过程控制系统平台实训指导

高级过程控制系统实验平台实训指导书动力工程系热控教研室2012年2目录第一章实验装置说明.............................................................................................1第一节系统概述..............................................................................................1第二节THJ-4型高级过程控制系统对象.......................................................3第三节THJ-4型高级过程控制系统实验平台...............................................6第四节软件介绍............................................................................................13第五节实验要求及安全操作规程................................................................14第二章对象特性测试实验...................................................................................16第一节单容自衡水箱液位特性测试实验....................................................16第二节双容水箱特性的测试........................................................................20第三章单回路控制系统实验...............................................................................24第一节单回路控制系统的概述....................................................................24第二节单容液位定值控制系统..................................................................29第三节双容水箱液位定值控制系统............................................................32第四节三容水箱液位定值控制系统............................................................34第五节锅炉内胆水温定值控制系统............................................................36第六节锅炉夹套水温定值控制系统............................................................39第七节单闭环流量定值控制系统................................................................41第四章温度位式控制系统实验...........................................................................43第一节锅炉内胆水温位式控制系统..............................................................43第五章串级控制系统实验...................................................................................46第一节串级控制系统概述............................................................................46第二节水箱液位串级控制系统....................................................................49第三节三闭环液位控制系统........................................................................52第四节锅炉夹套水温与内胆水温串级控制系统........................................54第五节锅炉内胆水温与循环水流量串级控制系统....................................56第六节盘管出口与锅炉内胆的水温串级控制系统....................................58第七节盘管出水口水温与热水流量的串级控制系统................................60第八节下水箱液位与进水流量串级控制系统............................................62第六章比值控制系统实验...................................................................................65第一节单闭环流量比值控制系统................................................................65第二节双闭环流量比值控制系统................................................................68第七章前馈-反馈控制系统实验...........................................................................70第一节下水箱液位前馈-反馈控制系统......................................................70第二节锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统..................................................74第八章滞后控制系统实验...................................................................................76第一节盘管出水口温度滞后控制系统........................................................76第二节盘管出水口流量纯滞后控制系统....................................................79第九章解耦控制系统实验...................................................................................81第一节上水箱水温与液位的解耦控制系统................................................83第二节锅炉内胆水温与夹套水温解耦控制系统........................................861第一章实验装置说明第一节系统概述一、概述“THJ-4型高级过程控制系统实验平台”是由实验控制对象、实验控制台及上位监控PC机三部分组成。它是本企业根据工业自动化及其他相关专业的教学特点，并吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证而推出的一套全新的综合性实验装置。本装置结合了当今工业现场过程控制的实际，是一套集自动化仪表技术、计算机技术、通讯技术、自动控制技术及现场总线技术为一体的多功能实验设备。该系统包括流量、温度、液位、压力等热工参数，可实现系统参数辨识，单回路控制，串级控制，前馈-反馈控制，滞后控制、比值控制，解耦控制等多种控制形式。本装置还可根据用户的需要设计构成AI智能仪表，DDC远程数据采集，DCS分布式控制，PLC可编程控制，FCS现场总线控制等多种控制系统，它既可作为本科，专科，高职过程控制课程的实验装置，也可为教师、研究生及科研人员对复杂控制系统、先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台。学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容：1．传感器特性的认识和零点迁移；2．自动化仪表的初步使用；3．变频器的基本原理和初步使用；4．电动调节阀的调节特性和原理；5．测定被控对象特性的方法；6．单回路控制系统的参数整定；7．串级控制系统的参数整定；8．复杂控制回路系统的参数整定；9．控制参数对控制系统的品质指标的要求；10．控制系统的设计、计算、分析、接线、投运等综合能力培养；11．各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法。二、系统特点真实性、直观性、综合性强，控制对象组件全部来源于工业现场。被控参数全面，涵盖了连续性工业生产过程中的液位、压力、流量及温度等典型2参数。具有广泛的扩展性和后续开发功能，所有I/O信号全部采用国际标准IEC信号。具有控制参数和控制方案的多样化。通过不同被控参数、动力源、控制器、执行器及工艺管路的组合可构成几十种过程控制系统实验项目。各种控制算法和调节规律在开放的实验软件平台上都可以实现。实验数据及图表在上位机软件系统中很容易存储及调用，以便实验者进行实验后的比较和分析。多种控制方式：可采用AI智能仪表控制、DCS分布式控制、S7-200或S7-300PLC可编程控制、DDC远程数据采集控制等多种控制方式。充分考虑了各大高校自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实验、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实验方案，进行综合性、创造性过程控制系统实验的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。三、实验装置的安全保护体系1．三相四线制总电源输入经带漏电保护装置的三相四线制断路器进入系统电源之后又分为一个三相电源支路和三个不同相的单相支路，每一支路都带有各自三相、单相断路器。总电源设有三相通电指示灯和380V三相电压指示表，三相带灯熔断器作为断相指示。2．控制屏上装有一套电压型漏电保护和一套电流型漏电保护装置。3．各种电源及各种仪表均有可靠的自保护功能。4．强电接线插头采用封闭式结构，以防止触电事故的发生。5．强弱电连接线采用不同结构的插头、插座，防止强弱电混接。3第二节THJ-4型高级过程控制系统对象实验对象总貌图如图1-1所示：图1-1实验对象总貌图本实验装置对象主要由水箱、锅炉和盘管三大部分组成。供水系统有两路：一路由三相（380V恒压供水）磁力驱动泵、电动调节阀、涡轮流量计及自动电磁阀组成；另一路由变频器、三相磁力驱动泵（220V变频调速）、涡轮流量计及自动电磁阀组成。一、被控对象由不锈钢储水箱、（上、中、下）三个串接有机玻璃水箱、4.5KW三相电加热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成)、盘管和敷塑不锈钢管道等组成。1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和储水箱。上、中、下水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化和记录结果。上、中水箱尺寸均为：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸为：D=35cm，H=20cm。水箱结构独特，4由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的