過程控制與檢測(cè)儀表課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書

1、過程控制和檢測(cè)儀表課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書杜玉曉廣東工業(yè)大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院二0。六年十月實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：題目一單容水箱液位定值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜合性所屬課程名稱： 過程控制系統(tǒng) 、 組態(tài)軟件技術(shù)、 PLC 和電器控技術(shù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)： 1 周一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生針對(duì)典型的工業(yè)控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)單容水箱液位的定值控制。單容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的設(shè)備選型、控制器設(shè)計(jì)（智能控制儀表 /PLC ） 和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)， 使學(xué)生初步掌握工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法。了解P、 PI、 PD 和 PID 四種調(diào)節(jié)器分別對(duì)液位控制的作用， 了解單容液位定值控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和組成， 掌握單容液位定值控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定和投運(yùn)方

2、法。二、預(yù)習(xí)和參考自動(dòng)控制原理、過程控制系統(tǒng)、MCGS、西門子200、300PLC編程。三實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)按照實(shí)驗(yàn)要求， 綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)， 通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資 料， 完成單容液位控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)， 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。 掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)方法， 熟悉控制器的結(jié)構(gòu)、類型及其校正作用。（ 1） 根 據(jù)選定的典型系統(tǒng)類型、選擇合適的控制器型號(hào)；（ 2） 確 定控制系統(tǒng)控制算法以及實(shí)現(xiàn)方法；（ 3） 智 能控制儀表控制設(shè)定；或者西門子 PLC 程序設(shè)計(jì)；（ 4） MCGS監(jiān)控界面。四 .實(shí)驗(yàn)（設(shè)計(jì)）儀器設(shè)備和材料清單實(shí)驗(yàn)對(duì)象及控制屏、 SA-11 掛件一個(gè)

3、、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、 萬用表一個(gè)；SA-12 掛件一個(gè)、 RS485/232 轉(zhuǎn)換器一個(gè)、通訊線一根； SA-44掛件一個(gè)、CP5611專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線、PC/PPI通訊電纜一根。五調(diào)試及結(jié)果測(cè)試根據(jù)題目指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。6 .考核形式實(shí)驗(yàn)完成后，交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份，包括計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明。實(shí)驗(yàn)考核方法：隨堂考核試驗(yàn)操作能力；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：含各項(xiàng)目成績(jī)、參考平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)， 分為優(yōu)、 良、 中、 及格、 不及格五級(jí)打分。7 .實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每位同學(xué)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果， 根據(jù)給定的格式， 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八思考題1、 智能控制儀表PID 控制設(shè)定； 西門子 PLC PID 控

4、制實(shí)現(xiàn)方法；2、 P， PI， PID 調(diào)節(jié)器的作用，及其對(duì)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的協(xié)調(diào)控制；3、用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度和那些因素有關(guān)？4、如果采用中水箱做實(shí)驗(yàn)，其響應(yīng)曲線和下水箱的曲線有什么異同？并分析差異原因。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：題目二雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜合性所屬課程名稱： 過程控制系統(tǒng) 、 組態(tài)軟件技術(shù) 、 PLC 和電器控技術(shù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)： 1 周一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生針對(duì)典型的工業(yè)控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)雙容水箱液位的定值控制。雙容液位控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的設(shè)備選型、控制器設(shè)計(jì)（智能控制儀表 /PLC ） 和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)， 使學(xué)生初步掌握工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法， 掌握雙容水

5、箱液位控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定和投運(yùn)方法，掌握雙容液位定值控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、預(yù)習(xí)和參考自動(dòng)控制原理、過程控制系統(tǒng)、西門子PLC 選型及使用技術(shù)、MCGS 編程技術(shù)。三實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)按照實(shí)驗(yàn)要求， 綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)， 通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料， 完成雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)， 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)方法，熟悉控制器的結(jié)構(gòu)、類型及其校正作用。（ 1） 根 據(jù)選定的典型系統(tǒng)類型、選擇合適的控制器型號(hào)；（ 2） 確 定控制系統(tǒng)控制算法以及實(shí)現(xiàn)方法；(4) MCGS通信配置、MCGS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)四 .實(shí)驗(yàn)(設(shè)計(jì))

