自动化仪表实验指导书

《自动化仪表与过程控制》实验指导书（修订稿）电气工程系1目录实验一自动化仪表的认识与选用2实验二智能调节器的使用与特性测试3实验三电动执行机构的使用与特性测试4实验四温度变送器的使用与特性校验5实验五JX-300X构成原理与SCNet网络组态6实验六JX-300X系统I/O组态8实验七JX-300X系统操作组态12实验八JX-300X系统控制组态15实验九过程对象实验建模研究17实验十单回路控制系统的组态与工程整定18实验十一串级控制系统的组态与工程整定19实验十二前馈-反馈控制系统的组态与工程整定20实验十三比值控制控制系统的组态与工程整定21实验十四自选复杂方案控制系统（组态）设计22实验十五自选复杂方案控制系统（编程）设计232实验一自动化仪表的认识与选用一、实验目的1.认知实验室中的各种自动化仪表。2.了解实验室中的各种变送器（DDZ-Ⅲ温度变送器，DDZ-Ⅲ压力变送器，DDZ-Ⅲ差压变送器，DDZ-Ⅲ液位变送器，DDZ-Ⅲ电磁式流量变送器，DDZ-Ⅲ型靶式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻）、控制器（智能调节器、KMM可编程调节器和JX-300X集散型控制系统）及执行器（ZJK-210C型电动执行器，ZPE-2010QⅢ伺服放大器，Ⅲ型交流一体化调压模块，Ⅲ型变频调速水泵）的结构原理与性能特点。3.初步了解实验室中的各种变送器、控制器及执行器的合理选型、正确安装与使用方法。二、主要实验设备1.JX-300X集散控制系统，XMTF-A智能调节器，KMM可编程调节器。2.DDZ-Ⅲ温度变送器，DDZ-Ⅲ压力变送器，DDZ-Ⅲ差压变送器，DDZ-Ⅲ液位变送器，DDZ-Ⅲ电磁式流量变送器，DDZ-Ⅲ型靶式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻。3.DDZ-Ⅲ型电动执行器（ZJK-210C），ZPE-2010QⅢ伺服放大器，Ⅲ型交流一体化调压模块（15A），Ⅲ型变频调速水泵。三、实验内容1.各种自动化仪表的认识。2.实验室中的各种变送器的功能特点、主要技术参数与正确安装使用。3.实验室中的各种执行器的功能特点及合理选型与正确安装使用。4.实验室中各种控制仪表的功能特点与选用。四、实验报告1.列写实验室中主要检测仪表的作用及主要技术参数。2.阐述实验室中各类执行仪表的作用及性能特点。3.阐述实验室中各种控制仪表的性能特点及应用场合。3实验二智能调节器的使用与特性测试一、实验目的1.掌握XMTF-A智能调节器的操作方法。2.加深理解XMTF-A调节器的控制参数设置、调节器的正/反作用方式设定以及手动/自动切换应注意的问题。3.掌握工业调节器的比例、比例积分和比例积分微分调节规律的控制作用特点。4.掌握工业调节器控制参数的实验测定方法。二、主要实验设备1.XMTF-A智能调节器。2.DDZ-Ⅲ恒流给定器，电流表，+24V直流电源。三、实验内容与要求1.按《XMTF-A智能调节器使用说明书》熟悉操作方法。2.提出接线方案并构建观察阶跃响应的实验系统。3.将调节器设置为纯P调节器、正作用方式且比例度=50﹪，在输入偏差阶跃扰动下（幅度控制在8﹪范围内），分别记录下输入偏差的阶跃扰动幅度和极性以及输出响应曲线。4.将调节器设置为PI调节器、正作用方式且比例度=50﹪、积分时间TI=8秒，在输入偏差阶跃扰动下（幅度控制在8﹪范围内），分别记录下输入偏差的阶跃扰动幅度和极性以及调节器的输出响应曲线。5.将调节器设置为PID调节器、正作用方式且比例度=50﹪、积分时间TI=8秒、微分时间TD=2秒，在输入偏差阶跃扰动下（幅度控制在8﹪范围内），分别记录下输入偏差的阶跃扰动幅度和极性以及控制参数、TI和TD的设置值以及调节器的输出响应曲线。四、实验报告1.画出能够观察阶跃响应的实验系统接线图。2.按实验步骤3的实验结果，计算出调节器比例度的实际值，并与设置值进行比较。