A3000過程控制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(實(shí)驗(yàn)用)

1、 A3000過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書V3.0 第一章安全注意事項與設(shè)備使用安全注意事項：在安裝、操作、維護(hù)或檢查本系統(tǒng)之前一定仔細(xì)閱讀以下安全注意事項。在熟悉設(shè)備的知識、安全信息及全部有關(guān)注童事項以后使用。在本使用說明書中，將安全注意事項等級分為“危險”和“注意”。！危險：不正確的操作造成的危險情況，將導(dǎo)致死亡或重傷的發(fā)生。！注意：不正確的操作造成的危險情況，將導(dǎo)致一般或輕微的傷害或造成物體的硬件損壞。注意：根據(jù)情況的不同，“注意”等級的事項也可能造成嚴(yán)重后果。請遵循兩個等級的注意事項，因?yàn)樗鼈儗τ趥€人安全都是重要的。1.防1止觸電盡管系統(tǒng)經(jīng)過多層保護(hù)，還是請用戶注意以下安全事項。！危險嚴(yán)格

2、要求系統(tǒng)可靠接地，包括現(xiàn)場對象系統(tǒng)，控制系統(tǒng)，接地電阻不大于4歐姆。當(dāng)通電或正在運(yùn)行時，請不要進(jìn)行任何維護(hù)、維修操作，不要打開機(jī)柜后門，接線箱蓋子，變頻器前蓋板，否則會發(fā)生觸電的危險。即使電源處于斷開時，除維護(hù)、維修外，請不要接觸任何具有超過安全電壓的裸露端子，否則接觸各種充電回路可能造成觸電事故。請不要用濕手操作設(shè)定各種旋鈕及按鍵，以防止觸電。對于電纜，請不要損傷它，不要對它加過重的應(yīng)力，使它承載重物或?qū)λQ壓。否則可能會導(dǎo)致觸電。包括布線或檢查在內(nèi)的工作都應(yīng)由專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行。在開始布線或維修之前，請斷開電源，經(jīng)過10分鐘以后，用萬用表等檢測剩余電壓后進(jìn)行。1.防2止?fàn)C傷！危險不要接觸熱水

3、管道，避免高溫燙傷。在熱水沒有冷卻時，不要打開鍋爐，不要進(jìn)行任何維修維護(hù)工作。請盡量控制水溫在70度以下，以免高溫燙傷，提高產(chǎn)品壽命。防3止損壞！危險在水泵運(yùn)行狀態(tài)，絕對禁止進(jìn)行水泵切換控制操作，否則可能損壞變頻器。！危險在水箱水位沒有達(dá)到一定高度，不能啟動調(diào)壓器輸出，否則可能損壞加熱器。該系統(tǒng)增加了硬件的連鎖保護(hù)，但是也要在操作時注意。系統(tǒng)應(yīng)遠(yuǎn)離可燃物體。系統(tǒng)發(fā)生故障時，請斷開電源。否則系統(tǒng)可能因電流過大導(dǎo)致火災(zāi)。各個端子上加的電壓只能是使用手冊上所規(guī)定的電壓，以防止爆裂、損壞等等。確認(rèn)電纜與正確的端子相連接，否則，可能會發(fā)生爆裂、損壞等等事故。始終應(yīng)保證正負(fù)極性的正確，以防止爆裂、損壞等。

4、1.現(xiàn)4場系統(tǒng)組成A3000現(xiàn)場系統(tǒng)(A3000-FS和A3000-FBS)包括三水箱，一個鍋爐，一個強(qiáng)制換熱器,兩個水泵，兩個流量計，一個電動調(diào)節(jié)閥。其他還包括加熱管，大水箱。圖見1-4-1。1.控5制系統(tǒng)組成A3000控制系統(tǒng)(A3000-CS)包括了傳感器執(zhí)行器I/O連接板、三個可換的子控制系統(tǒng)板，第三方控制系統(tǒng)接口板。整個部分設(shè)計在一個工業(yè)機(jī)柜中，開放性極強(qiáng)。一個前門，保證了設(shè)備防塵、散熱等需要。內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計合理，布線完全按照工業(yè)要求，整齊、可靠。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖所示。左邊是機(jī)柜布置簡圖，右邊是各個控制系統(tǒng)的半模擬屏簡圖。A3000高級過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)獨(dú)創(chuàng)現(xiàn)場系統(tǒng)概念，而不是對象系統(tǒng)?，F(xiàn)場

5、系統(tǒng)包括了實(shí)驗(yàn)對象單元、供電系統(tǒng)、傳感器、執(zhí)行器（包括變頻器及調(diào)壓器）、以及半模擬屏，從而組成了一個只需接受外部標(biāo)準(zhǔn)控制信號的完整、獨(dú)立的現(xiàn)場環(huán)境。1、A3000特點(diǎn)（1）現(xiàn)場系統(tǒng)通過一個現(xiàn)場控制箱，集成供電系統(tǒng)、變頻器、移相調(diào)壓器、以及現(xiàn)場繼電器，所有驅(qū)動電力由現(xiàn)場系統(tǒng)提供。它僅需通過標(biāo)準(zhǔn)接線端子接收標(biāo)準(zhǔn)控制信號即能完成所有實(shí)驗(yàn)功能。從而實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)場系統(tǒng)與控制系統(tǒng)完全獨(dú)立的模塊化設(shè)計。（2）現(xiàn)場控制箱側(cè)面是工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接線端子盒。這種標(biāo)準(zhǔn)信號接口可以使現(xiàn)場系統(tǒng)與用戶自行選定的DCS系統(tǒng)、PLC系統(tǒng)、DDC系統(tǒng)方便連接，甚至用戶自己用單片機(jī)組成的系統(tǒng)都可以對現(xiàn)場系統(tǒng)進(jìn)行控制。（3）現(xiàn)場系統(tǒng)的設(shè)計另外

6、的優(yōu)勢是保證動力線與控制線的電磁干擾隔離。（4）現(xiàn)場系統(tǒng)的設(shè)計保證了控制系統(tǒng)只需要直流低壓就可以了，使得系統(tǒng)設(shè)計更模塊化，更安全、具有更大的擴(kuò)展性。12.78鍋爐0.09A3000-FS系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖如圖2-1-1所示。10.049.87-013大功率加熱管，滯后啟動清錯設(shè)定頻率Ei.SEj圖2-1-1*3000現(xiàn)場系統(tǒng)結(jié)箱一個鍋爐R統(tǒng)，一個硬件聯(lián)鎖保護(hù)系統(tǒng)匚個工業(yè)用板式換熱器，兩個水泵;0.00調(diào)整的滯町執(zhí)行器系1.02X-大儲水箱30001 統(tǒng)包括5個溫度、3個液位、1個壓力，1個電磁流量計，1個渦輪流量計，1個電動調(diào)節(jié)閥，兩個電磁閥，2個液位開關(guān)。2、現(xiàn)場系統(tǒng)面板左側(cè)設(shè)置：0電源：220