6、儀器設(shè)備和材料清單實(shí)驗(yàn)對(duì)象及控制屏、 SA-11 掛件一個(gè)、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、 萬用表一個(gè)；SA-12 掛件一個(gè)、 RS485/232 轉(zhuǎn)換器一個(gè)、通訊線一根； SA-44掛件一個(gè)、 CP5611 專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線、 PC/PPI 通訊電纜一根，帶有Profibus Dp擴(kuò)展模塊的西門子200系歹U PLC一套。五調(diào)試及結(jié)果測(cè)試根據(jù)題目指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。6 .考核形式實(shí)驗(yàn)完成后，交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份，包括計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明。實(shí)驗(yàn)考核方法：隨堂考核試驗(yàn)操作能力；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：含各項(xiàng)目成績(jī)、參考平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)， 分為優(yōu)、 良、 中、 及格、 不及格五級(jí)打分。7 .實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每位同學(xué)根

7、據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果， 根據(jù)給定的格式， 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八思考題1、西門子 PLC PID 控制實(shí)現(xiàn)方法；2、 MCGS 網(wǎng)絡(luò)配置方法，包括數(shù)字量 I/O 口，模擬量輸入輸出；3、用響應(yīng)曲線法確定對(duì)象的數(shù)學(xué)模型時(shí)，其精度和那些因素有關(guān)？4、引起雙容對(duì)象滯后的因素主要有哪些？實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：題目三 水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜合性所屬課程名稱：工業(yè)數(shù)據(jù)通信和控制網(wǎng)絡(luò)、 過程控制系統(tǒng) 、 組態(tài)軟件技術(shù) 、 PLC 和電器控技術(shù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)： 1 周一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生針對(duì)典型的工業(yè)控制對(duì)象， 實(shí)現(xiàn)水箱液位的串級(jí)控制。 水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的設(shè)備選型、 控制器設(shè)計(jì) （智能控制儀表

8、 /PLC） 和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)， 使學(xué)生了解水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)組成原理， 初步掌握工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法， 掌握水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)器參數(shù)的整定和投運(yùn)方法， 掌握液位串級(jí)控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實(shí)現(xiàn)過程。二、預(yù)習(xí)和參考自動(dòng)控制原理、過程控制系統(tǒng)、MCGS、西門子200、300PLC編程。三實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)按照實(shí)驗(yàn)要求， 綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)， 通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料， 完成水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)， 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。 掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)方法， 熟悉控制器的結(jié)構(gòu)、類型及其校正作用。（ 1） 根 據(jù)選定的典型系統(tǒng)類型、選擇合適的控制器型號(hào)；

9、（ 2） 確 定控制系統(tǒng)控制算法以及實(shí)現(xiàn)方法；3) 智 能控制儀表控制設(shè)定；或者西門子PLC 程序設(shè)計(jì)；4) ) MCGS監(jiān)控界面。四 .實(shí)驗(yàn)(設(shè)計(jì))儀器設(shè)備和材料清單實(shí)驗(yàn)對(duì)象及控制屏、 SA-11 掛件一個(gè)、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、 萬用表一個(gè)；SA-12 掛件一個(gè)、 RS485/232 轉(zhuǎn)換器一個(gè)、通訊線一根； SA-44掛件一個(gè)、CP5611專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線、PC/PPI通訊電纜一根。五調(diào)試及結(jié)果測(cè)試根據(jù)題目指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。6 .考核形式實(shí)驗(yàn)完成后，交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份，包括計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明。實(shí)驗(yàn)考核方法：隨堂考核試驗(yàn)操作能力；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：含各項(xiàng)目成績(jī)、參考平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)，

10、分為優(yōu)、 良、 中、 及格、 不及格五級(jí)打分。7 .實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每位同學(xué)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果， 根據(jù)給定的格式， 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八思考題1 串級(jí)控制原理， 不同 PID 參數(shù)對(duì)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)性能的影響；2、當(dāng)一次擾動(dòng)作用于主對(duì)象時(shí)，試問由于副回路的存在，系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能比單回路系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)性能有何改進(jìn)？3、改變副調(diào)節(jié)器的比例度，對(duì)串級(jí)控制系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)和抗擾動(dòng)性能有何影響，試從理論上給予說明；4評(píng)述串級(jí)控制系統(tǒng)比單回路控制系統(tǒng)的控制質(zhì)量高的原因？實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：題目四 單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜合性所屬課程名稱： 過程控制系統(tǒng) 、 組態(tài)軟件技術(shù) 、 PLC 和電器控技術(shù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)：

