AE2000B型

過程控制實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)使用手冊

目錄

第一章DDC控制簡述.....................3

（一）、ICP8017模塊的功能介紹：.....................4

（二）、7000UTILITY軟件的使用說明....................5

（四）、ICP7000計(jì)算機(jī)組態(tài)介紹.......................9

第二章系統(tǒng)主題實(shí)驗(yàn)......................13

實(shí)驗(yàn)一、一階單容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)................13

實(shí)驗(yàn)二、二階雙容系統(tǒng)對象特性測試實(shí)驗(yàn)................18

實(shí)驗(yàn)三、鍋爐內(nèi)膽溫度二位式控制實(shí)驗(yàn)..................23

實(shí)驗(yàn)四、單容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)....................28

實(shí)驗(yàn)五、串接雙容水箱液位PID整定實(shí)驗(yàn)................33

實(shí)驗(yàn)六、鍋爐內(nèi)膽水溫PID整定實(shí)驗(yàn)（動態(tài)）............37

實(shí)驗(yàn)七、鍋爐夾套水溫PID整定實(shí)驗(yàn)（動態(tài)）............42

實(shí)驗(yàn)八、電磁流量計(jì)流量PID控制實(shí)驗(yàn).................46

實(shí)驗(yàn)九、上水箱和中水箱液位串級PID控制實(shí)驗(yàn).........50

實(shí)驗(yàn)十、鍋爐內(nèi)膽和夾套溫度串級控制系統(tǒng)..............53

實(shí)驗(yàn)十一、電磁和渦輪流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)............57

第一章DDC控制簡述

自動化技術(shù)是當(dāng)今舉世矚目的高技術(shù)之一，也是今后實(shí)現(xiàn)工業(yè)高度自動化

重點(diǎn)要發(fā)展的一個(gè)高科技領(lǐng)域?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)技術(shù)和自動化技

術(shù)被認(rèn)為是發(fā)展最為迅速的兩個(gè)分支，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)是這兩個(gè)分支相結(jié)合的

產(chǎn)物，是工業(yè)自動化的重要支柱。計(jì)算機(jī)控制可分為集中控制、分布式控制和

直接數(shù)字控制等。直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)是用一臺工業(yè)計(jì)算機(jī)配以適當(dāng)?shù)?/p>

輸入輸出設(shè)備，從生產(chǎn)過程中經(jīng)輸入通道獲取信息，按照預(yù)先規(guī)定的控制算法

（如PID、內(nèi)回流等）計(jì)算出控制量，并通過輸出通道，直接作用在執(zhí)行機(jī)構(gòu)

上，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)生產(chǎn)、實(shí)驗(yàn)過程的閉環(huán)控制，通常它有幾十個(gè)控制回路。

它的框圖如圖1-1所示從上圖可看出，

DOC檸;Wil一機(jī)

KV7017-JVDKT7O24-D/A

AE2000過丹抨制實(shí)40對望系塊

圖1.1DDC系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框

實(shí)驗(yàn)過程中的各種物理量（如溫度、壓力、流量、液位等），由一次儀表

（如溫度變送器、壓力變送器等）測量放大，統(tǒng)一變換為4?20mA（或1-5V）

信號，通過ICP8017模數(shù)轉(zhuǎn)換，作為DDC的輸入，計(jì)算機(jī)按照預(yù)定的控制程

序，對被測量進(jìn)行必要的處理、分析和比較，并按一定的規(guī)律（如PID控制規(guī)

律）進(jìn)行運(yùn)算，從而得出控制量的改變值，輸出到ICP8024數(shù)模轉(zhuǎn)換直接控制

執(zhí)行機(jī)構(gòu)。ICP8017是帶通訊功能的AD采集卡，ICP8024是帶通訊功能的DA

輸出卡。作為工控機(jī)AD采集卡的延伸產(chǎn)品在工控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。

(一)、ICP8017模塊的功能介紹：

ICP8017模塊：8通道模擬量輸入模塊。

工作電源：直流24V

輸入類型：電壓、電流。

輸入范圍:150~150mv,-500-500mv,-l~1v,-5~5v,?10~1()v,-2?20mA

通訊方式：485通訊

ICP8017模塊外部接線圖：任一通道接線圖：

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圖1-2ICP8017某一通道接線圖

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VIN6-

圖1-3ICP8017接線圖

ICP8024模塊：4路電壓型模擬量輸出，4路電流型模擬量輸出。

工作電源：直流24V

電流輸出范圍：0~20mA,4?20mA

電壓輸出范圍：-10v~10v,0-l0v,?5?5V,0?5V

通訊方式：485通訊

ICP8024模塊外部接線圖：任一通道接線方式：

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圖1-4ICP8024接線圖

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圖1-5ICP8024接線圖

（二）、7000Ut*ty軟件的使用說明

如圖所示:

