计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书(详)

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计算机控制实验指导书

计算机控制实验指导书

目录一.计算机控制实验指导1.概述 (1)2.实验一A/D与D/A 转换 (3)3.实验二数字滤波 (7)4.实验三 D(s)离散化方法的研究 (9)5.实验四数字PID控制算法的研究 (13)6.实验五串级控制算法的研究 (16)7.实验六解耦控制算法的研究 (19)8.实验七最少拍控制算法的研究 (23)9.实验八具有纯滞后系统的大林控制 (28)10.实验九线性离散系统的全状态反馈控制 (30)11.实验十二维模糊控制器 (33)12.实验十一单神经元控制器 (36)二.计算机控制对象实验指导1.实验一直流电机转速计算机控制实验 (39)2.实验二水箱液位计算机控制实验 (41)三.计算机控制软件说明1.概述 (43)2.安装指南及系统要求 (48)3.LabVIEW编程及功能介绍 (49)5.附录 (78)概述一.系统功能特点1.以PC微机为操作台,高效率支持“计算机控制”的教学实验。

2.系统含有高阶电模拟单元,可根据教学实验需要进行灵活组合,构成各种典型环节与系统。

3.系统含有界面友好、功能丰富的软件。

PC微机在实验中,除了用作实验测试所需的虚拟仪器外,还可用作测试信号发生器以及具有很强柔性的数字控制器。

4.系统的硬件、软件设计,充分考虑了开放型、研究型实验的需要。

可自己设计实验内容,构建系统对象,编写控制算法,进行计算机控制技术的研究。

二.系统构成实验系统由上位PC微机(含实验系统上位机软件)、ACCT-I实验箱、USB2.0通讯线等组成。

ACCT-I实验箱内装有以C8051F060芯片(含数据处理系统软件)为核心构成的数据处理卡,通过USB口与PC微机连接。

1.ACCT-I实验箱简介ACCT-I实验箱是一个通用的实验箱。

它主要由电源部分U1单元,信号源部分U2单元,与PC机进行通讯的数据处理单元U3,元器件单元U4,非线性单元U5,U6,U7,模拟电路单元U8~U16组成,详见附图。

0911DCS实验指导书NEW

0911DCS实验指导书NEW

实验一 DCS硬件组态一.实验目的(1)了解DCS系统的硬件结构;(2)了解DCS的组态环境(3)掌握DCS系统总体组态和模拟量输入点组态的方法;(5)掌握组态下载和备份的方法二.实验设备AE2000型过程控制实验装置、JX-300X集散控制系统。

三.实验内容和步骤1、了解DCS系统实验装置的基本组成部分,包括:控制站、操作站、I/O卡的数量,网络结构,是否冗余配置等。

2、在Windows2000操作系统下,双击桌面上SCKey组态软件的快捷图标——,打开SCKey组态界面。

熟悉组态环境,菜单、工具条、和组态树的使用。

3、控制站、操作站组态选中[总体信息]/<主机设置>,打开主机设置窗口,进行控制站、操作站的组态。

3.1控制站组态1)注释:CS1;2)2)IP 地址:128.128.1.4;3)运算周期:0.5 秒;4)类型:回路控制站;5)型号:SP243X;6)通讯:UDP协议;7)冗余:冗余;8) 网线使用:冗余网络;3.2操作站组态1)注释:OS1~OS8。

2)IP 地址:128.128.1.153~160(注:必须与所在操作站的TCP/IP 协议地址一致)。

3)类型:工程师站。

4、系统I/O 组态选中[控制站]/<I/O 组态>,启动系统的I/O 组态环境。

4.1数据转发卡组态1)注释:可缺省。

2)地址:设置为00。

注:数据转发卡的地址0~15 内的偶数。

数据转发卡的组态地址应与数据转发卡硬件上的跳线地址匹配,且不可重复。

3)型号:SP233。

4)冗余:冗余。

4.1 I/O 卡件组态I/O 卡件登录在I/O 卡件组态画面中进行。

1)注释:对当前I/O 卡件的文字说明,。

2)地址:定义当前I/O 卡件在挂接的数据转发卡上的地址,地址为0~15,并与它在控制站机笼中的排列编号相匹配,且不可重复。

3)型号:选定当前组态I/O 卡件的类型。

4)冗余:不冗余。

具体设置如下:地址00:SP314X电压信号输入卡;地址01:SP314X电压信号输入卡;地址02:SP314X电压信号输入卡;地址03:SP322模拟量信号输出卡;地址04:SP364继电器输出卡;4.2信号点组态1)位号:当前信号点在系统中的位号,每个信号点在系统中的位号不能重复,位号必须以字母开头,不能使用汉字,字长不得超过10个英文字符。

计算机控制系统 实验指导书

计算机控制系统  实验指导书
80X86 计 算 机 控 制 技 术 实验教程
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第 1 章 I386EX系统板概述 ........................................................................................................2
1.1 1.2 系统简介 ...................................................................................................................................................2 i386EX系统板的特点 ...............................................................................................................................4
4.1 4.2 4.2.1 4.2.2 4.2.3 4.2.4 4.2.5 4.2.6 4.2.7 4.2.8 联机软件系统概述 .................................................................................................................................18 软件使用说明 .........................................................................................................................................18 主界面窗口 ..........................................................................................................................................18 菜单功能 ..............................................................................................................................................20 工具栏功能 ..........................................................................................................................................29 虚拟仪器界面 ......................................................................................................................................35 自定义功能 ..........................................................................................................................................46 右键菜单功能 ......................................................................................................................................49 Debug调试命令 ....................................................................................................................................50 软件疑难解答 ......................................................................................................................................52