11、 1 周一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生針對(duì)典型的工業(yè)控制對(duì)象， 實(shí)現(xiàn)單閉環(huán)流量比值控制。 單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的設(shè)備選型、 控制器設(shè)計(jì) （智能控制儀表 /PLC ） 和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)， 使學(xué)生了解單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)組成， 初步掌握工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法， 掌握比值系數(shù)的計(jì)算方法，掌握比值控制系統(tǒng)的參數(shù)整定和投運(yùn)方法。二、預(yù)習(xí)和參考自動(dòng)控制原理、過程控制系統(tǒng)、西門子PLC 選型及使用技術(shù)、MCGS 編程技術(shù)。三實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)按照實(shí)驗(yàn)要求， 綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)， 通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料， 完成單閉環(huán)流量比值控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)， 培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。掌握

12、自動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)方法，熟悉控制器的結(jié)構(gòu)、類型及其校正作用。（ 1） 根 據(jù)選定的典型系統(tǒng)類型、選擇合適的控制器型號(hào)；（ 2） 確 定控制系統(tǒng)控制算法以及實(shí)現(xiàn)方法；（ 4） MCGS通信配置、MCGS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)界面設(shè)計(jì)四 .實(shí)驗(yàn)(設(shè)計(jì))儀器設(shè)備和材料清單實(shí)驗(yàn)對(duì)象及控制屏、 SA-11 掛件一個(gè)、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、 萬用表一個(gè)；SA-12 掛件一個(gè)、 RS485/232 轉(zhuǎn)換器一個(gè)、通訊線一根； SA-44掛件一個(gè)、 CP5611 專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線、 PC/PPI 通訊電纜一根，帶有Profibus Dp擴(kuò)展模塊的西門子200系歹U PLC一套。五調(diào)試及結(jié)果測(cè)試根據(jù)題目指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行

13、現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。六.考核形式實(shí)驗(yàn)完成后，交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份，包括計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明。實(shí)驗(yàn)考核方法：隨堂考核試驗(yàn)操作能力；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：含各項(xiàng)目成績(jī)、參考平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)， 分為優(yōu)、 良、 中、 及格、 不及格五級(jí)打分。七.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每位同學(xué)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果， 根據(jù)給定的格式， 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八思考題1單閉環(huán)比值控制系統(tǒng)的原理和結(jié)構(gòu)組成；2 MCGS 網(wǎng)絡(luò)配置方法，包括數(shù)字量I/O 口，模擬量輸入輸出；3、如果Qi (t)是一斜坡信號(hào)，試問在這種情況下Qi和Q2能否保持原比值關(guān)系？4、試根據(jù)工程比值系數(shù)確定儀表比值系數(shù)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：題目五鍋爐內(nèi)膽靜（動(dòng)）態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目性質(zhì)：綜

14、合性所屬課程名稱：過程控制系統(tǒng) 、 組態(tài)軟件技術(shù) 、 PLC 和電器控技術(shù)實(shí)驗(yàn)計(jì)劃學(xué)時(shí)： 1 周一實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖箤W(xué)生針對(duì)典型的工業(yè)控制對(duì)象，實(shí)現(xiàn)鍋爐內(nèi)膽靜（動(dòng)）態(tài)水溫定值控制。鍋爐內(nèi)膽靜（動(dòng)）態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)的設(shè)備選型、控制器設(shè)計(jì)（智能控制儀表/PLC ）和監(jiān)控界面設(shè)計(jì)，使學(xué)生了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成和工作原理， 了解 PID 參數(shù)自整定的方法及其參數(shù)整定方法，初步掌握工業(yè)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法，研究 P、 PI、 PD 和 PID 四種調(diào)節(jié)器分別對(duì)溫度系統(tǒng)的控制作用。二、預(yù)習(xí)和參考自動(dòng)控制原理、過程控制系統(tǒng)、 MCGS、西門子200、300PLC編程。三實(shí)驗(yàn)要求和設(shè)計(jì)指標(biāo)按照

