現(xiàn)場總線課程設計畢業(yè)設計論文

13489-實訓裝置說明第一節(jié)系統(tǒng)概述概述“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)實訓平臺”是由對象系統(tǒng)實訓平臺、S7-200PLC控制系統(tǒng)、智能儀表及遠程數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)和上位監(jiān)控PC機四部分組成。本裝置是專門為高等院校、職業(yè)院校開設的自動化、過程控制裝置及自動化、自動控制等專業(yè)而研制的，可滿足各大高校所開設的《傳感器檢測與轉換技術》、《過程控制》、《自動化儀表》、《自動控制理論》、《計算機控制》、《PLC可編程控制》等課程實訓的教學要求。裝置選用當前工業(yè)現(xiàn)場的典型的被控對象、被控參量和控制流程，可開展現(xiàn)場儀表的調校、被控對象流程的組建、控制系統(tǒng)線路連接、控制算法及組態(tài)軟件的編程以及控制系統(tǒng)的分析等工作任務，適合職業(yè)學校、本科院校的技能訓練和研究。學生通過本實訓裝置進行綜合實訓后可掌握以下內容：1．傳感器特性的認識和零點遷移；2．自動化儀表的初步使用；3．變頻器的基本原理和初步使用；4．電動調節(jié)閥的調節(jié)特性和原理；5．測定被控對象特性的方法；6．單回路控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；7．串級控制系統(tǒng)的參數(shù)整定；8．復雜控制回路系統(tǒng)的參數(shù)整定；9．控制參數(shù)對控制系統(tǒng)的品質指標的要求；10．控制系統(tǒng)的設計、計算、分析、接線、投運等綜合能力培養(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。系統(tǒng)特點真實性、直觀性、綜合性強，控制對象組件全部來源于工業(yè)現(xiàn)場。被控參數(shù)全面，涵蓋了連續(xù)性工業(yè)生產(chǎn)過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型參數(shù)。具有廣泛的擴展性和后續(xù)開發(fā)功能，所有I/O信號全部采用國際標準IEC信號。具有控制參數(shù)和控制方案的多樣化。通過不同被控參數(shù)、動力源、控制器、執(zhí)行器及工藝管路的組合可構成幾十種過程控制系統(tǒng)實訓項目。各種控制算法和調節(jié)規(guī)律在開放的實訓軟件平臺上都可以實現(xiàn)。實訓數(shù)據(jù)及圖表在上位機軟件系統(tǒng)中很容易存儲及調用，以便實訓者進行實訓后的比較和分析。多種控制方式：可采用AI智能儀表控制、S7-200PLC控制、遠程數(shù)據(jù)采集模塊控制。充分考慮了各大高校自動化專業(yè)的大綱要求，完全能滿足教學實訓、課程設計、畢業(yè)設計的需要，同時學生可自行設計實訓方案，進行綜合性、創(chuàng)造性過程控制系統(tǒng)實訓的設計、調試、分析，培養(yǎng)學生的獨立操作、獨立分析問題和解決問題的能力。實訓裝置的安全保護體系三相四線制總電源輸入經(jīng)帶漏電保護裝置的三相四線制斷路器進入系統(tǒng)電源后分為一個三相電源支路和一個單相支路，每一支路都帶有各自三相、單相斷路器?？傠娫丛O有三相通電指示燈和380V三相電壓指示表。各種電源及各種儀表均有可靠的自保護功能。強電接線插頭采用封閉式結構，以防止觸電事故的發(fā)生。強弱電連接線采用不同結構的插頭、插座，防止強弱電混接。第二節(jié)THJDS-1A型過程自動化控制對象系統(tǒng)實訓平臺實訓對象總貌圖如圖1.2.1所示：圖1.2.1實訓對象總貌圖本實訓裝置對象主要由水箱、鍋爐、盤管和管路四大部分組成。供水系統(tǒng)有兩路：一路由三相（380V恒壓供水）磁力驅動泵、耐震壓力表、電動調節(jié)閥、交流電磁閥、電磁流量計、壓力變送器及手動調節(jié)閥組成；另一路由變頻器、耐震壓力表、三相磁力驅動泵（220V變頻調速）、渦輪流量計及手動調節(jié)閥組成。被控對象由不銹鋼儲水箱、（上、中、下）三個串接有機玻璃水箱、3KW三相電加熱模擬鍋爐(由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構成)、盤管和敷塑不銹鋼管道等組成。1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。上、中、下水箱采用淡藍色優(yōu)質有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學生直接觀察液位的變化和記錄結果。上、中水箱尺寸均為：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸為：D=35cm，H=20cm。水箱結構獨特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。同時，結合行業(yè)和產(chǎn)業(yè)實際生產(chǎn)過程的對象，在上水箱和中水箱的出水口均增加了電動球閥和流量計，可以實現(xiàn)水箱出水流量的自動控制。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)液位串級控制系統(tǒng)。儲水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高=68cm×52㎝×43㎝，完全能滿足上、中、下水箱的實訓供水需要。儲水箱內部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，以防雜物進入水泵和管道。2．模擬鍋爐：是利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，可利用它進行溫度實訓。做溫度實訓時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(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其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實訓。3．盤管：模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長37米（43圈），在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數(shù)不同，在實訓過程中可根據(jù)不同的實訓需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計流回儲水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實訓。4．管道及閥門：整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均采用優(yōu)質球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實訓裝置的使用年限。其中儲水箱底部有一個出水閥，當水箱需要更換水時，把球閥打開將水直接排出。檢測裝置1．壓力傳感器、變送器：三個壓力傳感器分別用來對上、中、下三個水箱的液位進行檢測，其中三只采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24V直流電源，輸出：4～20mADC。其量程為0～5KP，精度為0.5級。2．溫度傳感器、變送器：裝置中采用了6只Pt100鉑電阻溫度傳感器，分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤管（有3個測試點）、上水箱出口的水溫。Pt100測溫范圍：-200～+650℃。經(jīng)過2只溫度變送器，可將溫度信號轉換成4～20mA直流電流信號，然后送入二次儀表進行溫度的測量。Pt100傳感器精度高，熱補償性較好，可用于做標準校驗用熱電阻。3．流量傳感器、變送器：采用3臺渦輪流量計。渦輪流量計的傳感器部分為渦輪結構，是一種速度式檢測儀表，用于檢測水流量的大小，當流量很小時其精度也不會降低。變送器為直流24V供電、4～20mA變送輸出、標準兩線制接線、精度1.0級，是高精度型傳感器、變送器一體式結構的流量檢測裝置，用來對電動調節(jié)閥支路流量、變頻泵支路流量及盤管出口流量進行檢測。執(zhí)行機構1．電動調節(jié)閥：采用智能直行程電動調節(jié)閥，用來對控制回路的流量進行調節(jié)。電動調節(jié)閥型號為：QSVP-16K。具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，電源為單相220V，控制信號為4～20mADC或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。2．水泵：本裝置采用磁力驅動泵，型號為16CQ-8P，流量為30升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅動泵,一只為三相380V恒壓驅動，另一只為三相變頻220V輸出驅動。3．電磁閥：在本裝置中作為電動調節(jié)閥的旁路，起到階躍干擾的作用。工作壓力：最小壓力為0MPa，最大壓力為1.0MPa；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：AC220V。4．三相電加熱管：由三根1KW電加熱管星形連接而成，用來對鍋爐內膽內的水進行加溫，每根加熱管的電阻值約為50Ω左右。第三節(jié)THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”主要由電源控制組件、智能儀表控制系統(tǒng)組件、PLC控制系統(tǒng)組件、數(shù)據(jù)采集模塊控制系統(tǒng)組件、調壓器及變頻控制組件、電氣控制輔助組件、信號轉接端子組件等幾部分組成。