A3000过程控制实验指导 第三章

.HUATEC A3000过程控制实验系统实验指导书V3.0北京华晟高科教学仪器有限公司编制目录第一章安全注意事项与设备使用 ........................................................................ - 1 -1.1防止触电........................................................................................................................ - 1 -1.2防止烫伤........................................................................................................................ - 2 -1.3防止损坏........................................................................................................................ - 2 -1.4现场系统组成................................................................................................................ - 2 -1.5控制系统组成................................................................................................................ - 2 - 第二章计算机测控系统实验 ................................................................................ - 5 -实验1 实验系统认知......................................................................................................... - 5 - 实验2 ADAM4000模块的通讯和使用........................................................................... - 10 - 实验3 组态软件编程和数据获取................................................................................... - 18 - 实验4 PLC系统通讯和使用 ........................................................................................... - 21 - 实验5 PLC Step7编程 .................................................................................................. - 28 - 实验6 现场总线技术与DCS实验 ................................................................................. - 33 - 第三章工艺设备和仪器仪表实验 ...................................................................... - 41 -实验1 温度、压力、液位和流量测量实验................................................................... - 41 - 实验2 水泵负载特性测量实验....................................................................................... - 45 - 实验3 管道压力和流量耦合特性测量实验................................................................... - 47 - 实验4 电动调节阀特性测量实验................................................................................... - 50 - 实验5 调压器特性测量实验........................................................................................... - 53 - 实验6 变频器水泵控制特性测量实验........................................................................... - 55 - 第四章工业系统对象特性的测定研究 .............................................................. - 59 -实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 59 - 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 62 - 实验3 非线性容积水箱液位数学模型的测定实验....................................................... - 64 - 实验4 测定不同阻力下单容水箱液位数学模型实验................................................... - 67 - 实验5 锅炉与加热器对象数学模型实验....................................................................... - 69 - 实验6 滞后管数学模型实验........................................................................................... - 72 - 实验7 换热机组数学模型实验....................................................................................... - 75 - 第五章简单设计型控制实验 .............................................................................. - 79 -实验1 单闭环流量控制实验........................................................................................... - 79 - 实验2 单容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 82 - 实验3 双容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 88 - 实验4 三容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 91 - 实验5 锅炉水温定值位式控制实验............................................................................... - 94 - 实验6 锅炉水温定值控制实验....................................................................................... - 98 - 实验7 换热器水温单回路控制实验............................................................................. - 101 - 实验8 联锁控制系统实验............................................................................................. - 104 - 实验9 单闭环压力控制实验......................................................................................... - 107 - 第六章复杂设计型控制系统 ............................................................................ - 110 -实验1下水箱液位和进口流量串级控制实验.............................................................. - 110 - 实验2 闭环双水箱液位串级控制实验......................................................................... - 119 - 实验3 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制实验............................................. - 123 - 实验4 单闭环流量比值控制系统实验......................................................................... - 127 - 实验5 下水箱液位前馈反馈控制系统实验................................................................. - 129 - 实验6 锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统实验..................................................... - 133 - 实验7 管道压力和流量解耦控制系统实验................................................................. - 136 - 实验8 换热器出口温度与流量解耦控制系统实验..................................................... - 140 -第七章创新型设计与研究 ................................................................................ - 144 -实验1 大延迟系统补偿控制的研究............................................................................. - 144 - 实验2 单神经元自适应PID算法的研究 .................................................................... - 147 - 实验3 模糊控制算法的研究......................................................................................... - 154 - 实验4 现场总线系统控制研究..................................................................................... - 156 - 第八章工程应用型设计 .................................................................................... - 164 -实验1 工业项目设计..................................................................................................... - 164 - 实验2 报警系统设计..................................................................................................... - 168 - 实验3 关键事件处理和记录设计................................................................................. - 175 - 实验4 系统趋势和历史存储设计................................................................................. - 178 - 实验5 系统登录和安全性设计..................................................................................... - 180 - 实验6 网络化控制系统的研究..................................................................................... - 185 -第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。

