第一部分、TKGK-1產品使用說明

1、第 一 部 分產品使用說明TKGK-1過程控制實驗裝置組成和各部分使用說明 TKGK-1型過程控制實驗裝置是根據自動化專業(yè)及相關專業(yè)教學的特點，吸收了國外同類實驗裝置的特點和長處，經過精心設計，多次實驗和反復論證，向廣大師生推出一套全新的實驗設備。該設備可以滿足過程控制、自動化儀表、工程檢測、計算機控制系統(tǒng)等課程的教學實驗。整個系統(tǒng)結構緊湊、功能多樣、使用方便，既能進行驗證性、研究性實驗，又能提供綜合性實驗。本實驗裝置可滿足本科、大專及中專等不同層次的教學實驗要求，還可為科學研究開發(fā)提供實驗手段。 本實驗裝置的控制信號及被控信號均采用IEC標準，即電壓05V或15V，電流010mA或420mA

2、。實驗系統(tǒng)供電要求為單相交流220V±10%，10A；外型尺寸為：167*164*73，重量：580Kg。 裝置特點 本實驗裝置具有以下特點： 1、多種被控參數： 溫度、壓力、流量、液位。 2、控制方式多樣： 位式控制、模擬PID控制、智能儀表控制、單片機控制 、PLC控制、計算機控制等。 3、多種計算機控制軟件：PROTOOL-CS組態(tài)軟件、MCGS組態(tài)軟件、本公司開發(fā)的上位機監(jiān)控軟件。 4、豐富的計算機控制算法：P、PI、PID、死區(qū)PID、積分分離、不完全積分、模糊控制、神元控制、 基于SIMULINK的動態(tài)參數自適應補償控制等。 5、開放的軟件平臺：在我們提供的軟件平臺上，學

3、生既可以利用我們所提供的算法程序進行實驗，又可以用自己編寫的PLC程序、MATLAB算法程序等進行實驗。6、靈活多樣的實驗組合：可以很方便地對控制方式與被控參數進行不同組合，得到自己需要的單回路、多回路等多種控制系統(tǒng)。系統(tǒng)組成TKGK-1型過程控制實驗裝置集多參數閉環(huán)控制為一體，它是由被控對象、調節(jié)器模塊、執(zhí)行器模塊、變送器模塊和單片機控制模塊等組成，各模塊間組合靈活，基本包含了目前所有的工業(yè)控制方式，涉及溫度、壓力、流量和液位等重要的過程控制參數。被控對象包括上水箱、下水箱、復合加熱水箱、管道。調節(jié)器主要有模擬調節(jié)器（含比例P調節(jié)、比例積分PI調節(jié)、比例微分PD調節(jié)、比例積分微分PID調節(jié)）

4、、位式調節(jié)器、智能調節(jié)器、PLC控制、單片機控制、計算機控制等。執(zhí)行器模塊主要有固態(tài)繼電器、交流電機及水泵、直流電機及水泵、電熱絲。變送器模塊主要有流量變送器（FT）、液位變送器（LT1，LT2）、溫度變送器（TT）、壓力變送器（PT）等。變送器的零位、增益可調，并均以標準信號DC0-5V輸出。另外，根據用戶需要，配置微機通訊接口單元（RS232），以滿足計算機實時控制實驗的需要。系統(tǒng)的結構組成如圖0-1所示，被控對象的供水有兩路：一路是由交流電機從儲水箱中抽水，通過閥5或閥6供給復合加熱水箱，或經過流量計后，再經閥1或閥3分別供水給上、下兩個水箱；另一路是由直流電機從儲水箱中抽水，通過閥7或

5、閥8也分別供水給上、下兩個水箱。兩個水箱內均裝有液位傳感器（LT1，LT2）和溢流口，每個水箱的出水口均經過線性化處理。上水箱的水通過閥2 流到下水箱，在上水箱中還安裝了壓力傳感器（PT），用于檢測壓力的大小，而下水箱的水經閥4流到復合加熱水箱的外套，最后經溢流口3流回儲水箱。在復合加熱水箱的內套安裝了加熱器和PT100溫度傳感器（TT），用于檢測溫度。圖0-1、GK-02裝置結構展示屏面板圖圖0-2、TKGK-1實驗裝置電氣連接圖掛箱介紹一、GK-01電源控制屏 GK-01電源控制屏如圖1-1所示，它由一個交流電源控制區(qū)與三個執(zhí)行部件接線區(qū)所組成：1、交流電源控制區(qū)：由總電源鑰匙開關、空氣開