过程控制实验指导书

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过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力变送器的使用方法。

3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查:1)、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。

并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。

2)、先打开空气开关再打开钥匙开关,此时停止按钮红灯亮。

3)、按下起动按钮,此时交流电压表指示为220V,所有的三芯蓝插座得电。

4)、关闭各个挂件的电源进行连线。

2、系统接线:1)、交流支路1:将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置,并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端(注意:2正、5负),GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端;GK-07 的“SD”与“STF”短接,使电机驱动磁力泵打水(若此时电机为反转,则“SD”与“STR”短接)。

2)、交流支路2:将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端(注意:2正、5负);将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端;GK-07 的“SD”与“STR”短接,使电机正转打水(若此时电机为反转,则“SD”与“STF”短接)。

3、仪表调整:(仪表的零位与增益调节)在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出:L T1、PT、L T2、FT(输出标准DC0~5V),它们旁边分别设有数字显示器,以显示相应水位高度、压力、流量的值。

对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器,当拧开其右边的盖子时,它里面有两个3296型电位器,这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书

计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。

三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定,而调节器只接受一个测量信号,其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的参数是液位的给定高度,即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图,这是一个闭环反馈单回路液位控制,采用SUPCON JX-300X DCS控制。

当调节方案确定之后,接下来就是整定调节器的参数,一个单回路系统设计安装就绪之后,控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数,可以带来满意的控制效果。

反之,控制器参数选择得不合适,则会使控制质量变坏,达不到预期效果。

一个控制系统设计好以后,系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

一般言之,用比例(P)调节器的系统是一个有差系统,比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小,而且也与系统的动态性能密切相关。

比例积分(PI)调节器,由于积分的作用,不仅能实现系统无余差,而且只要参数δ,Ti调节合理,也能使系统具有良好的动态性能。

比例积分微分(PID)调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用,从而使系统既无余差存在,又能改善系统的动态性能(快速性、稳定性等)。

但是,并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质,对于容量滞后不大,微分作用的效果并不明显,而对噪声敏感的流量系统,加入微分作用后,反而使流量品质变坏。

计算机过程控制实验指导书

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计算机过程控制实验指导书计算机过程控制实验指导书一、实验目的1.了解计算机过程控制的基本原理和方法。

2.能进行动、静态过程控制实验。

3.掌握计算机程序的设计和实现方法。

二、实验环境1.硬件环境:计算机一台进口模拟电路板两块数字量输入板一块,板上有4个数字输入端口数字量输出板一块,板上有4个数字输出端口模拟量输入板一块,板上有4个模拟输入端口模拟量输出板一块,板上有4个模拟输出端口2.软件环境:C语言编程环境,Windows 操作系统三、实验内容1.实验一:模拟量动态过程控制实验在这个实验里,我们将运用计算机来控制一个简单的过程。

这个过程是一个单纯的箱子,一个装满水的管子和一个电动水泵。

箱子内的水倒出的管子是通过一个手动阀门来控制的。

我们需要通过在计算机上设置参数,在一定的时间段里将水流到箱子里面。

具体的实验流程如下:第一步:将装置的管道塞在一个抽象的状况里,包括启动点、流量量程、水箱容量和水泵能力。

第二步:选择合适的控制器和传感器,将它们连接到计算机上。

第三步:根据实际情况,制定合理的调度流程图和程序代码。

第四步:假设5毫秒为起始的抽样间隔,从传感器中采取实时数据。

第五步:将数据输入计算机,计算机按照设定的程序进行控制,实现流量的自动调整。

2.实验二:模拟量静态过程控制实验在这个实验里,同样涉及到了控制一个简单的过程。

这个过程是把一桶药液中的液体通过一个管子注入另一桶中。

我们需要通过以另一桶中的液体检测器作为输入,来决定药液流量的多少。

具体的实验流程如下:第一步:设置上下限。

第二步:通过给定的电路板读取输入信号,如在上述实验中,读取另一桶液体的高度。

第三步:通过传感器控制药液流量,调节控制变量。

第四步:将控制变量值输入计算机中,计算机按照设定的程序计算处理。

第五步:根据处理结果反馈指令,控制液体流量的调整,并根据设定的上下限来保持控制的稳定性。

四、实验步骤1.动态过程控制实验步骤:step1:安装设备,建立控制模型step2:连接设备到计算机上step3:设计控制程序,设置参数step4:模拟情况,校准传感器step5:启动数据采集程序step6:计算机处理数据step7:根据实际情况,调整程序参数 step8:记录结果并分析2.静态过程控制实验步骤:step1:安装设备,建立控制模型step2:连接设备到计算机上step3:设计控制程序,设置参数step4:根据设备情况,调节传感器 step5:启动数据采集程序step6:计算机处理数据step7:根据实际情况,调整程序参数 step8:记录结果并分析五、实验感想通过这次实验,我们掌握了计算机过程控制的基本原理和方法。

《计算机控制系统实验》指导书新编xu[1]1

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目录目录 (1)实验一数据输入输出通道 (2)实验二信号采样与保持 (5)实验三数字PID控制 (7)实验四直流电机闭环调速控制 (9)实验五温度闭环数字控制 (11)实验六最少拍控制器的设计与实现 (13)附录 (15)实验一数据输入输出通道实验目的:1.学习A/D转换器原理及接口方法,并掌握ADC0809芯片的使用。