7、VAC單相電源開關(guān)，380VAC三相電源開關(guān)。0開關(guān)：三個旋鈕開關(guān)，分別是1#、2#工頻電源開關(guān)，以及變頻器控制水泵的開關(guān)?？梢园纬錾厦嫠玫碾娏B線，連接到不同的位置，從而更改革個水泵的電力來源?？梢允枪ゎl，也可以是變頻器。如果用戶不需要變頻調(diào)速，則建議全部使用工頻控制。按照設(shè)計，使用變頻器控制的水泵，其面板對應(yīng)的指示燈可能不工作，因?yàn)樽冾l器可能輸出0-50Hz,而繼電器不能工作。0兩個撥動開關(guān)，分別是現(xiàn)場系統(tǒng)照明用電源開關(guān)，以及變頻器STF（正轉(zhuǎn)）控制開關(guān)。注意在機(jī)柜上還有并聯(lián)的一個STF控制端，如果要設(shè)置工作模式，請斷開該控制端。為了避免控制邏輯太復(fù)雜，我們一般不連接機(jī)柜上的這個開關(guān)。0

8、電壓表：顯示加在調(diào)壓器上的電壓值。0變頻器：對于A3000FBS系統(tǒng)，則具有ProfibusDP控制端子。面板右側(cè)是現(xiàn)場系統(tǒng)的模擬屏，安裝有5個指示燈和滯后管系統(tǒng)的兩手動調(diào)節(jié)閥。當(dāng)兩個水泵、兩個電磁閥開啟時，其狀態(tài)指示燈分別點(diǎn)亮。當(dāng)鍋爐內(nèi)水位超過低限液位開關(guān)時，液位開關(guān)閉合，聯(lián)鎖控制指示燈點(diǎn)亮，可以開始對鍋爐加熱。3、支路分析現(xiàn)場系統(tǒng)包含兩個支路。支路1有1#水泵，換熱器，鍋爐，還可以直接注水到三個水箱以及鍋爐。支路2有2#水泵，壓力變送器，電動調(diào)節(jié)閥，三個水箱，還有一路流入換熱器進(jìn)行冷卻。（1）支路1分析支路1包括左邊水泵，1#流量計，電磁閥等組成，可以到達(dá)任何一個容器，鍋爐以及換熱器。水泵

9、可以使用變頻器控制流量，電磁閥可能沒有。由于支路1可以與鍋爐形成循環(huán)水，可以做溫度控制實(shí)驗(yàn)。為了保證加熱均勻，應(yīng)該使用動態(tài)水，本系統(tǒng)設(shè)計了一個水循環(huán)回路來達(dá)成此目的。即打開JV304、JV106、XV101，關(guān)閉其它閥門（注意JV104），開啟1#水泵，則鍋爐內(nèi)的水通過1#水泵循環(huán)起來。鍋爐內(nèi)有高、低限兩個液位開關(guān)，可以進(jìn)行聯(lián)鎖保護(hù)。當(dāng)鍋爐內(nèi)液位低于低限液位開關(guān)時，液位開關(guān)打開，加熱器無法開啟。當(dāng)液位超過它時，液位開關(guān)合上，加熱器信號連通，因此可以防止加熱器干燒。高限液位開關(guān)有兩個作用：第一，當(dāng)鍋爐內(nèi)水溫超過溫度上限時，通過聯(lián)鎖控制，打開2#電磁閥，注入冷水，使鍋爐內(nèi)溫度快速下降；第二，當(dāng)鍋爐

10、內(nèi)水量超過液位上限時，高限液位開關(guān)閉合，通過聯(lián)鎖控制，關(guān)閉2#電磁閥，不再注入冷水。支路1上有一個工業(yè)用板式換熱器，其冷、熱水出口各有一個溫度傳感器，可以做熱量轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。鍋爐底部連接有滯后管系統(tǒng)。打開JV501、JV502，關(guān)閉JV503，鍋爐內(nèi)的水只流過第一段滯后管，進(jìn)入儲水箱。打開JV503，關(guān)閉JV502，水流過兩段滯后管，即增加了滯后時間。在滯后管出口裝有一個溫度傳感器，可以做溫度滯后實(shí)驗(yàn)。(2)支路2分析支路2包括右邊的水泵，2#流量計，壓力變送器，電動調(diào)節(jié)閥?？梢缘竭_(dá)任何一個容器，鍋爐以及換熱器。水泵可以使用變頻器控制流量，也可以使用電動調(diào)節(jié)閥，對于小流量使用調(diào)節(jié)閥比較準(zhǔn)確，對于要

11、求快速控制的，則使用變頻器比較方便。支路2有一個電動調(diào)節(jié)閥，配合三個水箱(各裝一個壓力變送器)，可以做單容、雙容、三容實(shí)驗(yàn)，以及液位串級實(shí)驗(yàn)、換熱器溫度串級實(shí)驗(yàn)，以及換熱器解藕控制實(shí)驗(yàn)。水箱裝有壓力變送器，測得水箱的壓力信號，之后轉(zhuǎn)換為液位信號。 組態(tài)王組態(tài)軟件，除了從程序組中可以打開組態(tài)王程序，安裝完組態(tài)王中后，在系統(tǒng)桌面上也會生成組態(tài)王工程管理器的快捷方式，名稱為“組態(tài)王6.5”。STEP7是用于SIMATICS7-200,S7-300/400站創(chuàng)建可編程邏輯控制程序的標(biāo)準(zhǔn)軟件。它可以運(yùn)行在Windows98、Windows2000、WindowsMe、WindowsXP操作系統(tǒng)上。我們所

12、采用的通訊方式為PC/PPI編程電纜，用于S7-200編程口RS-485與PC機(jī)RS-232端口的連接。編程語言可以使用梯形圖(LadderDiagram)、功能塊圖(FunctionBlockDiagram)、語句表(StatementList，也稱指令表)。溫度、壓力、液位和流量1、Pt100熱電阻由于我們的系統(tǒng)被測介質(zhì)不會超過100度,所以一般采用Ptioo熱電阻，以便獲得比較高的精度。當(dāng)然也可能使用熱電偶，以便讓學(xué)生學(xué)會更多的溫度測量方案。Pt100使用兩線制或三線制接法，采用三線制接法是為了減少測量誤差。因?yàn)樵诙鄶?shù)測量中，熱電阻遠(yuǎn)離測量電橋，因此與熱電阻相連接的導(dǎo)線長，當(dāng)環(huán)境溫度變化

13、時，連接導(dǎo)線的電阻值將有明顯的變化，為了消除連接導(dǎo)線阻值的變化而產(chǎn)生的測量誤差，就采用了三線制接法。即在兩端元件的兩端分別引出兩條導(dǎo)線，這兩條導(dǎo)線(材料相同、長度、粗細(xì)相等)又分別加在電橋相鄰的兩個橋臂上，如圖所示。Pt100電阻在零度時為100歐姆，溫度每升高一度，電阻增加大約0.4歐姆，但是不是非常線性的。使用萬用表就可以測量溫度。現(xiàn)場系統(tǒng)的溫度傳感器為熱電阻，量程為C,采用導(dǎo)線補(bǔ)償，即將、短接。輸出信號為電流信號。溫度變送器零點(diǎn)、量程調(diào)節(jié)方式：將熱電阻換成Q標(biāo)準(zhǔn)電阻，調(diào)整零點(diǎn)調(diào)節(jié)螺釘，當(dāng)測量儀表顯示時，零點(diǎn)已調(diào)好。將熱電阻換成Q標(biāo)準(zhǔn)電阻，調(diào)整量程調(diào)節(jié)螺釘，當(dāng)測量儀表顯示時，量程已調(diào)好。一

