A3000高级过程控制实验系统的操作规程
A3000过程控制实验指导第一章
第一章A3000高级过程控制实验系统概述本章介绍A3000高级过程控制实验系统整个测试平台的构成。
A3000包括物理硬件系统以及配置的软件系统。
第一节总体架构A3000测试平台总体物理系统如图1.1所示，包括控制系统和现场系统，控制系统可有30多种，现场系统可具有现场总线。
总体逻辑结构如图1.2所示。
图1.1 Au3000测试平台物理系统A3000现场系统特性：➢尺寸：1450（毫米宽度）X700（毫米深度）X1950（毫米高度），全不锈钢框架；➢电力：三相接地四线制380V 0%，单相三线制，220V 10%；➢能耗：最大额定用电6kw/h。
自来水120L，可重复使用；A3000控制系统特性：➢尺寸：800(宽度)X60（深度）X1950（高度）。
标准工业机柜；➢电力：单相三线制，220V 10%；➢能耗：最大额定用电1kw/h；第二节测试平台现场系统物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器），从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。
下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。
系统必须可靠接地，以防止因动力设备静电积累而造成触电或设备损坏。
一现场系统结构示意图现场系统结构示意图如图1.3所示。
图1.3 现场系统结构示意图总体的测点清单如表1.1所示。
表1.1 整体流程测点清单8 XV-101 电磁阀一支路给水切断光电隔离DO NC9 XV-102 电磁阀二支路给水切断光电隔离DO NC10 AL-101 告警光电隔离DO NC11 FT-101 涡轮流量计一支路给水流量4-20mADC AI0~3m3/h12 FT-102 电磁流量计二支路给水流量4-20mADC AI0~3m3/h13 PT-101 压力变送器给水压力4-20mADC AI150kPa14 LT-101 液位变送器上水箱液位4-20mADC AI 2.5 kPa15 LT-102 液位变送器中水箱液位4-20mADC AI 2.5 kPa16 LT-103 液位变送器下水箱液位4-20mADC AI 2.5 kPa17 LT-104 液位变送器锅炉/中水箱右液位4-20mADC AI0~5kPa18 FV-101 电动调节阀阀位控制4-20mADC AO 0~100%19 GZ-101 调压模块锅炉水温控制4-20mADC AO 0~100%20 U-101 变频器频率控制4-20mADC AO 0~100%注：所列信号类型为原始信号，在控制柜中Pt100经过变送器转换成了4～20mA。
A3000的液位控制系统设计
（ａ ｚｏ ｏｌ ｅｏ ｅｏｈｍｉ ｌ ｅｈ ｏ ｇ ，Ｌ ｎｈ ｕ７０ ６ Ｃ ｉａ Ｌ ｎｈｕＣ ｌｇ ｅ ｆＰ ｔ ｃｅ ｃ ｃｎｌ ｙ ａｚｏ ３０ ０， ｈｎ ） ｒ ａＴ ｏ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ｔ ｉ ｐ ｐ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｌ ｎ ｅ ｉ ｅＡ３ ０ ｎ ｅｌ ｅ ｔｉ ｓ ｕ ｎ ｎ ｔ ｏ ｏ ｉ ｓ ｒ ｃ ： ｈ ｓ ａ ｅ ｔｏ ｕ ｅ ｏ ｔ ｌ ｇ ｄ ｖｃ ０ ０ ｉ ｔ ｌ ｇ ｎ ｔ ｍｅ ｔ ｄ ｉ Ｓｃ ｍｐ ｓ－ ｉ ｈ ｏｉ ｉ ｎ ｒ ａ ’ ｔ ｎ Ａｌ ｎ ｒ ｄ ｃ ｓ ｄ ｓｇ ｔ ｏ ｎ ｅ ｅｏ ｍｅ ｔｐ ｏ ｅ ｓ ｆｒ ｕ ｉ ｇ Ｋ ｎ ｖｅ ． ｏ ｔ ｒ ｅ ｅｏ — ｉ ． ｓ ｉｔｏ ｕ ｅ ｅ ｉｎ ｍｅｈ ｄ ａ ｄ ｄ ｖ ｌｐ ｎ ｒｃ ｓ ｏ ｓｎ ｉ ｇ ｉｗ ６ ５ ｓ ｆ ｏ ｏ ｗａ ｅ ｄ ｖ ｌ ｐ
赢得 了日益广泛的市场 ， 电力、 在 化工、 交通 、 机械 、 过程控制等领域发挥重要作用。 组态王可 以与一些 常用 ＩＯ设 备直接进行通 ／ 信。ＩＯ设备 包括 Ｐ Ｃ 智 能模块、 卡、 ／ Ｌ、 板 智能仪表
基金项 目： 基于虚拟技术的 自动化控制实训室的构建 （０５— ２ １１ ０ ） 作者简介 ： 王银锁 （ ９ ６ ， ， １６ ） 女 河北阜城人 ， 大学本 科 ， 副教 授 ， 主要从 事生产 过程 自动化专业 的教学和科研工作 。
１ Ａ ０ ０智 能 仪 表 控 制 装 置 概 述 ３０
Ａ ００智 能仪 表控 制 系统采 用 了福 建百 特 公 司 ３０ 的 ２个 智能 ＰＤ控 制 仪 表 。一 个 内给 定 ， 个 外 给 Ｉ 一 定 。具 有智 能 ＰＤ控 制算法 ， 以实 现 自整定 功 能 。 Ｉ 可
C3000使用说明书
本公司向最终用户保证， 该仪表供货时的硬件、 附件在材质和制造工艺上都不存在任何缺陷。 若 在仪表到货之日起的 1 年质保期内收到用户有关这类缺陷的通知，本公司将对确实有缺陷的产 品实行免费修理或更换。本公司的所有产品均承诺终身维修 。
公司遵循持续发展的原则。我们保留在预先不通知的情况下，对此手册中描述的任何产品进行 修改和改进的权利；保留在预先不通知的情况下，修订或废止本文档的权利。对改进后的产品 有相应的安装使用手册或改进说明。若本手册中的描述与仪表实物存在不符，请以实物为准。
