过程控制实训--流量计和温度控制的PID整定

目录

目录

第一部分、系统介绍 (2)

一、AE2000B型系统介绍 (2)

二、AE2000B型实验对象组成结构 (2)

三、AE2000B型实验对象控制台 (3)

第二部分流量控制 (4)

2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验 (4)

2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验 (6)

2.3、实验三、涡轮与电磁流量比值控制系统实验 (9)

2.4、简单比值控制系统的仿真 (11)

第三部分温度控制 (12)

3.1、实验一、锅炉夹套水温PID整定实验（动态） (12)

3.2、实验二. 锅炉夹套和锅炉内胆温度串级控制系统 (14)

3.3、被控对象的仿真模型 (17)

3.4、单回路控制系统的仿真 (18)

3.5、串级控制系统的仿真 (18)

第四部分实训感想 (18)

第一部分、系统介绍

一、AE2000B型系统介绍

AE2000B型过程控制实验装置是根据工业自动化及相关专业教学特点，吸取了国外同类实验装置的特点和长处，并与目前大型工业自动化现场紧密联系，采用了工业上广泛使用并处于领先的AI智能仪表加组态软件控制系统、DCS(分布式集散控制系统)，经过精心设计，多次实验和反复论证，推出的一套基于本科，着重于研究生教学、学科基地建设的实验设备。该设备涵盖了《信号和信息处理》、《传感技术》、《工程检测》、《模式识别》、《控制理论》、《自动化技术》、《智能控制》、《过程控制》、《自动化仪表》、《计算机应用和控制》、《计算机控制系统》等课程的教学实验与研究。整个系统美观实用，功能多样，使用方便，既能进行验证性、设计性实验，又能提供综合性实验，可以满足不同层次的教学和研究要求。AE2000型过程实验装置的检测信号、控制信号及被控信号均采用ICE标准，即电压1~5V，电流4~20mA。实验系统供电要求：单相220V交流电，外型尺寸：1850×1450×900mm，重量：100Kg

二、AE2000B型实验对象组成结构

过程控制实验对象系统包含有：不锈钢储水箱（长×宽×高：850×450×400mm）、串接圆筒有机玻璃上水箱、中水箱、下水箱、单相2.5KW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套组成）。系统动力支路分两路组成：一路由单相增压泵、电动调节阀、涡轮流量计、自锁紧不锈钢水

管及手动切换阀组成；另一路由增压泵、变频调速器、小流量涡轮流量计、自锁紧不锈钢水管及手动切换阀组成。如图2-1所示：

2-1、系统结构图

对象系统结构图中检测变送和执行元件包括：液位传感器、温度传感器、涡轮流量计、压力表、电动调节阀等。

AE2000B实验对象检测及执行装置包括：

检测装置：扩散硅压力液位传感器、涡轮流量传感器、Pt100热电阻温度传感器。执行装置：单相可控硅移相调压装置、电动调节阀、变频器。

三、AE2000B型实验对象控制台

仪表控制台面板由三部分组成：

（1）电源控制屏面板：充分考虑人身安全保护，带有漏电保护空气开关、电流型漏电保护器。

（2）仪表及远程数据采集模块面板：1块变频调速器面板、3块AI/818A 智能调节仪面板、2块远程数据采集模块面板组成，各装置外接线端

子通过面板上自锁紧插孔引出。

（3）I/O信号接口面板：该面板的作用主要是将各传感器检测及执行器控制信号同面板上自锁紧插孔相连，再通过航空插头同对象系统连接，便

于学生自行连线组成不同的控制系统，进行几十种过程控制实验。

第二部分流量控制

2.1、实验一电磁流量计流量PID整定实验

一、实验目的

1）、了解电磁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。

二、实验设备

1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换器1只、串口线1根。

2）、万用表一只

三、实验原理

图8-1、流量控制系统

四、实验内容与步骤

1）、利用实验装置,信号接口面板上涡轮流量计的测量信号组成图9-4所示的单回路流量控制系统。如图8-2所示：

图8-2、实验接线图

2）、把调节器置于“手动”状态，积分时间常数为零，微分时间常数为零，根据仪表使用说明设定比例P，设置相关的参数，使调节器工作在比例调节上。

3）、启动工艺流程并开启相关仪器和计算机系统，在开环状态下，利用调节器的手动操作按钮把被调量管道的流量调到给定值（一般把流量控制在流量量程的50%处）。

4）、运行MCGS组态软件，进入实验系统相关的实验,如图8-3所示：

图8-3、实验软件界面

5）、观察计算机显示屏上实时的响应曲线，待流量基本稳定于给定值后，即可将调节器由“手动”状态切换到“自动”状态，使系统变为闭环控制运行。待系统的流量趋于平衡不变后，加入阶跃信号（一般可通过改变设定值的大小来实现）。经过一段时间运行后，系统进入新的平稳状态。由记录曲线观察并记录在不同的比例P下系统的余差和超调量。（计算超调量！）

6）、记录软件中的实时曲线的过程数据作出一条完整的过渡过程曲线，记录表格自拟。

2.2、实验二、涡轮流量计流量PID整定实验

一、实验目的

1）、了解涡轮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。

二、实验设备

1）、AE2000B型过程控制实验装置：上位机软件、计算机、RS232-485转换

器1只、串口线1根。

2）、万用表一只

三、涡轮流量计的工作原理

1、工作原理

当被测流体流经传感器时，传感器内的叶轮借助于流体的动能而产生旋转，周期性地改变磁电感应转换系统中的磁阻值，使通过线圈的磁通量周期性地发生变化而产生电脉冲信号。在一定的流量范围下，叶轮转速与流体流量成正比，即电脉冲数量与流量成正比。该脉冲喜好经放大器放大后送至二次仪表进行流量和总量的显示或积算。

在测量范围内，传感器的输出脉冲总数与流过传感器的体积总量成正比，其比值称为仪表常数，以ξ（次/L）表示。每台传感器都过实际标定测得仪表常数值。当测出脉冲信号的频率f和某一段时间内的脉冲总数N后，分别除以仪表常数ξ（次/L）便可求得瞬时流量q（L/s）和累积流量Q(L)。

即：

q=f/ξ

Q=N/ξ

四、实验内容与步骤

1）、利用实验装置,信号接口面板上涡轮流量计的测量信号组成图9-4所示的单回路流量控制系统。如图9-2所示：