14、般情況下，溫度變送器在出廠時已校好，不需用戶調(diào)整。溫度的范圍在當(dāng)前溫度到，之間，最好不要超過C。按照學(xué)校要求，可能有熱電偶，一般使用康-銅熱電偶。2、液位壓力傳感器液位壓力傳感器是兩線制接法，輸出信號為420mA電流信號。如圖2-2-2所示:傳感器變送電路o24VDCoaib圖2-2-2壓力傳感器接線原理圖-端口ab之間接負(fù)載（250500Q）。檢驗(yàn)壓力傳感器信號時，在ab之間串一個標(biāo)準(zhǔn)電阻，然后測其上的壓降，可以算出ab間的電流。無水時應(yīng)顯示3.854.00mA，吹入空氣，電流值增大。液位傳感器實(shí)際是一個壓力傳感器。當(dāng)水箱中沒有水時，ab間的電流應(yīng)當(dāng)為4.00mA（標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)），但由于安裝位置

15、原因，ab間的電流約為3.84.0mA（百特儀表量程范圍設(shè)為420mA）。如果誤差比較大，貝I可以在控制系統(tǒng)中進(jìn)行校正。例如如果測量值低于4毫安，則直接顯示0。然后測量值上加上一定高度，從而獲得比較準(zhǔn)確的液位高度。一般過程控制不要求這個絕對高度。注意：加電幾分鐘后才能獲得準(zhǔn)確數(shù)值。液位的控制范圍在0%-85%之間，而電流范圍在4-17.5mA之間。壓力的控制范圍在35%-70%之間，而電流范圍10-15.5mA之間。3、渦輪流量計渦輪流量計有兩種，一種是直接脈沖輸出，然后連接到流量積算儀，或者脈沖計數(shù)器，例如ADAM4080,采集卡的計數(shù)器端等；一種是帶4-20毫安標(biāo)準(zhǔn)兩線制信號輸出。脈沖輸出

16、型渦輪流量計采用三線制接法，如圖2-2-3：三=o12VDC渦輪流量計一o_TLT1-圖2-2-3渦輪流量計接線原理圖渦輪流量計輸出脈沖信號，具有一個流量系數(shù)（例如LWGY-15型號為760780立方米/小時，LWGY-10型號為15501570Hz/立方米/小時）。需要經(jīng)過流量積算儀或其他頻率計數(shù)器才能獲得4-20毫安的數(shù)據(jù)。如果發(fā)現(xiàn)有渦輪流量計的水泵支路水流量不夠，請確認(rèn)JV104打開，JV304關(guān)閉。否則就需要拆下渦輪流量計濾網(wǎng)進(jìn)行清洗。采用4-20毫安標(biāo)準(zhǔn)兩線制的渦輪流量計則直接按照如圖2-2-4接法：傳感器變送電路O24VDCoa信號正圖2-2-4渦輪變送器接線原理圖丫b信號負(fù) 注意

17、：LWGYA-15型號的量程范圍0-5立方/小時。該型號測量小流量（0.6立方/小時）信號下精度不足。流量控制范圍可以0%-32%。為了保證低流量下的精度，我們可以使用滿量程1.2立方/小時的渦輪流量計LWGYA-10，所以如果超過量程，則可以關(guān)閉少一些閥門。流量控制范圍可以0%-100%。4、電磁流量計電磁流量計采用四線制接法，如圖2-2-5所示220VAC電磁流量計420mADCco圖2-2-5電磁流量計接線原理圖一般不要在沒有水的情況下給電磁流量計加電。使用前請仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說明書。開啟水泵，將電磁流量計信號輸入百特儀表（量程設(shè)為03立方/小時），會看見流量值。電磁流量計液晶屏上會顯示瞬時

18、流量與累積流量值。注意：不要在沒有水的情況下給電磁流量計加電。加電幾分鐘后才能獲得準(zhǔn)確數(shù)值。為了保證低流量下的精度，我們使用了滿量程3立方/小時的電磁流量計，依據(jù)水泵的最大流量。流量控制范圍可以0%-55%。5西門子變頻器西門子變頻器可以BOP面板操作，可以4-20毫安控制，可以使用PROFIBUS-DP總線控制。西門子變頻器是帶PROFIBUS-DP總線的，通過PROFIBUS-DP總線與控制器連接?？梢杂蓡蜗?三相230V直流供電，本系統(tǒng)采用220V單相交流電。單相電源接線方式如圖2-2-7所示：圖2-2-6MICROMASTER420變頻器的連接端子可遺fh越謎潔!aMICMhSASIE

19、K.百只A+4t宦鬧機(jī)圖2-2-7電源接線方式本系統(tǒng)使用了變頻器的STF功能，其控制線接端子5和8，速度調(diào)節(jié)控制線接端子3和4，端子U、V接負(fù)載。變頻器的操作面板上需要提供24V直流電源。即使變頻器不處于運(yùn)行狀態(tài)，其電源輸入線，直流回路端子和電動機(jī)端子上仍然可能帶有危險電壓。因此，斷開開關(guān)以后還必須等待5分鐘，保證變頻器放電完畢，再開始安裝工作。注意：變頻器的控制電纜，電源電纜和與電動機(jī)的連接電纜的走線必須相互隔離。不要把它們放在同一個電纜線槽中/電纜架上。使用前請參照產(chǎn)品說明書（中文）420opichn.pdf按鈕功匕匕厶冃功能說明狀態(tài)顯示LCD顯示變頻器當(dāng)前的設(shè)定值。起動變頻器按此鍵起動變

20、頻器。缺省值運(yùn)行時此鍵是被封鎖的。為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定P0700=1。停止變頻器OFF1：按此鍵，變頻器將按選定的斜坡下降速率減速停車.缺省值運(yùn)行時此鍵被封鎖；為了允許此鍵操作，應(yīng)設(shè)定P0700=1。OFF2:按此鍵兩次（或一次，但時間較長）電動機(jī)將在慣性作用下自由停車。此功能總是“使能”的。改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向按此鍵可以改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)動方向。電動機(jī)的反向用負(fù)號（）表示或用閃爍的小數(shù)點(diǎn)表示。缺省值運(yùn)行時此鍵是被封鎖的，為了使此鍵的操作有效，應(yīng)設(shè)定P0700=1。電動機(jī)點(diǎn)動在變頻器無輸出的情況下按此鍵，將使電動機(jī)起動，并按預(yù)設(shè)定的點(diǎn)動頻率運(yùn)行。釋放此鍵時，變頻器停車。如果變頻器/電動機(jī)正

21、在運(yùn)行，按此鍵將不起作用。功匕匕厶冃此鍵用于瀏覽輔助信息。變頻器運(yùn)行過程中，在顯示任何一個參數(shù)時按下此鍵并保持不動2秒鐘，將顯示以下參數(shù)值（在變頻器運(yùn)行中，從任何一個參數(shù)開始）：直流回路電壓（用d表示-單位：V）輸出電流（A）輸出頻率（Hz）輸出電壓（用o表示-單位：V）5由P0005選定的數(shù)值（如果P0005選擇顯示上述參數(shù)中的任何一個（3,4，或5），這里將不再顯示）。連續(xù)多次按下此鍵，將輪流顯示以上參數(shù)。跳轉(zhuǎn)功能在顯示任何一個參數(shù)（rXXXX或PXXXX）時短時間按下此鍵，將立即跳轉(zhuǎn)到rOOOO,如果需要的話，您可以接著修改其它的參數(shù)。跳轉(zhuǎn)到rOOOO后，按此鍵將返回原來的顯示點(diǎn)。訪問參

