过程控制系统实验指导书
蔡型
杨钧 编
广东工业大学自动化学院
前
言
THSA-1 型综合自动化控制系统实验装置是为配合高校自动化,电气及相关 专业的教学和实验而设计开发的,它可满足各大高校所开设的《传感器检测与转 换技术》《过程控制》《自动化仪表》《自动控制理论》《计算机控制》《单片 , , , , , 机控制》《DCS 分布式控制》及《PLC 可编程控制》等课程实验的教学要求. , 本实验指导书共分五节. 第一节简要地介绍了 THSA-1 型综合自动化控制系 统实验装置的软,硬件构成原理及使用说明,第二节至第五节分别叙述了实验项 目,包括被控对象特性测试,单回路控制系统,串级控制系统,滞后控制系统, 其中每个实验又包含二种控制方案:智能仪表控制,S7-200PLC 控制.以及 S7-300PLC 监控. 由于本实验指导书编写时间较为仓促,书中的缺点和错误在所难免,敬请使 用师生批评指正.
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目
一 二
录
实验装置说明………………………………………………………3 被控对象特性测试实验……………………………………………9 实验一 实验二 单容自衡水箱液位特性的测试 双容自衡水箱液位特性的测试
三 单回路控制系统实验………………………………………………17 单回路控制系统概述 实验三 单容水箱液位定值控制系统 实验四 双容水箱液位定值控制系统 实验五 锅炉内胆静(动)态水温定值控制系统 四 串级控制系统实验…………………………………………………30 串级控制系统概述 实验六 水箱液位串级控制系统 五 滞后控制系统实验…………………………………………………36 实验七 盘管出水口温度滞后控制系统
六 设计性,综合性实验………………………………………………40 实验八 设计一个单回路水箱液位控制系统
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一 实验装置说明
1 系统概述
"THSA-1 型过控综合自动化控制系统实验平台"是由实验控制对象,实验 控制台及上位监控 PC 机三部分组成.本装置结合了当今工业现场过程控制的实 际,是一套集自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术及现场总 线技术为一体的多功能实验设备.该系统包括流量,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-反馈控制,滞后控制, 比值控制,解耦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 AI 智能仪表,PLC 可编程控制,FCS 现场总线控制等多种控制系统,它既可作为 本科,专科,高职过程控制课程的实验装置,也可为教师,研究生及科研人员对 复杂控制系统,先进控制系统的研究提供一个物理模拟对象和实验平台. 学生通过本实验装置进行综合实验后可掌握以下内容: (1)传感器特性的认识和零点迁移; (2)自动化仪表的初步使用; (3)变频器的基本原理和初步使用; (4)电动调节阀的调节特性和原理; (5)测定被控对象特性的方法; (6)单回路控制系统的参数整定; (7)串级控制系统的参数整定; (8)复杂控制回路系统的参数整定; (9)控制参数对控制系统的品质指标的要求; (10)控制系统的设计,计算,分析,接线,投运等综合能力培养; (11)各种控制方案的生成过程及控制算法程序的编制方法.
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THSA-1 型过控综合自动化控制系统对象
实验对象总貌图如图 1-1 所示: 本实验装置对象主要由水箱,锅炉和盘管三大部分组成.供水系统有两路: 一路由三相(380V 恒压供水)磁力驱动泵,电动调节阀,直流电磁阀,涡轮流 量计及手动调节阀组成;另一路由变频器,三相磁力驱动泵(220V 变频调速) , 涡轮流量计及手动调节阀组成. (一)被控对象 由不锈钢储水箱, (上,中,下)三个串接有机玻璃水箱,4.5KW 三相电加 热模拟锅炉(由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式锅炉夹套构成),盘管和敷塑不锈 钢管道等组成. (1)水箱:包括上水箱,中水箱,下水箱和储水箱.上,中,下水箱采用 淡蓝色优质有机玻璃,便于学生直接观察液位的变化和记录结果.水箱底部均接 有扩散硅压力传感器与变送器, 可对水箱的压力和液位进行检测和变送. 中, 上, 下水箱可以组合成一阶,二阶,三阶单回路液位控制系统和双闭环,三闭环液位 串级控制系统. 储水箱由不锈钢板制成, 能满足上, 中, 下水箱的实验供水需要. (2)模拟锅炉:是利用电加热管加热的常压锅炉,包括加热层(锅炉内胆)
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图 1-1
实验对象总貌图
和冷却层(锅炉夹套) ,可利用它进行温度实验.做温度实验时,冷却层的循环 水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降.冷却层和加热层都 装有温度传感器检测其温度,可完成温度的定值控制,串级控制,前馈-反馈控 制,解耦控制等实验. (3)盘管:模拟工业现场的管道输送和滞后环节,长 37 米(43 圈) ,在盘 管上有三个不同的温度检测点,它们的滞后时间常数不同,在实验过程中可根据 不同的实验需要选择不同的温度检测点. 盘管的出水通过手动阀门的切换既可以

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