EFAT-P型过程控制实验装置使用说明书

EFAT/P型过程控制实验装置使用说明书
上海新奧托實業有限公司
2004年9月14日
目录
EFAT/P过程控制实验装置简介 (2)
实验装置简介 (2)
控制对象 (2)
控制对象的图纸和手动阀的操作 (3)
过程控制操作台 (3)
交流变频调速装置（MM420）操作控制 (4)
AI全通用人工智能调节器使用说明及参数 (7)
QS智能调节阀工作原理 (15)
电磁流量计测量原理 (15)
铂电阻工作原理 (16)
扩散硅工作原理 (16)
实验一: §1-3-1双容(二阶)滞后数学模型测试 (17)
实验二:§2-1-1进水流量F1定值调节之一 (20)
实验三:§2-2-4出水压力P2定值调节之四 (24)
实验四:§2-3-4锅炉液位L2定值调节之一 (27)
实验五:§2-4-1锅炉静止水温度T1定值调节 (30)
实验六:§4-1-1进水流量F1跟随出水流量F2的比值调节 (34)
实验七:§4-3-2锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1的调节 (38)
实验八:§5-1-1锅炉液位L2定值调节(板卡控制) (42)
EFAT/P过程控制实验装置简介
实验装置简介
本实验装置由控制对象及过程控制的操作台两部分组成，并与上位机实现通讯，构成多种形式的监控，实现过程控制自动化和过程管理现代化。

系统结构图如下：
本实验指导书以基本配置，AI调节仪表与上位计算机通讯进行监控为实验背景而写。

控制对象
控制对象由工艺设备和现场仪表、电气负载三部分组成。

(一)工艺设备包括：
1.内部4.5KW三相星形连接电热丝，19升的热水夹套锅炉；
2.38升的高位溢流水箱（产生稳定压力的工艺介质——水）；
3.35升的液位水槽和105升的计量水槽；
4.配三相电机的循环水泵；
5.2只电磁阀（用于扰动）和28只手动球阀。

控制对象的图纸和手动阀的操作
总图实线内的图形、方框为安装在对象框架内的工艺设备及流量、压力、液位、温度信号的检测、变送、执行单元，虚线方框为安装在操作台上的变送、执行单元。

22
变更后的工艺流程。

可用简化图的形式表示。

过程控制操作台
1.操作台配电
操作台面板的第一层为信号接线板。

接线板的左边是电源配电部分，其右边是从控制对象中传送来的现场仪表信号和电气负载。

面板的第二层插入实验板。

每层最多插入8块实验板。

1)循环水泵的三相电机（星形连接）供电端子U,V,W。

2)锅炉加热的三相电热丝（星形连接）供电端RL1, RL2, RL3, RN。

3)锅炉夹套加热的单相电热丝供电端子RL,RN（可选件）。

4)面板上标有“电磁阀”区域中的VD11、VD12端子内部已连接到一继电器，经继电
器控制220VAC供电给电磁阀；同时该区域中标有“OV”（或-24V）端子已连接到同一面板上标有“24VDC”及“OV”端子区域的“OV”端子。

●水泵禁止空转：必须有水流通的情况下，水泵才能运转；第一次启动前必须将水泵注满
水（在水泵上口有一只螺帽是注水口）。

●每次启动水泵，水槽液位必须高于水泵
●水泵禁止缺相运转：可采用变频器供电起到保护作用。

●加热时禁止干烧：液面必须保持在电热管之上。

交流变频调速装置（MM420）操作控制
1.实验准备
将主板转换开关切换到水泵变频器供电，并合上变频器供电三相电源，参数设定后，将变频器使能的转换开关切换到ON上。