電源控制組件1．總電源控制指示面板充分考慮人身安全保護，裝有漏電保護空氣開關。總電源控制指示面板如圖1.3.1所示。合上總電源空氣開關和三相電源空氣開關，此時三相電源各相指示燈亮，指示各相電壓接通。圖1.3.1總電源控制指示面板2．電控旋鈕開關面板該面板的作用主要是通過面板上的各個旋鈕開關分別手動控制各個動力設備、執(zhí)行器、控制系統(tǒng)。圖1.3.2電控旋鈕開關面板注意：在學生做實訓連接實訓系統(tǒng)時，一定確保空氣開關打關的狀態(tài)，各旋鈕開關也旋在關的位置，接線過程中切勿將變頻器的輸出接到380V三相磁力驅動泵輸入端，更不能將380V電源輸出接到220V三相變頻磁力泵的輸入端，否則將損壞磁力驅動泵。智能儀表控制系統(tǒng)組件智能儀表控制系統(tǒng)組件如圖1.3.3所示，采用AI系列全通用人工智能調節(jié)儀表，型號為TH-AI818AXS。TH-AI818AXS型儀表為PID控制型，輸出為4～20mADC信號。AI系列儀表通過RS485串口通信協(xié)議與上位計算機通訊，從而實現(xiàn)系統(tǒng)的實時監(jiān)控。圖1.3.3智能儀表控制組件圖儀表面板說明及操作說明①輸出指示燈②報警1指示燈③報警2指示燈④AUX輔助接口工作指示燈⑤顯示轉換(兼參數(shù)設置進入)⑥數(shù)據(jù)移位（兼手/自動切換及程序設置入）⑦數(shù)據(jù)減少鍵（兼程序運行/暫停操作）⑧數(shù)據(jù)增加鍵（兼程序停止操作）⑨給定值顯示窗⑩測量值顯示窗顯示狀態(tài)圖1.3.4智能儀表顯示狀態(tài)圖基本使用說明顯示切換：按鍵可以切換不同的顯示狀態(tài)。TH－AI818系列儀表可在①、②兩種狀態(tài)下切換；TH－AI708系列儀表只能顯示①，無需切換。修改數(shù)據(jù)：如果參數(shù)鎖沒有鎖上，儀表下顯示窗顯示的數(shù)值除自動輸出值不可直接修改外，其余數(shù)據(jù)均可通過按、或鍵來修改下顯示窗口顯示的數(shù)值。例如：需要設置給定值時，可將儀表切換到顯示狀態(tài)①，即可通過按、或鍵來修改給定值。AI儀表同時具備數(shù)據(jù)快速增減法和小數(shù)點移位法。按鍵減小數(shù)據(jù)，按鍵增加數(shù)據(jù)，可修改數(shù)值位的小數(shù)點同時閃動（如同光標）。按鍵并保持不放，可以快速地增加/減少數(shù)值，并且速度會隨小數(shù)點右移自動加快（3級速度）。而按鍵則可直接移動修改數(shù)據(jù)的位置（光標），操作快捷。手動/自動切換：在顯示狀態(tài)②下，按A/M鍵（即鍵），可以使儀表在自動及手動兩種狀態(tài)下進行無擾動切換。在顯示狀態(tài)②且儀表處于手動狀態(tài)下，直接按鍵或鍵可減少或增加手動輸出值。通過對run參數(shù)設置（詳見run參數(shù)功能說明），也可使儀表不允許由面板按鍵操作來切換至手動狀態(tài)，以防止誤入手動狀態(tài)。設置參數(shù)：在基本狀態(tài)（顯示狀態(tài)①或②）下按鍵并保持約2秒鐘，即進入?yún)?shù)設置狀態(tài)（顯示狀態(tài)⑤）。在參數(shù)設置狀態(tài)下按鍵，儀表將依次顯示各參數(shù)，例如上限報警值HIAL、參數(shù)鎖Loc等等，對于配置好并鎖上參數(shù)鎖的儀表，只出現(xiàn)操作工需要用到的參數(shù)（現(xiàn)場參數(shù)）。用、或鍵可修改參數(shù)值。按鍵并保持不放，可返回顯示上一參數(shù)。先按鍵鍵不放接著再按鍵可退出設置參數(shù)狀態(tài)。如果沒有按鍵操作，約30秒鐘后會自動退出設置參數(shù)狀態(tài)。如果參數(shù)被鎖上（后文介紹），則只能顯示被EP參數(shù)定義的現(xiàn)場參數(shù)（可由用戶定義的，工作現(xiàn)場經(jīng)常需要使用的參數(shù)），而無法看到其它的參數(shù)。不過，至少能看到Loc參數(shù)顯示出來。重要參數(shù)說明TH-AI系列儀表是通用的人工智能調節(jié)器，輸入輸出規(guī)格很多，功能豐富，如果不正確的配置各項參數(shù)，就不能有效的投入使用。這里特別說明幾個常用設置：CtrL：控制方式。CtrL＝0，采用位式控制；CtrL＝1，采用AI人工智能調節(jié)/PID調節(jié)；CtrL＝2，啟動自整定參數(shù)功能；CtrL＝3，自整定結束。Sn： 用于選擇儀表的輸入規(guī)格，必須將Sn設定值和輸入規(guī)格相符；DIL：輸入下限顯示值，一般DIL＝0。DIH：輸入上限顯示值。輸入為液位信號時，DIH＝50；輸入為熱電阻信號時，DIH＝100；輸入為流量信號時，DIH＝100。oP1： 輸出方式，一般OP1＝4為4～20mA線性電流輸出。oPL、oPH： 用于限制調節(jié)輸出極限值，互相配合使用，控制oP1的調節(jié)輸出；Ctrl： 用于選擇儀表的控制方式，是位式控制、PID調節(jié)或者啟動自整定；dF：避免因測量輸入值波動而導致頻繁通斷或報警頻繁產(chǎn)生／解除，主要用于儀表的位式調節(jié)，此時P、I、d、CtI等人工智能算法的控制參數(shù)不起作用；另外人工智能調節(jié)的自整定值和dF設定有關；CF：系統(tǒng)功能選擇。CF＝0為內部給定，反作用調節(jié)；CF＝1為內部給定，正作用調節(jié)；CF＝8為外部給定，反作用調節(jié)；CF＝9為外部給定，正作用調節(jié)。Addr：通訊地址。單回路實訓Addr＝1；串級實訓主控為Addr＝1，副控為Addr＝2；三閉環(huán)實訓主控為Addr＝1，副控為Addr＝2，內環(huán)為Addr＝3。實訓中各儀表通訊地址不允許相同。P、I、D參數(shù)可根據(jù)實訓需要調整，其他參數(shù)請參考默認設置。有關AI系列儀表的使用請參考說明書上相關的內容。智能儀表與實訓工程通訊參數(shù)設置：智能儀表與實訓工程通訊參數(shù)設置編輯窗口如圖1.3.5所示；此時的串口端口號一定要與現(xiàn)在計算機正使用的端口號相同，否則通訊不上。其余組態(tài)工程上的參數(shù)都按照圖1.3.5進行設置。圖1.3.5通用串口設備窗口參數(shù)設置此時的模塊地址一定要與現(xiàn)在正被使用的智能調節(jié)儀的地址相同，否則也通訊不上，其余組態(tài)工程上的參數(shù)都按照圖1.3.6進行設置。圖1.3.6AI818智能調節(jié)儀表屬性窗口參數(shù)設置S7-200PLC控制系統(tǒng)組件現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)主要包括CPU224主機、EM235四入一出模擬量輸入/輸出模塊。S7-200PLC控制系統(tǒng)組件如圖1.3.7所示。圖1.3.7S7-200PLC控制系統(tǒng)組件圖1．S7-200PLCCPU主機S7-200的CPU種類很多，具有不同的功能，所以其面板也不是完全相同。如圖1.3.8所示，主要有如下的部件：圖1.3.8S7-200PLCCPU主機示意圖2.S7-200PLCCPU連接到編程PC圖1.3.9S7-200PLCCPU和PC連接示意圖S7-200PLCCPU接線圖圖1.3.10S7-200PLCCPU主機接線圖4．模擬量輸入/輸出模塊EM235本設備中所采用的EM235模擬量輸入輸出模塊為直流輸入輸出模塊，通過24V直流電壓供電，輸入0-20mA電流信號或者0-5V電壓信號，輸出0-20mA電流信號?？稍?49μ秒之內將模擬信號輸入轉換為其相應的數(shù)字值。每當用戶程序存取模擬點時，模擬信號輸入都將進行轉換。這些轉換時間必須加到用于訪問模擬量輸入的指令的基本執(zhí)行時間上。EM235提供一個未經(jīng)處理的數(shù)字值（未經(jīng)線性化或濾波），它對應于模擬量輸入端處出現(xiàn)的模擬量電壓或電流。由于這種模塊是高速模塊，它們可以跟蹤模擬量信號中的快速變化（包括內部和外部噪聲）。對一個恒定或緩慢變化的模擬量輸入，由噪聲引起的信號讀數(shù)之間的差異，可通過對讀數(shù)值取平均值的方法使其影響為最小。但由于計算平均值而增加讀取信號的次數(shù)（即采樣次數(shù)），會相應地降低對外部輸入信號的響應速度。訂貨號為：6ES7235-0KD22-0XA8。該模塊的端子接線圖和框圖如圖1.3.11所示：圖1.3.11EM235模塊端子接線圖和框圖EM235配置表3-1所示為如何用DIP開關設置EM235模塊。開關1到6可選擇模擬量輸入范圍和分辨率。所有的輸入設置成相同的模擬量輸入范圍和格式。表A-14所示為如何選擇單/雙極性（開關6）、增益（開關4和5）和衰減（開關1、2和3）。下表中，ON為接通，OFF為斷開。表3-1EM235選擇模擬量輸入范圍和分辨率的開關表單極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFON0到50mV12.5μVOFFONOFFONOFFON0到100mV25μVONOFFOFFOFFONON0到500mV125uAOFFONOFFOFFONON0到1V250μVONOFFOFFOFFOFFON0到5V1.25mVONOFFOFFOFFOFFON0到20mA5μAOFFONOFFOFFOFFON0到10V2.5mV雙極性滿量程輸入分辨率SW1SW2SW3SW4SW5SW6ONOFFOFFONOFFOFF±25mV12.5μVOFFONOFFONOFFOFF±50mV25μVOFFOFFONONOFFOFF±100mV50μVONOFFOFFOFFONOFF±250mV125μVOFFONOFFOFFONOFF±500250μVOFFOFFONOFFONOFF±1V500μVONOFFOFFOFFOFFOFF±2.5V1.25mVOFFONOFFOFFOFFOFF±5V2.5mVOFFOFFONOFFOFFOFF±10V5mV表3-1