过程控制控实验报告实验⼀单容⾃衡⽔箱特性的测试⼀、实验⽬的1. a 根据实验得到的液位阶跃响应曲线，⽤相应的⽅法确定被测对象的特征参数K 、T 和传递函数。

⼆、实验设备1. A3000⾼级过程控制实验系统2. 计算机及相关软件三、实验原理由图2.1可知，对象的被控制量为⽔箱的液位h ，控制量（输⼊量）是流⼊⽔箱中的流量Q 1，Q 2为流出⽔箱的流量。

⼿动阀QV105和闸板QV116的开度（5~10毫⽶）都为定值。

根据物料平衡关系，在平衡状态时：0Q Q 2010=- （1）动态时则有： dtdVQ Q 21=- （2）式中V 为⽔箱的贮⽔容积，dtdV为⽔贮存量的变化率，它与h 的关系为Adh dV =，即：dtdhA dt dV = （3） A 为⽔箱的底⾯积。

把式（3）代⼊式（2）得：QV116V104V103hh QV105QV102P102LT103LICA 103FV101MQ 1Q 2图2.1单容⽔箱特性测试结构图图2.2 单容⽔箱的单调上升指数曲线dtdhA=-21Q Q （4）基于S 2R h Q =，R S 为闸板QV116的液阻，则上式可改写为dtdhA R h Q S =-1，即：或写作：1)()(1+=TS Ks Q s H （5）式中T=AR S ，它与⽔箱的底积A 和V 2的R S 有关；K=R S 。

式（5）就是单容⽔箱的传递函数。

若令SR s Q 01)(=，R 0=常数，则式（5）可改为： TS KR S R K S R T S T K s H 0011/)(0+-=?+= 对上式取拉⽒反变换得： )e -(1KR h(t)t/T0-= （6）当∞→t 时0KR )h(=∞，因⽽有=∞=0R )h(K 阶跃输⼊输出稳态值。

当t=T 时，则)h(KR )e-(1KR h(T) 001∞===-0.6320.632。

式（6）表⽰⼀阶惯性环节的响应曲线是⼀单调上升的指数函数，如图2.2所⽰。

A3000过程控制装置综合实践报告班级：姓名：学号：2011年1月9日一、实验目的1、熟悉A3000实验装置的工艺流程。

2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。

3、掌握使用DCS系统组态软件进行组态和设计控制系统基本过程。

4、在A3000实验装置上完成水箱液位自动控制系统的设计与分析。

5、深入理解控制器参数的调整原理。

二、实验内容（一）、熟悉工艺流程，绘制装置流程图。

1、任务要求：（1）熟悉系统的工艺流程，了解装置上的检测点和执行机构并进行记录。

（2）了解装置上各个手动阀和泵的作用。

（3）了解电磁阀的作用和工作原理。

（4）了解变频泵的作用和工作原理（5）掌握如何开启、关闭系统。

（6）在前几步的基础上进行如下操作：a).使用工频支路给上水箱上水。

b).使用变频支路给上水箱上水。

c).使用工频支路给下水箱上水。

d).使用变频支路给下水箱上水。

e).使用工频支路给锅炉上水，观察锅炉水位，当锅炉水位达到30%时，关闭上水泵。

f).使用变频支路给锅炉上水，当锅炉水位达到70%时，关闭上水泵，并放空锅炉内的水。

（7）绘制整个工艺过程的工艺流程图2、完成步骤（1）、测试系统，在弄清系统的管路连接后手工绘制流程图。

在流程图中标注A3000装置中的所有管道，锅炉，水槽，水泵，调节阀和传感器等元件。

（2）、完成主控卡和控制站的组态。

其组态顺序为先组态主控制卡，然后组态I/O 卡件，再组态I/O点，最后组态控制方案。

（注：其各自组态地址如表1—表4所示。

地址表中只列出了第四组装置用到的组态地址）。

a、主控制卡组态。

主控制卡的组态是总组态的第一步，完成这一步后就可以在主控制卡XP243上完成后续的组态。

表1 主控制卡组态参数表b、数据转发卡组态c、I/O卡件组态说明：I/O卡件是和现场直接相连的设备，现场信号通过电缆到达I/O卡件，I/O 卡件处理后将数据送给数据转发卡，数据转发卡再送到主控制站进行运算。