2.设置参数
先将变频器参数回复到出厂缺省值,设置参数P0010=30、P0907=1然后按下P键10秒种后回复完成。

何选择详见说明书。

将信号台面板上的变频使能的转换开关切换到ON上，则变频器便使水泵转速由数显智能调节仪所输出值控制。

注：数显智能调节仪输出的电流信号0—20mA，而变频器接受的是0—10V电压信号，故在其3、4号输入端跨接500欧姆精密电阻。

若水泵的转速方向与要求不符，可改变U、V、W相序，亦可让交流变频器反向，具体操作详见说明书。

5.用基本操作板（BOP）进行调试
利用基本操作面板（BOP）可以改变变频器的各个参数。

为了
利用BOP设定参数，必须首先拆下SDP，并装上BOP。

BOP具有7 段显示的五位数字，可以显示参数的序号和数值，报
警和故障信息，以及设定值和实际值。

参数的信息不能用BOP存储。

表3－2 表示由BOP操作时的工厂缺省设置值。

提示：
在缺省设置时，用BOP 控制电动机的功能是被禁止的。

如果要用BOP 进行控制，参数P0700 应设置为1，参数P1000 也应设置为1。

变频器加上电源时，也可以把BOP 装到变频器上，或从变频器上将BOP 拆卸下来。

如果BOP 已经设置为I/O 控制（P0700=1），在拆卸BOP 时，变频器驱动装置将自动停车。

表3-2 用BOP操作时的缺省设置值
7.用基本操作面板（BOP）更改参数的数值
下面的图表说明如何改变参数P0004的数值。

修改下标参数数值的步骤见下面列出的
P0719例图。

按照这个图表中说明的类似方法，可以用‘BOP’设定任何一个参数。

按
按
按入参数数值访问级
按
按
按
按
按入参数数值访问级
按显示当前的设定值
按
按
按
按
说明- 忙碌信息
修改参数的数值时，BOP有时会显示：表明变频器正忙于处理优先级更高的任务。

8.改变参数数值的一个数字
为了快速修改参数的数值，可以一个个地单独修改显示出的每个数字，操作步骤如下：确信已处于某一参数数值的访问级（参看”用BOP修改参数”）。

○1. 按(功能键)，最右边的一个数字闪烁。

○2. 按/，修改这位数字的数值。

○3. 再按(功能键)，相邻的下一位数字闪烁。

○4. 执行2至4步，直到显示出所要求的数值。

○5. 按，退出参数数值的访问级。

提示
功能键也可以用于确认故障的发生。

AI全通用人工智能调节器使用说明及参数
1.面板说明
(1)
(2)
(3)
(4)
(1) 调节输出指示灯
(2) 报警1指示灯(3) 报警2指示灯
(4) AUX 辅助接口工作指示灯
(5) 显示转换(兼参数设置进入)
(6) 数据移位（兼手动/动切换及程序设置进入）(7) 数据减少键（兼程序运行/暂停操作）(8) 数据增加键（兼程序停止操作）(9) 光柱（选购件），可指示测量值或输出值(10) 给定值显示窗(11) 测量值显示窗
(11)
(10)
(9)
2. 显示状态
注意：不是所有型号仪表都有以上图形描述的显示状态，依据功能不同，AI －708只有①、⑤两种状态，AI －808有①、②、⑤三种显示状态，而AI －808P 则具备以上所有显示状态。

仪表上电后，将进入显示状态①，此时仪表上显示窗口显示测量值（PV ），下显示窗口显示给定值（SV ）。

对于AI －808/808P 型仪表，按键可切换到显示状态②，此时下显示窗显示输出值。

状态①、②同为仪表的基本状态，在基本状态下，SV 窗口能用交替显示的字符来表示系统某些状态，如下：
1) 输入的测量信号超出量程（因传感器规格设置错误、输入断线或短路均可能引起）时，
则闪动显示”orAL"。

此时仪表将自动停止控制，并将输出固定在参数oPL 定义的值上。

2) 有报警发生时，可分别显示”HIAL ”、”LoAL ”、”dHAL ”或”dLAL ”，分别表示发生了上
限报警、下限报警、正偏差报警和负偏差报警。

报警闪动的功能是可以关闭的（参看ALP 参数的设置），将报警作为控制时，可关闭报警字符闪动功能以避免过多的闪动。

3) 对于AI －808P 程序型仪表，字符闪动还表示程序运行状态。

当程序正常运行时（run
状态），无闪动字符，而当程序分别处于停止状态、暂停状态和准备状态时，则分别闪动”StoP ”，”HoLd ”和rdy ”字符。

仪表面板上还有4个LED 指示灯，其含义分别如下：
OUT 输出指示灯：输出指示在线性电流输出时通过亮／暗变化反映输出电流的大小，在时间比例方式输出（继电器、固态继电器及可控硅过零触发输出）时，通过闪动时间比例
反映输出大小。