1.1 特点................................................................................................................................................ 1 1.2 安全................................................................................................................................................ 2 1.3 警告和安全预防措施 .......................................................................................................................3 第二章 性能指标....................................................................................................................................... 4 2.1 简介................................................................................................................................................ 4 2.2 详细说明......................................................................................................................................... 4 2.3 输入信号......................................................................................................................................... 5 2.4 输出信号......................................................................................................................................... 6 2.5 其他参数......................................................................................................................................... 6 第三章 型号规格代码................................................................................................................................7 第四章 开 箱...........................................................................................................................................8
高级数控机床操作规程
高级数控机床操作规程
《高级数控机床操作规程》
一、操作前的准备
1. 察看设备，确保设备外观完好，没有损坏或漏洞。
2. 检查工作区域，确保地面干净整洁，无障碍物。
3. 准备好所需的工具和辅助设备，确保工作顺利进行。
二、开机前的准备
1. 打开设备主电源，并等待设备自检完成。
2. 检查润滑系统，确保润滑油充足。
3. 清理设备槽、刀座、刀具并加注好切割润滑油。
三、操作流程规范
1. 操作前应先进行设备自检和设备调试，确保设备运行正常。
2. 严格按照操作手册的要求进行操作，不得擅自更改设备参数。
3. 在设备运行过程中，注意观察设备运行状况，如有异响或异常情况，停机检修。
4. 完成工作后，关闭设备主电源，并做好设备的清洁和维护工作。
四、安全操作准则
1. 操作人员必须经过专业培训和考核，方可进行设备操作。
2. 严禁擅自打开设备的保护罩和安全门。
3. 在设备运行时，禁止操作人员在设备工作区域内逗留或站立。
4. 使用设备时建议佩戴个人防护用具，如护目镜、耳塞等。
五、紧急情况处理
1. 在设备运行过程中如发生紧急情况，立即停机并按规程进行处理。
2. 紧急情况处理完毕后，应及时进行设备检修和调试，确保设备运行安全。
六、定期检修计划
1. 设备定期检修计划应制定在设备操作规程中，并按照计划执行。
2. 检修人员应经过专业培训和考核，对设备进行定期检修并填写相关的检修记录。
总结：高级数控机床操作规程是保证设备安全运行和产品质量的重要保障之一，操作人员应严格按照规程进行操作，确保设备和人员的安全。
过控实验报告
综合实践实验报告（过程控制部分）班级：姓名：学号：日期：一. 实验目的:1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。
2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。
3、重点掌握使用DCS系统组态软件进行组态的工作流程。
4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成水箱液位自动控制系统的设计与分析。
5、深入理解控制器参数的调整原理。
二.实验内容:1．熟悉工艺流程，绘制装置流程图。
2．熟悉浙大中控DCS的设计环境及控制站组态、整合熟悉浙大中控DCS的系统组态和运行的环境，掌握如下内容：（1）如何进入组态环境。
（2）载入组态、选择组态、新建组态的含义。
（3）新建一个组态，名称为综合实验（各组相同），将组态文件保存在D:\综合实验文件夹下3．系统组态工作流程3.1主控制卡组态主控制卡组态方法：点击菜单命令[总体信息/主机设置]或是在工具栏中点击[主机]图标将弹出主机设置界面。
主机设置界面分主控制卡设置界面和操作站设置界面。
主控制卡设置界面用于完成控制站（主控卡）设置；操作站设置界面用于完成操作站（工程师站与操作员站）设置。
点击主机设置界面下方的主控制卡标签可进入相应的设置界面。
表1 主控制卡组态参数表以上参数仅供参考，在实验中要根据本组实际情况合理选择参数（以下同）。
主控制卡组态完成之后，就可以进行系统编译和运行的工作了（如果不能编译，请添加操作小组-详见操作小组组态）。
系统编译：系统组态完成后，可以对系统进行编译，编译分为总体编译、控制站编译、快速编译三种类型，在实验中可以体会三种编译方法的区别。