6、關、帶燈啟動、停止按鈕、漏電保護器、電加熱器電源開關、照明開關、電壓表、告警指示燈與復位按鈕等組成。具體操作方法如下：1）、將電源插座接220V市電電源。2）、打開總電源空氣開關。3）、打開總電源鑰匙開關，此時“停止”按鈕紅燈亮，表示系統(tǒng)總電源接通。4）、按下“啟動”按鈕，此時“啟動”按鈕綠燈亮，表示系統(tǒng)電源接通。5）、撥動照明鈕子開關打開日光燈。 注意：本實驗裝置配電壓型和電流型漏電保護系統(tǒng)。當屏上漏電時保護系統(tǒng)動作，告警燈亮并自動切斷系統(tǒng)電源。2、三相異步電動機電源接線區(qū)：它與GK-07-2交流變頻控制掛件配合使用。在此接線區(qū)一共有 圖1-1、GK-01控制屏面板圖 A、B、C、Z、X、Y

7、六個空芯接線柱，它們與三相異步電動機引線一一對應。基于本裝置中電源為單相交流220V，因而實驗時必須按三角形接線方式（即 將A與Z、B與X、C與Y相接）。3、直流他勵電動機電源接線區(qū)：它與GK-06直流調速控制掛箱配合使用。此區(qū)從直流他勵電動機引出了的“勵磁”、“電樞”兩組空芯接線拄。4、加熱器控制接線區(qū)：共有兩個空芯接線柱，按固態(tài)繼電器的接線原則“左正右負”，即控制電壓信號正端接左邊接線柱，地端接右邊接線柱。二、GK-02裝置結構展示屏一、控制對象 如圖0-1所示，裝置結構展示屏有四個被控對象：上下兩個水箱、復合加熱水箱和管道。二、供水系統(tǒng)1、直流電機供水部分：由直流電機驅動齒輪泵，將儲水箱

8、中的水經閥7、8分別注入上、下水箱。2、交流電機供水部分：由三相交流鼠籠電動機驅動齒輪泵，將儲水箱中的水經流量計和閥1、3、6將水分別注入上、下水箱和復合加熱水箱的外套水箱。復合水箱的內套水箱通過閥5一次性加滿水后即將它關閉。3、調節(jié)閥2、閥4，可調節(jié)上、下水箱的排水量。各水箱的過量水都通過溢流口1、2、3回流到儲水箱中。三、控制參數有四種：溫度、壓力、流量、液位。四、傳感器輸出與顯示儀表： 在GK-02屏的左側，設有控制參數的數顯儀表，它們分別指示液位、壓力、流量和溫度等參數值。各表頭左側的接線柱分別接LT1、PT、LT2、FT、TT等相應傳感器檢測信號的輸出，其標準DC 05V。其中LT1

9、、PT、LT2均有調零和調增益的電位器，可根據需要進行調整。傳感器的輸出顯示表頭為三位半的數顯表。AI-708F溫度變送器是一臺含變送、調節(jié)雙重功能的人工智能儀表。其變送信號通過TT輸出，其控制信號可通過TR輸出。TR輸出用于控制固態(tài)繼電器開關。五、AI-708F人工智能儀表，使用方法如下： 圖2-1、AI708智能儀表面板圖三、GK-03單片機控制屏（一）、單片機控制屏如圖3-1所示，它可以同時采集五路信號，三路輸出用來控制執(zhí)行器，以實現自動控制。單片機控制屏的主要組成部分有：1、五路模擬量輸入，分別為LT1、PT、LT2、FT、TT，其接線端正好與右側GK-02屏上傳感器輸出端相對應，模擬

