第一部分 产品使用说明.doc
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1、“THKGK-1过程控制实验装置”实验目录 第一部分 产品使用说明书THKGK-1实验装置组成和基本原理-1一、GK-01电源控制屏-3二、GK-02传感器输出与显示-4三、GK-03单片机控制-5四、GK-04 PID调节器控制-7五、GK-05连续、位式控制-8六、GK-06对象系统流程图-8七、GK-07交流变频调速控制-9八、GK-08可编程控制器-10九、GK-09触摸屏控制-11 第二部分 实验内容实验一、实验装置的基本操作与仪表调试-1实验二、单容水箱对象特性测试-3实验三、双容水箱对象特性测试-7实验四、温度位式控制系统-10实验五、智能仪表温度位式控制系统-14实验六、智能仪
2、表温度连续控制系统-18实验七、单容水箱液位PID控制系统-20实验八、双容水箱液位PID控制系统-23实验九、流量控制系统-28实验十、单容水箱压力PID控制系统-31实验十一、单回路控制系统的质量研究-33实验十二、串级控制系统的连接实验-35实验十三、液位串级PID控制系统-40实验十四、计算机控制系统-43实验十五、单片机控制系统-51实验十六、PLC单/双容液位控制(一)-53利用西门子CP5611接口卡、MPI通讯模式、PROTOOL-CS监控软件实验十七、PLC单/双容液位控制(二)-55利用PPI/PC通讯电缆、MCGS组态软件(DEMO版)实验十八、PLC上下水箱液位串级控制
3、-58利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件(DEMO版)实验十九、基于MATLAB的单回路PID控制-60实验二十、基于MATLAB的串级PID控制-65实验二十一、智能仪表控制系统-69实验二十二、触摸屏、PLC控制-71 附录实验接线图-73说明“实验二十二、触摸屏、PLC控制”实验在THKGK-2型配置中才能做,其于的实验与THKGK-1型的实验项目完全相同,实验指导书也可以通用。第 一 部 分产品使用说明书11- -THKGK-1过程控制实验装置的组成和各部分使用说明 THKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点,吸收了国内外同类实验装置的特点和长处,经过
4、精心设计,多次实验和反复论证,向广大师生推出一套全新的实验设备。该设备可以满足过程控制、自动化仪表、 工程检测 、计算机控制系统等课程的教学实验、课程设计等。整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便,既能进行验证性、研究性实验,又能提供综合性实验。本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求,还可为科学研究的开发提供实验手段。 本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准,即电压05V或15V,电流010mA或420mA。实验系统供电要求为单相交流220V10%,10A;外型尺寸为:18216070,重量:380Kg。 装 置 特 点 本实验装置具有以下特点: 1、多种被控参数:液位
5、、压力、流量、温度。 2、多种控制方式:位式控制、PID控制、智能仪表控制、单片机控制 、PLC控制、计算机控制等。 3、多种计算机控制软件:西门子PROTOOL-CS组态软件、北京昆仑公司的MCGS组态软件以及本公司开发的上位机监控软件,另外还可以用台湾HITECH公司的ADP6.0软件与PLC相连进行控制。 4、丰富的计算机控制算法:P、PI、PID、死区PID、积分分离、不完全积分、模糊控制、神精元控制、 基于SIMULINK的动态参数自适应补偿控制等。 5、开放的软件平台:在我们提供的软件平台上,学生既可以利用我们所提供的算法程序进行实验,又可以用自己编写的PLC程序、MATLAB程序
6、等进行实验,还可以利用人机界面(触摸屏)的组态再结合PLC的编程来进行控制实验。6、灵活多样的实验组合:可以很方便地对控制方式与被控参数进行不同组合,得到自己需要的单回路、多回路等多种控制系统。系 统 组 成被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱以及管道。调节器主要有模拟调节器(含比例P调节、比例积分PI调节、比例微分PD调节、比例积分微分PID调节)、位式调节器、智能仪表调节器、PLC控制器、单片机控制、计算机控制等。执行器模块主要有固态继电器、磁力驱动泵、电加热丝。变送器模块主要有流量变送器(FT)、液位变送器(LT1,LT2)、温度变送器(TT)、压力变送器(PT)等。变送器的零位、增