AL1、AL2和AUX 指示灯：当AL1、AL2和AUX 动作时分别点亮对应的灯，对输入／输出均有效。

当AUX 用于线性电流输出时，AUX 呈快速闪动状态而无法向OUT 灯一样通过亮／暗变化反映输出电流的大小，这是正常现象，并不影响其电流输出的稳定性。

部分面板可能无AUX 指示灯而有MAN 指示灯，灯亮时表示AI-808/808P 仪表处于手动输出状态。

3. 基本使用操作 1) 显示切换：按键可以切换不同的显示状态。

AI －808可在①、②两种状态下切换，
AI －808P 可在①、②、③、④等4种状态下切换，AI －708只有显示状态①，无需切换。

2) 修改数据：如果参数锁没有锁上，仪表下显示窗显示的数值除AI －808/808P 显示的
自动输出值，AI －808P 显示的已运行时间和给定值不可直接修改外，其余数据均可通过按
、或键来修改下显示窗口显示的数值。

例如：需要设置给定值时（AI －708/808型），可将仪表切换到显示状态①，即可通过按、或键来修改给定值。

AI 仪表同时具备数据快速增减法和小数点移位法。

按键减小数据，按键增加数据，可修改数值位的小数点同时闪动（如同光标）。

按键并保持不放，可以快速地增加/减少数值，并且速度会随小数点会右移自动加快（3级速度）。

而按
键则可直接移动修改数据的位置（光标），操作快捷。

3) 手动/自动切换（仅适用AI －808/808P ）：在显示状态②下，按A/M 键（即键），
可以使仪表在自动及手动两种状态下进行无扰动切换。

在显示状态②且仪表处于手动状态下，直接按键或键可增加及减少手动输出值。

通过对run 参数设置（详见后文），也可使仪表不允许由面板按键操作来切换至手动状态，以防止误入手动状态。

4) 设置参数：在基本状态（显示状态①或②）下按键并保持约2秒钟，即进入参数
设置状态（显示状态⑤）。

在参数设置状态下按键，仪表将依次显示各参数，例如上限报警值HIAL 、参数锁Loc 等等，对于配置好并锁上参数锁的仪表，只出现操作工需要用到的参数（现场参数）。

用、、等键可修改参数值。

按键并保持不放，可返回显示上一参数。

先按键不放接着再按键可退出设置参数状态。

如果没有按键操作，约30秒钟后会自动退出设置参数状态。

如果参数被锁上（后文介绍），则只能显示被EP 参数定义的现场参数（可由用户定义的，工作现场经常需要使用的参数及程序），而无法看到其它的参数。

不过，至少能看到Loc 参数显示出来。

4. 参数功能说明
QS智能调节阀工作原理
输入信号4~20mA输入至QSL电动执行机构的智能控制板和来自位置信号发生组件生产的开度信号相比较并放大，向消除其偏差的方向驱动并控制电机转动。

当其偏差值达到零时，电机停止转动。

输入信号按一定比例决定了输出轴的位置。

QSL执行机构由智能控制板、反馈组件、手轮、限位开关等组成。

智能放大器电路原理图见下图，QS智能控制板以专用单片微处理器为基础，通过输入回路把模拟信号，阀位电阻值信号转换成数字信号，微处理器根据采样结果通过人工智能控制软件后，显示结果及输出控制信号。

电磁流量计测量原理
电磁流量计的测量原理基于法拉第电
磁感应定律。

当一个导体在磁场内运动，
在与磁场方向、运动方向互相垂直方向的
导体两端，会有感应电动势产生。

电动势
的大小与导体运动速度和磁感应强度大小
成正比。

在图1中，当导电流体以平均流速V
（m/s）通过装有一对测量电极的一根内
径为D（m）的绝缘管子流动时，并且该
管子处于一个均匀的磁感应强度为B（T）
的磁场中。

那么，在一对电极上就会感应
出垂直于磁场方向和流动方向的电动势
E。

由电磁感应定律可写做：
E=KBVD（V）
K=仪表常数
B=磁感应强度（T）
V=测量管截面内的平均流速（m/s）
D=测量管的内直径（m）
因此要求被测的流动液体具有最低限
度的电导率。