2.学习D/A转换器原理及接口方法,并掌握TLC7528芯片的使用。

实验设备:PC机一台,TD-ACC+实验系统一套,i386EX系统板一块实验内容:1.编写实验程序,将-5V~+5V的电压作为ADC0809的模拟量输入,将转换所得的8位数字量保存于变量中。

2.编写实验程序,实现D/A转换产生周期性三角波,并用示波器观察波形。

实验原理:1.A/D转换实验ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分,其主要特点是:单电源供电、工作时钟CLOCK最高可达到1200KHz、8位分辨率,8个单端模拟输入端,TTL电平兼容等,可以很方便地和微处理器接口。

ADC0809 芯片,其输出八位数据线以及CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz)上。

其它控制线根据实验要求可另外连接(A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0~IN7)。

实验线路图1-1为:图1-1 A/D转换实验接线图上图中,AD0809 的启动信号"STR"是由控制计算机定时输出方波来实现的。

"OUT1" 表示386EX 内部1#定时器的输出端,定时器输出的方波周期=定时器时间常数。

ADC0809 芯片输入选通地址码A、B、C 为"1"状态,选通输入通道IN7;通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入-5V ~ +5V 的模拟电压;系统定时器定时1ms 输出方波信号启动A/D 转换器,并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中,最后保存到变量中。

《计算机控制系统》实验指导书

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《计算机控制系统》实验指导书《计算机控制系统》实验指导书机械与车辆学院2012目录实验一利用单片机与ADC0809进行模数转换 (1)实验二步进电机控制 (4)实验三基于Matlab的控制系统仿真 (5)实验四数字PID控制和最少拍控制系统仿真 (7)实验五纯滞后系统数字控制器的设计 (11)实验一利用单片机与ADC0809进行模数转换一、实验目的1. 掌握A/D 转换的硬件电路;2. 掌握数据采集程序的设计方法;二、实验内容1. 在图1-1A/D 转换电路中,将模拟电压信号0~5V ,转换成数字信号并送至4位LED 数码管显示。

三、实验电路 1、A/D 转换电路D7D6D5D4D3D2D1D0D0D1D2D3D4D5D6D7C2OEST ST C3EOC C1C3C2C1ST EOC CLK OE CLK XTAL218XTAL119ALE 30EA31PSEN 29RST9P0.0/AD039P0.1/AD138P0.2/AD237P0.3/AD336P0.4/AD435 P0.5/AD534P0.6/AD633P0.7/AD732P1.01P1.12P1.23P1.34P1.45P1.56P1.67P1.78P3.0/RXD 10P3.1/TXD 11P3.2/INT012P3.3/INT113P3.4/T014P3.7/RD17P3.6/WR16P3.5/T115P2.7/A1528P2.0/A821P2.1/A922P2.2/A1023P2.3/A1 124P2.4/A1225P2.5/A1326P2.6/A1427U1AT89C51OUT121ADD B 24ADD A 25ADD C 23VREF(+)12VREF(-)16IN31IN42IN53IN64IN75START 6OUT58EOC 7OE9CLOCK 10OUT220OUT714OUT615OUT817OUT418OUT319IN228IN127IN026ALE 22U3ADC0809SEVEN-MPX4-CC-BLUE+5v64%RV11kC122pFC222pFC310uFX112MR110k234567891RP1+5.12v+88.8Volts图1-1 A/D 转换电路四、实验步骤1.按图1-1在protues 中建立A/D 转换电路仿真模型,编制源程序,并进行调试。

DCS实验指导

DCS实验指导

1、集散控制系统的实时监控实验1.1实验目的①了解过程控制系统综合实验的控制对象——过程控制实验装置和实验精馏塔实验装置。

②掌握过程控制系统综合实验的JX-300XP系统的规模和组成;现场控制站配置--机笼、主控制卡、数据转发卡、电源卡以及I/O卡件的型号、数量、安装位置等内容。

③通过对JX-300XP系统监控软件的具体操作,即实时监控画面上各种按钮、图标以及下拉菜单的使用,熟练掌握JX-300XP系统监控系统的各种监控画面基本操作。

④全面掌握过程监控画面(总貌画面、控制分组画面、趋势画面、流程图画面、调整画面、仪表面板画面、报警一览画面)的用途、基本结构、调用操作方法等。

⑤通过对JX-300XP系统的各种监控画面,掌握过程数据在线修改方法以及控制方式的更改。

2.2实验内容及操作步骤(1)第一部分:基于JX-300XP系统的过程控制系统综合实验的控制对象、JX-300XP系统的硬件配置①过程控制系统综合实验的控制对象分别为过程控制实验装置和实验精馏塔装置,观察过程控制实验装置的三大装置组成、名称以及与D CS 的连接。

②核对JX-300XP系统过程控制系统综合实验的实际设备,根据实际观察填写表1.1。

表1.1 JX-300XP系统过程控制系统综合实验的实验设备③根据本实验室的JX-300XP系统,仔细观察现场控制站所使用的机笼、主控制卡、数据转发卡、电源卡以及I/O卡件的数量、实装位置及作用,填写表1.2。

表1.2控制站的配置④JX-300XP系统的I/0卡件分为模拟量卡、数字量卡和特殊卡件。

所有的I/O卡件均需安装在机笼的I/0插槽中。

根据本控制站所使用的I/0卡件,进行I/O卡件型号、名称以及在机笼的安装位置填写,如表1.3。

表1.3控制站所采用I/O卡件(2)第二部分:JX-300XP系统监控软件的初步认识①操作人员的登录与维护。

操作1:在桌面上用鼠标左键双击AdvanTrol实时监控图标,弹出实时监控软件启动的。

过程控制实验指导书

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过程控制及仪表实验指导书襄樊学院实验装置的基本操作与仪表调试一、实验目的1、了解本实验装置的结构与组成。