制系统A3000实验和测试培训基于和利时MACS DCS控制系统A3000实验和测试培训北京华晟高科教学仪器有限公司2006-3前言《基于和利时MACS DCS控制系统A3000实验和测试培训》是根据A3000过程控制实验系统的相关内容编写的，包括了如下内容：1、MACS DCS控制系统。

2、Comaker控制系统编程。

3、Facview组态软件。

合并一起具体介绍MACS DCS控制A3000现场系统的编程和组态。

注意FM和SM系列的编程区别就是模块名称稍有区别。

其他没有什么不同。

所以在编程和组态时随意选择一个介绍。

第一章介绍DCS构成和A3000系统的结构，接线等等。

北京华晟高科教学仪器有限公司第I页制系统A3000实验和测试培训第二章介绍软件的安装和软件界面，并概述性介绍编程组态过程。

第三章将比较详细地介绍一个范例的实现。

同时逐步详细的讲解朴素的工程项目的创建。

第四章介绍本公司提供的最全的13个实验的控制程序和组态成序，包括最复杂的一个DCS控制四套A3000的情形。

包括PA仪表和DP设备的操作。

如果要了解PA仪表配置和高级操作、DP设备的高级操作，以及先进算法等问题，参考我公司的其他文件。

本指导书缺点和错误在所难免，敬请各位专家、院校师生和广大读者批评指正。

北京华晟高科教学仪器有限公司第II页DCS控制系统A3000实验和测试培训目录第一章MACS DCS控制系统 11.1 MACS DCS简介 (1)工程师站： (2)主控单元： (3)通讯网络 (4)硬件设备清单 (5)主控机笼SM110： (11)1.2 控制系统设置和初始化 (19)1.3 系统接线和操作 (20)第二章控制器编程和组态软件概述 (99)2.1 软件安装及使用 (99)2.2 执行安装 (105)北京华晟高科教学仪器有限公司第I页DCS控制系统A3000实验和测试培训2.3 运行软件 (112)第三章控制器编程详细和组态范例 .................................. 错误！未定义书签。

北方民族大学Beifang Ethnic University《过程装备控制技术应用》课程实验指导书北方民族大学教务处北方民族大学《过程控制技术及应用》课程实验指导书编著姜国平、刘天霞、汤占歧校审北方民族大学教务处二〇一〇年六月前言过程装备控制技术实验室是为化工学院过程装备控制工程、化学与化学工程两个专业开设的实验课程。

该实验装置主要以MPCE—1000实验系统为主，在实验教学过程中，充分强调培养学生的工艺对象分析能力、现场动手能力、控制方案综合设计能力、系统化思维能力及最新控制技术的应用能力。

该实验室目前承担7个综合实验和一个开放实验的任务。

实验内容多样且灵活，设备、管道、工艺参数、执行机构、控制点均可自定义，结合化工仿真软件使学生了解和熟悉化工生产过程中常见参数的控制方法及控制中常用的控制器件，如各种仪表的性能、使用方法和使用场合；了解并学会工业控制中仪表、测量、执行器的成套方法，学会按照实际被控系统要求进行实际控制系统的设计和实现；培养学生观察问题，分析问题和实验数据处理的能力，提高相关学科知识的综合运用能力；使学生了解和掌握用科学实验解决工程问题的方法。

目录第一部分绪论第二部分实验任务及要求一、本课程实验的作用与任务二、本课程实验的基础知识三、本课程实验教学项目及其教学要求第三部分基本实验指导实验一流量自衡过程动态特性测试实验二流量非自衡自衡过程动态特性测试实验三液位自衡动态特性测试实验四反应温度非自衡过程实验五一阶惯性通道传递函数模型测试实验六衰减振荡法液位PID控制器参数整定实验七气体压力PID单回路控制系统的设计与整定第一部分绪论一、本课程实验的作用与任务过程装备控制技术及应用是一门专业课, 过程装备控制技术及应用实验是过程装备控制技术及应用的重要的教学内容。