系统编译完成后，既可以运行。
系统运行：当系统未完成下载和传送的操作时，系统只能处于仿真运行状态，此时运行系统需要在运行初始界面中选中[仿真运行]。
在仿真运行状态下，系统数据均是模拟生成的，用户无法控制。
在此画面中，还需要选择需要运行的系统。
3.2 控制站I/O组态在主控制卡组态完成之后，控制站I/O组态的顺序为数据转发卡组态、I/O卡件组态、I/O点组态以及控制方案组态四个部分。
A3000高级过程控制系统实验指导书V
.HUATEC A3000过程控制实验系统实验指导书V3.0北京华晟高科教学仪器有限公司编制目录第一章安全注意事项与设备使用 ........................................................................ - 1 -1.1防止触电........................................................................................................................ - 1 -1.2防止烫伤........................................................................................................................ - 2 -1.3防止损坏........................................................................................................................ - 2 -1.4现场系统组成................................................................................................................ - 2 -1.5控制系统组成................................................................................................................ - 2 - 第二章计算机测控系统实验 ................................................................................ - 5 -实验1 实验系统认知......................................................................................................... - 5 - 实验2 ADAM4000模块的通讯和使用........................................................................... - 10 - 实验3 组态软件编程和数据获取................................................................................... - 18 - 实验4 PLC系统通讯和使用 ........................................................................................... - 21 - 实验5 PLC Step7编程 .................................................................................................. - 28 - 实验6 现场总线技术与DCS实验 ................................................................................. - 33 - 第三章工艺设备和仪器仪表实验 ...................................................................... - 41 -实验1 温度、压力、液位和流量测量实验................................................................... - 41 - 实验2 水泵负载特性测量实验....................................................................................... - 45 - 实验3 管道压力和流量耦合特性测量实验................................................................... - 47 - 实验4 电动调节阀特性测量实验................................................................................... - 50 - 实验5 调压器特性测量实验........................................................................................... - 53 - 实验6 变频器水泵控制特性测量实验........................................................................... - 55 - 第四章工业系统对象特性的测定研究 .............................................................. - 59 -实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 59 - 