值随温度变化 而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下 Rt= Rto[1+a(t-t] 式中Rt-一温度为t(如室温20℃)时的电阻值 Rt一一温度为t0(通常为0℃)时的电阻值 a-一电阻的温度系数。 可见,由于温度的变化,导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电阻值的变 化,就可达到温度测量的目的。 虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化,但是它们并不能都作为测温用的 热电阻。作为热电阻的材料一般要求是:电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小;在 整个测温范围内,应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性;并要求电阻值随温度的 变化呈线性关系。 但是,要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况,目前应 用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件PT100,并通过温度变送器 (测量电桥或分压采样电路或者AI人工智能工业调节器)将电阻值的变化转换为电压信 铂电阻元件是采用特殊的工芑和材料制成,具有很高的稳定性和耐震动等特点,还具 有较强的抗氧化能力。 在0-650℃的温度范围内,铂电阻与温度的关系为: Rt=rto(1+At+Bt+Ct) 20电话:031138077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 20 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 实验三、锅炉内胆温度二位式控制实验 一、 实验目的 1）、熟悉实验装置，了解二位式温度控制系统的组成。 2）、掌握位式控制系统的工作原理、控制过程和控制特性。 二、 实验设备 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、 实验原理 1、 温度传感器 温度测量通常采用热电阻元件（感温元件）。它是利用金属导体的电阻值随温度变化 而变化的特性来进行温度测量的。其电阻值与温度关系式如下： Rt＝Rt0[1+α(t-t0)] 式中 Rt——温度为 t(如室温 20℃)时的电阻值； Rt0——温度为 t0(通常为 0℃)时的电阻值； α——电阻的温度系数。 可见，由于温度的变化，导致了金属导体电阻的变化。这样只要设法测出电阻值的变 化，就可达到温度测量的目的。 虽然大多数金属导体的电阻值随温度的变化而变化，但是它们并不能都作为测温用的 热电阻。作为热电阻的材料一般要求是：电阻温度系数小、电阻率要大、热容量要小；在 整个测温范围内，应具有稳定的物理、化学性质和良好的重复性；并要求电阻值随温度的 变化呈线性关系。 但是，要完全符合上述要求的热电阻材料实际上是有困难的。根据具体情况，目前应 用最广泛的热电阻材料是铂和铜。本装置使用的是铂电阻元件 PT100，并通过温度变送器 （测量电桥或分压采样电路或者 AI 人工智能工业调节器）将电阻值的变化转换为电压信 号。 铂电阻元件是采用特殊的工艺和材料制成，具有很高的稳定性和耐震动等特点，还具 有较强的抗氧化能力。 在 0~650℃的温度范围内，铂电阻与温度的关系为： Rt＝Rt0(1+At+Bt 2+Ct 3)
神表仅 智能仪表控制实验指导书 式中Rt-一温度为t(如室温20℃)时的电阻值; Rt0一一温度为t0(通常为0℃)时的电阻值; 、B、C是常数,一般A=3.90802*10-1/℃,B=-5.802*10-1/℃,C=4.2735*10 1/℃ Rt→t的关系称为分度表。不同的测温元件用分度号来区别,如Pt100、C50等。 2、二位式温度控制系统 位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是1.5KW电加热管,被 控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温T,智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点 开关控制电加热管的通断,图3-1为位式调节器的工作特性图,图3-2为位式控制系统的 方块图。 调节器输出 △ 图3-1、位式调节器的特性图 由图3-1可见,在一定的范围内不仅有死区存在,而且还有回环。因而图3-2所示的系 统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限输出状态, 故称这种控制器为两位调节器。 该系统的工作原理是当被控制的水温测量值VT小于给定值V时,即测量值《给定值, 且当e=wS-P>dF时,调节器的继电器线圈接通,常开触点变成常闭,电加热管接通380V 电源而加热。随着水温T的升高,v也不断增大,e相应变小。若T高于给定值,即Vp〉 s,e为负值,若e<-dF时,则两位调节器的继电器线圈断开,常开触点复位断开,切断 电加热管的供电。由于这种控制方式具有冲击性,易损坏元器件,只是在对控制质量要求 不高的系统才使用。 21电话:031138077683807798传真:0311-3809598
智能仪表控制实验指导书 21 电话：0311-3807768 3807798 传真：0311-3809598 式中 Rt——温度为 t(如室温 20℃)时的电阻值； Rt0——温度为 t0(通常为 0℃)时的电阻值； A、B、C 是常数，一般 A=3.90802*10 －31/℃，B=-5.802*10 －71/℃，C=-4.2735*10 －121/℃。 Rt-t 的关系称为分度表。不同的测温元件用分度号来区别，如 Pt100、CU50 等。 2、二位式温度控制系统 二位控制是位式控制规律中最简单的一种。本实验的被控对象是 1.5KW 电加热管，被 控制量是复合小加温箱中内套水箱的水温 T，智能调节仪内置继电器线圈控制的常开触点 开关控制电加热管的通断，图 3-1 为位式调节器的工作特性图，图 3-2 为位式控制系统的 方块图。 图 3-1、位式调节器的特性图 由图 3-1 可见，在一定的范围内不仅有死区存在，而且还有回环。因而图 3-2 所示的系 统实质上是一个典型的非线性控制系统。执行器只有“开”或“关”两种极限输出状态， 故称这种控制器为两位调节器。 该系统的工作原理是当被控制的水温测量值 VP=T 小于给定值 VS时，即测量值〈给定值， 且当 e=VS-VP≥dF 时，调节器的继电器线圈接通，常开触点变成常闭，电加热管接通 380V 电源而加热。随着水温 T 的升高，Vp 也不断增大，e 相应变小。若 T 高于给定值，即 Vp 〉 Vs，e 为负值，若 e≤-dF 时，则两位调节器的继电器线圈断开，常开触点复位断开，切断 电加热管的供电。由于这种控制方式具有冲击性，易损坏元器件，只是在对控制质量要求 不高的系统才使用