7060702!70I2D7520

圖l-67000UHlity軟件啟動界面

TtMOUUtr?二、

E晝畫二1LOM3aujiuliINBCOutSCIUMI

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圖l-77000Utility軟件設(shè)置界面

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COMKttSwr66unIcrrrdtK>

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圖1-87OOOUlility軟件通訊檢測界面

7000Utility軟件主要是為7000系列的模塊提供以下功能:

檢測與主機(jī)相連的7000系列模塊。

設(shè)置7000系列的配置。

對7000系列各個(gè)模塊執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入或數(shù)據(jù)輸出。

保存檢測到模塊的信息（文件格式為*.map）

（三）、MCGS組態(tài)軟件的介紹：

MCGS組態(tài)軟件的安裝盤只有一張光盤。具體安裝步驟如下:

啟動Windows；

在相應(yīng)的驅(qū)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(yùn)行...“命令,運(yùn)行光盤中AutoRun.exe文

件），MCGS安裝程序窗口如下圖所示：

全中文工控的態(tài)軟件

r軟件■陽?

'靛MAG昌■>?[&——

?一.一一^I疏通獲C?工瓷?

博JV1《CG國SrEkfki

在安裝程序窗口中選擇“安裝MCGS組態(tài)軟件通用版”，啟動安裝程序

開始安裝；

隨后，安裝程序?qū)⑻崾灸阒付ò惭b目錄，用戶不指定時(shí)，系統(tǒng)缺省安裝到

D:\MCGS目錄下，如下圖所示:

安裝過程大約要持續(xù)數(shù)分鐘；MCGS系統(tǒng)文件安裝完成后，安裝程序要

建立象標(biāo)群組和安裝數(shù)據(jù)庫引擎，這一過程可能持續(xù)幾分鐘，請耐心等待；

安裝過程完成后，安裝程序?qū)棾觥鞍惭b完成”對話框，上面有兩個(gè)復(fù)選

框，重新啟動計(jì)算機(jī)和不啟動計(jì)算機(jī)。一般在計(jì)算機(jī)上初次安裝時(shí)需要選擇重

新啟動計(jì)算機(jī)。按下“完成”按鈕，將結(jié)束安裝程序的運(yùn)行，如下圖所示：

安裝完成后，Windows操作系統(tǒng)的桌面上添加了如下圖所示的兩個(gè)圖

標(biāo)，分別用于啟動MCGS組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境:

0盤

MCG5運(yùn)行環(huán)MCG5矩態(tài)環(huán)

境境

同時(shí)，Windows開始菜單中也添加了相應(yīng)的MCGS程序組，如下圖所

示；MCGS程序組包括五項(xiàng)：MCGS組態(tài)環(huán)境、MCGS運(yùn)行環(huán)境、MCGS電子

文檔、MCGS自述文件以及卸載MCGS組態(tài)軟件。運(yùn)行環(huán)境和組態(tài)環(huán)境為軟件

的主體程序，自述文件描述了軟件發(fā)行時(shí)的最后信息，MCGS電子文檔則包含

了有關(guān)MCGS最新的幫助信息。

由Adobe?I

W]discreet?I

國InstallShieW?I

Macromedia?I

目MCGS組態(tài)軟件?1?MCGS電子文檔

L勺MicrosoftDeveloperNetwork?回|MCGS運(yùn)行環(huán)境

定MicrosoftOffice工具?名MCGS自述文件

（§|MicrosoftSQLServer-Switch?度MCGS組態(tài)環(huán)境

MicrosoftSQLServer7.0?遁卸載MCGS組態(tài)軟件

忘MicrosoftVisualStudio6.0?!