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 62 - 实验3 非线性容积水箱液位数学模型的测定实验....................................................... - 64 - 实验4 测定不同阻力下单容水箱液位数学模型实验................................................... - 67 - 实验5 锅炉与加热器对象数学模型实验....................................................................... - 69 - 实验6 滞后管数学模型实验........................................................................................... - 72 - 实验7 换热机组数学模型实验....................................................................................... - 75 - 第五章简单设计型控制实验 .............................................................................. - 79 -实验1 单闭环流量控制实验........................................................................................... - 79 - 实验2 单容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 82 - 实验3 双容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 88 - 实验4 三容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 91 - 实验5 锅炉水温定值位式控制实验............................................................................... - 94 - 实验6 锅炉水温定值控制实验....................................................................................... - 98 - 实验7 换热器水温单回路控制实验............................................................................. - 101 - 实验8 联锁控制系统实验............................................................................................. - 104 - 实验9 单闭环压力控制实验......................................................................................... - 107 - 第六章复杂设计型控制系统 ............................................................................ - 110 -实验1下水箱液位和进口流量串级控制实验.............................................................. - 110 - 实验2 闭环双水箱液位串级控制实验......................................................................... - 119 - 实验3 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制实验............................................. - 123 - 实验4 单闭环流量比值控制系统实验......................................................................... - 127 - 实验5 下水箱液位前馈反馈控制系统实验................................................................. - 129 - 实验6 锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统实验..................................................... - 133 - 实验7 管道压力和流量解耦控制系统实验................................................................. - 136 - 实验8 换热器出口温度与流量解耦控制系统实验..................................................... - 140 -第七章创新型设计与研究 ................................................................................ - 144 -实验1 大延迟系统补偿控制的研究............................................................................. - 144 - 实验2 单神经元自适应PID算法的研究 .................................................................... - 147 - 实验3 模糊控制算法的研究......................................................................................... - 154 - 实验4 现场总线系统控制研究..................................................................................... - 156 - 第八章工程应用型设计 .................................................................................... - 164 -实验1 工业项目设计..................................................................................................... - 164 - 实验2 报警系统设计..................................................................................................... - 168 - 实验3 关键事件处理和记录设计................................................................................. - 175 - 实验4 系统趋势和历史存储设计................................................................................. - 178 - 实验5 系统登录和安全性设计..................................................................................... - 180 - 实验6 网络化控制系统的研究..................................................................................... - 185 -第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。
A3000过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导V3
(版本 3.0)
用户文件编号：A3000DH018 北京华晟高科教学仪器有限公司编制
A3000 过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导
前言
《A3000过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导》是根据A3000过 程控制实验系统的相关内容编写的，包括如下内容：
安全注意事项 ...............................................................................................................3
1、防止触电..............................................................................................................3 2、防止烫伤..............................................................................................................4 3、防止损坏..............................................................................................................4
北京华晟高科教学仪器有 限 公 司 编制 第 I 页 共 135 页
A3000 过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导
修订记录：2007.8 由唐一非修改现场对象系统管路图，现场系统示意图，一 些变动的阀门的编号，以及相关图片替换为最新的。
A3000过程控制实验指导 第三章
图3.1 单回路控制系统方框图图3.2 扰动作用于不同位置的控制系统 第三章 单回路控制系统第一节 单回路控制系统的概述及调节器参数整定方法一、 单回路控制系统的概述图3.1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成的一个闭环控制系统。
系统的给定量是一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，调试方便，性能较好，故在工业生产中被广泛应用。
二、 干扰对系统性能的影响● 干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响干扰通道的放大系数Kf 会影响干扰加在系统中的幅值。
若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。
我们希望干扰通道的放大系数愈小愈好。
如果干扰通道是一个惯性环节，令时间常数为Tf ，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。
即时间常数Tf 越大，则系统的动态偏差就愈小。
通常干扰通道中还会有纯滞后环节，使被调参数的响应时间滞后一个τ值，即)-Y(t (t)Y ττ=上式表明调节过程沿时间轴平移了一个τ的距离，即干扰通道出现纯滞后，但不会影响系统的调节质量。
● 干扰进入系统中的不同位置复杂的生产过程往往有多个干扰量，他们作用在系统的不同位置，如图3.2所示。
控制理论证明，同一形式、大小相同的扰动在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。
对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。