15、實(shí)驗(yàn)要求， 綜合運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)， 通過查閱手冊(cè)和文獻(xiàn)資料，完成鍋爐內(nèi)膽靜（動(dòng)）態(tài)水溫定值控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決實(shí)際問題的能力。 掌握自動(dòng)控制系統(tǒng)的綜合和設(shè)計(jì)方法，熟悉控制器的結(jié)構(gòu)、類型及其校正作用。（ 1） 根 據(jù)選定的典型系統(tǒng)類型、選擇合適的控制器型號(hào)；（ 2） 確 定控制系統(tǒng)控制算法以及實(shí)現(xiàn)方法；3) 智 能控制儀表控制設(shè)定；或者西門子PLC 程序設(shè)計(jì)；4) ) MCGS監(jiān)控界面。四 .實(shí)驗(yàn)(設(shè)計(jì))儀器設(shè)備和材料清單實(shí)驗(yàn)對(duì)象及控制屏、 SA-11 掛件一個(gè)、 計(jì)算機(jī)一臺(tái)、 萬用表一個(gè)；SA-12 掛件一個(gè)、 RS485/232 轉(zhuǎn)換器一個(gè)、通訊線一根； SA-4

16、4掛件一個(gè)、CP5611專用網(wǎng)卡及網(wǎng)線、PC/PPI通訊電纜一根。五調(diào)試及結(jié)果測(cè)試根據(jù)題目指標(biāo)，實(shí)驗(yàn)教師對(duì)每個(gè)指標(biāo)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收。六.考核形式實(shí)驗(yàn)完成后，交實(shí)驗(yàn)報(bào)告一份，包括計(jì)算和系統(tǒng)設(shè)計(jì)說明。實(shí)驗(yàn)考核方法：隨堂考核試驗(yàn)操作能力；評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：含各項(xiàng)目成績(jī)、參考平時(shí)成績(jī)和實(shí)驗(yàn)報(bào)告成績(jī)， 分為優(yōu)、 良、 中、 及格、 不及格五級(jí)打分。七.實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求每位同學(xué)根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果， 根據(jù)給定的格式， 獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。八思考題1 智能控制儀表PID 控制設(shè)定； 西門子 PLC PID 控制實(shí)現(xiàn)方法；2 P， PI， PID 調(diào)節(jié)器的作用，及其對(duì)動(dòng)態(tài)和穩(wěn)態(tài)的協(xié)調(diào)控制；3 在溫度控制系統(tǒng)中，為什么用 P

17、D 和 PID 控制，系統(tǒng)的性能并不比用 PI 控制時(shí)有明顯地改善？4為什么內(nèi)膽動(dòng)態(tài)水的溫度控制比靜態(tài)水時(shí)的溫度控制更容易穩(wěn)定，動(dòng)態(tài)性能更好？附錄 “ THSA-1 型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”實(shí)驗(yàn)裝置說明1 系統(tǒng)概述“THSA-1 型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”是由實(shí)驗(yàn)控制對(duì)象、實(shí)驗(yàn)控制臺(tái)及上位監(jiān)控PC 機(jī)三部分組成。本裝置結(jié)合了當(dāng)今工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)過程控制的實(shí)際，是一套集自動(dòng)化儀表技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)為一體的多功能實(shí)驗(yàn)設(shè)備。該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)，單回路控制，串級(jí)控制，前饋-反饋控制，滯后控制、比值控制，解耦控制等

18、多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設(shè)計(jì)構(gòu)成AI智能儀表， PLC 可編程控制， FCS 現(xiàn)場(chǎng)總線控制等多種控制系統(tǒng)，它既可作為本科，?？疲呗氝^程控制課程的實(shí)驗(yàn)裝置，也可為教師、研究生及科研人員對(duì)復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)的研究提供一個(gè)物理模擬對(duì)象和實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。學(xué)生通過本實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行綜合實(shí)驗(yàn)后可掌握以下內(nèi)容：（ 1）傳感器特性的認(rèn)識(shí)和零點(diǎn)遷移；（ 2）自動(dòng)化儀表的初步使用；（ 3）變頻器的基本原理和初步使用；（ 4）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié)特性和原理；（ 5）測(cè)定被控對(duì)象特性的方法；（ 6）單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；（ 7）串級(jí)控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；（ 8）復(fù)雜控制回路系統(tǒng)的參數(shù)整定；（ 9）控制參數(shù)

19、對(duì)控制系統(tǒng)的品質(zhì)指標(biāo)的要求；（ 10）控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析、接線、投運(yùn)等綜合能力培養(yǎng)；（ 11）各種控制方案的生成過程及控制算法程序的編制方法。（ THSA-1 型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)對(duì)象實(shí)驗(yàn)對(duì)象總貌圖如圖 1-1 所示：本實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)象主要由水箱、鍋爐和盤管三大部分組成。供水系統(tǒng)有兩路：一路由三相（ 380V 恒壓供水）磁力驅(qū)動(dòng)泵、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（ 220V 變頻調(diào)速） 、渦輪流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。（一）被控對(duì)象由不銹鋼儲(chǔ)水箱、 （上、中、下）三個(gè)串接有機(jī)玻璃水箱、 4.5KW 三相電加熱模擬鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加