3.按实验步骤4的实验结果，计算出调节器比例度和积分时间TI的实际值，并与设置值进行比较。3.按实验步骤5的实验结果，计算出调节器比例度、积分时间TI和微分时间TD的实际值，并与设置值进行比较。4实验三电动执行机构的使用与特性测试一、实验目的1.加深理解电动执行器组成、气开/气关型式和性能特点。2.掌握伺服放大器的组成原理、使用与特性测试方法。3.掌握执行器的组成原理、使用与特性测试方法。4.掌握电动执行机构的整机特性测试方法。二、主要实验设备1.DDZ-Ⅲ型执行器（ZJK-210C），ZPE-2010QⅢ伺服放大器。2.DDZ-Ⅲ恒流给定器，mA电流表，指示灯，按钮开关，接插连接器等。3.20直通单座调节阀。4.24V直流电源。三、实验内容与要求1.阅读《ZJK-210C执行器使用说明书》和《ZPE-2010QⅢ伺服放大器使用说明书》，熟悉使用方法。2.提出接线方案并构建测试ZPE-2010QⅢ伺服放大器特性的实验系统，当伺服放大器的输入偏差分别为IiIF、IiIF和IiIF时，测试伺服放大器的正行程和反行程输出端状态。3.提出接线方案并构建测试ZJK-210C执行器特性的实验系统，分别测试执行器角行程的增减控制和位置发送器的特性（IF随输出角行程变化关系）。4.提出接线方案并构建由ZJK-210C执行器和ZPE-2010QⅢ伺服放大器组成的位置负反馈实验系统，测试电动执行机构的输出角行程随输入给定电流Ii的变化关系。四、实验报告1.画出测试ZPE-2010QⅢ伺服放大器特性的实验系统接线图，给出伺服放大器在输入偏差分别为IiIF、IiIF和IiIF时的实验结果。2.画出测试ZJK-210C执行器特性的实验系统接线图，根据执行器IF随输出角行程变化关系的实验结果，给出执行器的位置发送器特性（表格或特性曲线）。3.画出由ZJK-210C执行器和ZPE-2010QⅢ伺服放大器构成的位置负反馈实验系统接线图，根据电动执行机构输出角行程随输入给定电流Ii变化关系的实验结果，给出电动执行机构的整机特性（表格或特性曲线）。5实验四温度变送器的使用与特性校验一、实验目的1.认知实验室中的各种自动化仪表。2.加深理解实验室中的变送器和执行器的构成原理。3.基本掌握实验室中的变送器、控制器及执行器的性能特点。4.初步了解实验室中的各种变送器、控制器及执行器的合理选型、正确安装与使用方法。二、主要实验设备1.DBW-5500A温度变送器。2.DDZ-Ⅲ恒流给定器（在1.0电阻上产生毫伏信号），mA电流表。3.100电阻、200多圈电位器，冷端补偿电阻1套。3.24V直流稳压电源。三、实验内容与要求1.阅读《DBW-5500A温度变送器使用说明书》，熟悉使用方法。2.提出接线方案并构建一个配接K分度号热电偶（由恒流给定器产生的毫伏信号代替）的实验系统，通过量程调整、零点调整和零点迁移实现温度变送器的特性如下：温度变送器输入毫伏信号（mV）：56789温度变送器标准输出电流(mA)：48121620温度变送器实际输出电流(mA)：3.提出接线方案并构建一个配接Pt100分度号热电阻（由100电阻和200多圈电位器代替）的实验系统，通过量程调整、零点调整和零点迁移实现温度变送器的特性如下：温度变送器输入电阻（）：100145190235280温度变送器标准输出电流(mA)：48121620温度变送器实际输出电流(mA)：四、实验报告1.画出等效于配接K分度号热电偶的温度变送器实验系统接线图，列出温度变送器的特性实测值，计算出变送器精度。2.画出等效于配接Pt100分度号热电阻的温度变送器实验系统接线图，列出温度变送器的特性实测值，计算出变送器精度。6实验五JX-300X构成原理与SCNet网络组态一、实验目的1.熟悉SUPCONJX-300X集散型控制系统的构成原理、控制系统规模与特点。2.理解掌握JX-300X控制站的微观结构及控制站中各卡件的功能与作用。3.