中国计量大学-过程控制专业实验考试资料2

一、系统概况过程控制系统是由被控对象和过程控制仪表组成;被控对象：三容串级水槽，模拟锅炉，模拟盘管过程控制仪表：智能仪表（调节器）；电动调节阀，变频器+电机，电热丝（执行器）；铂电阻，压力传感器，流量传感器（测量变送器）二、被控对象1、三容串级水箱被控参数：液位做单容、双容、三容控制实验；每一水槽有相应液位传感器；每水槽有二进水口，二出水口进水口：一路来自执行器1：电动调节阀；一路来自执行器2：变频器+电机回路。出水口：一路下泄；一路过满保护液位传感器（水箱压力传感器）传感器型号：BP800；量程：0~5kPa(水压力：约为0~50cm)；1大气压=10.3米水柱=101.3kPa输出：4~20mA（并联250欧姆电阻可转换成1~5V）。Z：调零点电位器R：调量程电位器2）模拟锅炉ZR被控参数：温度锅炉包括：内胆和夹套；可做一阶，二阶实验流量传感器：三个涡轮流量计：电动调节阀动力支路；变频器控制水泵动力支路；盘管出口处的流量。量程：0～1.2m3/h；输出：4～20mA。三、过程控制仪表液位流量执行器：电动调节阀变频器控制电机温度执行器：加热丝+移相调压控制器位式控制器电动调节阀控制信号是标准信号4~20mADC。阀门开度在0%~100%变化。电动调节阀没有自动复位功能。即没有信号时开度为保持断电时开度。变频器：把~220V变换为电压或频率可变的交流电。调频电机：根据交流电频率改变电机转速，改变泵出水的压力或流量。变频器控制用标准信号4～20mA，对应频率0～50Hz温度控制执行器三相加热丝：位于锅炉内胆中三相移相调压：控制器控制用标准信号4～20mA，输入三相380V，输出0~380V实验管路选择：（1）手动阀手动阀是靠手工进行通断操作的器件。手动球阀（2）电磁阀2位2通，通电改变通断。无电是关闭的，为常闭型。无电是打开的，为常开型。五、传感器（1）液位传感器（2）温度传感器（3）流量传感器六、控制器1、AI808智能仪表输入传感器规格：热电偶、热电阻；线性电压（1~5V，0.2~1V）输出控制信号规格：线性电流输出（4~20mA）继电器开关（位式控制）调节算法：PID调节；自动/手动双向切换，对应闭环、开环控制、位式控制。实际参量与控制信号转换关系（以液位为例）：1、对象结构及与执行器的连接液位对象：画出上、中、下水槽尺寸及位置关系；水槽与执行器之间的连接关系；温度对象：画出模拟锅炉结构；画出锅炉内胆、夹套与执行器的管道连接关系；延迟对象：画出盘管对象与执行器的连接关系；2、检测变送、控制、执行仪表参数：检测变送仪表：液位仪表：进行仪表的调零和量程调整，使得其满足传感器测量要求；（Z为调零，R为调量程）流量仪表：记录铭牌参数，记录仪表的管道位置温度仪表：记录仪表的管道位置；检查记录PT100电阻的连接关系执行仪表：找出三种执行器；说明两个流量执行器与对象之间的的管道连接；说明流量执行器接线；说明温度执行器输入信号与输出电压之间的关系；说明其接线；控制仪表808：说明Ctrl、P、I、D、Sn、DIP、DIL、DIH、Opt、CF、run参数含义；CtrL控制方式CtrL=0，采用位式调节（ON/OFF），只适合要求不高的场合进行控制时采用。CtrL=1，采用AI人工智能调节，该设置下，允许从面板启动执行自整定功能。CtrL=2，启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置为3或4。CtrL=3，采用AI人工智能调节，自整定结束后，仪表自动进入该设置，该设置下不允许从面板启动自整定参数功能。以防止误操作重复启动自整定。CtrL=4，该方式下与CtrL=3时基本相同，但其P参数定义为原来的10倍，即在CtrL=3时，P=5，则CtrL=4时，设置P=50时二者有相同的控制结果。在对极快速变化的温度（每秒变化100℃以上），在CtrL=1、3时，其P值都很小，有时甚至要小于1才能满足控制需要，此时如果设置CtrL=4，则可将P参数放大10倍，获得更精细的控制。