过程控制综合实习

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1、过程控制综合实习一 实习目的主要是基于最新购进的过程控制系统实验装置上，借助数字控制仪表，可编 程控制器PLC和HMI组态软件PROTOOL, MCGS对其单容液位对象，多容液 位对象，温度对象和流量对象等进行全程监控。实习过程中要理论联系实际结合 以往学过的课程理论，如过程控制系统过程控制仪表PLC应用技术， 重点强化培养解决实际问题的能力，实践能力和动手能力。二 实习设备1. THKGK-1 型过程控制实验装置：GK-02GK-03GK-04GK-072. 万用表一只3. 计算机及上位机软件4. 螺丝刀一把三 实习内容1测量变送器的输入/输出特性。1) 实习装置的结构框图阀3阀9阀4阀6阀

2、5阀7汩阀8碉 节 器调 节 器变 频 器变 频 器-1-阀11_上水箱二储水箱给定给定下水箱一 _ 一加热水箱-2）设备组装与检查：a） 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。b）先打开空气开关再打开钥匙开关，此时停止按钮红灯亮。c）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。d）关闭各个挂件的电源进行连线。3） 系统接线：a）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-0

3、7的输出“A、B、C”接到GK-01面板上三相异步电机的“U1、 VI、W1”输入端；GK-07的“SD”与“STR”短接，使电机驱动磁力 泵打水（若此时电机为反转，则“SD”与“STF”短接）。b）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）。4）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

4、号输出：LT1、PT、LT2、FT （输出 标准DC05V）,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。（标有ZERO的是调零电位器，标有SPAN的是调增益电位器）5）调试步骤如下：a）首先我们在水箱没水时调节零位电位器，使其输出显示数值为零。b）用交流支路1打水（也可以用交流支路2打水）：打开阀1、阀3、阀4， 关闭阀5、阀6、阀7,然后开启GK-07变频器及GK-04给定启动三相磁 力泵给上、下水箱打水，使其液面均上

5、升至10cm高度后停止打水。c）看各自表头显示数值是否与实际水箱液位高度相同，如果不相同则要调 节增益电位器使其输出大小与实际水箱液位的高度相同，同法调节上、下水箱压力变送器的零位和增益。d) 按上述方法对压力变送器进行零点和增益的调节，如果一次不够可以多 调节几次，使得实验效果更佳。6) 测量变送器输入/输出特性万用变测量输出电压，记录数据绘制曲线输入(cm)10.008.977.997.016.00输出(v)2.862.482.211.911.612建立被控对象的数学模型。1) 实习目的a) 了解单容水箱的自衡特性。b) 掌握单容水箱的数学模型及其阶跃响应曲线。c) 实测单容水箱液位的阶跃

6、响应曲线，用相关的方法分别确定它们的参 数。2) 实习原理 阶跃响应测试法是被控对象在开环运行状况下，待工况稳定后，通过调节 器手动改变对象的输入信号(阶跃信号)。同时，记录对象的输出数据和阶跃响 应曲线，然后根据给定对象模型的结构形式，对实验数据进行合理的处理，确定 模型中的相关参数。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。单容水箱的数学模型可用一阶惯性环节来近似描述，且用下述方法求取对象 的特征参数。单容水箱液位开环控制结构图如图 4-2 所示：图 4-2 、 单容水箱液位开环控制结构图设水箱的进水量为Q1，出水量为Q2，水箱的液面高度为h,出水阀V2固定于某

7、一开度值。根据物料动态平衡的关系，求得：R2Cd A hdt在零初始条件下，对上式求拉氏变换，得：H (s)Q (s)R 2R 2 CS + 1KTS + 12-1式中， T=R2*C 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)， K=R2 为过程的放大倍数，也是阀 V2 的液阻， C 为水箱的底面积 令输入流量QI (S) =RO/S, RO为常量，则输出液位的高度为：KRKRKR2-2S + 1/TS (TS + 1)1即h(t) = KRO(1 -e-Tt)当t g时，h(g) = KRO 因而有2-3h (g)K =-输出稳态值阶跃输入当t = T时，则有：

8、2-4h(T) = KR0(1 -e -1 ) = 0.632KR 0 = 0.632h( g)间就是时间常数 T。其理论依据是：dh (t)KRdt1 d KR 0h(g)T t = 0 =(2 -5)上式表示h (t)若以在原点时的速度h (g) /T恒速变化，即只要花T 秒时间就可达到稳态值h(8)。式(2-2)中的 K 值由下式求取：K = h(8)/R0 = 输入稳态值/阶跃输入3) 实习内容与步骤a) 对上、下水箱液位传感器进行零点与增益的调整。b) 按照图2-1的结构框图，完成系统的接线(接线参照实验1),并把PID 调节器的“手动/自动”开关置于“手动”位置，此时系统处于开环状