表3-2EM235選擇單/雙極性、增益和衰減的開關表EM235開關單/雙極性選擇增益選擇衰減選擇SW1SW2SW3SW4SW5SW6

ON單極性

OFF雙極性

OFFOFF

X1

OFFON

X10

ONOFF

X100

ONON

無效

ONOFFOFF

0.8OFFONOFF

0.4OFFOFFON

0.2表3-2數(shù)據(jù)采集模塊控制系統(tǒng)組件RemoDAQ-8000系列是基于RS-485網(wǎng)絡的數(shù)據(jù)采集和控制模塊。它們提供了模擬量輸入、模擬量輸出/數(shù)字量輸入輸出、定時器/計數(shù)器和其他功能，這些模塊可以由命令遠程控制。RemoDAQ-8017是一個8通道模擬量輸入模塊，通過24VDC供電，采樣數(shù)率10次/秒，精確度±0.1%。模擬量輸入模塊具有如下共同特點：3000VDC隔離24位ADC提供極高的精確度軟件校準如圖所示：圖1.3.12模擬量輸入模塊R8017RemoDAQ-8017主要由輸入、電源、通訊、控制器、光隔離等幾部分組成，如圖所示：圖1.3.13模擬量輸入模塊R8017結構圖RemoDAQ-8024是4路模擬量輸出模塊并有如下特性：3000VDC光隔離模擬量輸出商店模擬量輸出值可編程輸出斜率可編程軟件校準圖1.3.14模擬量輸出模塊R8024圖1.3.15模擬量輸出模塊R8024結構圖調壓器及變頻器組件該組件包括LSA-TH3P40Y三相全隔離一體化交流調壓器模塊、FR-D720S-0.4K-CHT交流變頻器及HS-100-24DC24V開關電源模塊等。圖1.3.16調壓器及變頻器組件圖1、三相全隔離一體化交流調壓器模塊三相全隔離一體化交流調壓器模塊，采用多控制信號輸入設計，可以通過標準4～20mA、0～10V、0～5V等信號，對調壓模塊進行輸出調壓控制，控制輸出與控制信號具有很高的線性度，調壓效果好。圖1.3.17三相調壓模塊2、交流變頻器采用日本三菱公司的FR-D720S-0.4K-CHT型變頻器，控制信號輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來驅動三相磁力驅動泵。主電路圖:控制電路圖:主電路端子的端子排列與電源、電機的接線：用變頻器面板旋鈕直接手動控制變頻器的輸出來驅動三相磁力驅動泵。有關變頻器的使用請參考變頻器使用手冊中相關的內容。變頻器常用參數(shù)設置：P1＝50；P160＝0；P161＝1；P182＝4；P79＝6。注意：在學生做實驗連接實驗導線時，切勿將變頻器的輸出接到380V三相磁力驅動泵輸入端，更不能將380V電源輸出接到220V三相變頻磁力泵的輸入端，否則將損壞磁力驅動泵。電氣控制輔助組件下圖為電氣控制輔助組件實圖，主要由電源輸出端子排、液位繼電器、交流接觸器、執(zhí)行器電源輸入端子排、信號輸入輸出端子排等組成。圖1.3.18液位繼電器和交流接觸器實物圖圖1.3.19執(zhí)行器電源輸入端子實物圖圖1.3.20信號輸入輸出端子排實物圖端子分布說明圖如下圖1.3.21執(zhí)行器電源輸入端子排說明圖圖1.3.22信號輸入輸出端子排說明圖第四節(jié)軟件介紹一、MCGS組態(tài)軟件1.簡介本裝置中三種控制方案均采用了北京昆侖公司的MCGS組態(tài)軟件作為上位機監(jiān)控組態(tài)軟件。MCGS（MonitorandControlGeneratedSystem）是一套基于Windows平臺的，用于快速構造和生成上位機監(jiān)控系統(tǒng)的組態(tài)軟件系統(tǒng)，可運行于MicrosoftWindows2000/XP等操作系統(tǒng)。MCGS具有操作簡便、可視性好、可維護性強、高性能、高可靠性等突出特點，已成功應用于石油化工、鋼鐵行業(yè)、電力系統(tǒng)、水處理、環(huán)境監(jiān)測、機械制造、交通運輸、能源原材料、農業(yè)自動化、航空航天等領域，經(jīng)過各種現(xiàn)場的長期實際運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠。MCGS5.5為用戶提供了解決實際工程問題的完整方案和開發(fā)平臺，能夠完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、實時和歷史數(shù)據(jù)處理、報警和安全機制、流程控制、動畫顯示、趨勢曲線和報表輸出以及企業(yè)監(jiān)控網(wǎng)絡等功能。系統(tǒng)組成MCGS5.5軟件系統(tǒng)包括組態(tài)環(huán)境和運行環(huán)境兩個部分。組態(tài)環(huán)境相當于一套完整的工具軟件，幫助用戶設計和構造自己的應用系統(tǒng)。運行環(huán)境則按照組態(tài)環(huán)境中構造的組態(tài)工程，以用戶指定的方式運行，并進行各種處理，完成用戶組態(tài)設計的目標和功能。組態(tài)環(huán)境：組態(tài)環(huán)境：組態(tài)生成應用系統(tǒng)運行環(huán)境：解釋執(zhí)行組態(tài)結果組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫MCGS組態(tài)軟件（以下簡稱MCGS）由“MCGS組態(tài)環(huán)境”和“MCGS運行環(huán)境”兩個系統(tǒng)組成。兩部分互相獨立，又緊密相關。MCGS組態(tài)環(huán)境是生成用戶應用系統(tǒng)的工作環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。用戶在MCGS組態(tài)環(huán)境中完成動畫設計、設備連接、編寫控制流程、編制工程打印報表等全部組態(tài)工作后，生成擴展名為.mcg的工程文件，又稱為組態(tài)結果數(shù)據(jù)庫，其與MCGS運行環(huán)境一起，構成了用戶應用系統(tǒng)，統(tǒng)稱為“工程”。MCGS運行環(huán)境是用戶應用系統(tǒng)的運行環(huán)境，由可執(zhí)行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目錄的Program子目錄中。在運行環(huán)境中完成對工程的控制工作。MCGS組態(tài)軟件的具體操作和使用請自行閱讀MCGS用戶。二、西門子STEP7-Micro/WINV4.0編程軟件本套控制系統(tǒng)下位機編程軟件采用SIEMENS公司的下位機編程軟件STEP7-Micro/WINV4.0。STEP7-Micro/WINV4.0是S7-200PLC系列產(chǎn)品的最新版編程軟件，包括以下升級功能：PID自整定控制面板、超級項目樹形結構、狀態(tài)趨勢圖、PLC歷史記錄和事件緩存區(qū)、項目文件的口令保護、存儲卡支持、TD200和TD200C支持、PLC內置位置控制向導、數(shù)據(jù)歸檔向導、配方向導、PTO指令向導、診斷LED組態(tài)、數(shù)據(jù)塊頁、新的字符串和變量。STEP7-Micro/WINV4.0的兼容性極強，支持當前所有S7-200CPU22X系列產(chǎn)品。增加了數(shù)據(jù)記錄指令、配方指令、PID自整定指令、夏令時指令、間隔定時器指令、診斷LED（DIAG_LED）指令、線性斜坡脈沖指令等。用戶可以用語句表、梯形圖和功能塊圖編程，不同的編程語言編制的程序可以相互轉換。可以用通過PC/PPI電纜，可以在Windows下實現(xiàn)CPU和PC的通訊?？傮w說來，它的功能強大，使用方便，簡單易學。包含五種語言的STEP7-Micro/WINV4.0版本能夠在以下操作系統(tǒng)上運行：MSWindows95OSR2(95b)，推薦使用MSWindows95c。MSWindows98SE。MSWindowsMe。如果操作系統(tǒng)是MSWindowsNT4.0Workstation，則MSWindowsNT4.0Workstation至少應該是SP6a以上的版本。如果操作系統(tǒng)是MSWindows2000Professional，則MSWindows2000Professional至少應該是SP1以上的版本。MSWindowsXPProfessional，推薦使用MSWindowsXPProfessionalSP1，將STEP7-Micro/WINV4.0的CD放入PC機的CD-ROM驅動器，安裝程序將自動啟動，根據(jù)安裝程序界面的提示即可安裝完畢。如果安裝程序沒有自動啟動，可在CD-ROM的以下路徑中找到安裝程序〈驅動器〉：/STEP_7_V4.0_SP3/setup.exe.一旦安裝完成并已重新啟動計算機，即可打開使用第五節(jié)實訓要求及安全操作規(guī)程一、實訓前的準備實訓前應復習教科書有關章節(jié)，認真研讀實訓指導書，了解實訓目的、項目、方法與步驟，明確實訓過程中應注意的問題，并按實訓項目準備記錄等。實訓前應了解實訓裝置中的對象、水泵、變頻器和所用控制組件的名稱、作用及其所在位置。以便于在實訓中對它們進行操作和觀察。熟悉實訓裝置面板圖，要求做到：由面板上的圖形、文字符號能準確找到該設備的實際位置。熟悉工藝管道結構、每個手動閥門的位置及其作用。認真作好實訓前的準備工作，對于培養(yǎng)學生獨立工作能力，提高實訓質量和保護實訓設備都是很重要的。二、實訓過程的基本程序1．明確實訓任務；2．