10、量輸入為05V標準信號。2、三路模擬量輸出（即單片機控制輸出信號），分別以1、2、3字樣標出，輸出為05V標準信號。3、通訊接口方式：通過RS232串行通訊口與計算機通訊，以實現計算機監(jiān)控。4、鍵盤操作：共有六功能鍵。5、兩個顯示框：功能顯示框（顯示所選參數）、數值顯示（顯示對應參數值）。（二）、單片機操作步驟：1、鍵功能含義 “回路”鍵：可循環(huán)選擇15路輸入；“向上”、“向下”：按此鍵可循環(huán)選擇所顯示的參數或在整定狀態(tài)下將數字增減； “整定”鍵：按此鍵數值顯示框中有一位數據閃爍，配合向上和向下鍵，即可進行某參數值整定。 “移位”鍵：在參數整定中，按此鍵盤可選擇需要修改數據的位。 “確認”鍵：

11、開機時，單片機出現“” 圖3-1、GK-03控制屏面板圖提示，按此鍵后方可進入程序運行。另外在參數整定結束時，按此鍵即可退出參數整定，返回顯示狀態(tài)。2、表1參數功能定義AI輸入量0150（液位）不可修改AO輸出量0255手動時可修改AN手動/自動0或10手動 1自動ST采樣時間0.119.9秒PB比例度09999增量式KCTI積分時間09999增量式KiTD微分時間09999增量式KdCL標尺下限0150（液位）01470P(壓力)045ml/s(流量)0100(溫度)CH標尺上限0150（液位）01470P(壓力)045ml/s(流量)0100(溫度)UA正/反作用0或10反作用1正作用SP

12、給定值0150（液位）OP輸出通道030不輸出1從第一通道輸出2從第二通道輸出3從第三通道輸出（三）、開機操作步驟1、 打開電源開關。2、功能顯示框與數值顯示框分別提示“TH-”與“PCS1”字樣，分別表示天煌教儀和過程控制系統(tǒng)之含義。3、按“確認”鍵，功能顯示框顯示“AI-1”字樣，“AI”表示功能參數（參照表1定義），“1”表示為第一回路。4、連續(xù)按“回路”鍵，功能顯示框的末位,將依次循環(huán)顯示“1、2、3、4、5”表示所選中的輸入回路號。5、按動“向上”或“向下”鍵，可改變所在回路相應的功能與參數值。 6、按“整定”鍵，數值顯示框的末位閃爍，表示此位可進行修改，這時只要按“向上”“向下”鍵

13、和“移位”鍵，就能對數值顯示器的參數值進行整定修改。數值設定完畢后，最后按“確認”鍵，即可完成對參數的設定。7、本單片機系統(tǒng)在運行時，允許實時地對PID參數進行修改。注意：1、 在實驗前將各輸入信號的信息（AN、ST、CL、CH、UA、OP等）通過兩組顯示器，預先設置好。2、 輸出通道設定，應與輸入通道相對應，不能復用。OP為“0”表示無輸出。四、GK-04 模擬PID調節(jié)器掛箱如圖4-1所示，本掛箱有兩路完全相同的PID調節(jié)器和一路給定信號源。調節(jié)器的結構、使用方法如下：1、 接線端：給定信號輸入端、反饋信號輸入端、 PID信號輸出端。注意地線是公共的，只有兩個地線接線端子。給定信號大小由本

14、模塊中給定信號源提供，反饋信號輸入由傳感器輸出提供，調節(jié)器輸出信號用于控制執(zhí)行器（如交流電機、直流電機）。2、 積分時間波段開關：共有三檔：X、X1、X10。當選擇X檔時才可進入純P，或PD控制方式。 P、I、D參數設置 “P比例調節(jié)”比例系數KC（即放大系數）的調節(jié)。它是比例度的倒數，即KC=1/。 圖4-1、 GK-04掛箱面板圖 “I積分調節(jié)”指積分時間常數Ti的調節(jié)，調節(jié)范圍“0.01至2.5分”和“0.1至25分”。 “D微分調節(jié)器”指微分時間常數Td的調節(jié)，調節(jié)范圍“0.01至10分”。 3、“I”有開/關兩種狀態(tài)，“D”也有開/關兩種狀態(tài)（通過鈕子開關切換，兩個開關處于“開”狀態(tài)