δ1K =(S)G P C =三、 控制规律的确定选择系统调节规律的目的是令调节器与调节对象很好匹配，使组成的控制系统满足工艺上所提出的动、静态性能指标。
比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。
由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在。
其传递函数为式中Kp 为比例系数，δ为比例带。
比例积分(PI)调节PI 调节器就是利用P 调节快速抵消干扰的影响，同时利用I 调节消除残差，但I 调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
过程控制工程实验指导书
过程控制实验指导书（DCS篇）曾慧敏自动化教研室自动化与电子信息学院自动化教研室2015年12月5日前言本实验指导书是根据求是实验室设备-和利时DCS实验装置和A3000过程控制系统的相关内容编写的，可满足《DCS与现场总线》、《过程控制》、《过程控制与仪表》、《计算机控制》、《自动化仪表》等相关课程的实验教学要求。
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。
和利时DCS实验装置根据现行教材教学的要求，设置了压力、流量、液位、温度等单回路、串级、比值及前馈等实验。
实验指导书叙述了实验装置的各个仪表的原理、工作情况，实验项目及实验原理。
并讲述了系统的一些硬件的特点和技术指标。
本书试图通过对各实验原理的认识到对实验的实践，使学生对和利时DCS实验装置和系统原理有一个较为深刻的认识。
同时学生可自行设计实验方案，进行综合性、设计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。
若有疏漏，恳请批评指正！目录主要内容 (4)第一部分 A3000设备简介 (6)第二部分基础学习 (9)和利时DCS的应用系统设计内容及步骤 (9)第三部分实验内容 (43)实验一水箱液位控制系统 (43)实验二液位和进口流量串级控制系统 (55)主要内容1、实验总体目标通过实验，巩固掌握DCS课程的讲授内容，使学生对过程控制系统的基本理论及分析方法有一个感性认识和更好地理解，使学生在分析问题与解决问题的能力及实践技能方面有所提高。
2、适用专业自动化和电气自动化专业本科生、研究生3、先修课程控制装置、自动化仪表、计算机控制系统、过程控制系统及DCS与现场总线4、实验课时分配实验环境:和利时MACS和A3000过程控制系统6、实验总体要求（1)、掌握单回路控制系统原理和参数整定方法；(2)、掌握串级控制系统原理和参数整定方法。
(完整版)A3高级过程控制系统使用说明和维护手册0504要点
A3000高级过程控制系统使用说明和维护手册(版本4.0)用户文件编号：A3000DH017北京华晟经世信息技术有限公司编制安全注意事项 (1)1系统安装 (3)1.1系统规格 (3)1.2布局方式 (5)1.3配电连接和接地 (6)1.4信号线和通讯线连接 (7)2操作和控制 (8)2.1现场系统 (8)2.2过程和电气设备结构和操作 (16)2.3基本控制系统 (32)2.4开始实验 (39)3系统功能 (40)3.1对象数学模型的测定与建立 (40)3.2单回路控制实验 (41)3.3位式控制 (41)3.4计算机控制一般性实验 (42)3.5复杂控制实验 (42)3.6高等控制 (42)3.7自动化网络实验 (43)4报警和保护 (43)5常规维护 (43)本使用手册包括有使用时的操作说明和注意事项。
本使用手册请交给最终用户。
安全注意事项安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项，并且要在熟悉设备的知识、安全信息及全部有关注意事项以后使用。
在本使用说明书中，将安全注意事项等级分为“危险”和“注意”。
不正确的操作造成的危险情况，将导致死亡或重伤不正确的操作造成的危险情况，将导致一般或轻微的伤害或造成物体的硬件损坏。
注意：根据情况的不同，“注意”等级的事项也可能造成严重后果。
请遵循两个等级的注意事项，因为它们对于个人安全都是重要的。
1、防止触电测试系统的控制系统供电一般为DC24V，漏电保护器和开关电源的端子上带有220V电压。
正常漏电保护30毫安。
物理受控系统分别引入三相电和单相电，整个现场系统没有任何可以接触到的端子。
正常漏电保护30毫安。
尽管系统经过多层保护，还是请用户注意以下安全事项。
危险当通电或正在运行时，非专业人员不要进行任何维护、维修操作，不要打开机柜后门，接线箱盖子，变频器前盖板，否则会发生触电的危险。
要求现场系统可靠接地。
每隔一定时间，对漏电保护器进行漏电测试试验，即按下测试按钮。
A3000过程控制试验指导
第一章A3000高级过程控制实验系统概述本章介绍A3000高级过程控制实验系统整个测试平台的构成。
A3000包括物理硬件系统以及配置的软件系统。
第一节总体架构A3000测试平台总体物理系统如图1.1所示，包括控制系统和现场系统，控制系统可有30多种，现场系统可具有现场总线。
总体逻辑结构如图1.2所示。
图1.1 Au3000测试平台物理系统图1.2总体逻辑结构A3000现场系统特性：>尺寸：1450 （毫米宽度）X700 （毫米深度）X1950 （毫米高度），全不锈钢框架；>电力：三相接地四线制380V 0%，单相三线制，220V 10%；>能耗：最大额定用电6kw/h。
自来水120L，可重复使用；A3000控制系统特性：>尺寸：800（宽度）X60 （深度）X1950 （高度）。
标准工业机柜；>电力：单相三线制，220V 10%；>能耗：最大额定用电1kw/h；第二节测试平台现场系统物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器），从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。
下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。
系统必须可靠接地，以防止因动力设备静电积累而造成触电或设备损坏。