温度变送器/程序发生器功能：若设置CtrL=0而OPt参数（见后文）又将主输出定义为电流输出（OPt=1、2或4分别表示为0~10mA、0~20mA或4~20mA输出），则对于AI-708/808仪表将把PV值变送为电流信号从OUTP位置输出，而对于AI-708P/808P则将把SV值变送为电流信号从OUTP位置输出，成为程序发生器。可以用dIL、dIH参数设置要变送值的下限或上限。新一代X3/X5电流输出模块精度为0.2级，加上测量误差，综合变送精度约0.3~0.4级精度。P速率参数P与每秒内仪表输出变化100％时测量值对应变化的大小成反比，当CtrL=1或3时，其数值定义如下：P＝1000÷每秒测量值升高值（测量值单位是0.1℃或1个定义单位）如仪表以100％功率加热并假定没有散热时，电炉每秒升1℃，则：P＝1000÷10＝100P值类似PID调节器的比例带，但变化相反。P值越大，比例、微分作用成正比增强，而P值越小，比例、微分作用相应减弱。P参数与积分作用无关。P比例带定义APID及PID调节的比例带，单位与PV值相同，而非采用量程的百分比。注：通常都可采用At功能确定P、I、D及CtI参数值，但对于熟悉的系统，比如成批生产的加热设备，可直接输入已知的正确的P、I、D、CtI参数值。1~32000单位I积分时间定义PID调节的积分时间，单位是秒，I=0时取消积分作用。1~9999秒D微分时间定义PID调节的微分时间，单位是0.1秒。d=0时取消微分作用。0~3200秒Sn输入规格Sn用于选择输入规格，其数值对应的输入规格如下：Sn=10时，采用外部分度号扩展，用户可以自行输入非线性输入表格。dIP小数点位置线性输入时：定义小数点位置，以配合用户习惯的显示数值。dIP=0，显示格式为0000，不显示小数点dIP=1，显示格式为000.0，小数点在十位。dIP=2，显示格式为00.00，小数点在百位。dIP=3，显示格式为0.000，小数点在千位。采用热电偶或热电阻输入时：此时dIP选择温度显示的分辨率dIP=0，温度显示分辨率为1℃（内部仍维持0.1℃分辨率用于控制运算）。dIP=1，温度显示分辨率为0.1℃（1000℃以上自动转为1℃分辨率）。dIL输入下限显示值用于定义线性输入信号下限刻度值，对外给定、变送输出、光柱显示均有效。例如在采用压力变送器将压力（也可是温度、流量、湿度等其它物理量）变换为标准的1~5V信号输入（4~20mA信号可外接250欧电阻予以变换）中。对于1V信号压力为0，5V信号压力为1MPa，希望仪表显示分辩率为0.001MPa。则参数设置如下：Sn＝33（选择1~5V线性电压输入）dIP＝3(小数点位置设置，采用0.000格式)dIL＝0.000(确定输入下限1V时压力显示值)dIH＝1.000(确定输入上限5V时压力显示值)-1999~+9999线性单位或1℃dIH输入上限显示值用于定义线性输入信号上限刻度值，与dIL配合使用。OPt输出方式OPt表示仪表的调节输出方式：OPt=OPt.A×1+OPt.B×10OPt.A表示主输出（OUTP）类型，OUTP上安装的模块类型应该与之相适合。OPt.A=0，当主模块上安装SSR电压输出、继电器触点开关输出、过零方式可控硅触发输出或可控硅无触点开关输出等模块时，应用此方式。OPt.A=1，0~10mA线性电流输出，主输出模块上安装线性电流输出模块。OPt.A=2，0~20mA线性电流输出，主输出模块上安装线性电流输出模块。OPt.A=3，备用。OPt.A=4，4~20mA线性电流输出，主输出模块上安装线性电流输出模块。OPt.A=5~7，位置比例输出（只适合AI-808/808P）。其中OP1、OP2可用于直接驱动阀门电机正、反转，其中OPt.A=5适合无阀门反馈信号控制，要求阀门行程时间为60秒，OPt.A=6可从0~5V输入端输入阀门位置反馈信号，要求阀门行程时间大于10秒即可，OPt.A=7为阀门位置自整定功能，整定完毕后会自动将OPt.A设置为6。