2、掌握压力变送器的使用方法。

3、掌握实验装置的基本操作与变送器仪表的调整方法。

二、实验设备1、THKGK-1型过程控制实验装置GK-02 GK-03 GK-04 GK-072、万用表一只三、实验装置的结构框图图1-1、液位、压力、流量控制系统结构框图四、实验内容1、设备组装与检查:1)、将GK-02、GK-03、GK-04、GK-07挂箱由右至左依次挂于实验屏上。

并将挂件的三芯蓝插头插于相应的插座中。

2)、先打开空气开关再打开钥匙开关,此时停止按钮红灯亮。

3)、按下起动按钮,此时交流电压表指示为220V,所有的三芯蓝插座得电。

4)、关闭各个挂件的电源进行连线。

2、系统接线:1)、交流支路1:将GK-04 PID调节器的自动/手动切换开关拨到“手动”位置,并将其“输出”接GK-07变频器的“2”与“5”两端(注意:2正、5负),GK-07的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、V1、W1”输入端;GK-07 的“SD”与“STF”短接,使电机驱动磁力泵打水(若此时电机为反转,则“SD”与“STR”短接)。

2)、交流支路2:将GK-04 PID调节器的给定“输出”端接到GK-07变频器的“2”与“5”两端(注意:2正、5负);将GK-07变频器的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U2、V2、W2”输入端;GK-07 的“SD”与“STR”短接,使电机正转打水(若此时电机为反转,则“SD”与“STF”短接)。

3、仪表调整:(仪表的零位与增益调节)在GK-02挂件上面有四组传感器检测信号输出:L T1、PT、L T2、FT(输出标准DC0~5V),它们旁边分别设有数字显示器,以显示相应水位高度、压力、流量的值。

对象系统左边支架上有两只外表为蓝色的压力变送器,当拧开其右边的盖子时,它里面有两个3296型电位器,这两个电位器用于调节传感器的零点和增益的大小。

dcs实验指导书

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七、注意事项
(1)本实验过程中,右上水箱出水阀不得任意改变开度大小。
(2)阶跃信号不能取得太大,以免影响正常运行;但也不能过小,以防止因读数误差和其他随机干扰影响对象特性参数的精确度。一般阶跃信号取正常输入信号的5%~15%。
(3)在输入阶跃信号前,过程必须处于平衡状态。
八、思考题
(1)在做本实验时,为什么不能任意变化右上水箱出水阀的开度大小?
SP314
0
0
模拟量输入通道(1~5V)
AI0
1号左上水箱液位信号
SP314
0
1
模拟量输入通道(1~5V)
AI1
1号右上水箱液位信号
SP314
0
2
模拟量输入通道(1~5V)
AI2
1号左下水箱液位信号
SP314
0
3
模拟量输入通道(1~5V)
AI3
1号右下水箱液位信号
SP314
1
0
模拟量输入通道(1~5V)
式中,T为水箱的时间常数(注意:阀V2的开度大小会影响到水箱的时间常数),T=R2*C,K=R2为单容对象的放大倍数,R1、R2分别为V1、V2阀的液阻,C 为水箱的容量系数。令输入流量Q1的阶跃变化量为R0,其拉氏变换式为Q1(S)=RO/S,RO为常量,则输出液位高度的拉氏变换式为:
当t=T时,则有:
图解法是确定模型参数的一种实用方法。不同的模型结构,有不同的图解方法。单容水箱对象模型用一阶加时滞环节来近似描述时,常可用两点法直接求取对象参数。
如图1-1所示,设水箱的进水量为Q1,出水量为Q2,水箱的液面高度为h,出水阀V2固定于某一开度值。根据物料动态平衡的关系,求得:
在零初始条件下,对上式求拉氏变换,得:

标准格式实验指导书DCS

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绪论 (2)第一章控制系统的组成及认识实验 (3)第一节、现场总线控制系统(FCS)的组成与认识实验 (3)第二节、下位机软件中的硬件配置和程序结构 (9)第三节、上位机组态软件简介 (15)第二章被控对象特性测试 (36)第一节、单容水箱特性测试 (36)第二节、双容水箱特性测试 (45)第三章单回路控制系统实验 (52)第一节、单回路控制系统的概述 (52)第二节、上水箱液位PID整定实验 (58)第三节、串接双容水箱液位PID整定实验 (64)第四节、三容水箱液位定值控制系统 (67)第五节、锅炉内胆水温PID控制实验 (71)第六节、锅炉夹套水温PID控制实验 (77)第七节、单闭环流量PID控制实验 (82)第四章温度位式控制系统实验 (86)第五章串级控制系统实验 (91)第一节、串级控制系统概述 (91)第二节、水箱液位串级控制实验 (95)第三节、三闭环液位控制系统 (101)第四节、锅炉夹套与内胆水温串级控制系统 (106)第五节、锅炉内胆水温与水流量串级控制实验 (110)第六节、上水箱液位与进水流量串级控制系统 (115)第六章比值控制系统实验 (120)第七章前馈-反馈控制系统实验 (126)第一节、下水箱液位前馈-反馈控制实验 (126)第二节、锅炉内胆水温前馈-反馈控制系统 (133)第八章滞后控制系统实验 (137)第一节、盘管出水口温度滞后控制实验 (137)第二节、盘管出水口流量纯滞后控制系统 (142)第九章解耦控制系统实验 (145)第一节、锅炉夹套与内胆水温解耦控制系统 (147)第二节、上水箱液位与出口水温解耦控制实验 (153)绪论现场总线技术是当今自动化领域技术发展热点之一,被誉为自动化领域的计算机局域网,它的出现标志着自动化控制技术又一个新时代的开始。