一现场系统结构示意图现场系统结构示意图如图1.3所示。
总体的测点清单如表1.1所示。
表1.1整体流程测点清单注：所列信号类型为原始信号，在控制柜中Pt100经过变送器转换成了4〜20mA。
一般两线制信号在IO 面板上已经连接了24V和GND,可以按照四线制方式使用。
执行机构一般2〜10V控制，控制信号经过500欧姆采样电阻被转换成4-20毫安控制。
二工艺设备结构和操作本节通过大量的示意图介绍各个工艺设备的结构和操作，其中包括各个水箱、锅炉、换热系统以及管路。
如图L4所示甘做1上水蒋LT1Q1 上小需消毡V1K中水苗LTifli 中水箱采他 LT1CH 下水箱述他 FT1蒐遹宣计 P1收求惠1）上水箱上水箱位于框架右上方，模拟一个工业上常见的卧式圆罐。
A3000过程控制实验系统开发
龙源期刊网
Ａ３０００过程控制实验系统开发
作者：贾鸿莉刘强董德发王亚平
来源：《现代电子技术》2009年第17期
摘要：分析单容液住系统、双容液位系统以及三容液位系统对多个容器串联后系统特性的影响，并时数学模型的建立和测定进行理论分析，对控制的经验方法和一种多容液位系统PID 参数整定的经验公式，通过大量的实验数据进行验证。
提出的参数设置规律，对工业的多容器液位控制系统设计有一定的参考价值。
关键词：PID；多容积系统；PLC；积分时间；模型测量。
A3000过程控制实验指导 第四章
第四章串级控制系统实验第一节串级控制系统的连接实践一、串接控制系统的组成图4-1是串级控制系统的方框图。
该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的设定值R，它的输出m1作为副调节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
图4-1 串级控制系统的方框图R-主参数的给定值 C1-被控的主参数 C2-副参数f1(t)-作用在主对象上的扰动 f2(t)-作用在副对象上的扰动二、串级控制系统的特点1.改善了过程的动态特性由负反馈原理可知，副回路不仅能改变副对象的结构，而且还能使副对象的放大系数减小，频带变宽，从而使系统的响应速度变快，动态性能得到改善。
2.能与时克服进入副回路的各种二次扰动，提高了系统抗扰动能力串级控制系统由于比单回路控制系统多了一个副回路，当二次扰动进入副回路，由于主对象的时间常数大于副对象的时间常数，因而当扰动还没有影响到主控参数时，副调节器就开始动作，与时减小或消除扰动对主参数的影响。
基于这个特点，在设计串级控制系统时尽可能把可能产生的扰动都纳入到副回路中，以确保主参数的控制质量。
至于作用在主对象上的一次扰动对主参数的影响，一般通过主回路的控制来消除。
3.提高了系统的鲁棒性由于副回路的存在，它对副对象（包括执行机构）特性变化的灵敏度降低，即系统的鲁棒性得到了提高。
具有一定的自适应能力串级控制系统的主回路是一个定值控制系统，副回路则是一个随动系统。
主调节器能按照负荷和操作条件的变化，不断地自动改变副调节器的给定值，使副调节器的给定值能适应负荷和操作条件的变化。
三、串级控制系统的设计原则1.主、副回路的设计1)副回路不仅要包括生产过程中的主要扰动，而且应该尽可能包括更多的扰动信号。
2)主、副对象的时间常数要合理匹配，一般要求主、副对象时间常数的匹配能使主、副回路的工作频率之比大于3。
为此，要求主、副回路的时间常数之比应该在3～10之间。
过程控制实验指导书(DOC)
实验系统认知A3000高级过程控制实验系统独创现场系统概念，而不是对象系统。
现场系统包括了实验对象单元、供电系统、传感器、执行器(包括电动调节阀、变频器及调压器)、以及半模拟屏，从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。
1、A3000特点(1)现场系统通过一个现场控制机柜，集成供电系统、变频器、移相调压器、以及现场继电器，所有驱动电力由现场系统提供。
它仅需通过标准接线端子接收标准控制信号即能完成所有实验功能。
从而实现了现场系统与控制系统完全独立的模块化设计。
(2)现场控制机柜内有工业标准接线端子。
这种标准信号接口可以使现场系统与用户自行选定的DCS系统、PLC系统、DDC系统方便连接，甚至用户自己用单片机组成的系统都可以对现场系统进行控制。
(3)现场系统的设计另外的优势是保证动力线与控制线的电磁干扰隔离。
(4)现场系统的设计保证了控制系统只需要直流低压就可以了，使得系统设计更模块化，更安全、具有更大的扩展性。
A3000-FS现场及系统结构原理图如图2-1，图2-2所示。
图2-1 A3000现场实物图图2-2 A3000现场系统结构图现场系统包括三个水箱，一个大储水箱，一个锅炉，一个工业用板式换热器，两个水泵，大功率加热管，滞后时间可以调整的滞后系统，一个硬件联锁保护系统。
传感器和执行器系统包括5个温度、3个液位、1个压力，1个电磁流量计，1个涡轮流量计，1个电动调节阀，两个电磁阀，2个液位开关。
2、现场系统机柜面板Ø 电源：220V AC单相总电源空开，380V AC三相总电源空开。
Ø 开关：两个两位自锁旋钮开关，分别是加热器电源开关和变频器电源开关。
四个三位自锁旋钮开关，分别是1#、2#电磁阀手自动以及关闭开关。
变频器手自动启动信号以及关闭开关，2#水泵手自动运行以及关闭开关。
Ø 电压表：显示24VDC开关电源的电压值。
Ø 变频器：对于A3000FBS系统，则具有Profibus DP控制端子。
液位、流量测量与控制实验
7、待红色曲线与黄色曲线基本重合后，设置P、I值。
8、待两条曲线重合度最好且红色曲线没有尖点后，按键盘上的“PrintScreen”键，打开windows自带的画图板，点击“编辑”、“粘贴”。保存图片后，上传到FTP。
四实验思考题
1、查阅相关资料，了解变频器的工作原理。
实验三液位、流量测试与控制实验
一实验简介
通过液位、流量测试与控制实验，使材料成型与控制工程专业的本科生对材料加工过程中的物理量——流量、液位等的检测与控制方法、原理和硬件组成有比较深刻的了解。熟悉各种工业传感器、控制器的使用方法和原理。了解工业控制器的PID特性。
二实验原理
图1.1 A3000高级过程控制试验系统
2单容下水箱液位、调节阀PID单回路检测与控制实验
