实验五过程控制综合实验

实验五过程控制综合实验

一、简介

过程装备控制是指在过程设备上，配上一些自动化装置以及合适的自动控制系统来代替操作人员的部分或全部直接劳动。使设计、制造、装配安装等不同程度上自动地进行。

过程装备控制的任务就是在了解、掌握工艺流程和生产过程的静态和动态特性的基础上，应用理论对控制系统进行分析和综合，最后采用合适的技术手段加以实现。因此，过程装备控制理论、工艺知识、计算机技术和仪器、仪表等相结合而构成的一门综合性应用科学。而工业生产过程中都是在一定的温度、压力、物位等工艺条件下进行的。为此必须对这些工艺变量进行控制，使其稳定在保证生产正常运行的范围内。为了实现控制要求，通常有两种方式可以选择：人工控制和自动控制。

GZS__1型过程控制实验装置，是由实验操作台和控制对象柜两部分组成，由六对航空接头通过专用

多芯电缆连线，可实验流量、压力、温度、水位等物理参数自动控制和数学模型搭建实验，供学生定性定量绘制各类特性曲线，实验所需全部仪器、仪表及设备可操作部件均有序安装于面板上，仅专用安全导线插接即可进行实验。

二、实验装置

1. 实验台结构

实验操作台：采用优质钢板摸压制成，表面双层喷塑，机械强度大，不易变形。实验操作台底部两侧各装有一对高强度尼龙定向转轮和万向转轮，移动实验操作台灵活方便，总承载能力约300㎏，操作台桌面由防火，耐热，高绝缘性能密度板制成，如7-1图所示。

图7-1 实验操作台

2. 实验台操作面板：

实验台操作面板由11块仪表模板组成总长1660㎜高570㎜，如图7-2所示。

实验台操作台面板上的模板内容有：

1）供电系统设备：三级组合开关，中间继电器钥匙电源开关，交流电压表，指示灯。

2）安全及联锁保护系统设备：热继电器，电流型漏电保护器，差动式触电保护器，专用接地端子。

3）仪器仪表：24VDC直流稳压电源，直流恒流电源组，热继电器，单回路PID连续电动调节器，智能调节器，带伺服放大器，电动操作器，温度变送器，信号转换器，电动加减器，微分器，三相移相触发器，双相可控硅组，状态切换开关，直流复合标准表（电压、电流）。

4）仪表模板：调节器伺放操作器板，中间继电器板，温度变送器执行机构电磁阀板，电动机热继电

器变送器板，辅助运算板，三相移项触发器板，模拟量数显板，控制按扭指示灯板，直流恒量源板，直流标准表板，三相四线总电源板。11块仪表摸板可以分别从面板上自由脱卸，方便检修维护操作。

图7-2 实验台操作面板

（GZS—1型过程控制方框图）

3. 实验台控制对象柜

控制对象柜框架采用敞开式钢柱结构，管件采用PVC材料热封熔接，阀门，管接头，模拟锅炉，高位水箱，底位水箱，1#容器，2 #容器材质均为1r18Ni9T。

控制对象柜主要设备和仪器仪表装有：三相异步电动机、离心水泵、三相加热电热棒、二台电动执行程调节阀、二台电磁流量计、二台压力变送器、三台水位变送器、二支测温铂热电阻、二台直通电磁阀。如附表四图7-3所示（见P69后，）。

4. 实验操作台与控制对象柜联接

实验操作台与控制对象柜由六对航空插头通过专用多芯电缆联接。四对12芯航空插头，二对七芯航空插头。

操作台航空插头通过联络端子排与操作台诸多变送器模板、传感器模板、执行机构模板、电加热模板、三相电动模板、电磁阀模板联接。

控制对象柜航空插头通过柜内接线箱端子排与三相异步电动机、离心水泵，三相加热电热棒、二台电动执行程调节阀、二台电磁流量计、二台压力变送器、三台水位变送器、二支测温铂热电阻、二台直通电磁阀联接。

三、实验步骤及通则

1) 参照GZS—1控制对象流程图（附表四图7-3）、GZS—1型过程控制方框图（图7-2），选择实验项

目相关阀门，置于正确的开、闭状态，或适度开闭状态。根据相关实验项目过程控制方框图进行实验仪器仪表的插接和调试。

2) 一般操作顺序为先手动，待该系统基本稳定后再自动，避免切换时系统大幅度扰动。

3) 实验中涉及相关仪表内部参数设置，请根据该仪表使用说明书操作。

4) 实验时涉及变送器量程迁移，请根据变送器使用说明书操作。

5) 实验时使用直流电流、电压标准器时，尽量避免超量程溢出。

6) 实验时使用直流恒流源时，尽量避免超过20mA。

7) 效验直流变速器和仪表所用电源，必须取相应直流管状熔断器，使用面板上专用24V直流电流。

8) 效验交流变速器和仪表所用电源，必须先关闭相关单极自动开关，使用面板上交流24V二次操作源。

9) 水泵电机启动运行的二次回路，必须使用面板上交流24V二次操作电源。

四、实验

实验内容包括：广义对象的特性测试、简单控制系统、复杂控制系统、需逻辑判别和复杂计算控制系统、复合调节系统、变频控制以及计算机管理模板的应用等。

其中，每个大实验内还包括数个小实验，在这里我们仅以“简单定值控制系统”为例作为此实验重点。（一）流量定值控制

1. 实验目的

1）了解流量计的结构及其使用方法。

2）熟悉单回路流量控制系统的组成。

3）掌握用安全导线插接的使用来进行实验的方法。

2. 实验设备

1）GZS__1型过程控制实验装置。

2）带伺服操作器、流量变速器、单回路PID连续电动调节器，执行机构。

3）计算机系统。

3. 实验原理

（1）电磁流量计的工作原理简介

电磁流量计由电磁流量传感器和电磁流量转换器组成，如图所示。传感器能将流量这个非电量变成极微弱的电信号，而转换器能将这个电信号转换成标准统一的联络信号：0～10mADC或4～20mADC以及0～1000Hz的标准频率脉冲信号供后位仪表使用，达到流量测量的目的。

1

极检测，电动势

E=KBD V

B 磁通密度（T）；

D 导管内径（m）；

V通过导管的平均流速（m/s）；

K 比例常数；