自动化仪表与过程控制实验指导书电气自动化实验中心年月实验一. DDZ-III型电动温度变送器的调校一. 实验目的：1、 了解DDZ-III型温度变送器（DBW-5500A）的结构接线情况，熟悉其使用 方法，进一步理解其工作原理。 2、 学会DBW-5500A热电阻温度变送器的零位与量程的调整,以及精度校验方法。二. 实验设备：1、DBW-5500A型温度变送器一台2、ZX-21型旋转式电阻箱一台3、0.5级电流表一台4、连接导线若干根5、螺丝刀一把三. 实验接线： 24V按下图方法进行接线,并将电阻箱阻值调整在100,电流表量程接0-20mA档。 mA24VmA 四. 实验内容：1、 零点与量程的调整：根据仪表的温度测量范围，调整电阻箱，加入温度下限值所对应的电阻值，观察输出电流表的读数。调整零点电位器，使变送器输出信号为4mA。再调节电阻箱，加入温度上限值所对应的电阻值，调整量程电位器，使变送器输出信号为20mA。并且反复多次调整，直到“零点”、“满量程”都符合要求为止。 2、线性测试：按表正行程法次序依次逐渐增加阻值，同时记录相应的输出电流，以完成正行程测试。然后，按下表反行程法次序依次逐渐减少阻值，同时记录相应的输出电流，以完成反行程的测试。结果如下：温度OC0102030405060708090100输入值R（）100 138.5正行程Ia（mA）反行程Ia（mA）五. 作图:实验二电动调节器的PID参数校正一、实验目的1）、通过实验熟悉单回路反馈控制系统的组成和工作原理。2）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的阶跃响应。3）、研究系统分别用P、PI和PID调节器时的抗扰动作用。4）、定性地分析P、PI和PID调节器的参数变化对系统性能的影响。二、实验装置1）、TKGK-1型过程控制实验装置： PID调节器GK-04、变频器GK-07-22）、计算机及监控软件三、实验原理1、单容水箱液位控制系统图7-1、单容水箱液位控制系统的方块图图7-1为单容水箱液位控制系统。这是一个单回路反馈控制系统，它的控制任务是使水箱液位等于给定值所要求的高度；并减小或消除来自系统内部或外部扰动的影响。单回路控制系统由于结构简单、投资省、操作方便、且能满足一般生产过程的要求，故它在过程控制中得到广泛地应用。当一个单回路系统设计安装就绪之后，控制质量的好坏与控制器参数的选择有着很大的关系。合适的控制参数，可以带来满意的控制效果。反之，控制器参数选择得不合适，则会导致控制质量变坏，甚至会使系统不能正常工作。因此，当一个单回路系统组成以后，如何整定好控制器的参数是一个很重要的实际问题。一个控制系统设计好以后，系统的投运和参数整定是十分重要的工作。 图7-2单容液位控制系统结构图系统由原来的手动操作切换到自动操作时，必须为无扰动，这就要求调节器的输出量能及时地跟踪手动的输出值，并且在切换时应使测量值与给定值无偏差存在。一般言之，具有比例（P）调节器的系统是一个有差系统，比例度的大小不仅会影响到余差的大小，而且也与系统的动态性能密切相关。比例积分（PI）调节器，由于积分的作用，不仅能实现系统无余差，而且只要参数，Ti选择合理，也能使系统具有良好的动态性能。比例积分微分（PID）调节器是在PI调节器的基础上再引入微分D的作用，从而使系统既无余差存在，又能改善系统的动态性能（快速性、稳定性等）。在单位阶跃作用下，P、PI、PID调节系统的阶跃响应分别如图7-3中的曲线、所示。 图7-3、P、PI和PID调节的阶跃响应曲线四、 实验内容与步骤 1、比例（P）调节器控制 1）、按图7-1所示，将系统接成单回路反馈系统（接线参照实验一）。其中被控对象是上水箱，被控制量是该水箱的液位高度h1。 2）、启动工艺流程并开启相关的仪器，调整传感器输出的零点与增益。3）、在老师的指导下，接通单片机控制屏，并启动计算机监控系统，为记录过渡过程曲线作好准备。4）、在开环状态下，利用调节器的手动操作开关把被控制量“手动”调到等于给定值（一般把液位高度控制在水箱高度的50%点处）。5）、观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本达到给定值后，即可将调节器切换到纯比例自动工作状态（积分时间常数设置于最大，积分、微分作用的开关都处于“关”的位置，比例度设置于某一中间值，“正-反”开关拔到“反”的位置，调节器的“手动”开关拨到“自动”位置），让系统投入闭环运行。6）、待系统稳定后，对系统加扰动信号（在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现）。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。7）、减小，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。8）、增大，重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。9）、选择合适的值就可以得到比较满意的过程控制曲线。