20、溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成）、盤管和敷塑不銹鋼管道等組成。（ 1）水箱： 包括上水箱、中水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。上、中、下水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃， 便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。 水箱底部均接有擴(kuò)散硅壓力傳感器和變送器， 可對(duì)水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測(cè)和變送。 上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階單回路液位控制系統(tǒng)和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級(jí)控制系統(tǒng)。儲(chǔ)水箱由不銹鋼板制成，能滿足上、中、下水箱的實(shí)驗(yàn)供水需要。(2)模擬鍋爐：是利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層(鍋爐內(nèi)膽)圖1-1實(shí)驗(yàn)對(duì)象總貌圖和冷卻層(鍋爐夾套)，可利用它進(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán) 水可以使加熱層的熱量

21、快速散發(fā)， 使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都 裝有溫度傳感器檢測(cè)其溫度，可完成溫度的定值控制、用級(jí)控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實(shí)驗(yàn)。(3)盤管：模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長 37米(43圈)，在盤 管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過程中可根據(jù) 不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。 盤管的出水通過手動(dòng)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(jì)流回儲(chǔ)水箱。 它可用來完成溫度的滯后和 流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)。（ 4)管道及閥門：整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動(dòng)閥 門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。(二)檢測(cè)裝置（ 1)

22、壓力傳感器、變送器：三個(gè)壓力傳感器分別用來對(duì)上、中、下三個(gè)水箱的液位進(jìn)行檢測(cè)，其量程為 05KP,精度為0.5級(jí)。輸出：420mADC。（ 2）溫度傳感器： 裝置中采用了六個(gè)Pt100 鉑熱電阻溫度傳感器，分別用來檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（有3 個(gè)測(cè)試點(diǎn)）以及上水箱出口的水溫。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成420mA直流電流信號(hào)。（ 3）流量傳感器、變送器：三個(gè)渦輪流量計(jì)分別用來對(duì)由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的動(dòng)力支路、由變頻器控制的動(dòng)力支路及盤管出口處的流量進(jìn)行檢測(cè)。輸出：420mADC。（三）執(zhí)行機(jī)構(gòu)（ 1）電動(dòng)調(diào)節(jié)閥： 采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。電源為單

23、相220V,控制信號(hào)為420mADC或15VDC,輸出為4 20mADC 的閥位信號(hào)。（ 2）水泵： 本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V 恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V 輸出驅(qū)動(dòng)。（ 3）電磁閥：在本裝置中作為電動(dòng)調(diào)節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。（ 4）三相電加熱管：由三根 1.5KW 電加熱管星形連接而成，用來對(duì)鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)行加溫。3 THSA-1 型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)（ 1） -1 型過控綜合自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”主要由控制屏組件、智能儀表控制組件、 PLC 控制組件等幾部分組成。（一）控制屏組件（ 2） SA-01 電源控制屏面板圖 1-2 為電源控制屏

24、示意圖。合上總電源空氣開關(guān)及鑰匙開關(guān)，此時(shí)三只電壓表均指示380V 左右，定時(shí)器兼報(bào)警記錄儀數(shù)顯亮，停止按鈕燈亮。此時(shí)打開照明開關(guān)、變頻器開關(guān)及24V 開關(guān)電源即可提供照明燈，變頻器和 24V 電。按下啟動(dòng)按鈕，停止按鈕燈熄，啟動(dòng)按鈕燈亮，此時(shí)合上三相電源、單相I、單相 n單相田空氣開關(guān)即可提供相應(yīng)電源輸出，作為其他設(shè)備的供電電源。（ 3） SA-11 交流變頻控制掛件采用日本三菱公司的FR-S520S-0.4K-CH（R）型變頻器，控制信號(hào)輸入為 420mADC或05VDC ,交流220V變頻輸出用來驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū)動(dòng)泵。（ 4） 相移相SCR 調(diào)壓裝置、位式控制接觸器采用三相可控硅移相觸發(fā)裝