现场总线是连接设置在控制现场的仪表与设置在控制室内的控制设备的数字化、串行、多站通信的网络。

其关键标志是能支持双向、多节点、总线式的全数字通信。

计算机控制实验指导书

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实验一计算机控制系统实验装置概述实验第一章硬件设备的介绍PCT-I型过程控制实验装置是基于工业过程物理模拟对象,它集自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术为一体的多功能实验装置。

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、前馈控制、比值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DDC、DCS、PLC、FCS、TCS等多种控制系统。

该实验装置既可作为本科、专科、高职过程控制课程的实验装置,也可作为研究生及科研人员在复杂控制系统、先进控制系统研究方面提供物理模拟对象和实现手段。

第一节水箱实验装置由被控对象和控制回路两部分组成。

其中被控对象包括:上位水箱、下位水箱、储水箱。

上位水箱和下位水箱采用进口有机玻璃,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实验结果。

水箱容积高达80升,使实验效果更为理想。

水箱结构独特,下水箱有三个槽,分别是工作槽、溢流槽、缓冲槽。

当水箱进水时,水管的水先流进缓冲槽,当缓冲槽中注满水时,水流便满过缓冲槽和工作槽当中的隔板并沿此隔板缓慢注入,这样水流对工作槽中的冲击力非常小,减少振荡,以便更精确的观察和记录实验结果。

同时下水箱的缓冲槽可以做温度变比值控制,热水和冷水在此混合,控制水的温度。

上水箱有五个水槽,两个工作槽,两个缓冲槽,一个溢流槽,两个工作槽通过连通器连接,其容积比是2:1,两个水箱都可以做液位单闭环实验,可以选择不同的工作槽做串级实验,比较不同的容积和流量组成不同的串级实验的效果。

实验过程中如水位失控水流可以直接经过缓冲槽流进储水箱。

储水箱是采用不锈钢板制成,水箱内部采用覆塑工艺,有效提高实验装置的使用寿命。

其容积180升,完全能满足上下水箱的实验的需要。

储水箱上面有一个金属滤网,有效防止异物进入水箱堵塞管道。

整个系统管道采用铝塑管组成,所有的水阀采用优质球阀,彻底避免了系统生锈的可能性,有效提高了使用装置的使用年限。

过程控制系统实验、课程设计指导书

过程控制系统实验、课程设计指导书

实验一 单回路温度控制系统的参数整定一、实验目的1、 掌握单回路控制系统的原理性组成;了解单回路温度控制系统实验装置的组成和原 理;掌握单回路温度控制系统的参数整定方法。

2、 掌握DCS 系统的监控和操作方法。

二、实验仪器及设备过程控制系统综合实验装置一套、SUPCON JX-300X DCS 系统一套 三、实验线路单回路温度控制系统流程示意图:温度调节器SP综合实验装置管路连接方式见图示(下页): DCS 控制站第一个机笼的I/O 卡件分布见下图:0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19各块I/O卡件的信号安排见下表:说明:J1/01——J1/08卡件通道为SP313的第1路即SP313(1)J1/09——J1/16卡件通道为SP313的第2路即SP313(2)J1/17——J1/20卡件通道为SP313的第3路即SP313(3)四、实验内容及实验方法(一)、实验内容1、熟悉单回路温度控制系统的管路连接方式及各输入/输出信号与DCS卡件的连接方式。

2、根据温度控制系统管路连接方式调节相关手动球阀至对应开关位置,进行单回路控制系统参数整定的方法整定PID参数。

3、观察和比较PID参数变化对系统性能的影响。

(二)、实验方法及步骤1、按照综合实验装置管路图正确开关各手动球阀。

2、综合实验装置上电,打开水泵,等高位水箱开始溢流(恒压状态下),锅炉水位到高度的2/3时,关闭锅炉的进水阀和出水阀。

3、SUPCON JX-300X DCS系统上电,工程师站上调出监控画面(组态设计已做好),手动操作给锅炉加热到设定温度。

4、小开度打开锅炉的进、出水阀,使锅炉水流动,手动调节加热功率大小,使锅炉水温基本稳定在设定值上,初置调节器PID参数值,将DCS切换到自动控制状态。

5、在锅炉里加少量冷水或加大锅炉进水阀的开度片刻,以模拟扰动,观察系统的调节过程、响应曲线。

过程控制工程实验指导书

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。

实验一 DCS控制系统组态

实验一 DCS控制系统组态

实验一DCS控制系统组态一、实验目的1、了解DCS控制系统基本组成与结构2、了解DCS系统组态软件、监控软件3、学习掌握DCS温度控制系统的组态实现方法二、实验设备及软件1、温度控制装置8套2、DCS系统控制站1个3、DCS系统操作站8台4、SCkey组态软件1套5、AdvanTrol实时监控软件8套6、WinNT4.0操作系统软件1套三、复习教材与内容化工过程计算机控制系统、DCS控制系统、DCS组态四、系统概况根据DCS温度控制系统实验,系统结构示意图如图1所示。