9、态。c) 将单片机控制挂箱GK-03的输入信号端“LT1、LT2”分别与GK-02的 传感器输出端“LT1、LT2”相连；用配套RS232通讯线 将GK-03的“串 行通信口”与计算机的 COM1 连接；打开所有电源开关用单片机进行液 位实时监测；然后用上位机控制监控软件对液位进行监视并记录过程曲 线。d) 利用PID调节器的手动旋钮调节输出，将被控参数液位控制在2cm左右。e) 观察系统的被调量水箱的水位是否趋于平衡状态。若已平衡，记录此时调节器手动输出值V0以及水箱水位的高度hl和显示仪表LT1的读数值f）迅速增调“手动调节”电位器，使PID的输出突加10%，利用上位机监 控软件记下由此引

10、起的阶跃响应的过程曲线，并根据所得曲线填写下 表。T(min)00.511.522.533.544.55LT1读数(cm)00.430.881.261.581.862.12.322.532.672.79T(min)5.566.577.588.599.51010.5LT1读 数(cm)2.912.983.053.13.143.163.163.163.163.163.16K=0.30T=2.81t =0.343PLC 控制系统的应用。1） 实习目的a）了解S7-200PLC可编程控制器的结构与功能。b）熟悉Step-7-micro/Win32编程软件、PROTOOL或MCGS组态软件的使用c）掌握

11、S7-200PLC程序下载方法。2） 实习要求可编程控制器（PLC ）是当代工业自动化的主导产品之一，它是一种工 业专用计算机。由于这种工业计算机采用面向用户的指令，因而编程方便。它不 仅能完成“逻辑运算、顺序控制、定时、计算和算术操作”，而且具有“数字量 或模拟量输入/输出控制”的能力。它还容易与“工业控制系统联成一体”，易于 扩充。由于PLC具有极强的控制功能，因而在过程控制中得到了广泛的应用。组态软件PROTOOL和MCGS是当前生成控制系统HMI的流行软件，它 与 PLC 结合起来可以提高控制功能，改善控制品质和操作质量。该任务要求任选对象（温度，液位，流量）实施闭环控制，用 S7-2

12、00 PID 指令 作为控制器， PROTOOL 或 MCGS 组态软件作为 HMI 生成工具，能够实现手/ 自动转换，HMI上面可以修改PID参数，设定值输入，PV，MV和SV的文本 显示和趋势曲线显示。具体任务包括 PLC 程序设计，组态软件程序设计，程序 调试，系统参数整定等，并提交程序清单和图形样本。3） 实习步骤（以单回路水位控制系统为例）a）熟悉PLC及演示软件的操作（PLC的使用及实验操作步骤详见 THKGK-1型过程控制实验装置使用说明中的GK-08的使用说明）。b）设计一个单回路水位控制系统：PLC起调节器的功能，一方面它可与 差压传感器相连，获取输入信号，比较测量水位值和设

13、定值，得到偏差， 通过对偏差的处理获得控制信号；PLC输出信号直接控制电机转速，从 而达到控制水位的目的。另一方面它又与计算机通讯，实现计算机的监 控（注意：PLC的程序必须由上位机下载，设定值、PID参数也通过上位 机 软件 PROTOOL-CS 设定）。c）1. 按图 4-1 所示组成一个单回路上水箱或下水箱（虚线部分）的水位控制系 统。图 4-1 、PLC 控制系统结构图2. 按装置使用说明中的要求，对上下水箱的液位传感器进行零位与增益的调 整。3. 用CP5611自带电缆线连接RS485通信口与CP5611卡。4. 打开GK-08的电源开关，并将PLC置于STOP工作方式，下载程序，然

14、 后将PLC置于RUN工作方式。5. 按不同的控制方式设定相应的控制参数 KC、TI、TD。6. 在参数设定后，用鼠标向上拉动设定值键至所需的控制值（即设定水箱水位 的高度），再点击自动进入自动运行状态。在实时液位曲线显示区将有三条不同 颜色曲线显示这三个变量的动态值。7. 待被控水箱水位趋于稳定后加入一定的正（或负）阶跃信号（即向上或向 下拉动设定键至某值），观察与记录输出值与采样值的变化规律，记录一条完整 的过渡过程曲线。记录表格自拟。PID程序/主程序LD SM0.1CALL PIDSBR0CALL PIDSBR1/PID 回路表初始化子程序 PIDSBR0LDSM0.0MOVR0.5 ,VD204MOVR1.5 ,VD212MOVR0.2 ,VD216MOVR0.1 ,VD220MOVR0.0 ,VD224/初始化子程序 PIDSBR1LDSM0.0MOVB 200 , SMB34ATCHPIDINT , 10ENI/中断程序 PIDINTLDSM0.0ITDAIW2 , AC0DTRAC0， AC0/R32000.0 , AC0MOVR AC0 , VD200LDI0.4PIDVB200,0LD