15、時積分和微分才起作用）。4、若需要選用“PI”控制，具體設置為：“I”波段開關置于X1或X10檔，I開/關置于“開”，電位器P、I旋至某一個刻度即可。此時“D”開關應置于“關”。5、正/反作用開關：用于改變調節(jié)器的正反作用，實質上是改變輸入偏差信號的正負號，以構成一個負反饋系統(tǒng)。6、手動/自動開關：當開關置于“手動”時，調節(jié)手動電位器，即可手動控制調節(jié)器輸出信號。若需要進行PID控制，則此開關必須位于“自動”狀態(tài)。7、給定信號源：其輸出信號由鈕子開關切換輸出值的正、負。 8、當進行串級模擬PID控制實驗時，可利用兩個GK-04調節(jié)器組成所需的自動控制系統(tǒng)。五、GK-05位式控制器掛箱 如圖5-

16、1所示，位式控制掛箱由位式控制器和給定信號源兩部分組成。 1、位式控制器輸入端為Vmax 、Vi、Vmin,輸出端為Vo（在溫度控制系統(tǒng)中用于控制固態(tài)繼電器的通斷）。其中Vmax表示上限電壓值，Vmin表示下限電壓值，Vi為反饋信號的輸入端。接線原則：上正下負（即上方空芯接線柱接電壓信號正端，下方空芯接線柱接電壓信號地端。注意：其中Vmax應大于Vmin，為保證實驗效果明顯，可令Vmax與Vmin差值大于1V。 2、給定信號源提供兩組信號，其大小通過電位器RP1、RP2調節(jié)，可以整定所需要的Vmax、Vmin之值。 圖5-1、GK-05掛箱面板圖六、GK-06直流調速控制掛箱 如圖6-1所示，

17、直流調速面板共有三組接線端和一個反饋調節(jié)旋鈕。1、 輸入電壓范圍為05V，用于控制直流他勵電動機的轉速。（由于電機和泵的摩擦阻力較大，所以一般輸入25V電壓）2、電樞繞組接線端與GK-01中的電動機接線端對應。3、勵磁繞組接線端與GK-01中的電動機接線端對應。接線原則上正下負，左正右負。4、 電流截止負反饋作用是限制電機啟動和負載過大時的電流，以免燒壞直流電動機。5、 電壓反饋量的調節(jié)旋鈕。它用于調節(jié)電壓負反饋值的大小，從而達到調節(jié)電機的轉速。通常啟動時，將反饋調至較大，從而降低啟動電壓。 圖6-1、GK-06掛箱面板圖七、GK-07-2交流變頻調速掛箱 如圖7-1所示，交流變頻控制掛箱面板

18、圖。變頻器為三菱FR-S20S-0.4K型。具體使用說明、參數設置及操作，詳見產品使用手冊。 （一）、掛箱面板接線端子功能說明：為了保護變頻器各接線端子不因實驗時經常的裝拆線而損壞或丟失，故將其常用的端子引到掛箱面板上。1、A、B、C：變頻器的三個輸出端，（連接GK-01中的三相鼠籠電機三相定子繞阻的接線端A、B、C）。2、2和5：外部電壓控制信號（05V）輸入端，2接信號正極，5接信號地端 。3、F、STR：電機正、反轉控制端，STF與SD相連為正轉，STR與SD相連為反轉。 圖7-1、GK-07-2掛箱面板圖 4、其它：1） PC：外部晶體管公共端 、DC24V電源接點輸入端 。2） SE

19、：集電極開路公共。3） RUN：集電極開路。4） 10：頻率設定用電源。5） 4：頻率設定電流信號。6）、RH、RM、RL：RH、RM、RL 分別與SD連接實現多段速度選擇。7）a、b、c：報警輸出。8）AM：模擬信號輸出。 9）、RST：復位。 10）、SD：輸入/輸出公共端。*本實驗裝置各端子的引出是為了滿足用戶其它自擬實驗接線的需要。（二）、變頻器的基本操作說明： 八、GK-08 PLC可編程控制掛箱（一）、PLC結構概述PLC可編程控制掛箱面板，如圖8-1所示。1、PLC可編程控制面板上引出二路模擬輸入（AI），一路模擬輸出（AO），十路開關量輸入（DI1DI10），四路開關量輸出（D