22、數(shù)按此鍵即可訪問參數(shù)增加/減少數(shù)值按此鍵即可增加/減少面板上顯示的參數(shù)數(shù)值。一些重要參數(shù)的含義P0010開始快速調(diào)試0準(zhǔn)備運(yùn)行1快速調(diào)試30工廠的缺省設(shè)置值P0700選擇接通/斷開/反轉(zhuǎn)（on/off/reverse）命令源0工廠設(shè)置值1基本操作面板（BOP）2模入端子/數(shù)字輸入6來自總線命令。如果使用Profibus總線，則需要設(shè)置這個參數(shù)。注意要P0917=0。P1000選擇目標(biāo)頻率設(shè)定值來源0無頻率設(shè)定值1用BOP控制頻率的升降2模擬設(shè)定值6來自總線命令。如果使用Profibus總線，則需要設(shè)置這個參數(shù)。注意要P0917=0。P0004參數(shù)過濾器2變頻器4PI比例積分控制器10設(shè)定值通道

23、和斜坡函數(shù)發(fā)生器20通訊22變頻器PID控制參數(shù)P0003參數(shù)訪問級變頻器的參數(shù)有4個用戶訪問級；即標(biāo)準(zhǔn)訪問級，擴(kuò)展訪問級，專家訪問級和維修級。訪問的等級由參數(shù)P0003來選擇。對于大多數(shù)應(yīng)用對象，只要訪問標(biāo)準(zhǔn)級（P0003=1）和擴(kuò)展級（P0003=2）參數(shù)就足夠了。如果使用總線控制，可以使用P0003=3，具有更高等級訪問更多參數(shù)。P0970復(fù)位到原廠默認(rèn)值操作常用操作模式有三種：BOP面板操作。一般先P0010=30,P970=1，把其他參數(shù)復(fù)位，然后設(shè)定P0010=0、P0700=1、P1000=1。4-20毫安控制，一般先P0010=30,P970=1，把其他參數(shù)復(fù)位，然后P0010

24、=0、P0700=2、P1000=2。Profibus總線控制，一般先P0010=30,P970=1，把其他參數(shù)復(fù)位，然后P0010=0、P0700=6、P1000=6。具體請參考多媒體系統(tǒng)。在設(shè)定好之后，并不一定需要STF啟動撥動開關(guān)，而直接就可以通過P0700的不同設(shè)置來啟動，例如面板，或者總線命令。調(diào)試和操作步驟調(diào)試在基本操作面板上進(jìn)行。變頻器通電后，液晶屏在廠參數(shù)設(shè)置狀態(tài)。廠0。狀態(tài)下，按進(jìn)入 # 顯按匝童腹鍵直到顯示P0700（其值為1時才能啟用BOP面板控制），按修改P0010參數(shù)值為1，進(jìn)入快速調(diào)試模式。設(shè)定P1000參數(shù)值為1，表示用BOP操作面板控制。中|直到顯示廠000按啟

25、，顯示數(shù)值從0變化到5，此時變頻按箜同器已啟動，按鍵可以啟動水泵運(yùn)轉(zhuǎn)。設(shè)定P1080和P1082參數(shù)值，分別為設(shè)置電動機(jī)頻率的最?。?Hz）、最大值（50Hz）。以上幾個參數(shù)設(shè)置順序可顛倒，設(shè)置完后，應(yīng)將P0010設(shè)為0,進(jìn)入準(zhǔn)備運(yùn)行狀態(tài)。，設(shè)定頻率為3050之間，可聽到繼電器動作。若將水泵插線頭接上,我們使用Profibus面板進(jìn)行控制，使用PPO1數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。這是最簡單的控制方式。具體請參考文件MM4_Profibus_Eng.pdf。頻率對應(yīng)的數(shù)值，0-0Hz16385-50.00HZ，可以提供如下轉(zhuǎn)換公式：AV:=REAL_TO_WORD（16385*IN/50）;IN是目標(biāo)頻率，AV為

26、要輸出的數(shù)值。5水泵水泵額定揚(yáng)程6-10米，額定流量1-2立方/小時。注意，對于包括渦輪流量計的通道，如果要測量其流量，則出水閥門不要全打開，關(guān)閉一部分，使得流量少于1.2立方/小時。盡量使得流過水泵的水溫不超過80度。水泵上的開關(guān)設(shè)置最好為“常開”。水泵不能無水空轉(zhuǎn)，容許一定時間內(nèi)堵轉(zhuǎn)。如果發(fā)現(xiàn)水泵發(fā)熱而不能轉(zhuǎn)動，則可以拆開水泵下面的4個螺釘，脫離底座，上電然后看轉(zhuǎn)葉輪轉(zhuǎn)動，如果轉(zhuǎn)動，然后再安裝到底座上。如果發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)閥已經(jīng)全開，而水量不夠，則可能水箱中水已經(jīng)不夠，請加水到水泵出口高到一定程度，最好超過10厘米。如果使用切換工頻或變頻控制，則要求停止后再切換。工作電壓220V，誤差不超過10%

27、。6電動調(diào)節(jié)閥電動調(diào)節(jié)閥采用四線制接線，電源為220VAC，其信號線分為輸入控制信號和閥位輸出信號（420mA）。接通220VAC電源后，打開保護(hù)蓋，可以看見指示燈亮起，用百特儀表手動輸出20mA（量程設(shè)置為420mA）到控制端，齒輪開始旋轉(zhuǎn)，同時調(diào)節(jié)閥的軸向上移動到最大行程。若施加一個電流信號，調(diào)節(jié)閥不動作，可以測量信號線兩端電阻值，大小為2500。反之，沒有電阻值，表示信號線已斷開。用百特儀表檢驗(yàn)時，將調(diào)節(jié)閥的輸出信號接到百特儀表，測量其電壓值，若大于12V，則表示信號線斷開。使用前請仔細(xì)閱讀產(chǎn)品說明書。如果輸入20毫安而沒有全開，輸入4毫安沒有全部關(guān)閉，或者發(fā)現(xiàn)電機(jī)轉(zhuǎn)動而軸不動（死轉(zhuǎn)）。

28、則需要調(diào)整各個可調(diào)電阻。包括上限位、下限位等。至少不能電機(jī)轉(zhuǎn)動而軸不動，久了就會損壞設(shè)備。實(shí)驗(yàn)1單容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過實(shí)驗(yàn)熟悉單回路反饋控制系統(tǒng)的組成和工作原理。2、分析分別用P、PI和PID調(diào)節(jié)時的過程圖形曲線。3、定性地研究P、PI和PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)對系統(tǒng)性能的影響。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備A3000現(xiàn)場系統(tǒng)，任何一個控制系統(tǒng)，萬用表三、實(shí)驗(yàn)原理1、控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單容水箱液位定值（隨動）控制實(shí)驗(yàn)，定性分析P,PI，PD控制器特性。控制邏輯如圖5-2-1所示：水流入量Qi由調(diào)節(jié)閥u控制，流出量Qo則由用戶通過負(fù)載閥R來改變。被調(diào)量為水位H。使用P,PI,PID控制，看控制效果，進(jìn)行