过程装备控制技术及应用实验教学设备，函盖了检测技术与传感器、变送器、控制器、简单与复杂控制系统、PLC控制系统、计算机控制系统。

基于A3000的“过程控制系统教学方法探索摘要：过程控制系统是自动化专业的一门重要专业课，其理论性和实践性很强。

在过程控制系统的理论教学和实践教学过程中，以A3000过程控制仿真平台为基础，建立过程控制系统的仿真模型，使学生更好地掌握课程的应用理论和工程技术，实践表明此措施可取得较好的教学效果。

关键词：过程控制系统；A3000；教学改革一、A3000的应用实例A3000过程控制系统仿真平台总体物理系统如图1所示（控制系统有30多种，现场系统具有现场总线）。

在此平台上，学生可完成单闭环流量控制、单容和双容液位定制控制、锅炉水温定值控制等简单实验，也可完成闭环双水箱液位串级控制、专家PID液位控制、管道压力和流量解耦控制等复杂实验。

A3000过程控制系统可帮助学生熟悉过程控制对象。

1.实例要求以基于可编程控制器（PLC）和变频器的下水箱液位控制为例，在已利用组态王建立下水箱液位控制工程的基础上，引导学生在组态王的应用程序命令语言中实现专家PID控制，即依据误差和误差的变化趋势实时改变PID的三个参数。

此实例的难度在于变频器使用、PLC程序编程和专家PID规则的实现。

所用到的变频器为三菱变频器，它具有几种不同的工作模式，它可以实现对电机的启停以及调速控制。

而控制变频器的是PLC，系统中所使用的是S7-200系列PLC具体型号为S7-200CPU222N。

PLC的主要工作是完成数据采集并控制变频器，从而控制电机的运行。

对PLC进行编程的软件为STEP7Micro/WIN，该软件可直接在计算机上使用。

2.组态王与PID组态软件选择组态王（Kingview），以此在计算机上实时显示运行参数。

组态王是一个具有开放、易用等特征的通用组态软件。

使用组态王，学生可将注意力集中在控制对象的分析。

在课时数有限的情况下，组态王使得学生实现更复杂的控制算法成为可能。

可编程控制器和变频器的相关知识都已通过过程控制系统的先修课程掌握，学生可快速完成编写PLC的PID控制算法程序。

图3.1 单回路控制系统方框图图3.2 扰动作用于不同位置的控制系统 第三章 单回路控制系统第一节 单回路控制系统的概述及调节器参数整定方法一、 单回路控制系统的概述图3.1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成的一个闭环控制系统。

系统的给定量是一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。

由于这种系统结构简单，调试方便，性能较好，故在工业生产中被广泛应用。

二、 干扰对系统性能的影响● 干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响干扰通道的放大系数Kf 会影响干扰加在系统中的幅值。

若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。

我们希望干扰通道的放大系数愈小愈好。

如果干扰通道是一个惯性环节，令时间常数为Tf ，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。

即时间常数Tf 越大，则系统的动态偏差就愈小。

通常干扰通道中还会有纯滞后环节，使被调参数的响应时间滞后一个τ值，即)-Y(t (t)Y ττ=上式表明调节过程沿时间轴平移了一个τ的距离，即干扰通道出现纯滞后，但不会影响系统的调节质量。

● 干扰进入系统中的不同位置复杂的生产过程往往有多个干扰量，他们作用在系统的不同位置，如图3.2所示。

控制理论证明，同一形式、大小相同的扰动在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。

对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。

δ1K =(S)G P C =三、 控制规律的确定选择系统调节规律的目的是令调节器与调节对象很好匹配，使组成的控制系统满足工艺上所提出的动、静态性能指标。

比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。

由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。

这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在。

其传递函数为式中Kp 为比例系数，δ为比例带。

比例积分(PI)调节PI 调节器就是利用P 调节快速抵消干扰的影响，同时利用I 调节消除残差，但I 调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。