通过对参数dF的设置可以作为阀门位置不灵敏区大小的调整，建议设置范围是1.0~3.0（%），加大参数dF值，可避免阀门频繁转动，但太大的dF值，将导致控制精度下降。dF参数此时仍对报警起作用。OPt.A=8，单相移相输出，应安装K5移相触发输出模块实现移相触发输出。OPt.A=5~8时，在该设置状态下，AUX不能作为调节输出的冷输出端。OPt.B表示辅助接口（AUX）输出类型，仅当oPL参数设置小于0时方起作用。OPt.B=0，输出为时间比例输出方式，AUX位置可安装SSR电压输出、继电器触点开关输出、过零方式可控硅触发输出模块或可控硅无触点开关输出等模块。OPt.B=1、2、4，分别表示为0~10mA、0~20mA及4~20mA线性电流输出，AUX输出模块上安装线性电流输出模块。OPt.B=3，备用于将来其它用途，请勿使用该设置。AUX输出不支持位置比例或移相触发输出功能。例如：仪表要求OUT输出为4~20mA，没有辅助输出，则设置oP=4。CF系统功能选择CF参数用于选择部分系统功能：CF=A×1+B×2+C×4+D×8+E×16+F×32+G×64+H×128A=0，控制为反作用调节，适用加热控制；A=1，为正作用调节，如致冷控制。B=0，仪表报警无上电/给定值修改免除报警功能；B=1，仪表有上电/给定值修改免除报警功能（详细说明见后文叙述）。C=0，作为程序发生器时PV窗显示程序段；C=1则显示测量值（仅AI-708P/808P）。C=0，给定值设置范围限制在HIAL和LoAL之间；C=1，给定值设置范围不限制（该功能仅限限于AI-708/808，对于AI-708P/808P则不限制给定值设置范围）。D=0，程序时间以分为单位；D=1，以秒为单位（仅适用AI-708P/808P型）。D=0，无外给定功能；D=1，有外给定功能（仅适用AI-808型）。E=0，无分段功率限制功能，E=1，有分段功率限制功能（详见后文叙述）。F=0，仪表光柱指示输出值，F=1，仪表光柱指示测量值（仅带光柱的仪表）。G=0时，报警时在下显示器交替显示报警符号，能迅速了解仪表报警原因；G=1时，报警时在下显示器不显示报警符号，一般用于将报警作为控制的场合。H=0，报警为单边回差；H=1，报警为双边回差（与V6.X版本兼容）。例子：要求一台AI-708型仪表为反作用调节，有上电免除报警功能，给定值设置范围无限制，无分段功率限制功能，无光柱，报警时下显示器交替显示报警符号，则可得：A=0，B=1，C=1，D=0，E=0，F=0。CF参数值应设置如下：CF=0×1+1×2+1×4+0×8+0×16+0×32+0×64+0×128=6run运行状态及上电信号处理（1）对AI-808型仪表，run参数定义自动/手动工作状态。run=0，手动调节状态。run=1，自动调节状态。run=2，自动调节状态，并且禁止手动操作。不需要手动功能时，该功能可防止因误操作而进入手动状态。通过RS485通讯接口控制仪表操作时，可通过修改run参数的方式用计算机（上位机）实现仪表的手动/自动切换操作。（2）对于AI-708P/808P仪表，run参数定义AI-708P/808P型仪表程序运行模式。run=A×1+D×8+F×32其中A用于选择5种停电事件处理模式，D用于选择4种运行/修改事件处理模式：A=0，除非停电前为停止状态，否则来电后都自动从第1段开始运行程序。A=1，在通电后如果没有偏差报警，则在原终止处继续执行，若有偏差报警则程序停止。A=2，在仪表通电后继续在原终止处执行。A=3，通电后无论出现何种情况，仪表都进入停止状态。A=4，仪表在运行中停电，来电后无论出现何种情况，仪表都进入暂停状态。但如果仪表停电前为停止状态，则来电后仍保持停止状态。D用于选择运行/修改事件处理，其设置定义如下：D=0，无测量值启动功能和准备功能，程序按原计划执行，这种模式保证了固定