29、比較?？刂撇呗允褂肞I、PD、PID調(diào)節(jié)。實(shí)際上，可以通過控制連接到水泵上的變頻器來控制壓力，效果可能更好。2、控制系統(tǒng)接線表測量或控制量測量或控制量標(biāo)號使用PLC端口使用ADAM端口 下水箱液位LT103AI0AI0調(diào)節(jié)閥FV101AO0AO03、參考結(jié)果下閘板頂?shù)借F槽頂距離（開度）5-6mm。比例控制器控制曲線如圖所示。多個P值的控制曲線繪制在同一個圖5-2-2上：F180P=221/P=24100.0050.0100.0075.0050.0025.0從圖可見P=16時,圖5-2-2比例控制器控制曲線有振蕩趨勢，P=24比較好。殘差大約是8%。000.027:5131:3638:40000

30、.024:06P=l6PI控制器控制曲線如圖5-2-3所示。選擇P=24，然后把I從1800逐步減少。如圖5-2-3所示，在這里I的大小對控制速度影響已經(jīng)不大。從1=5時出現(xiàn)振蕩，并且難以穩(wěn)定了。I的選擇很大，8-100都具有比較好的控制特性，這里從臨界條件，選擇I=8到20之間。PID控制器控制曲線如圖5-2-4所示:P24I24120D8P420Dft圖曲4都具有比較好的果。=2；000075.0050.0025.02比較好P24I8D4PID控制器控制制量來看,P=24,I=8,DP=24,I=20,D100.0ADAM4000模塊控制的結(jié)果如圖5-2-5所示。 # #進(jìn)行比較。 3、使

31、用比例積分微分控制進(jìn)行流量控制，要求能夠得到穩(wěn)定曲線。設(shè)定不同的積分參數(shù)，進(jìn)行比較。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、系統(tǒng)連接（1）在A3000-FS上，打開手動調(diào)節(jié)閥JV201、JV206,調(diào)節(jié)下水箱閘板開度（可以稍微大一些），其余閥門關(guān)閉。（2）在A3000-CS上，將電磁流量計輸出連接到AI0，AO0輸出連到電動調(diào)節(jié)閥上。（3）打開A3000電源。在A3000-FS上，啟動右邊水泵。（4）啟動計算機(jī)組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)選擇相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)。啟動調(diào)節(jié)器，設(shè)置各項參數(shù)，可將調(diào)節(jié)器的手動控制切換到自動控制。2、比例調(diào)節(jié)控制。（1）設(shè)置P參數(shù)，I參數(shù)設(shè)置到最大，D=0。觀察計算機(jī)顯示屏上的曲線，待被調(diào)參數(shù)基本穩(wěn)

32、定于給定值后，可以開始加干擾實(shí)驗(yàn)。（2）待系統(tǒng)穩(wěn)定后，對系統(tǒng)加擾動信號（在純比例的基礎(chǔ)上加擾動，一般可通過改變設(shè)定值實(shí)現(xiàn)）。記錄曲線在經(jīng)過幾次波動穩(wěn)定下來后，系統(tǒng)有穩(wěn)態(tài)誤差，并記錄余差大小。（3）減小P重復(fù)步驟1,觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。（4）增大P重復(fù)步驟5,觀察過渡過程曲線，并記錄余差大小。（5）選擇合適的P,可以得到較滿意的過渡過程曲線。改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0），同樣可以得到一條過渡過程曲線。注意：每當(dāng)做完一次試驗(yàn)后，必須待系統(tǒng)穩(wěn)定后再做另一次試驗(yàn)。3、比例積分調(diào)節(jié)器（PI）控制（1）在比例調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，加入積分作用，即把T”（積分器）由最大處設(shè)定到中間某一個

33、值，觀察被控制量是否能回到設(shè)定值，以驗(yàn)證PI控制下，系統(tǒng)對階躍擾動無余差存在。（2）固定比例P值（中等大?。?，改變PI調(diào)節(jié)器的積分時間常數(shù)值Ti,然后觀察加階躍擾動后被調(diào)量的輸出波形，并記錄不同Ti值時的超調(diào)量Op。表二、不同Ti時的超調(diào)量Op積分時間常數(shù)Ti大中小超調(diào)量Op（3）固定于某一中間值，然后改變P的大小，觀察加擾動后被調(diào)量輸出的動態(tài)波形,據(jù)此列表記錄不同值Ti下的超調(diào)量Op。表三、不同0值下的Op比例P大中小超調(diào)量Op（4）選擇合適的P和Ti值，使系統(tǒng)對階躍輸入擾動的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線。此曲線可通過改變設(shè)定值（如設(shè)定值由50%變?yōu)?0%）來獲得。4、比例積分微分調(diào)節(jié)

34、（PID）控制（1）在PI調(diào)節(jié)器控制實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，再引入適量的微分作用，即把在儀表上設(shè)置D參數(shù)，然后加上與前面實(shí)驗(yàn)幅值完全相等的擾動，記錄系統(tǒng)被控制量響應(yīng)的動態(tài)曲線，并與實(shí)驗(yàn)（二）PI控制下的曲線相比較，由此可看到微分D對系統(tǒng)性能的影響。（2）選擇合適的P、Ti和Td,使系統(tǒng)的輸出響應(yīng)為一條較滿意的過渡過程曲線（階躍輸入可由給定值從50%突變至60%來實(shí)現(xiàn)）。（3）在歷史曲線中選擇一條較滿意的過渡過程曲線進(jìn)行記錄。5、用臨界比例度法整定調(diào)節(jié)器的參數(shù)（1）在實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中，PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)常用下述實(shí)驗(yàn)的方法來確定。用臨界比例度法去整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)是既方便又實(shí)用的。它的具體做法是：（2）待系統(tǒng)

35、穩(wěn)定后，逐步減小調(diào)節(jié)器的比例度6（即1/P），并且每當(dāng)減小一次比例度0，待被調(diào)量回復(fù)到平衡狀態(tài)后，再手動給系統(tǒng)施加一個5%15%的階躍擾動，觀察被調(diào)量變化的動態(tài)過程。若被調(diào)量為衰減的振蕩曲線，則應(yīng)繼續(xù)減小比例度6，直到輸出響應(yīng)曲線呈現(xiàn)等幅振蕩為止。如果響應(yīng)曲線出現(xiàn)發(fā)散振蕩，則表示比例度調(diào)節(jié)得過小，應(yīng)適當(dāng)增大，使之出現(xiàn)等幅振蕩。圖5-2-6為它的實(shí)驗(yàn)方塊圖。圖5-2-6具有比例調(diào)節(jié)器的閉環(huán)系統(tǒng)（3）在圖5-2-7所示的系統(tǒng)中，當(dāng)被調(diào)量作等幅蕩時，此時的比例度&就是臨界比例度，用&k表示之，相應(yīng)的振蕩周期就是臨界周期Tk。據(jù)此，按下表可確定PID調(diào)節(jié)器的三個參數(shù)&、Ti和T。d圖5-2-7具有周期