目录人员分工................................................................................................... - 5 -第一章安全注意事项 ............................................................................. - 6 -一、防止触电 ...................................................................................... - 6 -二、防止损坏 ...................................................................................... - 6 -三、其他 .............................................................................................. - 6 -第二章A3000概述.................................................................................. - 7 -一、A3000 现场系统........................................................................... - 7 -二、仪表与阀门选型 .......................................................................... - 8 -1、工艺设备明细表 ........................................................................ - 8 -2、阀门选型 .................................................................................... - 9 -第三章监控系统总体设计方案与通讯 ...............................................- 10 -一、系统分析 .................................................................................... - 10 -二、测点设计 .................................................................................... - 10 -三、监控系统组成 ............................................................................ - 11 -四、通讯 ............................................................................................ - 11 -1、PLC与计算机的连接 ............................................................... - 11 -2、PLC与STEP7的连接 ............................................................... - 12 -3、PLC与组态王的连接 ............................................................... - 12 -4、组态王与下位机的连接原理 .................................................. - 12 -第四章S7-200系列PLC监控系统硬件设计 .......................................- 13 -一、系统配置 .................................................................................... - 13 -1、I/O设备统计............................................................................ - 13 -2、I/O点数统计............................................................................ - 13 -3、硬件选择 .................................................................................. - 13 -二、I/O分配...................................................................................... - 14 -三、PLC接线图 ................................................................................. - 15 -1、CPU224接线端子图 ................................................................ - 15 -2．EM235接线端子图.................................................................. - 15 -3、控制柜正面接线图 .................................................................. - 16 -4、控制柜背面接线图 .................................................................. - 17 -第五章STEP 7-Micro/WIN 32软件程序设计 .....................................- 20 -一、主程序 ........................................................................................ - 20 -二、模拟量采样程序设计 ................................................................ - 20 -1、DIP开关设置............................................................................ - 20 -2、模拟量值和A/D转换值的转换.............................................. - 20 -三、PID控制程序设计...................................................................... - 22 -第六章组态王监控系统软件设计 .......................................................- 25 -一、系统组态结构 ............................................................................ - 25 -二、建立组态王工程的一般过程 .................................................... - 25 -1、设计图形界面（定义画面） .................................................. - 25 -2、定义设备 .................................................................................. - 28 -3、构造数据库 .............................................................................. - 29 -4、建立动画链接 .......................................................................... - 29 -5、运行和调试 .............................................................................. - 29 -第七章单闭环液位控制系统 ...............................................................- 30 -一、下水箱液位定值控制试验方案 ................................................ - 30 -1、控制要求 .................................................................................. - 30 -2、工艺流程 .................................................................................. - 30 -3、控制系统接线表 ...................................................................... - 30 -4、工艺流程图 .............................................................................. - 30 -二、测量广义对象传递函数及调节阀静态特性 ............................ - 30 -1、广义对象传递函数 .................................................................. - 30 -2、测量调节阀静态特性 .............................................................. - 31 -三、系统投运与控制器参数整定 .................................................... - 32 -1、系统投运 .................................................................................. - 32 -2、参数整定 .................................................................................. - 32 -3、根据衰减曲线法整定结果 ...................................................... - 34 -4、Matlab仿真 ............................................................................. - 36 -五、实验结果分析 ............................................................................ - 37 -第八章监控系统设计评价与改进 .......................................................- 38 -一、评价 ............................................................................................ - 38 -二、改进 ............................................................................................ - 38 -参考文献： .............................................................................................- 38 -人员分工张颖颖：制定总体工作计划，设计控制方案，通讯，编程，组态王工程设计，模型仿真，系统投运与调试温馨：接线，编程，通讯，组态王工程设计，模型仿真，系统投运与调试，测传递函数顾翔：接线，编程，组态王工程设计，系统投运与调试，测传递函数王继光：接线，定义变量，编程，通讯，系统投运与调试郑明：采购，打印，接线，绘图，查资料，编程，系统投运与调试马竞夫：图表设计与绘制，仪表选型，组态王监控页面设计，钟鸣：接线，通讯，编程，系统投运与调试第一章安全注意事项在本次课程设计试验中，发生过一些安全事故，某些组也出现大概因为操作不当造成水泵，仪表的损坏现象，故在此提出一些几条特别注意的事项。