初步熟悉JX-300X的操作站组态软件的主画面与功能菜单。4.掌握JX-300X的过程控制网络SCNet组态方法。二、实验设备1.JX-300X集散控制系统。2.DDZ-Ⅲ压力变送器，DDZ-Ⅲ液位变送器，DDZ-Ⅲ电磁式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻。3.DDZ-Ⅲ型电动执行器（ZJK-210C），ZPE-2010QⅢ伺服放大器，Ⅲ型交流一体化调压模块（15A），Ⅲ型变频调速水泵。三、实验内容与要求1.阅读《JX-300X系统说明书》第一章至第五章内容。2.SUPCONJX-300X集散型控制系统的构成原理、控制系统规模与特点。3.DCS实验教学系统中JX-300X的过程控制网络SCNet的特性（拓扑结构、传输方式、通信控制、通信速率、节点容量、通信介质及通信距离）。4.DCS实验教学系统中JX-300X控制站的配置（机笼及其卡件配置）。5.DCS实验教学系统中JX-300X控制站中各机笼槽位上的卡件型号及其各通道所连接的仪表（主要是输入通道连接的变送器和输出通道连接的执行器）。6.初步熟悉JX-300X组态软件的组态功能。7.JX-300X的过程控制网络SCNet组态方法过程控制网络SCNet组态通过总体信息组态完成的，总体信息组态包括主机设置、编译、组态下载和组态传送四个功能。DCS实验教学系统的过程控制网络SCNet通信节点有：30个代用操作站1个工程操作站1个工程师站1个JX-300X控制站（1）主机设置当启动组态软件后，选中[总体信息]/主机设置，打开主机设置窗口。选择主控制卡选项卡，对主控制卡（即控制站）进行组态：1）类型——为采集站、控制站和逻辑站72）注释栏——写入主控制卡的文字说明3）运算周期——必须为0.1秒的整数倍，一般建议采用默认值0.5秒4）冗余——点击冗余单元栏前复选框5）网络使用——显示网络是否处于冗余状态6）IP地址——地址值统一为128.128.1.2～128.128.1.32之间7）型号——从下拉列表中选定当前组态主控制卡的类型SP2438）通讯——可选只有UDP协议一种选择操作站选项卡，进入操作主机的组态，正确填写：1）类型——操作主机类型分为工程师站、数据站和操作站2）注释——注释栏内写入操作主机的文字说明3）IP地址——地址值统一在128.128.1.129～128.128.1.160之间4）开放文件夹——在操作站上开放一个文件夹，以便将工程师站中的组态内容直接存放入该文件夹，避免了间接拷贝的繁琐5）计算机名——显示开放文件夹所属计算机名注意：1）操作主机、主控制卡及冗余单元的地址统一编排，相互不可重复2）设置冗余单元要求首先在偶数地址上设置主控制卡，然后在相邻的奇数地址上设置冗余单元。例如：0号地址设为主控制卡，1号地址设为冗余单元（2）编译（选做）（3）组态下载（选做）（4）组态传送（选做）四、实验报告1.阐述SUPCONJX-300X集散型控制系统的控制系统规模与特点。2.给出JX-300X过程控制网络SCNet的性能指标(通信速率、节点容量等)。3.给出JX-300X过程控制网络SCNet上的各节点设备组态项目及填写内容。4.简述JX-300X控制站配置的主要卡件及其功能。8实验六JX-300X系统I/O组态一、实验目的1.进一步熟悉SUPCONJX-300X集散型控制系统的构成原理。2.熟悉并掌握SUPCONJX-300X集散型控制系统的组态软件使用。3.按照JX-300X系统控制站的自上而下组态流程要求和实验室控制站的实际接线限定，完成DCS实验教学系统的系统单元登录组态、数据转发卡登录组态、I/O卡件登录组态、信号点组态、信号点参数设置组态。二、实验设备1.JX-300X集散控制系统。2.DDZ-Ⅲ压力变送器，DDZ-Ⅲ液位变送器，DDZ-Ⅲ电磁式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻。3.DDZ-Ⅲ型电动执行