20、O1DO4）。采用西門子S7-200 PLC系列產品。2、CPU為224，它集成14輸入/10輸出，總共有24個數字量I/O點。13K字節(jié)程序和數據存儲空間。6個獨立的30KHz高速計數器，2路獨立的20KHz高速脈沖輸出。此外，還有1個RS485通訊/編程口，它具有PPI通訊協議、MPI通訊協議和自由方式通訊能力。3、EM 235 模擬量擴展模塊，具有4路模擬量輸入，2路模擬量輸出（實際的物理點數為：4輸入，1輸出）。 圖8-1、GK-08掛箱面板圖4、PLC的編程環(huán)境軟件為 STEP 7-Micro/WIN32 V3.0， STEP 7-Micro/WIN32 V3.0 可以對S7-200

21、的所有功能進行編程。 CPU通過PC/PPI 電纜或通過插在PG/PC上的CP 5511或 CP 5611網卡與PC/PPI電纜可以在Windows 95或Window 98下實現多主站模式。5、上位機的監(jiān)控軟件為：PROTOOLCS和MCGS工控組態(tài)軟件（兩種軟件可供用戶選擇，每一種都可獨立使用）。 （二）、應用PROTOOLCS軟件演示PID實驗 1、此演示實驗直接應用模擬量的輸入與輸出，所以AI（模擬輸入口）接變送輸出信號，AO（控制信號輸出）接執(zhí)行器。 2、用PC/PPI電纜線連接RS485通訊口與CP 5611卡連接。3、軟件安裝步驟：1）、光盤目錄：Prg-filePc-comm

22、配合單片機的上位機通訊程序 Prg-filePc-plcn1 Ptl-run 配合PLC的上位機監(jiān)控程序 Prg-filePc-plcn1S7-200 PLC的PID控制源程序 protool.rtDisk1 計算機組態(tài)軟件 s7200 v3.1 中文測試版 為PLC編程軟件 software 上位機安裝程序 2）、點擊S7200中的“setup.exe”，安裝 STEP7Microwin 32 V3.1。3）、點擊Disk1中的“setup.exe”安裝Protool-CS 軟件。4）、將S700與PTL-run目錄中的文件復制到硬盤上。5）、點擊“mypid.mwp”進入程序編輯狀態(tài)。6）

23、、連接CP5611自帶的電纜線，PLC初始波特率為9.6K(初次使用以后按8)改動)。7）、下載程序時，PLC應打到STOP工作方式，運行時打到RUN或TERM工作方式。8）、之后將SYSTEM Block 波特率改為187.5K，地址口為2。9）、在Windows的控制面板中選擇set PG/PC interface 項，再選擇CP5611MPI，選擇computing-àcp5611(MPI)。10)、點擊“pro.fwd”文件可進入演示程序控制界面。 圖8-2注：本裝置中的演示組態(tài)軟件只用到PLC的模擬量的I/O即AI與AO，各數字量I/O口，空著不用，由用戶自由選用。11）、

24、屏幕鍵盤操作說明： a）、操作方式：手動或自動。b）、參數設定：KC為比例系數，設置范圍：09.9。 TS為采樣時間，設置范圍：09.9秒。 Ti為積分時間，設置范圍：09.9分。 Td為微分時間，設置范圍：09.9分。c）、運行：在參數設定后，向上拉動設定鍵至所需的控制值，即可進入運行狀態(tài)。在顯示區(qū)可看到控制過程的進程。（三）、應用MCGS工控組態(tài)軟件PID實驗1、此控制實驗直接應用模擬量的輸入與輸出，所以AI（模擬輸入口）接變送輸出信號，AO（控制信號輸出）接執(zhí)行器。2、用適配器PC/PPI電纜連接PLC的RS485通訊口和計算機串口2（COM2）。3、軟件安裝步驟： 1)、安裝MCGS工控組態(tài)軟件（30分鐘學習板）：a、在相應的驅動器中插入光盤，插入光盤后會自動彈出MCGS安裝程序窗口（如沒有窗口彈出，則從Windows的“開始”菜單中，選擇“運行.”命令，運行光盤中AutoRun.exe文件）。   b、在安裝程序窗口中選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件”，啟動安裝程序開始安裝, 隨后，安裝程序將提示你指定的安裝目錄。