Sj冏件?|

MCGS系統(tǒng)的運(yùn)行方式

MCGS系統(tǒng)分為組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境兩個(gè)部分。文件McgsSct.exe對應(yīng)于

MCGS系統(tǒng)的組態(tài)環(huán)境，文件McgsRun.exe對應(yīng)于MCGS系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境。

此外，系統(tǒng)還提供了幾個(gè)組態(tài)完好的樣例工程文件，用于演示系統(tǒng)的基本

功能。

MCGS系統(tǒng)安裝完成后，在用戶指定的目錄（或系統(tǒng)缺省目錄D:\MCGS）

下創(chuàng)建有三個(gè)子目錄：Program、Samples和Work。組態(tài)環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境對應(yīng)的

兩個(gè)執(zhí)行文件以及MCGS中用到的設(shè)備驅(qū)動、動畫構(gòu)件及策略構(gòu)件存放在子目

錄Program中，樣例工程文件存放在Samples目錄下，Work子目錄則是用戶的

缺省工作目錄。

分別運(yùn)行執(zhí)行程序McgsSet.exe和McgsRun.exe,就能進(jìn)入MCGS的組態(tài)

環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。安裝完畢后，運(yùn)行環(huán)境能自動加載并運(yùn)行樣例工程。用戶可

根據(jù)需要?jiǎng)?chuàng)建和運(yùn)行自己的新工程。

（四）、ICP7000計(jì)算機(jī)組態(tài)介紹

ICP7000通過RS485轉(zhuǎn)232通訊硬件和組態(tài)軟件進(jìn)行設(shè)備通訊組態(tài)，可采

集到ICP8017輸入模塊送來的（如：液位、溫度、流量）檢測信號，在組態(tài)軟

件里編寫（液位、溫度、流量）PID控制算法，由計(jì)算機(jī)送出輸出控制信號到

ICP8024再經(jīng)由他們送出到執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制端，即可組成閉環(huán)控制。通過畫面

組態(tài)，動畫組態(tài)和策略組態(tài)等，可以良好的完成計(jì)算機(jī)動態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)控對象的運(yùn)

行情況。并作出豐富的動態(tài)實(shí)時(shí)、歷史圖形曲線。

1、組態(tài)說明：組態(tài)一共可以分主控窗口、設(shè)備窗口、用戶窗口、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)

庫、運(yùn)行策略5大塊內(nèi)容，完成這五項(xiàng)，即完成的組態(tài)的全過程。在用戶窗口

選項(xiàng)菜單里，所有的計(jì)算機(jī)監(jiān)控界面組態(tài)窗口都在用戶窗口菜單項(xiàng)里建立。如

下圖所示:

■[工作自：DAMCGS'AtZOOOAOAMMCG]

加文聲電??：E>ItfO*A<DIMID皿蹌帖功:til二14J兇

口|￡舊|X|啕mD|U|士5三|1B|倒列"|jgj

以）±??DI。設(shè)&留D因用戶學(xué)口|隨實(shí)陰效禿喜|好運(yùn)行策珞工后面

牖始內(nèi)股的態(tài)￡度過制實(shí)險(xiǎn)3工小力fa疝々控制實(shí)輪---------/:苜頁

為一階取等特性用試實(shí)驗(yàn)於圖坦布I

雙容下小水0疝也行制買就5主菜血

總吸藥一階單3例歷史曲線§一階汆容特性如H曲在

一階單音密性實(shí)抬物導(dǎo)?一刖轉(zhuǎn)性并包防網(wǎng)§一階的性退出轉(zhuǎn)示斷我窗UI

上小水用疝包拄制衣包依羌a上小水用疝色拄制實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)5上小水用前位拄制退出混水

上小水箱成位歷史有線百上小水布就也時(shí)買曲往§雙毒F水相段也拉制存盤效據(jù)

雙容下水箱農(nóng)口技制實(shí)長拉9臺隊(duì)奪下木拓戌fl物制器出奏示$女存F才、箱戊也歷史由姣窗Uflt性I

我容下水用疝位實(shí)時(shí)曲線打蝌爐內(nèi)膽&度位式拄制存包依美S%爐內(nèi)心自度愴式拄制歷史曲緣

闞爐內(nèi)膽任度松式行制女M臼獨(dú)藥颯爐內(nèi)膽盡度位式拄制實(shí)檢》房爐內(nèi)膽g度也式拄制文險(xiǎn)指目

當(dāng)喝恒內(nèi)陽劭我怎度拉制存之?dāng)?shù)據(jù)