36、Tk的等幅振蕩表5-2-1用臨界比例度0k整定PID調(diào)節(jié)器的參數(shù)調(diào)節(jié)器參數(shù)調(diào)節(jié)器名稱0kTi(S)Td(S)P20kPI2.201kT/1.2kPID1.60k0.5Tk0.125Tk（4）必須指出，表格中給出的參數(shù)值是對調(diào)節(jié)器參數(shù)的一個初略設(shè)計，因?yàn)樗歉鶕?jù)大量實(shí)驗(yàn)而得出的結(jié)論。若要就得更滿意的動態(tài)過程（例如：在階躍作用下，被調(diào)參量作4：1地衰減振蕩），則要在表格給出參數(shù)的基礎(chǔ)上，對&、Ti（或T丿作適當(dāng)調(diào)整。d實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，關(guān)閉閥門，關(guān)閉水泵。關(guān)閉全部電源設(shè)備，拆下實(shí)驗(yàn)連接線。六、思考問題分析積分量I與被控系統(tǒng)的響應(yīng)時間有什么關(guān)系。如果減少單容系統(tǒng)的容積，那么對控制系統(tǒng)的I是應(yīng)該增大還是減少

37、。七、實(shí)驗(yàn)結(jié)果提交1、通過抓圖方法，提交獲得的曲線。2、根據(jù)曲線，分析P，PI，PID控制大致具有哪些趨勢特征。3、給出各個控制條件下的超調(diào)量0p,殘差，以及控制穩(wěn)定所需要的時間。4、根據(jù)這些數(shù)據(jù)，分析P、I、D參數(shù)對控制系統(tǒng)的影響。實(shí)驗(yàn)2下水箱液位和進(jìn)口流量串級控制實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)閉環(huán)串級控制的原理。2、了解閉環(huán)串級控制的特點(diǎn)。3、掌握閉環(huán)串級控制的設(shè)計。4、初步掌握閉環(huán)串級控制器參數(shù)調(diào)整。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備A3000-FS/FBS現(xiàn)場系統(tǒng)，任意控制系統(tǒng)。（該實(shí)驗(yàn)要求中、下水箱均配置液位傳感器）三、實(shí)驗(yàn)原理單回路控制系統(tǒng)解決了工藝生產(chǎn)過程自動化中大量的參數(shù)定值問題。但是，隨著現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的

38、迅速發(fā)展，工藝操作條件的要求更加嚴(yán)格，對安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)性及對控制質(zhì)量的要求也更高。但回路控制系統(tǒng)往往不能滿足生產(chǎn)工藝的要求，在這樣的情況下，串級控制系統(tǒng)就應(yīng)運(yùn)而生。1、串級控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)串級控制系統(tǒng)是改善控制質(zhì)量的有效方法之一，在過程控制中得到廣泛地應(yīng)用，串級控制系統(tǒng)是指不止采用一個控制器，而是將兩個或幾個控制器相串級，是將一個控制器的輸入作為下一個控制器設(shè)定值的控制系統(tǒng)。2、串級控制系統(tǒng)的名詞術(shù)語主被控參數(shù)：在串級控制系統(tǒng)中起主導(dǎo)作用的那個被控參數(shù)。副被控參數(shù)：在串級控制系統(tǒng)中為了穩(wěn)定主被控參數(shù)而引入的中間輔助變量。主被控過程：由主參數(shù)表征其特性的生產(chǎn)過程，主回路所包含的過程，是整個過程的一

39、部分，其輸入為副被控參數(shù)，輸出為主控參數(shù)。副被控過程：由副被控參數(shù)為輸出的生產(chǎn)過程，副回路所包含的過程，是整個過程的一部分，其輸入為控制參數(shù)。主調(diào)節(jié)器：按主參數(shù)的測量值與給定值的偏差進(jìn)行工作的調(diào)節(jié)器，其輸出作為副調(diào)節(jié)器的給定值。副調(diào)節(jié)器：按副參數(shù)的測量值與主調(diào)節(jié)器輸出的偏差進(jìn)行工作的調(diào)節(jié)器，其輸出直接控制調(diào)節(jié)閥動作。副回路：由副調(diào)節(jié)器、副被控過程、副測量變送器等組成的閉合回路。主回路：由主調(diào)節(jié)器、副回路、主被控過程及主測量變送器等組成的閉合回路。一次擾動：作用在主被控過程上的，而不包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。二次擾動：作用在副被控過程上，即包括在副回路范圍內(nèi)的擾動。當(dāng)生產(chǎn)過程處于穩(wěn)定狀態(tài)時，它的

40、控制量與被控量都穩(wěn)定在某一定值。當(dāng)擾動破壞了平衡工況時，串級控制系統(tǒng)便開始了其控制過程。根據(jù)不同擾動，分為三種情況：（1）在副對象上的擾動副對象加上擾動后，副調(diào)節(jié)就立即發(fā)出校正信號，控制執(zhí)行對象（工程上一般是調(diào)節(jié)閥的開度，而本實(shí)驗(yàn)裝置中是泵電機(jī)的轉(zhuǎn)速）動作，以克服擾動對主被控參數(shù)的影響。如果擾動量不大，經(jīng)過副回路的及時控制一般不影響被控量，如果擾動的幅值較大，雖然經(jīng)過副回路的及時校正，但還將影響被控量；此時再有主回路的進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而使被控量回到平衡時的值。（2）主對象上的擾動主對象加上擾動后，主回路產(chǎn)生校正作用，由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對被控量的影響比單回路系統(tǒng)時要小。（3）一

41、次擾動和二次擾動同時存在如果一、二次擾動的作用使主，副被控參數(shù)同時增大或減少時，主、副調(diào)節(jié)器對調(diào)節(jié)閥（或泵電機(jī)轉(zhuǎn)速）的控制方向一致的，即大幅度關(guān)小或開大閥門（或大幅度地使泵電機(jī)加速或減速），加強(qiáng)控制作用，使主被控量很快地回到給定值上。如果一、二次擾動的作用使主、副被控參數(shù)一個增大，另一個減少，此時主、副調(diào)節(jié)器控制調(diào)節(jié)閥的方向是相反的，調(diào)節(jié)閥的開度只要作較小變動即滿足控制要求。3、串級控制系統(tǒng)的特點(diǎn)綜上分析可知，串級控制系統(tǒng)副調(diào)節(jié)器具有“粗調(diào)”的作用，主調(diào)節(jié)器具有“細(xì)調(diào)”的作用，從而使控制品質(zhì)得到進(jìn)一步提高。串級控制系統(tǒng)是改善和提高控制品質(zhì)的一種極為有效的控制方案。它與單回路反饋控制系統(tǒng)比較，由

42、于在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上多了一個副回路，所以具有以下一些特點(diǎn)：（1）改善了過程的動態(tài)特性串級控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上多了一個副回路。它的容量滯后減少了，過程的動態(tài)特性得到改善，使系統(tǒng)的響應(yīng)加快，控制更為及時。（2）提高了系統(tǒng)工作頻率串級系統(tǒng)由于存在一個副回路，改善了過程特性，等效過程的時間常數(shù)減小了，從而提高了系統(tǒng)的工作頻率，使振蕩周期縮短，改善了系統(tǒng)的控制質(zhì)量。（3）具有較強(qiáng)的抗擾動能力在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器放大系數(shù)的乘積愈大，則系統(tǒng)的抗擾動能力愈強(qiáng)，控制質(zhì)量愈好。串級控制系統(tǒng)由于存在副回路，只要擾動由副回路引入，不等它影響到主參數(shù)，副回路立即進(jìn)行調(diào)節(jié)，這樣，該擾動對主參數(shù)的影響就會大

