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2024-09-27 06:53

化工儀表與控制實(shí)驗(yàn)裝置上下水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br /> 1．通過(guò)實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解雙容水箱液位的特性。
2．掌握雙容水箱液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定方法。
3．研究調(diào)節(jié)器相關(guān)參數(shù)的改變對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能的影響。
4．研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對(duì)液位系統(tǒng)的控制作用。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及參考資料
1．過(guò)程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置—儀表控制模塊
2．計(jì)算機(jī)及MCGS組態(tài)軟件—儀表控制實(shí)驗(yàn).MCG
3．實(shí)驗(yàn)專(zhuān)用線(xiàn)若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線(xiàn)一根。
三、 實(shí)驗(yàn)原理
本實(shí)驗(yàn)采用智能儀表控制,將液位控制在設(shè)定高度。根據(jù)下水箱液位信號(hào)LT2輸出給智能儀表，智能儀表根據(jù)P、I、D參數(shù)進(jìn)行PID運(yùn)算，輸出信號(hào)給電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，然后由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制水泵1供水系統(tǒng)的進(jìn)水流量，從而達(dá)到控制設(shè)定液位基本恒定的目的。
上下水箱雙容液位過(guò)程控制的方塊原理圖：如圖3-7所示

圖 3-7上下水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)方框圖
四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟
1．了解實(shí)驗(yàn)裝置中的對(duì)象，流程圖如圖3-8所示。
 
圖3-8 上下水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)流程圖
2、按圖雙容液位控制實(shí)驗(yàn)接線(xiàn)圖接好實(shí)驗(yàn)導(dǎo)線(xiàn)。
在傳感器信號(hào)輸出區(qū)域，將下水箱液位信號(hào)LT2用實(shí)驗(yàn)線(xiàn)連接到智能調(diào)節(jié)儀I（addr：1）的 輸入 1-5V 信號(hào)輸入端，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
將智能調(diào)節(jié)儀I的 輸出4-20mA 連接到執(zhí)行器控制信號(hào)輸入?yún)^(qū)的電動(dòng)閥輸入信號(hào)端口，正負(fù)一一對(duì)應(yīng)。
3、使用485轉(zhuǎn)232通訊線(xiàn)將控制臺(tái)右側(cè)面的儀表通訊口 “COM2” 與上位機(jī)連接。
4、將手動(dòng)閥門(mén)1V1、V3、V4打開(kāi)，將閥門(mén)1V2關(guān)閉。
5、先打開(kāi)控制臺(tái)左側(cè)的總電源開(kāi)關(guān)，按“Start”按鈕啟動(dòng)設(shè)備，再打開(kāi)儀表電源。
6、運(yùn)行計(jì)算機(jī)上儀表控制軟件，選擇系統(tǒng)管理菜單中的用戶(hù)登錄，登錄用戶(hù)。
7、選擇單回路控制實(shí)驗(yàn)的上下水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)。
8、如選用儀表控制則點(diǎn)擊“儀表參數(shù)”，設(shè)置參數(shù)，
Addr=1  InP=33   OPt=4-20mA    dPt=1
比例系數(shù)P=12   積分系數(shù)I=650    D=0  Ctl = 2
                SCL=0   SCH=30       
                OPL=0   OPH=100
                CF2=0   
其余參數(shù)不變，參數(shù)設(shè)置完點(diǎn)擊退出。
10、選擇儀表控制，給定設(shè)定值8cm。
11、在控制臺(tái)上旋開(kāi)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥電源開(kāi)關(guān)、水泵電源開(kāi)關(guān)。
12、待液位平衡后，通過(guò)以下方式加干擾：突增（或突減）設(shè)定值的大小，使其有一個(gè)正（或負(fù)）階躍增量的變化。 擾動(dòng)量為控制量的5％～15％，干擾過(guò)大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開(kāi)原平衡狀態(tài)，經(jīng)過(guò)一段調(diào)節(jié)時(shí)間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值，記錄此時(shí)的液位設(shè)定值。
13．分別適量改變調(diào)節(jié)儀的P及I參數(shù)，重復(fù)步驟11，用計(jì)算機(jī)記錄不同參數(shù)時(shí)系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。
14．分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律重復(fù)步驟4～8，用計(jì)算機(jī)記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線(xiàn)。
五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1．畫(huà)出雙容水箱液位定值控制實(shí)驗(yàn)的結(jié)構(gòu)框圖。
2．用實(shí)驗(yàn)方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，寫(xiě)出整定過(guò)程。
3．根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和曲線(xiàn)，分析系統(tǒng)在階躍擾動(dòng)作用下的靜、動(dòng)態(tài)性能。
4．比較不同PI參數(shù)對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。
5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對(duì)本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的作用。
六、思考題
1．改變比例度δ和積分時(shí)間TI對(duì)系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？
產(chǎn)品簡(jiǎn)介：
 