“爐內(nèi)陽忌度口式檸制退出85示$島爐內(nèi)RB動玄和度控制買糧la號

蚪忸內(nèi)膽研態(tài)的度行制退出示打戰(zhàn)爐內(nèi)膽用去用度歷史曲線S%爐內(nèi)膽動方&度實(shí)用曲緣

國爐夾gg度拄制。會敷據(jù)藥螭爐夾套盡度控制突檢》房爐尹玉區(qū)堂拄制女般指m

“恒先*國度控制退出國示呂矚恒夾*國度歷史曲統(tǒng)$島護(hù)，臭『口度實(shí)時(shí)曲縹

電期擊?計(jì)存量存與M挖為電破雨量il京*及制實(shí)名：，電以焉*計(jì)詢*拉知實(shí)驗(yàn)數(shù)學(xué)

電史梟量計(jì)總量控卻理出提示昌電生阮巨計(jì)也曾所f曲戰(zhàn)》電費(fèi)用復(fù)計(jì)而置：「的由衽

洪％漱尋與小派考打制存骨效據(jù)君渦曉歸身手卜沆號控制.為史由統(tǒng)S海坨而岳與小泳尋控制實(shí)用曲戰(zhàn)

酉洛的質(zhì)量與小而《控》供險(xiǎn)招號

涓輪而it與小近量"制實(shí)險(xiǎn)5洛粒而見與小而讓拄制電出隆市

§上水稻下水花成色率圾技制實(shí)檢

關(guān)干正當(dāng)侯或控制實(shí)檢系綾a件2。|?上水俯下水箱2包平繳存會敢先

上水用下方、相成也本系歷史由城打上水箱下水相疝包車級實(shí)列曲線9上水相下才選疝粒車級實(shí)長情耳

山水用下水IB施色#級退出美示

ICP8017和ICP8024數(shù)據(jù)采集是通過下圖所示的設(shè)備窗口組態(tài)來完成的。

詳細(xì)設(shè)置請參看組態(tài)軟件的幫助文檔。

QI捌0IM刈喇el引W電例到團(tuán)引訓(xùn)引

。設(shè)各。-10用田口父設(shè)各I

07017Tle470171

。7024-(ICP702q

OP1D-IP1D拄制就設(shè)各|

根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要采集的數(shù)據(jù)不同，設(shè)置不同的通道，本裝置同時(shí)提供

4路電壓輸入通道。若實(shí)驗(yàn)中只要用到一個(gè)通道，則不同的實(shí)驗(yàn)可以共用一個(gè)

通道。比如:通道ADO上的數(shù)據(jù)對象為pvl,那么流量、溫度、液位等都可以通

過這個(gè)通道采集上來，只是需要在用戶窗口里的控制腳本中把pvl轉(zhuǎn)化為流

量、溫度、液位的對應(yīng)值即可。

通道組態(tài)連接表:

實(shí)驗(yàn)名稱ICP8017通道值ICP8024通遑

接入信號數(shù)據(jù)對象對應(yīng)通道數(shù)據(jù)對象通道號

號

實(shí)驗(yàn)一、一階上水箱液位pvlADO0P2DAO

單容系統(tǒng)對象

特性測試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)二、二階中水箱液位pvlADO0P2DAO

雙容系統(tǒng)對象

特性測試實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)三、鍋爐鍋爐水溫pvlADOOP2DAO

內(nèi)膽溫度二位

式控制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)四、上水上水箱液位pvlADO0P2DAO

箱液位PID整

定實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)五、雙容中水箱液位pvlADOOP2DAO

中水箱液位控

制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)六、鍋爐鍋爐水溫pvlADOOP2DAO

內(nèi)膽溫度控制

實(shí)驗(yàn)（動態(tài)）

實(shí)驗(yàn)七、鍋爐夾套pvlADOOP2DAO

夾套溫度控制

實(shí)驗(yàn)（動態(tài)）

實(shí)驗(yàn)八、電磁電磁流量pvlADOOP2DAO

流量計(jì)流量控

制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)九、上中中水箱液位pvl（主控）ADOOP4DAI

水箱液位串級上水箱液位pv2（副控）ADI

控制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)十、鍋爐夾套溫度pvl（主控）ADOOP4DAI

內(nèi)膽溫度和夾內(nèi)膽溫度pv2（副控）ADI

套溫度串級控

制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)十一、電電磁流量pvl（主控）ADOOP4DAI

磁流量與渦輪渦輪流量pv2（副控）ADI

流量比值

下圖所示是主畫面的組態(tài)界面：包括對象的動力支路演示、實(shí)時(shí)液位的跟

蹤、給定值的設(shè)定、參數(shù)的調(diào)節(jié)、實(shí)時(shí)曲線和歷史曲線的記錄、通訊狀態(tài)的指

示等。

下圖所示的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫選項(xiàng)：在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫里建立數(shù)據(jù)對象名稱，組態(tài)