其感应电压信号通过二个与
液体直接接触的电极检出，并通过电缆传
送至放大器，然后转换成统一的标准输出
信号。

电磁流量计由流量传感器和转换器两
大部分组成。

传感器典型结构示意如图2，
测量管上下装有激磁线圈，通激磁电流后
产生磁场穿过测量管，一对电极装在测量
管内壁与液体相接触，引出感应电势，送
到转换器。

激磁电流则由转换器提供。

铂电阻工作原理
工业用热电阻分为铂
热电阻和铜热电阻两大类。

热电阻是利用物质在
温度变化时自身电阻也随
着发生变化的特性来测量
温度的。

热电阻的受热部分
（感温元件）是用细金属丝
均匀地双绕在绝缘材料制成
的骨架上。

当被测介质中有
温度梯度存在时，所测的温
度是感温元件所在范围内介质层中的平均温度。

装配式热电阻主要有接线盒、保护盒、接线端子绝缘套管和感温元件组成基本结构，并配以各种安装固定装置组成。

扩散硅工作原理
扩散硅微差压变送器进口扩散
硅压力芯片，灵敏度高、精度高、
抗过载能力强。

敏感元件采用扩散
或离子注入等工艺形成电阻并连接
成惠斯通电桥，用微机械加工技术
在电桥下形成压力敏感膜片。

当压
力作用在膜片上时，由于压阻效应，
电阻值发生变化并且产生一个与作
用压力成正比的线性化的输出信
号。

我们在惠斯通电桥上加上直流
电源，就会产生一个直流电压信号
的输出。

经过二次转换线路，实现
两线制4~20mA 输出。

如图所示。

实验一:§1-3-1双容(二阶)滞后数学模型测试实验目的
1.了解双容对象对于扰动响应的时间,容量滞后特性.
2.掌握智能数显调节仪表的基本操作.
3.熟悉系统构成及工作原理.
实验设备
过程控制对象一套,系统操作台一台,数显智能调节仪表(EFPT-0102)两块. 实验方法与内容
(一)实验内容
1.熟悉双容控制系统的原理结构.
2.数显智能调节仪表的参数设置.
3.记录双容对象对于扰动响应时间容量滞后特性.
(二)实验方法
1.按图1-1组成系统工艺流程，按变频器的操作方式连接水泵电源，变频器作面板操作.
2.按照图1-2接线图连接变频器、锅炉液位的数显表并设定液位参数.
3.对数显智能调节仪表设定参数:(仅供参考)
4.打开计算机，进入MCGS运行环境，点击选择实验§1-3-1，出现§1-3-1画面，并观
察变化曲线。