化工儀表與控制實(shí)驗(yàn)裝置
 
技術(shù)指標(biāo) 說(shuō) 明
裝置功能 1、可實(shí)現(xiàn)液位高度的位式控制實(shí)驗(yàn)、加熱水溫的位式控制實(shí)驗(yàn)。
2、水箱液位的定值控制實(shí)驗(yàn)、加熱水溫的定值控制實(shí)驗(yàn)。
3、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路流量的定值控制實(shí)驗(yàn)、變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制實(shí)驗(yàn)。
4、水箱液位與調(diào)節(jié)閥流量的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)、水箱液位與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)。
5、單閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)、雙閉環(huán)流量比值控制實(shí)驗(yàn)。
6、三容箱過(guò)程控制對(duì)象：包括單容水箱、雙容水箱、三容水箱。
7、采用中央處理器控制，全觸摸集成化操作，測(cè)控軟件。
設(shè)計(jì)參數(shù) 裝置整體采用工程化布局，設(shè)備主體：2000×700×2000mm（長(zhǎng)×寬×高），可根據(jù)實(shí)訓(xùn)場(chǎng)地實(shí)際高度和場(chǎng)地面積進(jìn)行調(diào)整，可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，帶剎車(chē)輪。
溫度：常溫-70℃，液位0-300mm。
電氣系統(tǒng) 標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)操作臺(tái)，內(nèi)安裝漏電保護(hù)空氣開(kāi)關(guān)、電流型漏電保護(hù)器充分考慮人身安全保護(hù)；同時(shí)每一組強(qiáng)電輸出都有旋鈕開(kāi)關(guān)控制，保證設(shè)備安全，操作控制便捷；裝有分相指示燈，開(kāi)關(guān)電源等。
公用設(shè)施 水：裝置自帶不銹鋼水箱，連接自來(lái)水。實(shí)驗(yàn)時(shí)經(jīng)水泵進(jìn)入測(cè)試管路，循環(huán)使用。
電：電壓AC380V，功率5.0KW，標(biāo)準(zhǔn)三相五線(xiàn)制。每個(gè)實(shí)驗(yàn)室需配置1~2個(gè)接地點(diǎn)（安全地及信號(hào)地）。
主要配置 1、實(shí)驗(yàn)對(duì)象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲(chǔ)水箱；上水箱為有機(jī)玻璃圓筒型水箱；下水箱為不銹鋼鍋爐汽包；單相2.0kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成）和鋁塑盤(pán)管組成。
2、系統(tǒng)動(dòng)力系統(tǒng)有兩套：一路由動(dòng)力水泵、進(jìn)口比例閥組成，另一路由變頻調(diào)速器、動(dòng)力水泵組成，通過(guò)閥門(mén)切換，任何一組供水可以到達(dá)任何一個(gè)水箱。
3、對(duì)象系統(tǒng)中的各類(lèi)檢測(cè)變送及執(zhí)行裝置擴(kuò)散硅壓力變送器4只：分別檢測(cè)上、中、下水箱、鍋爐汽包液位。
4、渦輪流量計(jì)兩只：分別檢測(cè)兩條動(dòng)力支路的流量。
5、Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤(pán)管（三只）及上水箱出水口水溫。
6、執(zhí)行器：包含電磁閥、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥各一個(gè)。
技術(shù)參數(shù) 1、不銹鋼臥式離心泵：WB50/037 H=20m ，Q= 3.5m3/h， 兩臺(tái)。
2、渦輪流量傳感器：流量范圍0.1～2.0m3/h，兩臺(tái)。
3、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：DN15，采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，電源為單相220V，控制信號(hào)為4～20mADC，輸出為4～20mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。精度：0.5%FS ，一臺(tái)。
上水箱：有機(jī)玻璃φ250x300mm，帶液位溢流裝置，一個(gè)。
中水箱：有機(jī)玻璃φ250x300mm，帶液位溢流裝置，一個(gè)。
6、下水箱：有機(jī)玻璃φ250x300mm，帶液位溢流裝置，一個(gè)。
7、儲(chǔ)水箱：304不銹鋼600x400x500mm，一個(gè)。
8、單相矢量變頻器，規(guī)格：（0-50）Hz，功率550W，一臺(tái)。
9、電磁閥：口徑DN15，24V直流開(kāi)關(guān)電源供電，一個(gè)。在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起階躍干擾作用。工作壓力：最小壓力為0Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2 ；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：220VAC。