25、置，輸入控制信號(hào)為420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)，其移相觸發(fā)角和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(shí)現(xiàn)鍋爐溫度的連續(xù)控制。（二）智能儀表控制組件（ 5） AI 智能調(diào)節(jié)儀表掛件采用上海萬迅儀表有限公司生產(chǎn)的 AI 系列全通用人工智能調(diào)節(jié)儀表，儀表為PID控制型，輸出為420mADC信號(hào)；儀表通過RS485串口通信協(xié)議和上 位計(jì)算機(jī)通訊，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。（ 6） PLC 控制組件本裝置采用了S7-200、 S7-300PLC 兩套控制系統(tǒng)。方案一、 S7-200PLC 控制系統(tǒng)： S7-200 是一種疊裝式結(jié)構(gòu)的小型PLC 。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)包括一個(gè)CPU224主機(jī)模塊和一

26、個(gè)EM235模擬量I/O模塊，以及一根o o o三相電建推由底指示/ 0 0 0 0I定時(shí)騫象推瞥i己錄儀n關(guān) ；巾禮“：00I 1j L坤仆奉1|餌匕吐三|二,圖1-2電源控制屏示意圖PC/PPI連接線。其中CPU224模塊帶有14點(diǎn)開關(guān)量輸入和10點(diǎn)開關(guān)量輸出,S7-200PLC控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖0r圖1-7 S7-200PLC控制系統(tǒng)框圖圖1-8 S7-300PLC控制系統(tǒng)框圖EM235模擬量擴(kuò)展模塊帶有4路模擬量輸入和1路模擬量輸出。圖1-7所示為方案二、S7-300PLC控制系統(tǒng)：S7-300是采用模塊化結(jié)構(gòu)的中小型 PLC, 包括一個(gè)CPU315-2DP主機(jī)模塊、一個(gè)SM331模擬量輸

27、入模塊和一個(gè) SM332模擬量輸出模塊，以及一塊西門子CP5611專用網(wǎng)卡和一根MPI網(wǎng)線。其中SM331 為8路模擬量輸入模塊，SM332為4路模擬量輸出模塊。圖1-8所示為S7-300PLC 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。4軟件介紹(一)MCGS組態(tài)軟件本裝置中智能儀表控制方案、S7-200PLC控制方案均采用了北京昆侖公司的 MCGS組態(tài)軟件作為上位機(jī)監(jiān)控組態(tài)軟件。 MCGS(Monitor and Control Generated Systemi)是一套基于 Windows平臺(tái)的，用于快速構(gòu)造和生成上位機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的 組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運(yùn)行于Microsoft Windows95/98/NT/2000

28、等操作系統(tǒng)。MCGS 5.1為用戶提供了解決實(shí)際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺(tái)，能夠完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、 實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù)處理、 報(bào)警和安全機(jī)制、 流程控制、 動(dòng)畫顯示、趨勢(shì)曲線和報(bào)表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)等功能。有關(guān) MCGS 軟件的使用請(qǐng)參考配套的手冊(cè)及光盤。（二） MACS 系統(tǒng)軟件本裝置中DCS控制方案采用了北京和利時(shí)公司的MACS II系統(tǒng)。MACS系統(tǒng)給用戶提供了一個(gè)通用的系統(tǒng)組態(tài)和運(yùn)行控制平臺(tái)， 使用系統(tǒng)需要通過工程師站軟件組態(tài)產(chǎn)生，即把通用系統(tǒng)提供的模塊化的功能單元按一定的邏輯組合起來， 形成一個(gè)能完成特定要求的使用系統(tǒng)。 系統(tǒng)組態(tài)后將產(chǎn)生使用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫、控制運(yùn)算程序、歷史數(shù)據(jù)庫、監(jiān)控流程圖以及各類生產(chǎn)管理報(bào)表。MACS 系統(tǒng)具有功能：數(shù)據(jù)采集、 控制運(yùn)算、閉環(huán)控制輸出、設(shè)備和狀態(tài)監(jiān)視、報(bào)警監(jiān)視、遠(yuǎn)程通信、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和顯示、歷史數(shù)據(jù)管理、日志記錄、事件順序記錄、事故追憶、圖形顯示、控制調(diào)節(jié)、報(bào)表打印、高級(jí)計(jì)算、組態(tài)、調(diào)試、打印、下裝、診斷。有關(guān) MACS 系統(tǒng)的使用請(qǐng)參考配套光盤。（三）西門子S