提出實訓方案；3．畫實訓接線圖；4．進行實訓操作，做好觀測和記錄；5．整理實訓數(shù)據(jù)，得出結論，撰寫實訓報告。在進行本書中的綜合實訓時，上述程序應盡量讓學生獨立完成，老師給予必要的指導，以培養(yǎng)學生的實際動手能力，要做好各主題實訓，就應做到：實訓前有準備；實訓中有條理，實訓后有分析。三、實訓安全操作規(guī)程1．實訓之前確保所有電源開關均處于“關”的位置。2．接線或拆線必須在切斷電源的情況下進行，接線時要注意電源極性。完成接線后，正式投入運行之前，應嚴格檢查安裝、接線是否正確，并請指導老師確認無誤后，方能通電。3．在投運之前，請先檢查管道及閥門是否已按實訓指導書的要求打開，儲水箱中是否充水至三分之二以上，以保證磁力驅動泵中充滿水，磁力驅動泵無水空轉易造成水泵損壞。4．在進行溫度實驗前，請先檢查鍋爐內膽內水位，至少保證水位超過液位指示玻璃管上面的紅線位置，無水空燒易造成電加熱管燒壞。5．實訓之前應進行變送器零位和量程的調整，調整時應注意電位器的調節(jié)方向，并分清調零電位器和滿量程電位器。6．儀表應通電預熱15分鐘后再進行校驗。7．小心操作，切勿亂扳硬擰，嚴防損壞儀表。對象特性測試實訓被控對象數(shù)學模型的建立通常采用下列二種方法。一種是分析法，即根據(jù)過程的機理，物料或能量平衡關系求得它的數(shù)學模型；另一種是用實訓的方法確定。本裝置采用實訓方法通過被控對象對階躍信號的響應來確定它的參數(shù)及數(shù)學模型。由于此法較簡單，因而在過程控制中得到了廣泛地應用。第一節(jié)單容自衡水箱對象特性測試一、實訓目的1．掌握單容水箱的階躍響應測試方法，并記錄相應液位的響應曲線；2．根據(jù)實訓得到的液位階躍響應曲線，用相應的方法確定被測對象的特征參數(shù)K、T和傳遞函數(shù)；3．掌握同一控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。二、實訓設備1．THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)實訓平臺1套;2．裝有MCGS5.5和的計算機一臺、萬用表一個；3．RS485/232轉換器一個、串口通訊線一根，PC/PPI通訊電纜一根。三、實訓原理所謂單容指只有一個貯蓄容器。自衡是指對象在擾動作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身重新恢復平衡的過程。圖2.1.1所示為單容自衡水箱特性測試結構圖及方框圖。閥門F1-1、F1-3和F1-7全開，設下水箱流入量為Q1，改變電動調節(jié)閥V1的開度可以改變Q1的大小，下水箱的流出量為Q2，改變出水閥F1-8的開度可以改變Q2。液位h的變化反映了Q1與Q2不等而引起水箱中蓄水或泄水的過程。若將Q1作為被控過程的輸入變量，h為其輸出變量，則該被控過程的數(shù)學模型就是h與Q1之間的數(shù)學表達式。圖2.1.1單容自衡水箱對象特性測試系統(tǒng)（a）結構圖（b）方框圖根據(jù)動態(tài)物料平衡關系有Q1-Q2=A(2-1-1)將式(2-1-1)表示為增量形式ΔQ1-ΔQ2=A(2-1-2)式中：ΔQ1，ΔQ2，Δh——分別為偏離某一平衡狀態(tài)的增量；A——水箱截面積。在平衡時，Q1=Q2，＝0；當Q1發(fā)生變化時，液位h隨之變化，水箱出口處的靜壓也隨之變化，Q2也發(fā)生變化。由流體力學可知，流體在紊流情況下，液位h與流量之間為非線性關系。但為了簡化起見，經(jīng)線性化處理后，可近似認為Q2與h成正比關系，而與閥F1-8的阻力R成反比，即ΔQ2=或R=(2-1-3)式中：R——閥F1-8的阻力，稱為液阻。將式(2-1-2)、式(2-1-3)經(jīng)拉氏變換并消去中間變量Q2，即可得到單容水箱的數(shù)學模型為W0（s）＝＝=(2-1-4)式中T為水箱的時間常數(shù)，T＝RC；K為放大系數(shù)，K＝R；C為水箱的容量系數(shù)。若令Q1（s）作階躍擾動，即Q1（s）=，x0=常數(shù)，則式(2-1-4)可改寫為H（s）=×=K-對上式取拉氏反變換得h(t)=Kx0(1-e-t/T)(2-1-5)當t—>∞時，h（∞）-h（0）=Kx0，因而有K=＝(2-1-6)當t=T時，則有h(T)=Kx0(1-e-1)=0.632Kx0=0.632h(∞)(2-1-7)式（2-1-5）表示一階慣性環(huán)節(jié)的響應曲線是一單調上升的指數(shù)函數(shù)，如圖2.1.2（a）所示，該曲線上升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對應的時間，就是水箱的時間常數(shù)T。也可由坐標原點對響應曲線作切線OA，切線與穩(wěn)態(tài)值交點A所對應的時間就是該時間常數(shù)T，由響應曲線求得K和T后，就能求得單容水箱的傳遞函數(shù)。圖2.1.2單容水箱的階躍響應曲線如果對象具有滯后特性時，其階躍響應曲線則為圖2.1.2（b），在此曲線的拐點D處作一切線，它與時間軸交于B點，與響應穩(wěn)態(tài)值的漸近線交于A點。圖中OB即為對象的滯后時間τ，BC為對象的時間常數(shù)T，所得的傳遞函數(shù)為：H(S)=(2-1-8)四、實訓內容與步驟本實訓選擇下水箱作為被測對象（也可選擇上水箱或中水箱）。實訓之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-3和F1-7全開，將下水箱出水閥門F1-8的開度開到50%左右，其余閥門均關閉。具體實訓內容與步驟按三種方案分別敘述：（一）、智能調節(jié)儀控制1．將控制柜上的智能儀表用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖2.1.4連接實訓系統(tǒng)。智能調節(jié)儀1常用參數(shù)設置如下，其他參數(shù)按照默認設置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999,dLAL=9999,dF=0,CtrL=1,Sn=33,dIP=1,dIL=0,dIH=50,oP1=4,oPL=0,oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開智能儀表電源，給智能儀表上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開上位機MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能調節(jié)儀控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓一、單容自衡水箱對象特性測試”，進入實訓一的監(jiān)控界面。4．將智能儀表設置為“手動”控制，并將輸出值設置為一個合適的值。5.在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，旋開三相磁力泵旋鈕開關，給三相泵力驅動泵上電打水，使下水箱的液位處于某一平衡位置，記錄此時的儀表輸出值和液位值。6．待下水箱液位平衡后，突增（或突減）智能儀表輸出量的大小，使其輸出有一個正（或負）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，水箱液位進入新的平衡狀態(tài)，記錄下此時的儀表輸出值和液位值，液位的響應過程曲線將如圖2.1.3所示。圖2.1.3單容下水箱液位階躍響應曲線7．根據(jù)前面記錄的液位值和儀表輸出值，按公式（2-2-2）計算K值，再根據(jù)圖2.1.3中的實訓曲線求得T值，寫出對象的傳遞函數(shù)。圖2.1.4智能儀表單容自衡水箱對象特性測試接線圖（二）、S7-200PLC控制1．用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC主機CPU224的口連接到計算機上的串口1上，并按照下面的實訓接線圖2.1.5連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開PLC電源，給PLC上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開軟件，打開“THJDS-1A”程序進行下載，然后將S7-200PLC主機CPU224置于運行狀態(tài)，然后運行MCGS組態(tài)軟件，打開“S7-200PLC控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓一、單容自衡水箱對象特性測試”，進入實訓一的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟4～7。圖2.1.5S7-200PLC單容自衡水箱對象特性測試接線圖（三）、數(shù)據(jù)采集模塊控制1．把數(shù)據(jù)采集模塊用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖2.1.62.1.7連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開DDC電源，給數(shù)據(jù)采集模塊上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開MCGS組態(tài)軟件，打開“數(shù)據(jù)采集模塊控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓一、單容自衡水箱對象特性測試”，進入實訓一的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟4～7。