图1 DCS温度控制系统结构示意图DCS系统具体配置如下:五、组态内容及步骤系统组态是在工程师站上利用组态软件Sckey完成整个DCS系统方案设定,进行总体编译后,下载到控制站执行,并传送至其他操作站,成为操作站监控软件所调用的信息文件。

具体组态步骤及内容如下:5.1 总体信息组态总体信息组态主要根据项目实际情况,确定控制站、操作站的数量及其地址,步骤如下:1)启动Sckey组态软件;2)点击“总体信息”菜单下的“主机设置”,进入主控制卡和操作站组态画面;3)选择“主控卡”,增加一个控制站,填上IP地址,选择主控卡型号,并在冗余一栏选中冗余;4)选择“操作站”,增加8个操作站,在地址一栏中填上相应IP地址,在类型选择时指定1个为工程师站,其余7个为操作站。

5.2 控制站组态控制站组态主要包括I/O组态、控制方案组态、自定义变量组态等内容。

1)I/O组态:点击“控制站”下拉菜单中的“I/O组态”,进入系统的I/O组态环境,先确定数据转发卡的地址、型号及数量,其次确定该数据转发卡所在机笼下的I/O卡件地址、型号及冗余与否等内容,再进入该卡件的I/O点组态,其内容包括各信号点的位号、地址、类型、信号点的有关参数设置等。

2)控制方案组态:可分为常规控制方案和自定义控制方案组态;常规控制方案组态时,只需在对话框填入相应的回路号及该回路的输入/输出位号即可,各单回路控制器的PID参数是在监控画面中设置和调整;自定义控制方案组态可选择SCX语言编程或着选择图形化组态方式进行。

《计算机控制技术》实验指导书

《计算机控制技术》实验指导书

《计算机控制技术》实验指导书《计算机控制技术》实验指导书Technology Of Computer Control Experiment Handbook : 总实验时数:8实验简介: 《计算机控制技术》这门课程是我国高等学校计算机应用专业和电子与电气工程专业的主干课程。

它集中了软件与硬件的理论知识,并使之与实际的应用联系在一起。

对于计算机专业大学高年级的学生,有关计算机的专业理论知识已了解许多,但对于计算机在自动化方面的应用,以及一些基本的自动化控制理论了解甚微。

为了扩大同学的就业范围,使我校的学生在今后的工作岗位上尽快适应工作要求,在学习完《计算机控制技术》的理论知识后,让同学们亲自动手做实验,了解PLC硬件和软件的功能,了解PLC如何实现现场控制要求,了解WINCC软件的使用,非常有助于学生对网络知识、计算机知识、以及有关控制方面知识综合掌握。

实验一PLC可编程控制器开关量输入/输出使用(西门子s7-200)实验时数:4学时实验类型:综合型实验对象以及应具备的基础:计算机应用专业高年级,电子电气专业实验组数以及每组人数:30组,每组2人实验平台:Windows操作系统下利用西门子Step7编程软件一. 实验目的:(1) 了解工业控制机与微机的相同点和不同点。

(2) 掌握利用工业控制语言(梯形图)编写控制循环。

(3)理解PLC输入点和输出点的关系,模拟量输入与开关量输入的区别,学会在实验室模拟现场调试。

二.实验步骤(1)安装软件:此软件适合在WIN95/98,WINNT,WIN2000 SP2操作系统上安装。

首先,在光盘中的MICROWIN3.2中,双击SETUP图标,即可安装好版本V3.2:然后,在光盘中的MicroWin V3.2_SP1(中文补丁)中,双击STEP7-MicroWIN_V320_SP1图标,可以安装V3.2 SP1.安装过程中,可以选择使用语言,最好把英语和中文都选上。

0计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书

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启动实时监控软件正确启动实时监控软件是实现监控操作的前提。

由于组态时为各操作小组配置的监控画面及采用的网络策略不同,启动时一定要正确选择。

实时监控软件启动操作步骤如下:1.在桌面上双击快捷图标(或是点击[开始/程序/AdvanTrol-Pro2.50.04 学习版]中的“实时监控”命令),弹出实时监控软件启动的“组态文件”对话框,如图1所示:图1实时监控软件启动对话框选择组态文件:通过下拉列表框选择组态索引文件,若要打开新的组态监控,可通过浏览按钮查找新的组态文件。

登录权限:选择登录的级别。

作为下次运行的组态文件:选中此选项后,下次系统启动时自动运行实时监控软件,并以本次设定的所有选项作为缺省设置,直接启动监控画面。

仿真运行:在未与控制站相连时,可选择此选项,以便观察组态效果。

浏览按钮:选择组态索引文件。

清除按钮:清除“选择组态文件”选项下的文件列表。

登录按钮:用户登录。

确定按钮:进入监控画面。

取消按钮:退出实时监控软件启动对话框。

2.点击“浏览”命令,弹出组态文件查询对话框,如图2所示:图2 文件查询对话框3.选择要打开的组态索引文件“简化DCS”(扩展名为.IDX,保存在组态文件夹的Run 子文件夹下),点击“打开”返回到图1所示的界面。

4.点击“登录”按钮,弹出“登录”对话框,如图3所示:图3 登录对话框5.选择登录人员的用户名,输入密码,点击“确定”返回到图1所示的界面。

6.在操作小组名称列表中选择操作小组,点击“确定”按钮,弹出“选择网络策略”对话框,如图4所示:图4选择网络策略对话框7.网络策略确定了登录操作小组所用数据的来源。