里需要用到的變量（如液位、溫度、流量、中間變量、比例、積分、微分等）

均在此定義，且一個(gè)變量對應(yīng)一個(gè)點(diǎn)，點(diǎn)數(shù)不能超過128點(diǎn)，若超過128點(diǎn),

運(yùn)行將出錯(cuò)。

文生日?HiO1E*W4入①XJUD8O（W）俯勒（9

口I圉卬?I、lImIHui加存圖劉N|切訓(xùn)電I

國主控窗口1。設(shè)備由口1?用戶窗口知實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)每1燈運(yùn)行策略1

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的上小箱液位”】軸上木箱液位組拊上下水制液位本級組

E3苜貢心雙容下水箱根位組鈿將輪流矍pvl

舊渦型流量㈢下木箱液位配下木福液位

祖一所特性液位組

在組態(tài)環(huán)境運(yùn)行組態(tài)好的程序可以直接按F5或點(diǎn)擊回按鈕即可進(jìn)入運(yùn)行

環(huán)境。

第二章系統(tǒng)主題實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一、一階單容水箱對象特性測試實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.熟悉單容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。

2.根據(jù)由實(shí)際測得的單容水箱液位的階躍響應(yīng)曲線，用相關(guān)的方法分別

確定它們的參數(shù)。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

AE2000B型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-

485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實(shí)驗(yàn)連接線。

三、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

單容水箱的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1-1所示。

四、實(shí)驗(yàn)原理

階躍響應(yīng)測試法是系統(tǒng)在開環(huán)運(yùn)行條件下，待系統(tǒng)穩(wěn)定后，通過調(diào)節(jié)器或

其他操作器，手動改變對象的輸入信號（階躍信號），同時(shí)記錄對象的輸出數(shù)

據(jù)或階躍響應(yīng)曲線。然后根據(jù)已給定對象模型的結(jié)構(gòu)形式，對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處

理，確定模型中各參數(shù)。

圖解法是確定模型參數(shù)的一種實(shí)用方法。不同的模型結(jié)構(gòu)，有不同的圖解

方法。單容水箱對象模型用一階加時(shí)滯環(huán)節(jié)來近似描述時(shí).，?？捎脙牲c(diǎn)法直接

求取對象參數(shù)。

如圖2-1所示，設(shè)水箱的進(jìn)水量為Q1,出水量為Q2,水箱的液面高度為

h,出水閥V2固定于某一開度值。根據(jù)物料動態(tài)平衡的關(guān)系，求得:

dzih

R*C*——+4h=RJAQz

2dt'

在零初始條件下，對上式求拉氏變換，得：

US)_H(s)=R2=K

Q<S)R/C*S+1-T*S+1

式中，T為水箱的時(shí)間常數(shù)(注意：閥V2的開度大小會影響到水箱的時(shí)間

常數(shù))，T=R2*C,K=R2為單容對象的放大倍數(shù)，RI、R2分別為VI、V2閥的

液阻，C為水箱的容量系數(shù)。令輸入流量Q1的階躍變化量為R0,其拉氏變換

式為QI(S)=RO/S,RO為常量，則輸出液位高度的拉氏變換式為:

KR。_______KRnKRj

H(S)=

S(TS+1)=-r-S+lT

當(dāng)匚T時(shí)，則有:

h(T尸KR0(1-e-1)=0.632KRO=0.632h(8)

即h(t)=KRO(l-e-tzT)

當(dāng)if8時(shí)，h(8)=KR0,因而有

K=h(00)/RO:輸出穩(wěn)態(tài)值/階躍輸入

一階慣性環(huán)節(jié)的響應(yīng)曲線是一單調(diào)上升的指數(shù)函數(shù)，如圖1-2所示。當(dāng)由

實(shí)驗(yàn)求得圖1-2所示的階躍響應(yīng)曲線后，該曲線.二升到穩(wěn)態(tài)值的63%所對應(yīng)時(shí)