圖2.1.6數(shù)據(jù)采集模塊控制輸入接線圖圖2.1.7數(shù)據(jù)采集模塊控制輸出接線圖五、實驗報告要求1．畫出單容水箱液位特性測試實驗的結構框圖。2．根據(jù)實驗得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計算出單容水箱液位對象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。六、思考題1．做本實驗時，為什么不能任意改變出水閥F1-11開度的大小？2．用響應曲線法確定對象的數(shù)學模型時，其精度與那些因素有關？3．如果采用中水箱做實驗，其響應曲線與下水箱的曲線有什么異同？并分析差異原因。第二節(jié)雙容自衡水箱對象特性測試一、實訓目的1．掌握雙容水箱特性的階躍響應曲線測試方法；2．根據(jù)由實訓測得雙容液位的階躍響應曲線，確定其特征參數(shù)K、T1、T2及傳遞函數(shù)；3．掌握同一控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。二、實訓設備（同前）三、原理說明圖2.2.1雙容自衡水箱對象特性測試系統(tǒng)(a)結構圖(b)方框圖由圖2.2.1所示，被測對象由兩個不同容積的水箱相串聯(lián)組成，故稱其為雙容對象。自衡是指對象在擾動作用下，其平衡位置被破壞后，不需要操作人員或儀表等干預，依靠其自身重新恢復平衡的過程。根據(jù)本章第一節(jié)單容水箱特性測試的原理，可知雙容水箱數(shù)學模型是兩個單容水箱數(shù)學模型的乘積，即雙容水箱的數(shù)學模型可用一個二階慣性環(huán)節(jié)來描述：G(s)=G1(s)G2(s)=(2-2-1)式中K＝k1k2，為雙容水箱的放大系數(shù)，T1、T2分別為兩個水箱的時間常數(shù)。本實訓中被測量為下水箱的液位，當中水箱輸入量有一階躍增量變化時，兩水箱的液位變化曲線如圖2.2.2所示。由圖2.2.2可見，上水箱液位的響應曲線為一單調上升的指數(shù)函數(shù)（圖2.2.2(a)）；而下水箱液位的響應曲線則呈S形曲線（圖2.2.2(b)），即下水箱的液位響應滯后了，它滯后的時間與閥電動球閥V2和F1-8的開度大小密切相關。圖2.2.2雙容水箱液位的階躍響應曲線（a）中水箱液位（b）下水箱液位雙容對象兩個慣性環(huán)節(jié)的時間常數(shù)可按下述方法來確定。在圖2.2.3所示的階躍響應曲線上求?。?1)h2（t）|t=t1=0.4h2(∞)時曲線上的點B和對應的時間t1；(2)h2（t）|t=t2=0.8h2(∞)時曲線上的點C和對應的時間t2。圖2.2.3雙容水箱液位的階躍響應曲線然后，利用下面的近似公式計算式(2-2-2)(2-2-3)(2-2-4)0.32〈t1/t2〈0.46由上述兩式中解出T1和T2，于是得到如式（2-2-1）所示的傳遞函數(shù)。在改變相應的閥門開度后，對象可能出現(xiàn)滯后特性，這時可由S形曲線的拐點P處作一切線，它與時間軸的交點為A，OA對應的時間即為對象響應的滯后時間。于是得到雙容滯后（二階滯后）對象的傳遞函數(shù)為：G（S）=(2-2-5)四、實訓內容與步驟本實訓選擇中水箱和下水箱串聯(lián)作為被測對象（也可選擇上水箱和中水箱）。實訓之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-3、F1-6全開，將中水箱出水閥門V2、下水箱出水閥門F1-8開至適當開度（中水箱出水閥開到70%左右，下水箱出水閥開到50%左右，即V2開度稍大于F1-8的開度），其余閥門均關閉。具體實訓內容與步驟按三種方案分別敘述：（一）、智能調節(jié)儀控制1．將控制柜上的智能儀表用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖2.2.5連接實訓系統(tǒng)。智能儀表1常用參數(shù)設置如下，其他參數(shù)按照默認設置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999,dLAL=9999,dF=0,CtrL=1,Sn=33,dIP=1,dIL=0,dIH=50,oP1=4,oPL=0,oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開智能儀表電源，給智能儀表上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開上位機MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能調節(jié)儀控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓二、雙容自衡水箱對象特性測試”，進入實訓二的監(jiān)控界面。4．將智能儀表設置為“手動”控制，并將輸出值設置為一個合適的值。5.在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，旋開三相磁力泵旋鈕開關，給三相泵力驅動泵上電打水，使下水箱的液位處于某一平衡位置，記錄此時的儀表輸出值和液位值。6．待下水箱液位平衡后，突增（或突減）智能儀表輸出量的大小，使其輸出有一個正（或負）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過大，以免水箱中水溢出），于是水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段時間后，水箱液位進入新的平衡狀態(tài)，記錄下此時的儀表輸出值和液位值，液位的響應過程曲線將如圖2.2.4所示。圖2.2.4雙容下水箱液位階躍響應曲線7．根據(jù)前面記錄的液位值和儀表輸出值，按公式（2-2-2）計算K值，再根據(jù)圖2.2.4中的實訓曲線求得T值，寫出對象的傳遞函數(shù)。圖2.2.5智能儀表雙容自衡水箱對象特性測試接線圖（二）、S7-200PLC控制1．用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC主機CPU224的口連接到計算機上的串口1上，并按照下面的實訓接線圖2.2.6連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開PLC電源，給PLC上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開軟件，打開“THJDS-1A”程序進行下載，然后將S7-200PLC主機CPU224置于運行狀態(tài)（如果前面做過這一步可省略）。運行MCGS組態(tài)軟件，打開“S7-200PLC控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓二、雙容自衡水箱對象特性測試”，進入實訓二的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟5～7。圖2.2.6S7-200PLC控制雙容自衡水箱對象特性測試接線圖（三）、數(shù)據(jù)采集模塊控制1．把數(shù)據(jù)采集模塊用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖2.2.72.2.8連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開DDC電源，給數(shù)據(jù)采集模塊上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開MCGS組態(tài)軟件，打開“數(shù)據(jù)采集模塊控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓二、雙容自衡水箱對象特性測試”，進入實訓二的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟5～7。圖2.2.7數(shù)據(jù)采集模塊控制輸入接線圖圖2.2.8數(shù)據(jù)采集模塊控制輸出接線圖五、實訓報告要求1．畫出雙容水箱液位特性測試實訓的結構框圖。2．根據(jù)實訓得到的數(shù)據(jù)及曲線，分析并計算出雙容水箱液位對象的參數(shù)及傳遞函數(shù)。3．綜合分析以上三種控制方案的實訓效果。六、思考題1．做本實訓時，為什么不能任意改變兩個出水閥門開度的大??？2．用響應曲線法確定對象的數(shù)學模型時，其精度與那些因素有關？3．如果采用上水箱和中水箱做實訓，其響應曲線與用中水箱和下水箱做實訓的曲線有什么異同？并分析差異原因。4．引起雙容對象滯后的因素主要有哪些？單回路控制系統(tǒng)實訓第一節(jié)單回路控制系統(tǒng)的概述一、單回路控制系統(tǒng)的概述圖3.1.1為單回路控制系統(tǒng)方框圖的一般形式，它是由被控對象、執(zhí)行器、調節(jié)器和測量變送器組成一個單閉環(huán)控制系統(tǒng)。