实验原理如图1.3所示
图1.3单容下水箱液位、调节阀PID单回路检测与控制实验示意图
实验原理与实验1基本相同，也是一组模拟量输出、一组模拟量输入。
3单容下水箱液位、变频器PID单回路检测与控制实验（选作实验）
实验原理如图1.4所示
图1.4单容下水箱液位、变频器PID单回路检测与控制实验示意图
4流量、变频器PID单回路检测与控制实验（选做实验）
实验原理如图1.5所示
图1.5流量、变频器PID单回路检测与控制实验示意图
实验原理与实验3基本相同，也是一组模拟量输出、一组模拟量输入。
三实验步骤及操作方法
1流量、调节阀PID单回路检测与控制实验
1、双击桌面上的 ，待软件打开后，直接单击 ，再单击“进入系统”选项，选择“流量调节阀控制”选项。进入检测控制界面。
5、在检测控制界面上，黄色曲线为设定值（sp设置），设定为30（下水箱容量的30%）。红色曲线为液位传感器的测量值，蓝色曲线为电动调节阀的开度。
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A3000高级过程控制系统的操作规程
本室A3000高级过程控制系统为大型精密仪器设备。
一、设备使用简介
1、电投入使用
（1）设备已经过调试。
或者经过专业人员的试运行。
（2）对于电力控制部分，请在调整好，连接好之后再上电。
严格禁止带电操作变频器切换所要控制水泵的开关。
不得带电接触、检查、连接任
何电力线。
（3）机柜上电方法：首先合上全部空气开关。
打开钥匙开关。
此时各个相的指示灯亮起，检查各个电压表指示是否正确。
（4）如果一切正常，则按下启动按钮，此时绿色灯亮起。
可以开始实验。
如果异常，则立即按下停止按钮，或关闭空气开关，报告专业人员进行
检查。
维护：每个月按动漏电保护测试按钮，检查漏电保护器是否动作。
2、仪表简介
每个学年开始作实验时，放空储水箱的水，清洗各个水箱。
拆下涡轮流量计滤网，进行清洗。
在做变容或非线性容积水箱实验时，由于浮力特别大，需要一个人压着三角柱体，尽量不要尝试使用其他重物压，以避免事故发生。
（1）变频器
在运行状态，绝对禁止操作变频器开关或切换旋钮，否则可能损坏变频器。
在变频器关闭状态。
两个水泵都是220V控制。
尽量不要使用变频器控制，因为变频器的干扰非常大。
可能导致测量误差大，或者通讯速率大大降低。
三菱变频器：
为了方便控制，我们已经把变频器设定为电流控制状态，即工作模式3。
把RM端定义为AU，并连接到SD端。
启动变频器后，打开变频器STF开关，变频器就开始按照给定的电流输出，而不是等待按RUN键，关闭变频器STF开关可以关闭输出。
按STOP键也可以关闭输出，但此时只能关闭变频器，断开后再启动才能继续工作。
如果要学习变频器其他各种设定。
或者使用手动给定的方法进行控制，则打开变频器外盖，断开STF端与SD端的连接。
强烈提醒非专业人员不要这样操作。
（2）水泵
水泵额定扬程12米，额定流量1.08立方/小时。
最大流量1.6立方/小时左右。
注意，对于包括涡轮流量计的通道，如果要测量其流量，则出水阀门不要全打开，关闭一部分，使得流量少于1.2立方/小时。
尽量使得流过水泵的水温不超过80度。
如果水泵上的启动开关放置为“自动”，可能由于堵塞导致泵内压力过高，会损坏水泵。
见意水泵上的开关设置为“常开”。
（3）涡轮流量计
涡轮流量计输出脉冲信号，具有一个流量系数（1518Hz/立方米/小时）。
需要经过流量积算仪或其他频率计数器才能获得数据。
如果发现有涡轮流量计的水泵支路水流量不够，请确认JV104打开，JV304关闭。
否则就需要拆下涡轮流量计滤网进行清洗。
为了准确测量，涡轮流量计流量不能超过1.2立方/小时，如果要测量其流量，则出水阀门需要关闭一部分。
不要将涡轮流量计直接接到4～20mA端口上，否则会损坏它。
（4）电动调节阀
电动调节阀的轴由齿轮带动，其上有一个电位器，根据4～20mA控制信号改变电阻值。
值越大，调节阀的轴行程越大（满行程为15mm）。
调节阀动作需要一定时间，因此控制系统有滞后。
电动调节阀是220V AC驱动，在使用时，请尽量不要打开其保护盖。
（5）液位传感器
液位传感器实际是一个压力传感器，采用两线制接线。
端口ab间接负载。
当水箱中没有水时，ab间的电流应当为4.00mA，但由于安装位置原因，ab间的电流约为3.9mA。
提供的液位传感器只能在水面超过底面5mm才能测量，初始零点校正值35mm水柱。
在真实控制过程中可以不进行校正。
如果发现水箱液位传感器测量出现很大误差，则需要拆下液位传感器进行清理、清洗。
（6）加热管
经过多年实验之后，如果加热管效率大大降低，则可以打开锅炉盖，对加热管进行清洗，除去上面的水垢。
二、设备安全注意事项
1、防止触电
严格要求系统可靠接地，包括现场对象系统，控制系统。
接地电阻不大于4欧姆。
当通电或正在运行时，请不要进行任何维护、维修操作，不要打开机柜后门，接线箱盖子，变频器前盖板，否则会发生触电的危险。
即使电源处于断开时，除维护、维修外，请不要接触任何具有超过安全电压的裸露端子，否则接触各种充电回路可能造成触电事故。
请不要用湿手操作设定各种旋钮及按键，以防止触电。
对于电缆，请不要损伤它，不要对它加过重的应力，使它承载重物或对它钳压。
否则可能会导致触电。
包括布线或检查在内的工作都应由专业技术人员进行。
在开始布线或维修之前，请断开电源，经过10分钟以后，用万用表等检测剩余电压后进行。
2、防止烫伤
不要接触热水管道，避免高温烫伤。
在热水没有冷却时，不要打开锅炉，不要进行任何维修维护工作。
请尽量控制水温在70度以下，以免高温烫伤，提高产品寿命。
3、防止损坏
在水泵运行状态，绝对禁止操作变频器开关按钮或切换按钮，否则可能损坏变频器。
在水箱水位没有达到一定高度，不能启动三相调压器输出，否则可能损坏加热器。
该系统增加了硬件的连锁保护，但是也要在操作时注意。
系统应远离可燃物体。
系统发生故障时，请断开电源。
否则系统可能因电流过大导致火灾。
各个端子上加的电压只能是使用手册上所规定的电压，以防止爆裂、损坏等。
确认电缆与正确的端子相连接，否则，可能会发生爆裂、损坏等事故。
始终应保证正负极性的正确，以防止爆裂、损坏等。
4、搬运和安装
当搬运产品时，请使用正确的升降工具以防止损伤，不要过分颠簸。