1．了解單回路溫度定值控制系統(tǒng)的結構與組成。
2．研究不同控制器對溫度系統(tǒng)的控制作用。
3. 掌握PID參數(shù)整定的方法。
二、實驗設備
1．過程控制綜合實驗裝置—PLC控制模塊
2．計算機及MCGS組態(tài)軟件—PLC200控制實驗.MCG
3．實驗專用線若干及網線一根。
三、實驗原理
本實驗采用PLC控制,將鍋爐的水溫控制在設定溫度輸入PLC，PLC根據PID運算，然后控制輸出信號。通過調壓模塊，調整電加熱器的功率，使得鍋爐里水的溫度控制在設定的溫度。
鍋爐內膽溫度控制系統(tǒng)原理方塊圖如圖所示。
鍋爐溫度控制系統(tǒng)原理圖
四、實驗步驟與內容
1．了解實驗裝置中的對象。
2．按要求接好實驗導線和通訊線。
將PC與控制臺右側面的PLC通訊口“LAN”用網線連接。
在傳感器信號輸出區(qū)域，將溫度信號TT用實驗線連接到PLC控制模塊的AI0信號輸入端，正負一一對應。
將PLC控制模塊輸出信號AO1連接到執(zhí)行器控制信號輸入區(qū)的加熱器 控制信號端口，AO2連接到變頻器控制信號端口，正負一一對應。
3．將手動閥門2V3打開，將手動閥門2V1、2V2、V5關閉。
4．先打開控制臺左側的總電源開關，按“Start”按鈕啟動設備，再打開PLC控制單元電源。
5．在PC上運行工程“PLC200控制實驗”。
6．選擇系統(tǒng)管理菜單中的用戶登錄，登錄用戶。
7．進入實驗目錄頁面，選擇 “鍋爐內膽溫度控制實驗”。
8．在控制臺面板上打開變頻器電源開關，打開變頻器啟動開關，啟動變頻器。上位機界面設定閥門開度為100%。
9．觀察鍋爐水標，水位在水標的2/3以上，將手動關閉變頻器啟動開關。
10．在控制臺面板上打開加熱器開關。
11．調節(jié)器參數(shù)設置。
周期Ts=1 （參考值）
設定值SV=30 （參考值）
比例參數(shù)Kc=20 （參考值）
積分參數(shù)Ti=150 （參考值）
微分參數(shù)Td=0 （參考值）
12.選擇自動控制。
13、待溫度穩(wěn)定于給定值后，通過以下方式加干擾：突增（或突減）設定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化。 擾動量為控制量的5％～15％，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經過一段調節(jié)時間后，溫度穩(wěn)定至新的設定值，記錄此時的溫度設定值。
14．分別適量改變調節(jié)儀的P及I參數(shù)，用計算機記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的階躍響應曲線。
15．分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律，用計算機記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應曲線。
16．實驗完成后，點擊結束實驗退出，關閉各個電源開關，拔出并整理實驗線
五、實驗報告要求
1．畫出鍋爐內膽溫度控制系統(tǒng)的結構框圖。
2．用實驗方法整定PI控制器的參數(shù)，寫出整定過程。
3．比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產生的影響。
DB-CG27 過程控制實驗裝置
過程控制實驗裝置配置基本的水箱、管路、智能調節(jié)器、電磁泵等，利用不同工業(yè)液位測量傳感器，組成多種液位檢測系統(tǒng)，可提供的傳感器包括有：應變式液位器等。通過實驗熟悉的安裝測試方法，應用特點，測量范圍，安裝條件，掌握精度分析方法。
過程控制實驗裝置具有多重安全保護，提供IEC標準信號及相關測試點供PLC接入進行編程實驗。
裝置技術條件
1）輸入電源：二相三線AC220V±10％ 50Hz；
2）工作環(huán)境：溫度-10℃- +40℃,相對濕度<85%(25℃) 海拔<4000m；
3）裝機容量：<0.5kVA；
4）外形尺寸：750mm×650mm×1500mm；偏差為5%以內。
| 執(zhí) 行 機 構 | |||||
| 名稱 | 單位 | 數(shù)量 | 備注 | 特點 | |
| 1 | 小型增壓泵加壓直流無刷水泵 | 臺 | 2 | 功率60瓦，量程780升/小時，調速功能：水泵外接0-5V 調速信號。 | |
| 傳 感 變 送 器 | |||||
| 2 |
擴散硅壓力（液位）變送器 YC800 |
只 | 2 | 擴散硅壓力（液位）變送器：選用原裝進口的擴散硅隔離探頭。0.5級精度；輸出信號：選4-20mADC（二線制）；接頭及外殼材料：不銹鋼（1Cri18Ni9Ti）0-5kpa。一個一體式壓力變送器用來對水箱壓力進行檢測，其量程為0～5Kpa，輸出信號為4-20mA DC，精度為0.5級。接液件材質為JIS SCS14A 哈氏合金C-276 JIS SUS316，帶不銹鋼隔離膜片，NEPSI隔爆許可：dⅡCT6 環(huán)境溫度為-40-60℃ 電氣接口為1/2NPT，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。 | |