系統(tǒng)的給定量是某一定值，要求系統(tǒng)的被控制量穩(wěn)定至給定量。由于這種系統(tǒng)結構簡單，性能較好，調試方便等優(yōu)點，故在工業(yè)生產(chǎn)中已被廣泛應用。圖3.1.1單回路控制系統(tǒng)方框圖二、干擾對系統(tǒng)性能的影響1．干擾通道的放大系數(shù)、時間常數(shù)及純滯后對系統(tǒng)的影響。干擾通道的放大系數(shù)Kf會影響干擾加在系統(tǒng)中的幅值。若系統(tǒng)是有差系統(tǒng)，則干擾通道的放大系數(shù)愈大，系統(tǒng)的靜差也就愈大。如果干擾通道是一慣性環(huán)節(jié)，令時間常數(shù)為Tf，則階躍擾動通過慣性環(huán)節(jié)后，其過渡過程的動態(tài)分量被濾波而幅值變小。即時間常數(shù)Tf越大，則系統(tǒng)的動態(tài)偏差就愈小。通常干擾通道中還會有純滯后環(huán)節(jié)，它使被調參數(shù)的響應時間滯后一個τ值，但不會影響系統(tǒng)的調節(jié)質量。2．干擾進入系統(tǒng)中的不同位置。復雜的生產(chǎn)過程往往有多個干擾量，它們作用在系統(tǒng)的不同位置，如圖3.1.2所示。同一形式、大小相同的擾動作用在系統(tǒng)中不同的位置所產(chǎn)生的靜差是不一樣的。對擾動產(chǎn)生影響的僅是擾動作用點前的那些環(huán)節(jié)。圖3.1.2擾動作用于不同位置的控制系統(tǒng)三、控制規(guī)律的選擇PID控制規(guī)律及其對系統(tǒng)控制質量的影響已在有關課程中介紹，在此將有關結論再簡單歸納一下。1．比例(P)調節(jié)純比例調節(jié)器是一種最簡單的調節(jié)器，它對控制作用和擾動作用的響應都很快。由于比例調節(jié)只有一個參數(shù)，所以整定很方便。這種調節(jié)器的主要缺點是系統(tǒng)有靜差存在。其傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP=(3-1-1)式中KP為比例系數(shù)，δ為比例帶。2．比例積分(PI)調節(jié)PI調節(jié)器就是利用P調節(jié)快速抵消干擾的影響，同時利用I調節(jié)消除殘差，但I調節(jié)會降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性，這種調節(jié)器在過程控制中是應用最多的一種調節(jié)器。其傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP(1+)＝(1+)(3-1-2)式中TI為積分時間。3．比例微分(PD)調節(jié)這種調節(jié)器由于有微分的超前作用，能增加系統(tǒng)的穩(wěn)定度，加快系統(tǒng)的調節(jié)過程，減小動態(tài)和靜態(tài)誤差，但微分抗干擾能力較差，且微分過大，易導致調節(jié)閥動作向兩端飽和。因此一般不用于流量和液位控制系統(tǒng)。PD調節(jié)器的傳遞函數(shù)為：GC(s)=KP(1+TDs)＝(1+TDs)(3-1-3)式中TD為微分時間。4．比例積分微分(PID)調節(jié)器PID是常規(guī)調節(jié)器中性能最好的一種調節(jié)器。由于它具有各類調節(jié)器的優(yōu)點，因而使系統(tǒng)具有更高的控制質量。它的傳遞函數(shù)為GC(s)=KP(1++TDs)＝(1++TDs)(3-1-4)圖3.1.3表示了同一對象在相同階躍擾動下，采用不同控制規(guī)律時具有相同衰減率的響應過程。圖3.1.3各種控制規(guī)律對應的響應過程四、調節(jié)器參數(shù)的整定方法調節(jié)器參數(shù)的整定一般有兩種方法：一種是理論計算法，即根據(jù)廣義對象的數(shù)學模型和性能要求，用根軌跡法或頻率特性法來確定調節(jié)器的相關參數(shù)；另一種方法是工程實訓法，通過對典型輸入響應曲線所得到的特征量，然后查照經(jīng)驗表，求得調節(jié)器的相關參數(shù)。工程實訓整定法有以下四種：（一）經(jīng)驗法若將控制系統(tǒng)按照液位、流量、溫度和壓力等參數(shù)來分類，則屬于同一類別的系統(tǒng)，其對象往往比較接近，所以無論是控制器形式還是所整定的參數(shù)均可相互參考。表3-1-1為經(jīng)驗法整定參數(shù)的參考數(shù)據(jù)，在此基礎上，對調節(jié)器的參數(shù)作進一步修正。若需加微分作用，微分時間常數(shù)按TD=(～)TI計算。表3-1-1經(jīng)驗法整定參數(shù)系統(tǒng)參數(shù)δ(%)TI(min)TD(min)溫度20～603～100.5～3流量40～1000.1～1壓力30～700.4～3液位20～80(二)臨界比例度法圖3.1.4具有周期TS的等幅振蕩這種整定方法是在閉環(huán)情況下進行的。設TI=∞，TD=0，使調節(jié)器工作在純比例情況下，將比例度由大逐漸變小，使系統(tǒng)的輸出響應呈現(xiàn)等幅振蕩，如圖3.1.4所示。根據(jù)臨界比例度δk和振蕩周期TS，按表3-1-2所列的經(jīng)驗算式，求取調節(jié)器的參考參數(shù)值，這種整定方法是以得到4：1衰減為目標。表3-1-2臨界比例度法整定調節(jié)器參數(shù)調節(jié)器參數(shù)調節(jié)器名稱δTI(S)TD(S)P2δkPI2.2δkTS/1.2PID1.6δk0.5TS0.125TS臨界比例度法的優(yōu)點是應用簡單方便，但此法有一定限制。首先要產(chǎn)生允許受控變量能承受等幅振蕩的波動，其次是受控對象應是二階和二階以上或具有純滯后的一階以上環(huán)節(jié)，否則在比例控制下，系統(tǒng)是不會出現(xiàn)等幅振蕩的。在求取等幅振蕩曲線時，應特別注意控制閥出現(xiàn)開、關的極端狀態(tài)。（三）衰減曲線法（阻尼振蕩法）圖3.1.54：1衰減曲線法圖形在閉環(huán)系統(tǒng)中，先把調節(jié)器設置為純比例作用，然后把比例度由大逐漸減小，加階躍擾動觀察輸出響應的衰減過程，直至出現(xiàn)圖3.1.5所示的4：1衰減過程為止。這時的比例度稱為4：1衰減比例度，用δS表示之。相鄰兩波峰間的距離稱為4：1衰減周期TS。根據(jù)δS和TS，運用表3-1-3所示的經(jīng)驗公式，就可計算出調節(jié)器預整定的參數(shù)值。表3-1-3衰減曲線法計算公式調節(jié)器參數(shù)調節(jié)器名稱δ（%）TI(min)TD(min)PδSPI1.2δS0.5TSPID0.8δS0.3TS0.1TS（四）動態(tài)特性參數(shù)法所謂動態(tài)特性參數(shù)法，就是根據(jù)系統(tǒng)開環(huán)廣義過程階躍響應特性進行近似計算的方法，即根據(jù)第二章中對象特性的階躍響應曲線測試法測得系統(tǒng)的動態(tài)特性參數(shù)（K、T、τ等），利用表3-1-4所示的經(jīng)驗公式，就可計算出對應于衰減率為4：1時調節(jié)器的相關參數(shù)。如果被控對象是一階慣性環(huán)節(jié)，或具有很小滯后的一階慣性環(huán)節(jié)，若用臨界比例度法或阻尼振蕩法（4：1衰減）就有難度，此時應采用動態(tài)特性參數(shù)法進行整定。表3-1-4經(jīng)驗計算公式調節(jié)器參數(shù)調節(jié)器名稱δ（%）TITDP×100%PI1.1×100%3.3τPID0.85×100%2τ0.5τ第二節(jié)單容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實訓目的1．了解單容液位定值控制系統(tǒng)的結構與組成。2．掌握單容液位定值控制系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)的整定和投運方法。3．研究調節(jié)器相關參數(shù)的變化對系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的影響。4．了解P、PI、PD和PID四種調節(jié)器分別對液位控制的作用。5．掌握同一控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。二、實訓設備（同前）三、實訓原理圖3.2.1下水箱單容液位定值控制系統(tǒng)(a)結構圖(b)方框圖本實訓系統(tǒng)結構圖和方框圖如圖3.2.1所示。被控量為中水箱（也可采用上水箱或下水箱）的液位高度，實訓要求中水箱的液位穩(wěn)定在給定值。將壓力傳感器LT2檢測到的中水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調節(jié)器控制電動調節(jié)閥的開度，以達到控制中水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調節(jié)器應為PI或PID控制。四、實訓內容與步驟本實訓選擇下水箱作為被控對象（也可選擇上水箱或中水箱）。