43、大地減小，從而提高了主參數(shù)控制質(zhì)量，所以說串級控制系統(tǒng)具有較強(qiáng)抗擾動能力。（4）具有一定的自適應(yīng)能力串級控制系統(tǒng)，就其主回路來看是一個定值控制系統(tǒng)，而副回路則是一個隨動系統(tǒng)，主調(diào)節(jié)器的輸出能按照負(fù)荷和操作條件的變化而變化，從而不斷改變副調(diào)節(jié)器的給定值，使副回路調(diào)節(jié)器的給定值適應(yīng)負(fù)荷并隨操作條件而變化，即具有一定的自適應(yīng)能力。正確合理地設(shè)計一個串級控制系統(tǒng)是要其能充分發(fā)揮如上所述系統(tǒng)的各種特點(diǎn)。在系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)包括主、副回路的設(shè)計，主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇及正、反作用方式的確定。4、主、副回路的設(shè)計串級控制系統(tǒng)的主回路是一個定值控制系統(tǒng)。串級控制系統(tǒng)的設(shè)計主要是副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計以及主、

44、副回路關(guān)系的考慮。下面介紹設(shè)計原則。（1）主參數(shù)的選擇和主回路的設(shè)計串級控制系統(tǒng)由主回路和副回路組成。主回路是一個定值控制系統(tǒng)。對于主參數(shù)的選擇和主回路的設(shè)計，基本上可以按照單回路控制系統(tǒng)的設(shè)計原則進(jìn)行。凡直接或間接與生產(chǎn)過程運(yùn)行性能密切相關(guān)并可直接測量的工藝參數(shù)均可選擇作主參數(shù)。若條件許可，可以選用質(zhì)量指標(biāo)作為主參數(shù)，因?yàn)樗钪苯右沧钣行?。否則應(yīng)選用一個與產(chǎn)品質(zhì)量有單值函數(shù)關(guān)系的參數(shù)作為主參數(shù)。另外，對于選用的主參數(shù)必須具有足夠的靈敏度，并符合工藝過程的合理性。（2）副參數(shù)的選擇和副回路的設(shè)計副參數(shù)的選擇副參數(shù)的選擇應(yīng)使副回路的時間常數(shù)小，時延小，控制通道短，這樣可使等效過程的時間常數(shù)大大減

45、小，從而加快需要的工作頻率，提高響應(yīng)速度，縮短過渡過程時間，改善系統(tǒng)的控制品質(zhì)。總之，為了充分發(fā)揮副回路的超前、快速作用，在擾動影響主參數(shù)之前就加以克服，必須設(shè)法選擇一個可測的、反映靈敏的參數(shù)作為副參數(shù)。副回路應(yīng)包括生產(chǎn)過程中變化劇烈、頻繁而且幅度大的主要擾動，并盡可能多地包括一些擾動。由上所述，串級控制系統(tǒng)副回路具有調(diào)節(jié)速度快、抑制擾動能力強(qiáng)的特點(diǎn)。在副回路設(shè)計時，要充分發(fā)揮這一特點(diǎn)，把生產(chǎn)過程中的主要擾動（并可能多的把其它一些擾動）包括在副回路中，以盡量減少對主參數(shù)的影響，提高主參數(shù)的控制質(zhì)量。如此次實(shí)驗(yàn)就是以下水箱的水位為主參數(shù)與上水箱的水位為副參數(shù)的串級控制系統(tǒng)。在選擇副參數(shù)進(jìn)行副回路

46、設(shè)計時，必須注意主、副過程時間常數(shù)的匹配問題。因?yàn)樗谴壙刂葡到y(tǒng)正常運(yùn)行的主要條件，是保證安全生產(chǎn)、防止共振的根本措施。如果副過程的時間常數(shù)比主過程小得多，這時副回路反應(yīng)靈敏，控制作用快，但此時副回路包含的擾動少，對于過程特性的改善也就少了；相反，如果副過程的時間常數(shù)大于或接近于主過程的時間常數(shù)，這時副回路對于改善過程特性的效果較明顯。但是，副回路反應(yīng)較遲鈍，不能及時有效地克服擾動，并將明顯地影響參數(shù)。如果主、副過程的時間常數(shù)較接近，這時主副回路間的動態(tài)聯(lián)系十分密切，當(dāng)一個參數(shù)發(fā)生振蕩時，會使另一個參數(shù)也發(fā)生振蕩，這就是所謂的“共振”，它不利于生產(chǎn)的正常進(jìn)行。串級控制系統(tǒng)主、副過程時間常數(shù)的

47、匹配是一個比較復(fù)雜的問題。原則上，主副過程時間常數(shù)之比應(yīng)是3到10范圍內(nèi)。在工程上，應(yīng)根據(jù)具體過程的實(shí)際情況與控制要求來定。若設(shè)置串級控制系統(tǒng)主要是利用副回路能迅速克服主要擾動的話，則副回路的時間常數(shù)以小一點(diǎn)為好，只要將主要擾動包括在副回路中即可，若設(shè)置串級控制系統(tǒng)，是由于副回路過程時間常數(shù)過大，為了改善過程特性，則副過程時間常數(shù)可以適當(dāng)取大一些。但是，副過程的時間常數(shù)均不宜過大和過小。（3）副回路設(shè)計應(yīng)考慮工藝上的合理性：過程控制系統(tǒng)是為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù)的，設(shè)計串級控制系統(tǒng)，應(yīng)考慮和滿足生產(chǎn)工藝要求，注意系統(tǒng)的控制參數(shù)必定是先影響副參數(shù)，再去影響主參數(shù)的這種串聯(lián)對應(yīng)關(guān)系，然后再考慮其它因素。副回

48、路的設(shè)計還應(yīng)考慮經(jīng)濟(jì)性的原則。（4）串級控制系統(tǒng)參數(shù)的選擇對控制參數(shù)的選擇，一般可考慮：1）、選擇可控性良好的參數(shù)作為控制參數(shù)。2）、所選擇的控制參數(shù)必須使控制通道有足夠大的系數(shù)，并應(yīng)保證大于主要擾動通道的放大系數(shù)，以實(shí)現(xiàn)對主要擾動進(jìn)行有效控制并提高控制質(zhì)量。3）、所選控制參數(shù)應(yīng)同時考慮經(jīng)濟(jì)性與工藝上的合理性。5、主、副調(diào)節(jié)器控制規(guī)律的選擇在串級控制系統(tǒng)中，主、副調(diào)節(jié)器所起的作用是不同的。主調(diào)節(jié)器起定值控制作用，副調(diào)節(jié)器起隨動控制作用，這是選擇控制規(guī)律的基本出發(fā)點(diǎn)。主參數(shù)是工藝操作的主要指標(biāo)，允許波動的范圍很小，一般要求無余差，因此，主調(diào)節(jié)器應(yīng)選PI或PID控制規(guī)律。副參數(shù)的設(shè)置是為了保證主參