启动水泵，开始计时（按计算机上的计时器），当水箱液位有显示时，计时停止，记一下第一容器的滞后时间.打开V33并计时（按计算机上的计时器），当锅炉液位有显示时，计时停止，记下第二容器的滞后时间.
5.增大变频器的频率，加一扰动约20%.观察第一容器、第二容器的变化曲线，并纪录双
容对象对于扰动响应时间阶段响应曲线，写出传递函数.
实验报告
1.了解双容2阶滞后时间的测试方法.
2.熟悉系统的组成条件.
图1-1
图1-2
实验二:§2-1-1进水流量F1定值调节之一实验目的
1.掌握进水流量控制原理图;
2.掌握进水流量控制原理图;
3.掌握智能调节仪的基本操作与整定方法;
4.观察流量控制系统的控制方式.
实验设备
过程控制对象一套,控制系统操作台一台,数显智能调节仪(EFPT-0102)一块.
实验方法与内容
(一)实验内容
1.熟悉进水流量控制系统的原理结构图.
2.用智能仪表对对象的参数设置.
3.手动和自动整定仪表P.I.D参数.
4.观察P.I.D参数变化对系统的影响.
(二)实验方法
1.按照图2-1及图2-2,正确开关工艺管路和连接电气电路.
3.打开计算机,进入MCGS运行环境,点击选择实验2-1-1,出现2-1-1画面,观察变化曲
线.
4.启动水泵,等高位水箱开始溢流,将调节器设定参数(SV)为30,观察溢流情况.待稳定后
加干扰,观察调整过程及响应曲线.
5.将仪表设定为自整定状态,改设定值(SV)为50.观察系统的调整过程,记录打印特性曲
线.
实验报告
1.分析智能调节仪不同的P.I.D参数动态相应的影响.
2.分析加扰动后,对系统输出的动态响应的影响.
3.熟悉流量控制原理.
图2-1
图2-2
实验三:§2-2-4出水压力P2定值调节之四
实验目的
1.掌握单回路控制系统参数的整定方法.
2.掌握智能仪表的基本操作及整定方法.
3.熟悉压力调节的回路构成,观察压力调节的方式.
实验设备
过程控制系统一套,数显智能调节仪(EFPT-0102) 一块.
实验内容与方法
(一)实验内容
1.设计出水压力并联控制系统的原理结构图.
2.用仪表整定系统参数.
3.手动.自动整定控制器的P.I.D参数.
4.观察P.I.D参数变化对系统的影响.
(二)实验方法
1.按图3-1及图3-2正确开关工艺管路和连接电气接线图.
3.打开计算机进入MCGS运行环境,点击实验2-2-4出现该画面,观察仪表读数及响应曲
线.
4.启动水泵,等高位水箱开始溢流(恒压状态下)才能做实验.
5.将调节器设定(SV)为50kPa,稳定后记下P.I.D参数.
6.加扰动,观察系统动态响应曲线.
7.将仪表设定为自整定,系统稳定后记下P.I.D参数.
实验报告
1.分析不同的P.I.D对系统的响应影响.
2.书写实验报告并附曲线.
3.分析控制压力控制原理.
图3-1
图3-2
实验四:§2-3-4锅炉液位L2定值调节之一
实验目的
1.掌握单回路控制参数的整定方法.
2.掌握智能仪表的基本操作与整定方法.
实验设备
过程控制系统一套, 控制系统操作台一台,数显智能调节仪(EFPT-0102)一块.
实验内容及方法
(一)实验内容
1.熟悉单回路、管路连接以及控制电器连接
2.手动整定和自动整定控制器的P.I.D参数
3.观察P.I.D参数变化对系统响应影响.
(二)实验方法
1.按图4-1及图4-2正确接线,按要求打开、关闭手阀.
2.系统上电,打开水泵,等高位水箱开始溢流(恒压状态下),才能做实验.
4.打开计算机,进入MCGS运行环境,点击选择实验2-3-4,出现该画面,观察仪表读数及
响应曲线.
5.将智能调节仪设定为200mm,并手动设置P.I.D参数,待系统稳定后,将SV突加到
250mm,记下变化时间和变化PV值,画出曲线.
6.将智能调节仪置为自整定方式,待稳定后,记录P.I.D参数.
实验报告要求
1.分析智能仪表不同的PID参数对系统的影响
2.书写实验报告并附曲线.
图4-1
图4-2
实验五:§2-4-1锅炉静止水温度T1定值调节
实验目的
1.掌握静止水温测试方法，并通过实验了解对象的温度曲线.
2.用冷水扰动测定动态温度特征，并求取对象温度变化曲线.
3.掌握调节仪的设置和整定方法.
实验设备
过程控制系统一套, 控制系统操作台一台,数显智能调节仪(EFPT-0102)一块,数显智能报警仪(EFPT-0103)一块,接触器模板(EFAT/E-D9901)一块,温度调控器(EFPT-0104)一块.
实验内容与方法
(一)实验内容
1.测取过程控制对象温度的静态和动态特征.
2.手动整定和自动整定控制器的P.I.D参数.
3.观察P.I.D参数变化对温度调节的影响.
4.了解掌握铂电阻的工作特性.
(二)实验方法
1.按图4-1及图4-2正确接线,按要求打开.关闭手阀.
2.打开总电源.单相.直流电源,打开水泵.
3.打开计算机,进入MCGS运行环境,点击选择实验2-4-1,出现该画面,观察仪表读数及
响应曲线.
4.当锅炉液位到一定时,液位报警仪不起作用关闭V51,V21.
6.对数显智能报警仪进行参数设定:SV=250时的参数(仅供参考)
7.调整智能仪表设定值(SV),用手动整定P.I.D参数
8.系统稳定后,读取SV与PV值,计算误差.
9.将智能仪表设置为自整定模式,系统稳定后,读取SV与PV值,计算误差,记录整定后的
P.I.D值.
10.画出T升温曲线
11.加入冷水(打开V51)产生阶跃,画出温度曲线.
实验报告要求
1.分析智能仪表不同的PID参数对系统温度的影响
2.书写实验报告并附曲线.
图5-1
图5-2
实验六:§4-1-1进水流量F1跟随出水流量F2的比值调节
实验目的
1.掌握比值控制系统参数整定与设计方法.
2.掌握智能调节仪的参数设定.
3.研究从动量与主动量变化的关系与控制精度.
实验设备
过程控制系统一套, 控制系统操作台一台,数显智能调节仪(EFPT-0102)两块.
实验内容及方法
(一)实验内容
1.设计比值控制回路
2.设定智能调节仪参数与P.I.D参数
3.加入扰动，观察对主动、从动量的影响.
(二)实验方法
1.按图6-1及图6-2正确接线,按要求打开、关闭手阀.
2.系统上电，设定主、副调节仪表参数，
主调节器参数：
副调节器参数：
3.打开计算机,进入MCGS运行环境,点击选择实验4-1-1,出现该画面,观察仪表读数及
响应曲线.
4.启动水泵等高水位水箱溢流后，（恒压状态）开始做实验。

