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2024-09-27 06:53

化工儀表與控制實驗裝置上下水箱雙容液位控制實驗

一、實驗?zāi)康?br /> 1．通過實驗進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)的改變對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。
4．研究P、PI、PD和PID四種調(diào)節(jié)器分別對液位系統(tǒng)的控制作用。
二、實驗設(shè)備及參考資料
1．過程控制綜合實驗裝置—儀表控制模塊
2．計算機及MCGS組態(tài)軟件—儀表控制實驗.MCG
3．實驗專用線若干及RS485轉(zhuǎn)232通訊線一根。
三、 實驗原理
本實驗采用智能儀表控制,將液位控制在設(shè)定高度。根據(jù)下水箱液位信號LT2輸出給智能儀表，智能儀表根據(jù)P、I、D參數(shù)進行PID運算，輸出信號給電動調(diào)節(jié)閥，然后由電動調(diào)節(jié)閥控制水泵1供水系統(tǒng)的進水流量，從而達到控制設(shè)定液位基本恒定的目的。
上下水箱雙容液位過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驗方框圖
四、實驗內(nèi)容與步驟
1．了解實驗裝置中的對象，流程圖如圖3-8所示。
 
圖3-8 上下水箱雙容液位控制實驗流程圖
2、按圖雙容液位控制實驗接線圖接好實驗導(dǎo)線。
在傳感器信號輸出區(qū)域，將下水箱液位信號LT2用實驗線連接到智能調(diào)節(jié)儀I（addr：1）的 輸入 1-5V 信號輸入端，正負一一對應(yīng)。
將智能調(diào)節(jié)儀I的 輸出4-20mA 連接到執(zhí)行器控制信號輸入?yún)^(qū)的電動閥輸入信號端口，正負一一對應(yīng)。
3、使用485轉(zhuǎn)232通訊線將控制臺右側(cè)面的儀表通訊口 “COM2” 與上位機連接。
4、將手動閥門1V1、V3、V4打開，將閥門1V2關(guān)閉。
5、先打開控制臺左側(cè)的總電源開關(guān)，按“Start”按鈕啟動設(shè)備，再打開儀表電源。
6、運行計算機上儀表控制軟件，選擇系統(tǒng)管理菜單中的用戶登錄，登錄用戶。
7、選擇單回路控制實驗的上下水箱雙容液位控制實驗。
8、如選用儀表控制則點擊“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)置完點擊退出。
10、選擇儀表控制，給定設(shè)定值8cm。
11、在控制臺上旋開電動調(diào)節(jié)閥電源開關(guān)、水泵電源開關(guān)。
12、待液位平衡后，通過以下方式加干擾：突增（或突減）設(shè)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(jīng)過一段調(diào)節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設(shè)定值，記錄此時的液位設(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，用計算機記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。
14．分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律重復(fù)步驟4～8，用計算機記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應(yīng)曲線。
五、實驗報告要求
1．畫出雙容水箱液位定值控制實驗的結(jié)構(gòu)框圖。
2．用實驗方法確定調(diào)節(jié)器的相關(guān)參數(shù)，寫出整定過程。
3．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。
4．比較不同PI參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。
5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對本實驗系統(tǒng)的作用。
六、思考題
1．改變比例度δ和積分時間TI對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？
產(chǎn)品簡介：
 