49、數(shù)的控制質(zhì)量，允許在一定范圍內(nèi)變化，允許有余差，因此副調(diào)節(jié)器只要選P控制規(guī)律就可以了。一般不引入積分控制規(guī)律。因?yàn)楦眳?shù)允許有余差，而且副調(diào)節(jié)器的放大系數(shù)較大，控制作用強(qiáng)，余差小，若采用積分規(guī)律，會延長控制過程，減弱副回路的快速作用。一般也不引入微分控制規(guī)律，因?yàn)楦被芈繁旧砥鹬焖僮饔?，再引入微分?guī)律會使調(diào)節(jié)閥動作過大，對控制不利。6、主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇為了滿足生產(chǎn)工藝的要求，確保串級控制系統(tǒng)正常運(yùn)行，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式必須正確選擇。根據(jù)生產(chǎn)工藝條件和調(diào)節(jié)閥形式確定副調(diào)節(jié)器的正反作用方式；最后再根據(jù)主、副參數(shù)的關(guān)系，決定主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。在單回路控制系統(tǒng)設(shè)計中

50、所述，要使一個過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須為負(fù)反饋。對于串級控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的選擇原則是使整個控制系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性乘積必須為正值。7、串級控制系統(tǒng)主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式的確定為了滿足生產(chǎn)工藝指標(biāo)的要求，為了確保串級控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行，主、副調(diào)節(jié)器正、反作用方式必須正確的選擇。在具體選擇時，是在調(diào)節(jié)閥氣開、氣關(guān)型式已經(jīng)選定的基礎(chǔ)上進(jìn)行的。首先根據(jù)工藝生產(chǎn)安全等原則選擇調(diào)節(jié)器的氣開、氣關(guān)形式；然后根據(jù)生產(chǎn)工藝條件和調(diào)節(jié)閥形式確定副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式；最后再根據(jù)主、副參數(shù)的關(guān)系，決定主調(diào)節(jié)器的正、反作用方式。如在單回路控制系統(tǒng)設(shè)計中

51、所述，要使一個過程控制系統(tǒng)能正常工作，系統(tǒng)必須采用負(fù)反饋。對于串級控制系統(tǒng)來說，主、副調(diào)節(jié)器的正、反作用方式的選擇原則是使整個系統(tǒng)構(gòu)成負(fù)反饋系統(tǒng)，即其主通道各環(huán)節(jié)放大系統(tǒng)系數(shù)極性乘積必須為正值。各環(huán)節(jié)放大系數(shù)極性的正負(fù)是這樣規(guī)定的：對于調(diào)節(jié)器的KC，當(dāng)測量值增加，調(diào)節(jié)器的輸出也增加，則KC為負(fù)（即正作用調(diào)節(jié)器）；反之，KC為正（即反作用調(diào)節(jié)器）。調(diào)節(jié)器為氣開，則KV為正，氣關(guān)則KV為負(fù)。過程放大系數(shù)極性是：當(dāng)過程的輸入增大時，即調(diào)節(jié)閥開大，其輸出也增大，則KO為正；反之K0為負(fù)。串級控制系統(tǒng)由于增加了副回路，對于進(jìn)入副回路的干擾有較強(qiáng)的克服能力。定性來看，串級控制系統(tǒng)的副回路是一個隨動控制系統(tǒng)

52、，而主回路是一個定值系統(tǒng)。當(dāng)主對象時間常數(shù)較大時，可認(rèn)為1：1的比例環(huán)節(jié)，從而使副回路中原來應(yīng)屬于主對象的那部分環(huán)節(jié)的影響消除，它使系統(tǒng)的振蕩頻率提高，加快了系統(tǒng)的響應(yīng)，改善了控制品質(zhì)。串級控制系統(tǒng)由于副環(huán)具有快速抗干擾功能，對于進(jìn)入副環(huán)的干擾具有很強(qiáng)的抑制作用。因此，對于同樣大小的干擾作用于主、副環(huán)，對主變量的影響是不同的。作用于副環(huán)的干擾，由于受到副環(huán)的抑制作用，結(jié)果對于主變量的影響就比較??；而作用于主環(huán)的干擾，由于此時副環(huán)的快速抗干擾能力未能得到發(fā)揮，因此干擾對主變量的影響就比較大。8、液位流量串級控制設(shè)計在A3000高級過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，能夠完成多個串級試驗(yàn)，除了雙容液位可以組成串級

53、實(shí)驗(yàn)之外，單容的液位和流量也可以組成串級實(shí)驗(yàn)，如圖6-1-1所示。實(shí)驗(yàn)以串級控制系統(tǒng)來控制下水箱液位，以第二支路流量為副對象，右邊水泵直接向下水箱注水，流量變動的時間常數(shù)小、時延小，控制通道短，從而可加快提高響應(yīng)速度，縮短過渡過程時間，符合副回路選擇的超前，快速、反應(yīng)靈敏等要求。下水箱為主對象，流量的改變需要經(jīng)過一定時間才能反應(yīng)到液位，時間常數(shù)比較大，時延大。如圖所示，設(shè)計好下水箱和流量串級控制系統(tǒng)。將主調(diào)節(jié)器的輸出送到副調(diào)節(jié)器的給定，而副調(diào)節(jié)器的輸出控制執(zhí)行器。由上分析副調(diào)節(jié)器選純比例控制，正作用，自動。主調(diào)節(jié)器選用比例控制或比例積分控制，反作用，自動。反復(fù)調(diào)試，使第二支路的流量快速穩(wěn)定在給

54、定值上，這時給定值應(yīng)與副反饋值相同。待流量穩(wěn)定后，通過變頻器快速改變流量，加入擾動。若參數(shù)比較理想，且擾動較小，經(jīng)過副回路的及時控制校正，不影響下水箱的液位。如果擾動比較大或參數(shù)并不理想，則經(jīng)過副回路的校正，還將影響主回路的溫度，此時再由主回路進(jìn)一步調(diào)節(jié)，從而完全克服上述擾動，使液位調(diào)回到給定值上。當(dāng)使用第一動力支路把擾動加在下水箱時，擾動使液位發(fā)生變化，主回路產(chǎn)生校正作用，克服擾動對液位的影響。由于副回路的存在加快了校正作用，使擾動對主回路的液位影響較小。各個回路獨(dú)立調(diào)整結(jié)束，使得主調(diào)節(jié)器輸出與副調(diào)節(jié)器給定值相差不是太遠(yuǎn)。我們利用前面的實(shí)驗(yàn)中的PID數(shù)據(jù)。而副控制器只進(jìn)行P調(diào)節(jié)。副回路對FT

55、102進(jìn)行控制，這個反應(yīng)比較快，副回路的控制目的是很快把流量控制回給定值?？梢酝ㄟ^另一個動力支路加入部分液位干擾。主回路對下水箱液位進(jìn)行控制?？梢栽谙滤渲屑尤胫骰芈犯蓴_，要平衡這個干擾，則需要經(jīng)過流量調(diào)整，通過FT102來平衡這個變化。9、串級控制設(shè)計測量或控制量測量或控制量標(biāo)號使用控制器端口電磁流量計FT102AI1下水箱液位LT103AI0調(diào)節(jié)閥FV101AO010、控制效果控制曲線如圖6-1-3所示。在系統(tǒng)穩(wěn)定后，副回路增加的擾動，從圖上可見這個擾動對系統(tǒng)影響很小。圖6-1-3液位流量串級四、實(shí)驗(yàn)要求1、設(shè)計串級控制器。2、經(jīng)過參數(shù)調(diào)整，獲得最佳的控制效果，并通過干擾來驗(yàn)證。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、在A3000-FS上，打開手動調(diào)節(jié)閥JV201、JV206,調(diào)節(jié)下水箱閘板具有一定開度