7、益可调,并均以标准信号DC0-5V输出。另外,根据用户需要,配置微机通讯接口单元(RS232),以满足计算机实时控制实验的需要。系统的结构组成如图1所示,被控对象的供水有两路:一路是由磁力泵1从储水箱中抽水,通过阀1再经阀3向上水箱供水、经阀4向下水箱供水、经阀5向复合加热水箱的内胆供水;另一路是图1、系统结构流程图磁力泵2从储水箱中抽水,分别通过阀2经阀9向上水箱供水、经阀10向下水箱供水、经阀11向复合加热水箱的夹套供水。每个水箱的出水口均经过线性化处理,上水箱的水通过阀6 流到下水箱,在上水箱中安装了压力传感器(PT、LT1),用于检测压力、液位的大小;而下水箱的水经阀7流到复合加热水箱
8、的外套,再经阀8流回储水箱,各水箱都设有溢流口,保证水箱满后不外流并顺利经溢流口流回储水箱。在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感器(TT),它们分别用于加热和检测温度。图2、THKGK-1实验装置电气连接图挂 箱 介 绍一、GK-01电源控制屏 GK-01电源控制屏如图1-1所示,它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成:1、交流电源控制区:由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动和停止按钮、漏电保护器、电加热器控制开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。 图1-1、GK-01控制屏面板图具体操作方法如下:1)、将电源插座接220V市电电源,要注意“左零右火”的
9、接线方式并且要有可靠的接地保护。如果一插上电源就有嘶嘶的声音,这时要检查电源的接线方式是否正确,是否可靠接地。2)、插上三芯插头,此时控制屏左、右两侧的三芯电源插座均带电。3)、先打开空气开关,再打开总电源钥匙开关,此时“停止”按钮红灯亮,表示系统总电源接通。4)、按下“启动”按钮,此时“启动”按钮绿灯亮,表示系统电源接通。5)、拨动照明钮子开关到“上”侧,此时接通日光灯电源,日光灯亮。 注意:本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。当屏上漏电时保护系动作,告警灯亮并自动切断系统电源,等到解除报警时才能起动。2、三相异步电动机电源接线区:它与GK-07交流变频控制挂件配合使用。在此接线区一共有
10、 U1、V1、W1, U2、V2、W2六个强电接线柱,它们与三相异步电动机引线相对应,已在内部连好。 3、加热器控制接线区:包括固态继电器接线端和电加热器接线端,面板上给出了基本的工作原理。如果用温度位式控制,直接将固态继电器的220V输出端与电加热器的输入端相连;如果用温度连续控制,直接将单相调压模块的输出端与电加热器的输入端相连。 4、温度智能位式调节仪:在此把调节仪的输出和输入端子都引到面板上了,输出端包括位式调节输出及变送输出两部分,输入端包括PT100铂热电阻输入。最下面有PT100铂热电阻输出端,是检测加热水箱温度的,可以直接加到智能仪表的“PT100铂热电阻”输入端。AI-708
11、F人工智能调节仪使用说明:图2-1、AI708智能仪表面板图 二、GK-02传感器输出与显示1、 此挂件主要是对各个传感器变换信号的显示,包括上水箱的液位和压力;下水箱的液位以及交流支路管道的流量。2、 如右图2-1所示,图中左边为各个传感器变换输出端,右边显示各个被控参量的实时测量值。当打开电源时,各个表头就会显示相应被控参量的当前测量值。在水箱没有水的情况下有可能显示不为零,这是由于传感器的零点漂移引起的,通过调节压力变送器的零点电位器来纠正误差,具体方法后述。3、 左边输出端是各个传感器通过检测、变换后输出的电压值,也就是反馈值。它的输出与各个被控参量显示之间有一定的比例关系,对应比例如
12、下: 液位传感器:输出05V电压对应020Cm的高度1V电压对应5Cm的 高度。 图2-1 GK-02控制屏面板图压力传感器:输出05V电压对应02000Pa的压力1V电压对应400Pa的高度。 流量传感器:输出05V电压对应075ml/S的流量1V电压对应15ml/S的流量。 温度传感器:输出05V电压对应0100的温度1V电压对应20的温度。 以上关系式是根据被控对象的量程和各个传感器的量程换算出来的,在实验过程中要注意。 三、GK-03单片机控制(一)、单片机控制挂件如图3-1所示,它可以同时采集五路信号,一路输出用来控制执行器,以实现自动控制。单片机控制挂件的主要组成部分有:1、五路模
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