10、鍋爐：304不銹鋼夾套加熱鍋爐，容積20L,。由二層組成：加熱層（內(nèi)膽）和冷卻層（夾套），一臺(tái)。電加熱器：由三根1.5KW電加熱管星形連接而成，用來(lái)對(duì)鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加溫，每根加熱管的電阻值約為50Ω左右。
11、盤(pán)管：模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，在盤(pán)管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。盤(pán)管的出水通過(guò)手動(dòng)閥門(mén)的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)流回儲(chǔ)水箱。它可用來(lái)完成溫度的滯后和流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)。
12、壓力傳感器：量程為0～5KPa，用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。采用標(biāo)準(zhǔn)二線(xiàn)制傳輸方式，工作時(shí)需提供24V直流電源，輸出：4～20mADC。
13、溫度傳感器：裝置中采用了六個(gè)Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤(pán)管（有3個(gè)測(cè)試點(diǎn)）以及上水箱出口的水溫。Pt100測(cè)溫范圍：-200～+420℃。經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA直流電流信號(hào)。Pt100傳感器精度高，熱補(bǔ)償性較好。
14、調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號(hào)為4～20mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓用來(lái)控制電加熱器的端電壓，從而實(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的連續(xù)控制。
15、中央處理器：執(zhí)行速度0.64μs，內(nèi)存容量16K，內(nèi)建Ethernet支持Modbus TCP及Ethernet/IP通訊協(xié)議；功能：數(shù)據(jù)處理運(yùn)算。
16、模擬量模塊：高達(dá)16位分辨率，總和精度±0.5%，內(nèi)建RS485通訊模式。
17、采用一體機(jī)平板觸摸電腦，全程數(shù)字化觸摸屏控制操作。HMI：投射式觸控技術(shù)，5000萬(wàn)次觸摸點(diǎn)，內(nèi)存4G，功能：中央處理器數(shù)據(jù)顯示控制。
18、外形尺寸：2200×550×1800mm（長(zhǎng)×寬×高），外形為可移動(dòng)式設(shè)計(jì)，帶剎車(chē)輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無(wú)焊接點(diǎn)，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪。
19、工程化標(biāo)識(shí)：包含設(shè)備位號(hào)、管路流向箭頭及標(biāo)識(shí)、閥門(mén)位號(hào)等工程化設(shè)備理念配套，使學(xué)生處于安全的實(shí)驗(yàn)操作環(huán)境中，學(xué)會(huì)工程化管路標(biāo)識(shí)認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生工程化理念。
20、配套測(cè)控軟件可以實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)在線(xiàn)采集顯示數(shù)據(jù)、曲線(xiàn)及設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等。通過(guò)WIFI技術(shù)實(shí)現(xiàn)終端覆蓋。
21、MCGS工業(yè)組態(tài)軟件
本軟件為用戶(hù)提供了解決實(shí)際工程問(wèn)題的完整方案和開(kāi)發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、報(bào)警和安全機(jī)制、流程控制、動(dòng)畫(huà)顯示、趨勢(shì)曲線(xiàn)和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。
測(cè)控組成 變量 檢測(cè)機(jī)構(gòu) 顯示機(jī)構(gòu) 執(zhí)行機(jī)構(gòu)
上水箱液位 液位傳感器 觸摸屏 自控
中水箱液位 液位傳感器 觸摸屏 自控
下水箱液位 液位傳感器 觸摸屏 自控
水泵出口壓力 壓力傳感器 觸摸屏 自控
液體流量 渦輪流量傳感器 觸摸屏 自控
鍋爐加熱溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 PID調(diào)節(jié)
鍋爐夾套進(jìn)口溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 自控
鍋爐夾套進(jìn)口溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 自控
換熱器進(jìn)口溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 自控
換熱器出口溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 自控


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