實訓之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-3和F1-7全開，將下水箱出水閥門F1-8的開度開到50%左右，其余閥門均關閉。具體實訓內容與步驟按三種方案分別敘述：一）、智能調節(jié)儀控制1．將控制柜上的智能儀表用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖3.2.3連接實訓系統(tǒng)。智能調節(jié)儀1常用參數(shù)設置如下，其他參數(shù)按照默認設置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999,dLAL=9999,dF=0,CtrL=1,Sn=33,dIP=1,dIL=0,dIH=50,oP1=4,oPL=0,oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。2.在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開智能儀表電源，給智能儀表上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開上位機MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能調節(jié)儀控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓三、單容水箱液位定值控制”，進入實訓三的監(jiān)控界面。4．將智能儀表設置為“手動”控制，并將輸出值設置為一個合適的值。5.在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，旋開三相磁力泵旋鈕開關，給三相泵力驅動泵上電打水，使下水箱的液位平衡于設定值。6.按本章第一節(jié)中的經(jīng)驗法或動態(tài)特性參數(shù)法整定調節(jié)器參數(shù)，選擇PI控制規(guī)律，并按整定后的PI參數(shù)進行調節(jié)器參數(shù)設置。7．待液位穩(wěn)定于給定值后，將調節(jié)器切換到“自動”控制狀態(tài)，待液位平衡后，通過以下幾種方式加干擾：（1）突增（或突減）儀表設定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化；（此法推薦，后面三種僅供參考）（2）將電動調節(jié)閥的旁路電磁閥打開；（3）將下水箱進水閥F1-7開至適當開度；（改變負載）（4）打開閥門F2-1、F2-13、F2-5，上位機設定變頻器頻率，通過變頻器支路以較小頻率給下水箱打水。以上幾種干擾均要求擾動量為控制量的5％～15％，干擾過大可能造成水箱中水溢出或系統(tǒng)不穩(wěn)定。加入干擾后，水箱的液位便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調節(jié)時間后，水箱液位穩(wěn)定至新的設定值（采用后面三種干擾方法仍穩(wěn)定在原設定值），記錄此時的智能儀表的設定值、輸出值和儀表參數(shù)，液位的響應過程曲線將如圖3.2.2所示。圖3.2.2單容水箱液位的階躍響應曲線8．分別適量改變調節(jié)儀的P及I參數(shù)，重復步驟7，用計算機記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的階躍響應曲線。9．分別用P、PD、PID三種控制規(guī)律重復步驟4～8，用計算機記錄不同控制規(guī)律下系統(tǒng)的階躍響應曲線。圖3.2.3智能儀表單容水箱液位定值控制接線圖（二）、S7-200PLC控制1．用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC主機CPU224的口連接到計算機上的串口1上，并按照下面的實訓接線圖3.2.4連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開PLC電源，給PLC上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開軟件，打開“THJDS-1A”程序進行下載，然后將S7-200PLC主機CPU224置于運行狀態(tài)（如果前面做過這一步可省略）。運行MCGS組態(tài)軟件，打開“S7-200PLC控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓三、單容水箱液位定值控制”，進入實訓三的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟4～9。圖3.2.4S7-200PLC單容水箱液位定值控制接線圖（三）、數(shù)據(jù)采集模塊控制1．把數(shù)據(jù)采集模塊用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖3.2.53.2.6連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開DDC電源，給數(shù)據(jù)采集模塊上電；旋開電動調節(jié)閥電源開關，給電動調節(jié)閥上電；3．打開MCGS組態(tài)軟件，打開“數(shù)據(jù)采集模塊控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓三、單容水箱液位定值控制”，進入實訓三的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟4～9。圖3.2.5數(shù)據(jù)采集模塊控制輸入接線圖圖3.2.6數(shù)據(jù)采集模塊輸出接線圖五、實訓報告要求1．畫出單容水箱液位定值控制實訓的結構框圖。2．用實訓方法確定調節(jié)器的相關參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)實訓數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。4．比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制規(guī)律對本實訓系統(tǒng)的作用。6．綜合分析五種控制方案的實訓效果。六、思考題1．如果采用下水箱做實訓，其響應曲線與中水箱的曲線有什么異同？并分析差異原因。2．改變比例度δ和積分時間TI對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？第三節(jié)雙容水箱液位定值控制系統(tǒng)一、實訓目的1．通過實訓進一步了解雙容水箱液位的特性。2．掌握雙容水箱液位控制系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)的整定與投運方法。3．研究調節(jié)器相關參數(shù)的改變對系統(tǒng)動態(tài)性能的影響。4．研究P、PI、PD和PID四種調節(jié)器分別對液位系統(tǒng)的控制作用。5．掌握雙容液位定值控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。二、實訓設備（同前）三、實訓原理本實訓以中水箱與下水箱串聯(lián)作為被控對象，下水箱的液位高度為系統(tǒng)的被控制量。要求下水箱液位穩(wěn)定至給定量，將壓力傳感器LT2檢測到的中水箱液位信號作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調節(jié)器控制電動調節(jié)閥的開度，以達到控制下水箱液位的目的。為了實現(xiàn)系統(tǒng)在階躍給定和階躍擾動作用下的無靜差控制，系統(tǒng)的調節(jié)器應為PI或PID控制。調節(jié)器的參數(shù)整定可采用本章第一節(jié)所述任意一種整定方法。本實訓系統(tǒng)結構圖和方框圖如圖3.3.1所示。圖3.3.1雙容液位定值控制系統(tǒng)(a)結構圖(b)方框圖四、實訓內容與步驟本實訓選擇中水箱和下水箱串聯(lián)作為雙容對象（也可選擇上水箱和中水箱）。實訓之前先將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F1-1、F1-3、F1-6全開，將中水箱出水閥門V2、下水箱出水閥門F1-8開至適當開度（中水箱出水閥開到70%左右，下水箱出水閥開到50%左右，即閥V2稍大于閥F1-8），其余閥門均關閉。具體實訓內容與步驟可根據(jù)本實訓的目的與原理參照前一節(jié)單容液位定值控制中的相應方案進行。實訓的接線與第二章第二節(jié)雙容自衡水箱對象特性測試的接線圖完全一樣。值得注意的是手自動切換的時間為：當中水箱液位基本穩(wěn)定不變（一般約為3～5cm）且下水箱的液位趨于給定值時切換為最佳。五、實訓報告要求1．畫出雙容水箱液位定值控制實訓的結構框圖。2．用實訓方法確定調節(jié)器的相關參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)實訓數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。4．比較不同PI參數(shù)對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對本實訓系統(tǒng)的作用。