选择相应的网络策略(如:本地策略),点击“确定”按钮,进入实时监控画面如图5所示:或弹出“AdvRTDC”对话框,如下图所示:点击“是”按钮,进入实时监控画面(“AdvanTrol-Pro实时监控软件—系统介绍”画面)如图5所示:图5实时监控画面标题栏:显示当前监控画面名称。

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计算机过程控制系统(DCS)课程实验指导书实验一、单容水箱液位PID整定实验一、实验目的1、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。

2、分析分别用P、PI和PID调节时的过程图形曲线。

3、定性地研究P、PI和PID调节器的参数对系统性能的影响。

二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。

三、实验原理图2-15为单回路水箱液位控制系统单回路调节系统一般指在一个调节对象上用一个调节器来保持一个参数的恒定,而调节器只接受一个测量信号,其输出也只控制一个执行机构。

本系统所要保持的参数是液位的给定高度,即控制的任务是控制水箱液位等于给定值所要求的高度。

根据控制框图,这是一个闭环反馈单回路液位控制,采用SUPCON JX-300X DCS控制。

当调节方案确定之后,接下来就是整定调节器的参数,一个单回路系统设计安装就绪之后,控制质量的好坏与控制器参数选择有着很大的关系。

合适的控制参数,可以带来满意的控制效果。

反之,控制器参数选择得不合适,则会使控制质量变坏,达不到预期效果。

一个控制系统设计好以后,系统的投运和参数整定是十分重要的工作。

一般言之,用比例(P)调节器的系统是一个有差系统,比例度δ的大小不仅会影响到余差的大小,而且也与系统的动态性能密切相关。

比例积分(PI)调节器,由于积分的作用,不仅能实现系统无余差,而且只要参数δ,Ti调节合理,也能使系统具有良好的动态性能。

比例积分微分(PID)调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用,从而使系统既无余差存在,又能改善系统的动态性能(快速性、稳定性等)。

但是,并不是所有单回路控制系统在加入微分作用后都能改善系统品质,对于容量滞后不大,微分作用的效果并不明显,而对噪声敏感的流量系统,加入微分作用后,反而使流量品质变坏。

对于我们的实验系统,在单位阶跃作用下,P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图2-16中的曲线①、②、③所示。

图2-16 P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、实验内容和步骤1、设备的检查和连接1).关闭排水阀门,检查AE2000A型过程控制对象的储水箱水位是否达到总高度的50%以上,如不够,灌水。

2).打开以循环泵为动力的支路至上水箱的所有阀门,关闭动力支路上通往其它对象的切换阀门。

3).打开上水箱泄水阀,开至适当的开度。

4).检查电源开关是否关闭。

2、系统连线如图2-17所示:DCS接线端子排6 5 46 5 4(I/O航空插座接线端子)图2-17 单容水箱液位PID参数整定控制系统接线图1).将24芯通讯电缆I/O线,按图2-17的连法,接到对应的DCS接线端子排上。

将24芯通讯电缆H-1端即上水箱液位+(正极)接到DCS接线端子排的5-E端(即SP313电流信号输入板的正极),将24芯通讯电缆H-4端上水箱液位-(负极)接到DCS接线端子排的5-F端(即SP313电流信号输入板的负极)。

将DCS接线端子排的6-G端(即SP322模拟信号输出板的正极),接至24芯通讯电缆H-19端即调节阀的2~10V输入端的+端(即正极),DCS接线端子排的6-H端(即SP322模拟信号输出板的负极),接至24芯通讯电缆H-20端即调节阀的2~10V输入端的-端(即负极),并且在DCS接线端子排的6-G端和6-H端间连接一500Ω电阻。

2).用网线将上位机与DCS连接起来。

3).电源控制板上的电源空气开关、单相泵电源开关打在关的位置。

3、启动DCS1).将DCS控制柜的电源插头接到220V的单相交流电源。

2).打开DCS控制柜后的两个空气开关,给控制柜散热风扇、交换机和系统电源供电。

3).打开DCS控制柜前的两个电源开关,启动DCS系统。

4、启动实验装置1).将实验装置电源插头接到220V的单相交流电源。

2).将电源控制板上的“漏电保护开关”打开。

3).打开“电源总开关”, 给实验装置和控制柜供电。

4).打开“单向泵”开关, 给循环泵供电。

5).打开“调节阀”开关, 给电动调节阀供电。

6).开启“24VDC电源”开关,给信号检测仪表供电。

5、比例调节控制1).启动“AdvanTrol-Pro实时监控”软件,进入实验系统选择相应的实验,如图1所示:图1 AdvanTrol-Pro“实时监控—流程图”画面2).点击“液位控制”下方数字(文本框),弹出“显示仪表(回路)”窗口。

点击“4#单回路”按钮,进入“AdvanTrol-Pro实时监控软件—调整画面”如图2所示。

图2 AdvanTrol-Pro实时监控软件—调整画面注:图2中设定值10cm,比例系数40,积分时间0.66分,微分时间3秒,泄水阀半开。

或设定值10cm,比例系数20,积分时间0.33分,微分时间3秒,泄水阀全开。

3).设定给定值,按表1逐一调整比例度(P)。

4).待系统稳定后,对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动,一般可通过改变设定值实现)。

记录曲线在经过几次波动稳定下来后,系统有稳态误差。

5).按表1逐一调整比例度(P),重复步骤3,观察过渡过程曲线,并记录余差大小。

6).继续减小比例度重复步骤3,观察过渡过程曲线,直到出现等幅震荡,并记临界比例度和临界振荡周期值。

7).选择合适的比例系数(K),可以得到较满意的过渡过程曲线。

改变设定值,同样可以得到一条过渡过程曲线。

P=(1/K)x100%8).注意:每当做完一次试验后,必须待系统稳定后再做另一次试验。

当设定值SV=10cm时,6、比例积分调节器(PI)控制1).在比例调节实验的基础上,加入积分作用,即在界面上设置积分时间(Ti)不为0,观察被控制量是否能回到设定值,以验证PI控制下,系统对阶跃扰动无余差存在。