10）、注意：每当做完一次试验后，必须待系统稳定后再做另一次试验。2、比例积分调节器（PI）控制1）、在比例调节实验的基础上，加入积分作用（即把积分器“I”由最大处“关” 旋至中间某一位置，并把积分开关置于“开”的位置），观察被控制量是否能回到设定值，以验证在PI控制下，系统对阶跃扰动无余差存在。2）、固定比例度值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量p。表二、值不变、不同Ti时的超调量p积分时间常数Ti大中小超调量p3）、固定积分时间T i于某一中间值，然后改变的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，并列表记录不同值下的超调量p。表三、Ti值不变、不同值下的p比例度大中小超调量p4）、选择合适的和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）来获得。3、比例积分微分调节（PID）控制1）、在PI调节器控制实验的基础上，再引入适量的微分作用，即把D打开。然后加上与前面实验幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线，并与实验步骤（二）所得的曲线相比较，由此可看到微分D对系统性能的影响。2）、选择合适的、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从50%突变至60%来实现）。3）、用计算机记录实验时所有的过渡过程实时曲线，并进行分析。五、注意事项1、实验线路接好后，必须经指导老师检查认可后才能接通电源。2、必须在老师的指导下，启动计算机系统和单片机控制屏。3、若参数设置不当，可能导致系统失控，不能达到设定值。六、实验报告要求1、绘制单容水箱液位控制系统的方块图。2、用接好线路的单回路系统进行投运练习，并叙述无扰动切换的方法。3、P调节时，作出不同值下的阶跃响应曲线。4、PI调节时，分别作出Ti不变、不同值时的阶跃响应曲线和不变、不同Ti值时的阶跃响应曲线。5、画出PID控制时的阶跃响应曲线，并分析微分D的作用。6、比较P、PI和PID三种调节器对系统余差和动态性能的影响。实验三 气动差压变送器调校一、实验目的：、 气动差压变送器的结构及工作原理。、 据不同的使用要求调整变送器的工作范围（迁移量），从而正确掌握气动变送器调零和调迁移的方法。二、实验设备：QBC-32型气动差压变送器、精密压力表（2块）、气源装置和定值器。三、实验内容及步骤：1.无迁移调校） 调零及观察量程a.调整定值器，使Psr=0时，调整调零弹簧使Psc=0.2kgf/cm2(0.02MPa)b.调整定值器, 当Psr=0.4kgf/cm2(0.04Mpa),时Psc=1kgf/cm2(0.1Mpa)，观察量程。）测试特性曲线首先重复上述a.b使之满足，然后依下表进行测试：Psr00.050.10.150.20.250.30.350.4Psc2.正迁移50%调校调迁移：调定值器使Psr=0.2 kgf/cm2(0.02MPa), 通过调迁移弹簧使Psc=0.2 kgf/cm2(0.02MPa)观察量程是否改变。四、 实验报告： 根据上表 数据画出特性曲线，进行差压变送器的误差分析。实验四 KMM可编程数字调节器的系统组态一 实验目的1) 了解智能仪表的使用及参数的自整定；2) 设计温度二位控制系统；二 实验设备TKGK-1过程控制实验装置：GK-04、GK-07-2、AI-708智能调节器三 实验原理1. A1-708智能调节简介：1) 特点与用途：AI-708型仪表，具备0.2级精度，可编程输入，通过参数设置即可选择热电偶、热电阻、线性电阻和电压（电流）的输出，具备位式调节、AI人工智能调节、通讯、变送和上限、下限、正偏差、负偏差等报警功能，具有可编程模块化输出，支持时间比例（继电器触点开关、SSR电压、可控硅无触点开关及单相/三相可控硅过零触发信号等）和线性电流（包括010mA及020mA等）。适合在化工、石化、火电、制药、冶金等行业做高精度测量、显示、变送、位式/人工智能/PID调节或报警等功能。其AI人工智能调节可实现较为理想的温度控制。2) 主要参数功能说明：Ctrl（控制方式）：Ctrl=0，采用位式调节，只适合要求不高的场合。Ctrl=l，采用AI人工智能调节PID调节，该设置下，允许从面板启动执行自整定功能。Ctrl=2，启动自整定参数功能，自整定结束后会自动设置3或4。Ctrl=3，采用AI 人工智能节，自整定结束后仪表自动进入该设置，在该设置下不允许从面板启动自整定参数功能，以防止误操作重复启动自整定。Ctrl=4，该方式下与Ctrl=3时基本同，但其P参数定义为原来的10倍，即可将P参数放大10倍，获得更精细的控制。HIAL（上限报警）：测量值大于HIALdF值时，仪表将产生上限报警。测量值小于HIALdF值时，仪表将解除上限报警。设置HIAL到其最大值（9999）可避免产生报警作用。LOAL（下限报警）：测量值小于LOALdF时产生下限报警，当测量值大于LOALdF时下限报警解除。设置LOAL到其最小值（1999）可避免产生报警作用。