化工儀表與控制實驗裝置
 
技術(shù)指標 說 明
裝置功能 1、可實現(xiàn)液位高度的位式控制實驗、加熱水溫的位式控制實驗。
2、水箱液位的定值控制實驗、加熱水溫的定值控制實驗。
3、電動調(diào)節(jié)閥支路流量的定值控制實驗、變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制實驗。
4、水箱液位與調(diào)節(jié)閥流量的串級控制實驗、水箱液位與變頻調(diào)速磁力泵支路流量的串級控制實驗。
5、單閉環(huán)流量比值控制實驗、雙閉環(huán)流量比值控制實驗。
6、三容箱過程控制對象：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，測控軟件。
設(shè)計參數(shù) 裝置整體采用工程化布局，設(shè)備主體：2000×700×2000mm（長×寬×高），可根據(jù)實訓(xùn)場地實際高度和場地面積進行調(diào)整，可移動式設(shè)計，帶剎車輪。
溫度：常溫-70℃，液位0-300mm。
電氣系統(tǒng) 標準工業(yè)操作臺，內(nèi)安裝漏電保護空氣開關(guān)、電流型漏電保護器充分考慮人身安全保護；同時每一組強電輸出都有旋鈕開關(guān)控制，保證設(shè)備安全，操作控制便捷；裝有分相指示燈，開關(guān)電源等。
公用設(shè)施 水：裝置自帶不銹鋼水箱，連接自來水。實驗時經(jīng)水泵進入測試管路，循環(huán)使用。
電：電壓AC380V，功率5.0KW，標準三相五線制。每個實驗室需配置1~2個接地點（安全地及信號地）。
主要配置 1、實驗對象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲水箱；上水箱為有機玻璃圓筒型水箱；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）和鋁塑盤管組成。
2、系統(tǒng)動力系統(tǒng)有兩套：一路由動力水泵、進口比例閥組成，另一路由變頻調(diào)速器、動力水泵組成，通過閥門切換，任何一組供水可以到達任何一個水箱。
3、對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行裝置擴散硅壓力變送器4只：分別檢測上、中、下水箱、鍋爐汽包液位。
4、渦輪流量計兩只：分別檢測兩條動力支路的流量。
5、Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫。
6、執(zhí)行器：包含電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥各一個。
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。
2、渦輪流量傳感器：流量范圍0.1～2.0m3/h，兩臺。
3、電動調(diào)節(jié)閥：DN15，采用智能直行程電動調(diào)節(jié)閥，用來對控制回路的流量進行調(diào)節(jié)。具有精度高、技術(shù)先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，電源為單相220V，控制信號為4～20mADC，輸出為4～20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。精度：0.5%FS ，一臺。
上水箱：有機玻璃φ250x300mm，帶液位溢流裝置，一個。
中水箱：有機玻璃φ250x300mm，帶液位溢流裝置，一個。
6、下水箱：有機玻璃φ250x300mm，帶液位溢流裝置，一個。
7、儲水箱：304不銹鋼600x400x500mm，一個。
8、單相矢量變頻器，規(guī)格：（0-50）Hz，功率550W，一臺。
9、電磁閥：口徑DN15，24V直流開關(guān)電源供電，一個。在本裝置中作為電動調(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。電加熱器：由三根1.5KW電加熱管星形連接而成，用來對鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進行加溫，每根加熱管的電阻值約為50Ω左右。
11、盤管：模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數(shù)不同，在實驗過程中可根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計流回儲水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實驗。
12、壓力傳感器：量程為0～5KPa，用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償。采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24V直流電源，輸出：4～20mADC。
13、溫度傳感器：裝置中采用了六個Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（有3個測試點）以及上水箱出口的水溫。Pt100測溫范圍：-200～+420℃。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4～20mA直流電流信號。Pt100傳感器精度高，熱補償性較好。
14、調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為4～20mA標準電流信號，其移相觸發(fā)角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓用來控制電加熱器的端電壓，從而實現(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)處理運算。
16、模擬量模塊：高達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)，5000萬次觸摸點，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×寬×高），外形為可移動式設(shè)計，帶剎車輪，高品質(zhì)鋁合金型材框架，無焊接點，安裝拆卸方便，水平調(diào)節(jié)支撐型腳輪。
19、工程化標識：包含設(shè)備位號、管路流向箭頭及標識、閥門位號等工程化設(shè)備理念配套，使學(xué)生處于安全的實驗操作環(huán)境中，學(xué)會工程化管路標識認知，培養(yǎng)學(xué)生工程化理念。
20、配套測控軟件可以實現(xiàn)實驗數(shù)據(jù)實時在線采集顯示數(shù)據(jù)、曲線及設(shè)備運行狀態(tài)等。通過WIFI技術(shù)實現(xiàn)終端覆蓋。
21、MCGS工業(yè)組態(tài)軟件
本軟件為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。
測控組成 變量 檢測機構(gòu) 顯示機構(gòu) 執(zhí)行機構(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)
鍋爐夾套進口溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 自控
鍋爐夾套進口溫度 PT100 鉑電阻 觸摸屏 自控
換熱器進口溫度 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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