调整P.I.D参数到最佳效果.
5.待系统稳定后，加10%的扰动，观察主动、从动量变化情况，提高主参数控制质量. 实验报告
1.分析比值控制系统如何提高主参数的控制精度.
2.分析扰动对系统控制的影响.
3.分析主动量和从动量之间的动态关系.
图6-1
图6-2
实验七:§4-3-2锅炉液位L2调节之一串级进水流量F1的调节
实验目的
1.掌握以流量为副参数串级控制系统参数整定.
2.掌握智能仪表的参数设定方法.
3.研究串级控制系统对扰动的调节作用及克服二次扰动能力.
实验设备
过程控制系统一套, 控制系统操作台一台,数显智能调节仪(EFPT-0102)二块.
实验内容和方法
(一)实验内容
1.设计串级控制系统的动态结构图.
2.智能仪表控制参数.
3.加入不同扰动,观察扰动对主.副参数的影响.
4.获得满意的主.副回路的动态响应特性.
(二)实验方法
1.按照图7-1及图7-2正确连接工艺管路及电气电路.
2.系统上电,设定主.副调节器参数,将主控制器(SV)设定为200mm,副控制器设定为外
部给定.
4.副调节器参数设定:(仅供参考)
5.打开计算机,进入MCGS运行环境,点击选择实验4-3-2,出现该画面,观察仪表读数及
响应时间.
6.启动水泵,等高位水箱溢流后(恒压状态),开始做实验.
7.将智能调节仪置于手动调节P.I.D参数,直到获得最佳控制效果.
8.待系统稳定后,为扰动5%,观察串级控制系统如何克服扰动,提高主调节器的控制质量. 实验报告
1.分析串级控制系统如何提高主调节器的控制精度的.
2.分析主.副回路克服扰动的能力.
3.分析加入扰动,对系统的影响.
图7-1
图7-2
实验八:§5-1-1锅炉液位L2定值调节(板卡控制)
实验目的
1.掌握单回路控制参数的整定方法.
2.掌握采集板卡控制的基本操作与整定方法.
实验设备
过程控制系统一套, 控制系统操作台一台,数显智能调节仪(EFPT-0102) 一块,采集板卡模板一块.
实验方法与内容
(一)实验内容
1.熟悉单回路.管路连接以及采集板卡控制电器连接.
2.观察P.I.D参数变化对系统响应影响.
(二)实验方法
1.按照图8-1及图8-2正确开关工艺管路和连接电气接线图.
2.系统上电,打开水泵,等高位水箱开始溢流(恒压状态下),才能做实验.
3.由于采集板卡的模拟量输出是0~5V的电压,而调节接受的控制信号是4~20mA的电
流信号,所以需要进行信号转换,故在此使用一块智能调节仪进行信号转换设定智能仪
4.打开计算机,进入MCGS运行环境,点击选择5-1-1实验,出现该画面,观察响应曲线.
5.将设定值设定为200mm,并手动设置P.I.D参数,待系统稳定后,将设定值突加到
250mm,记下变化时间和变化PV值,画出曲线.
实验报告要求
1.分析P.I.D参数的不同对系统动态相应的影响.
2.书写实验报告.
3.绘制实验曲线.
图8-1
图8-2。