2).选择合适的K和Ti值(P=60%,Ti=0.66分),使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。

此曲线可通过改变设定值(如设定值变化20%,SV由10cm变到12cm)来获得。

7、比例积分微分调节(PID)控制1).在PI调节器控制实验的基础上,再引入适量的微分作用,即把软件界面上设置微分时间(Td)参数,然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动,记录系统被控制量响应的动态曲线,并与PI控制下的曲线相比较,由此可看到微分时间(Td)对系统性能的影响。

2).选择合适的K、Ti和Td,使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线(阶跃输入可由给定值突变20%来实现)。

3).在历史曲线中选择一条较满意的过渡过程曲线进行记录。

8、用临界比例度法整定调节器的参数在实现应用中,PID调节器的参数常用下述实验的方法来确定。

用临界比例度法去整定PID调节器的参数是既方便又实用的。

它的具体做法是:1).在只有比例调节作用下(将积分时间放到最大,微分时间放到最小),先把比例系数K放在较小值上,然后逐步增加调节器的比例系数,并且每当增加一次比例系数,待被调量回复到平衡状态后,再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动,观察被调量变化的动态过程。

若被调量为衰减的振荡曲线,则应继续增加比例系数,直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。

如果响应曲线出现发散振荡,则表示比例系数调节得过大,应适当减少,使之出现等幅振荡。

图2-19为它的实验方块图。

图2-19 具有比例调节器的闭环系统2).在图2-20系统中,当被调量作等幅荡时,此时的比例系数K就是临界比例系数,用K m表示之,此时的临界比例度为δk,δk=1/K m,相应的振荡周期就是临界周期T m。

据此,按下表可确定PID调节器的三个参数δ、Ti和Td。

图2-20 具有周期T m的等幅振荡3).必须指出,表格中给出的参数值是对调节器参数的一个初略设计,因为它是根据大量实验而得出的结论。

若要就得更满意的动态过程(例如:在阶跃作用下,被调参量作4:1的衰减振荡),则要在表格给出参数的基础上,对δ、Ti(或Td)作适当调整。

五、实验报告要求1、画出单容水箱液位控制系统的方块图。

2、用接好线路的单回路系统进行投运练习,并叙述无扰动切换的方法。

3、用临界比例度法整定调节器的参数,写出三种调节器的余差和超调量。

4、作出P调节器控制时,不同δ值下的阶跃响应曲线。

5、作出PI调节器控制时,不同δ和Ti值时的阶跃响应曲线。

6、画出PID控制时的阶跃响应曲线,并分析微分D的作用。

7、比较P、PI和PID三种调节器对系统无差度和动态性能的影响。

六、注意事项1、实验线路接好后,必须经指导老师检查认可后方可接通电源。

七、思考题1、实验系统在运行前应做好哪些准备工作?2、为什么要强调无扰动切换?3、试定性地分析三种调节器的参数K、(K、Ti)和(K、Ti和Td)的变化对控制过程各产生什么影响?4、如何实现减小或消除余差?纯比例控制能否消除余差?实验二、上水箱中水箱液位串级控制实验一、实验目的1)、掌握串级控制系统的基本概念和组成。

2)、掌握串级控制系统的投运与参数整定方法。

3)、研究阶跃扰动分别作用在副对象和主对象时对系统主被控量的影响。

二、实验设备AE2000A型过程控制实验装置、JX-300X DCS控制系统、万用表、上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根、网线1根、24芯通讯电缆1根。

三、实验原理上水箱液位作为副调节器调节对象,中水箱液位做为主调节器调节对象。

控制框图如图12-1所示:12-1、上水箱、中水箱液位串级控制框图四、实验内容和步骤1、设备的连接和检查:(1)、打开以循环泵、调节阀、涡轮流量计组成的动力支路至上水箱的出水阀门,关闭动力支路上通往其他对象的切换阀门。

(2)、打开上水箱出水阀至半开,中水箱的出水阀至全开。

(3)、检查电源开关是否关闭2、系统连线图:DCS接线端子排6 5 4H F D B H F D B H F D B6 5 4(I/O航空插座接线端子)图2-2 上水箱、中水箱液位串级控制系统接线图1).24芯通讯电缆I/O线,按图2-17的连法,接到对应的DCS接线端子排上。

将24芯通讯电缆H-1端即上水箱液位+(正极)接到DCS接线端子排的5-E端(即SP313电流信号输入板的正极),将24芯通讯电缆H-2端即中水箱液位+(正极)接到DCS接线端子排的5-G端(即SP313电流信号输入板的正极),将24芯通讯电缆H-4端上、中水箱液位-(负极)接到DCS接线端子排的5-F端(即SP313电流信号输入板的负极)。

将DCS接线端子排的6-G端(即SP322模拟信号输出板的正极),接至24芯通讯电缆H-19端即调节阀的2~10V输入端的+端(即正极),DCS接线端子排的6-H端(即SP322模拟信号输出板的负极),接至24芯通讯电缆H-20端即调节阀的2~10V输入端的-端(即负极),并且在DCS接线端子排的6-G端和6-H端间连接一500Ω电阻。

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