| 3 |
壓力變送器 YC800 |
只 | 1 | 選用原裝進口的擴散硅隔離探頭。0.5級精度；輸出信號：選4-20mADC（二線制）；量程：0-100kpa。接頭及外殼材料：不銹鋼（1Cri18Ni9Ti）。 | 不銹鋼隔離膜片,適用范圍廣,高精度,高溫定性,高可靠性,結構精巧安裝方便,零點漂移小,它的價格是普通的傳感器的兩倍 |
| 4 | 渦輪流量計及流量變送器FMCLWGY-10 | 套 | 2 | 采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24V直流電源。流量范圍：0.2～1.2m3/h,精度±0.5％；輸出: 4～20mA電流信號，分別用來測量兩個管路的流量大小。 | 結構小巧精致,安裝方便,精度高 |
| 5 |
溫度傳感器 PT100加上變送器 |
套 | 1 | PT100傳感器精度高，熱補償性較好，用于做標準校驗用熱電阻。變送器部分供電DC24V，輸出4-20mA DC通信功能，用于測量加熱模塊內部的溫度，是工業(yè)現(xiàn)場中常用的溫度測量儀表。 | |
| 6 | 實驗用透明有機玻璃水箱 | 套 | 2 | 圓形，直徑20cm。水箱設計要求：結構獨特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。 | |
| 7 | 儲水箱 | 套 | 1 | 由10MM厚的亞克力有機玻璃制作，配不銹鋼蓋子，要求結構設計獨特，加配不銹鋼過濾網，拆洗方便。如果要清洗水箱內部的污垢可以把過濾網罩卸下來，以防雜物進入水泵和管道。水箱的上部和底部須裝有不銹鋼注水閥門和不銹鋼排水閥門，方便實驗用水的更換。 | |
| 8 | 不銹鋼支架 | 套 | 1 | 由30*30mm的管子做成，支架尺寸為500*500*700（mm）。整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，其中儲水箱底部裝有出水閥，當水箱需要更換水時，把出水閥打開將水直接排出。 | |
| 9 | 加熱溫控實驗箱 | 套 | 1 | 由加熱鋁錠、加熱電阻、Pt100、溫度變送器組成，降溫裝置全部由不銹鋼管及配件制成，增加設備的使用壽命。管道及閥門由不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均須采用優(yōu)質球閥，避免管道系統(tǒng)生銹。 | |
| 10 | DDC計算機直接控制 | 套 | 1 |
1、模擬量輸入模塊 分辨率：16位模擬輸入范圍：±150mV、±500mV、±1V、±5V、±10V、±20mA 通道數(shù)：6路差動/2路單端或8路差動采樣頻率10KHz 2、模擬量輸入模塊 分辨率：14位模擬輸入范圍：0～20mA、4～20mA通道數(shù)：4路D/A通道需外配電源供電 3、網絡控制軟件：計算機控制技術現(xiàn)場總線，采用工業(yè)以太網IEEE802.3協(xié)議族，具有良好的開放性，共享總線網絡結構，以能夠相互共享資源的方式結合起來。計算機網絡中的技術具有自治特點，他們以傳輸數(shù)據和控制為目的。一個工程師站，可以控制無限個操作員站，老師可以在任何地方對他進行監(jiān)控和控制，用密碼的形式來實現(xiàn)。 |
|
| 11 | PLC控制 | 套 | 1 | PLC-200SMART:SMARTPLCSR20AC/DC/RLY，繼電器型,12輸入/8輸出，EM AM06，4入2出模擬量。 | 西門子PLC |
| 12 | 智能儀表 | 套 | 1 | 具有人工智能調節(jié)算法，模糊PID及參數(shù)自整定功能；全球通用的85～246VAC范圍開關電源供電；輸出4-20mA電流；輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精確穩(wěn)定； | 廈門宇電 |
實驗內容
過程控制調節(jié)裝置特性實驗
1. 水箱單容特性實驗
2. 溫度特性實驗
3. 電動閥流量特性實驗
4. 壓力特性實驗
過程控制系統(tǒng)實驗-單回路控制系統(tǒng)實驗
1、單容液位控制實驗
2、流量控制實驗
3、溫度控制實驗
4、壓力控制實驗
過程控制系統(tǒng)實驗-串級控制系統(tǒng)實驗
1、上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗
2、上下水箱串級控制實驗
過程控制系統(tǒng)實驗-比值控制系統(tǒng)實驗
1、單閉環(huán)比值流量控制實驗
2、隨動流量比值控制實驗
過程控制系統(tǒng)實驗-前饋反饋控制系統(tǒng)實驗
1、單容液位前饋反饋控制實驗