6．綜合分析五種控制方案的實訓效果。六、思考題1．如果采用上水箱和中水箱做實訓，其響應曲線與本實訓的曲線有什么異同？并分析差異原因。2．改變比例度δ和積分時間TI對系統(tǒng)的性能產(chǎn)生什么影響？3．為什么本實訓比單容液位定值控制系統(tǒng)更容易引起振蕩？要達到同樣的動態(tài)性能指標，在本實訓中調節(jié)器的比例度和積分時間常數(shù)要怎么設置？第四節(jié)鍋爐內膽水溫定值控制系統(tǒng)一、實驗目的1．了解單回路溫度控制系統(tǒng)的組成與工作原理。2．研究P、PI、PD和PID四種調節(jié)器分別對溫度系統(tǒng)的控制作用。3．了解PID參數(shù)自整定的方法及其參數(shù)整定在整個系統(tǒng)中的重要性。4．分析鍋爐內膽動態(tài)水溫與靜態(tài)水溫在控制效果上有何不同之處？二、實驗設備（同前） 三、實驗原理本實驗以鍋爐內膽作為被控對象，內膽的水溫為系統(tǒng)的被控制量。本實驗要求鍋爐內膽的水溫穩(wěn)定至給定量，將鉑電阻檢測到的鍋爐內膽溫度信號TT1作為反饋信號，在與給定量比較后的差值通過調節(jié)器控制三相調壓模塊的輸出電壓（即三相電加熱管的端電壓），以達到控制鍋爐內膽水溫的目的。在鍋爐內膽水溫的定值控制系統(tǒng)中，其參數(shù)的整定方法與其它單回路控制系統(tǒng)一樣，但由于加熱過程容量時延較大，所以其控制過渡時間也較長，系統(tǒng)的調節(jié)器可選擇PD或PID控制。本實驗系統(tǒng)結構圖和方框圖如圖3-15所示。圖3.4.1內膽溫度特性測試系統(tǒng)(a)結構圖(b)方框圖可以采用兩種方案對鍋爐內膽的水溫進行控制：（一）鍋爐夾套不加冷卻水（靜態(tài)）（二）鍋爐夾套加冷卻水（動態(tài)）顯然，兩種方案的控制效果是不一樣的，后者比前者的升溫過程稍慢，降溫過程稍快，過渡過程時間稍短。四、實驗內容與步驟本實驗選擇鍋爐內膽水溫作為被控對象，實驗之前將儲水箱中貯足水量，然后將閥門F2-1、F2-6、F1-13全開，將鍋爐出水閥門F2-12關閉，其余閥門也關閉。將變頻器輸出A、B、C三端連接到三相磁力驅動泵（220V），打開變頻器電源并手動調節(jié)其頻率，給鍋爐內膽貯一定的水量（要求至少高于液位指示玻璃管的紅線位置），然后關閉閥F1-13，打開閥F1-12，為給鍋爐夾套供冷水做好準備。具體實驗內容與步驟按五種方案分別敘述，這五種方案的實驗與用戶所購的硬件設備有關，可根據(jù)實驗需要選做或全做。（一）、智能調節(jié)儀控制1．將控制柜上的智能儀表用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖3.4.3連接實訓。智能調節(jié)儀1常用參數(shù)設置如下，其他參數(shù)按照默認設置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999,dLAL=9999,dF=0,CtrL=1,Sn=21,dIP=1,dIL=0,dIH=50,oP1=4,oPL=0,oPH=100,CF=0,Addr=1,bAud=9600。智能儀表2常用參數(shù)設置如下，其他參數(shù)按照默認設置：HIAL=9999，LoAL=-1999,dHAL=9999,dLAL=9999,dF=0,CtrL=1,Sn=33,dIP=1,dIL=0,dIH=50,oP1=4,oPL=0,oPH=100,CF=0,Addr=2,bAud=9600。2.在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開智能儀表電源，給智能儀表上電；旋開三相電加熱電源開關，給三相調壓模塊上電；打開上位機MCGS組態(tài)環(huán)境，打開“智能調節(jié)儀控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓五、鍋爐內膽水溫定值控制”，進入實訓五的監(jiān)控界面。將智能儀表1設置為“手動”，并將輸出值設置為一個合適的值（50%～70%），此操作可通過調節(jié)儀表實現(xiàn)。5.在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，旋開三相電加熱旋鈕開關，適當增加/減少智能儀表的輸出量，使鍋爐內膽的水溫平衡于設定值。6．按本章第一節(jié)中的經(jīng)驗法或動態(tài)特性參數(shù)法整定調節(jié)器參數(shù)，選擇PID控制規(guī)律，并按整定后的PID參數(shù)進行調節(jié)器參數(shù)設置。7．待鍋爐內膽水溫穩(wěn)定于給定值時，將調節(jié)器切換到“自動”狀態(tài)，待水溫平衡后，突增（或突減）儀表設定值的大小，使其有一個正（或負）階躍增量的變化（即階躍干擾，此增量不宜過大，一般為設定值的5％～15%為宜），于是鍋爐內膽的水溫便離開原平衡狀態(tài)，經(jīng)過一段調節(jié)時間后，水溫穩(wěn)定至新的設定值，記錄此時智能儀表的設定值、輸出值和儀表參數(shù)，內膽水溫的響應過程曲線將如圖3.4.2圖3.4.2膽水溫階躍響應曲線8．適量改變調節(jié)儀的PID參數(shù)，重復步驟7，用計算機記錄不同參數(shù)時系統(tǒng)的響應曲線。9．打開變頻器電源開關，給變頻器上電，將變頻器設置在適當?shù)念l率（19Hz左右），變頻器支路開始往鍋爐夾套打冷水，重復步驟4～8，觀察實驗的過程曲線與前面不加冷水的過程有何不同。10．分別采用P、PI、PD控制規(guī)律重復實驗，觀察在不同的PID參數(shù)值下，系統(tǒng)的階躍響應曲線。圖3.4.3智能儀表鍋爐內膽水溫定值控制接線圖（二）、S7-200PLC控制1．用PC/PPI通訊電纜線將S7-200PLC主機CPU224的口連接到計算機上的串口1上，并按照下面的實訓接線圖3.4.4連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開PLC電源，給PLC上電；旋開三相電加熱開關，給三相調壓模塊電；3．打開軟件，打開“THJDS-1A”程序進行下載，然后將S7-200PLC主機CPU224置于運行狀態(tài)（如果前面做過這一步可省略）。運行MCGS組態(tài)軟件，打開“S7-200PLC控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓五、鍋爐內膽水溫定值控制”，進入實訓五的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟4～10。圖3.4.4S7-200PLC鍋爐內膽水溫定值控制接線圖（三）、數(shù)據(jù)采集模塊控制1．把數(shù)據(jù)采集模塊用RS485通訊線通過RS485/232轉換器連接到計算機串口1，并按照下面的實訓接線圖3.3.53.3.6連接實訓系統(tǒng)。2．在“THJDS-1A型過程自動化控制系統(tǒng)”控制柜上，合上三相四線空氣開關，三相和單相空氣開關給控制柜上電，旋開DDC電源，給數(shù)據(jù)采集模塊上電；旋開三相電加熱開關，給三相調壓模塊上電；3．打開MCGS組態(tài)軟件，打開“數(shù)據(jù)采集模塊控制”工程，然后進入MCGS運行環(huán)境，在主菜單中點擊“實訓五、鍋爐內膽水溫定值控制”，進入實訓五的監(jiān)控界面。4．以下步驟請參考前面“（一）智能調節(jié)儀控制”的步驟4～10。圖3.4.5數(shù)據(jù)采集模塊控制輸入接線圖圖3.4.5數(shù)據(jù)采集模塊控制輸出接線圖五、實驗報告要求1．畫出鍋爐內膽水溫定值控制實驗的結構框圖。2．用實驗方法確定調節(jié)器的相關參數(shù)，寫出整定過程。3．根據(jù)實驗數(shù)據(jù)和曲線，分析系統(tǒng)在階躍擾動作用下的靜、動態(tài)性能。4．比較不同PID參數(shù)對系統(tǒng)性能產(chǎn)生的影響。5．分析P、PI、PD、PID四種控制方式對本實驗系統(tǒng)的作用。6．綜合分析五種控制方案的實驗效果。六、思考題1．在溫度控制系統(tǒng)中，為什么用PD和PID控制，系統(tǒng)的性能并不比用PI控制時有明顯地改善？2．為什么內膽動態(tài)水的溫度控制比靜態(tài)水時的溫度控制更容易穩(wěn)定，動態(tài)性能更好？第五節(jié)單閉環(huán)流量定值控制系統(tǒng)一、實訓目的1．了解單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)的結構組成與原理。2．掌握單閉環(huán)流量控制系統(tǒng)調節(jié)器參數(shù)的整定方法。3．研究調節(jié)器相關參數(shù)的變化對系統(tǒng)靜、動態(tài)性能的影響。4．研究P、PI、PD和PID四種控制分別對流量系統(tǒng)的控制作用。5．掌握同一控制系統(tǒng)采用不同控制方案的實現(xiàn)過程。二、實訓設備（同前）三、實訓原理圖3.5.1單閉環(huán)流量定值控制系統(tǒng)(a)結構圖(b)方框圖本實訓系統(tǒng)結構圖和方框圖如圖3.5.1所示。被控量為電動調節(jié)閥支路（也可采用變頻器支路）的流量，實訓要求電動閥支路流量穩(wěn)定至給定