間，就是水箱的時(shí)間常數(shù)T,該時(shí)間常數(shù)T也可以通過坐標(biāo)原點(diǎn)對響應(yīng)曲線作

切線，切線與穩(wěn)態(tài)值交點(diǎn)所對應(yīng)的時(shí)間就是時(shí)間常數(shù)T,其理論依據(jù)是：

dh叫1(九"ft_KR。h(8)

dtt-oTlwnTT

上式表示h(t)若以在原點(diǎn)時(shí)的速度h(8)/T恒速變化，即只要花T秒

時(shí)間就可達(dá)到穩(wěn)態(tài)值h(8)。

圖1-2階躍響應(yīng)曲線

五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和步驟

1、設(shè)備的連接和檢查

1).往AE2000B型過程控制對象的儲水箱灌水，水位達(dá)到總高度的9()%以

上時(shí)停止灌水。

2).打開以丹麥泵為動力的支路至上水箱的所有閥門，關(guān)閉動力支路上通往

其它對象的切爽閥門。

3).打開上水箱出水閥至適當(dāng)?shù)拈_度。

4).檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。

2、系統(tǒng)連線

1)如圖1-3所示，將I/O信號接口板上的上水箱液位的鈕子開關(guān)打到1?

5V位置。

20nAR/L

杓〃.入切A

+oo

STF

RHQ

.SD

oo

2)將上水箱液位+(正極)接到ICP8017的A/Io+端,上水箱液位一(負(fù)

極)接到ICP8017的A/Io一端。

3)將ICP8024的A/Oo+端接至電動調(diào)節(jié)閥的4~2()mA輸入端的+端(即正

極)，將ICP8024的A/Oo一端接至電動調(diào)節(jié)閥的4~20mA輸入端的一

端(即負(fù)極)。

4)電源控制板上的電源空氣開關(guān)、單相泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。

3、啟動實(shí)驗(yàn)裝置

1).將實(shí)驗(yàn)裝置電源插頭接到220V的單相交流電源。

2).打開電源帶漏電保護(hù)空氣開關(guān)。

3).打開電源總開關(guān)，電源指示燈點(diǎn)亮，即可開啟電源。

4、實(shí)驗(yàn)步驟

1).開啟24VDC電源開關(guān)和ICP8017、8024電源開關(guān)。

2).啟動計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)如圖1-4所示:

圖1-4、實(shí)驗(yàn)軟件界面

3).點(diǎn)擊設(shè)置輸出按鈕，設(shè)定輸出值的大小，這個(gè)值根據(jù)閥門開度的大小來

給定，一般初次設(shè)定值＜35。開啟單相泵電源開關(guān)，啟動動力支路。將

被控參數(shù)液位高度控制在30%處(一般為10cm)。

4).觀察系統(tǒng)的被調(diào)量：上水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若已平衡，應(yīng)記

求調(diào)節(jié)儀輸出值，以及水箱水位的高度hl和8024的測量顯示值并填入

表1-1O

表1-1

8024輸出值(0-100)水箱水位高度hl(cm)

5).迅速增加手動輸出值，增加5%的輸出量，記錄此引起的階躍響應(yīng)的過

程參數(shù),它們均可在上位軟件上獲得°以所獲得的數(shù)據(jù)繪制變化曲線0

表1-2

T(秒)

水箱水位hl(cm)

6).直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。再次記錄平衡時(shí)的下列數(shù)據(jù)，并填入表1-3。

表1-3

8024輸出值(0-100)水箱水位高度hl(cm)

7).將儀表輸出值調(diào)回到步驟5)前的位置，再記錄由此引起的階躍響應(yīng)過

程參數(shù)與曲線。填入表l-4o

表1-4

t(秒)

水箱水位hl(cm)

8).重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、作出一階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。

2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出一階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。

七、注意事項(xiàng)

1、本實(shí)驗(yàn)過程中，出水閥不得任意改變開度大小。

2、階躍信號不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止因

讀數(shù)誤差和其他隨機(jī)干擾影響對象特性參數(shù)的精確度。一般階躍信號取

正常輸入信號的5%~15%。

3、在輸入階躍信號前，過程必須處于平衡狀態(tài)。

八、思考題

1、在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意變化上水箱出水閥的開度大??？

2、用兩點(diǎn)法和用叨線對同一對象進(jìn)行參數(shù)測試，它們各有什么特點(diǎn)？

實(shí)驗(yàn)二、二階雙容系統(tǒng)對象特性測試實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.熟悉雙容水箱的數(shù)學(xué)模型及其階躍響應(yīng)曲線。

2.根據(jù)由實(shí)際測得的雙容液位階躍響應(yīng)曲線，分析雙容系統(tǒng)的飛升特

性。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

AE2000B型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-

485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實(shí)驗(yàn)連接線。

三、實(shí)驗(yàn)原理

雙容水箱的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖2-1所示。

圖2-1雙容水箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2-2變化曲線

如圖2-2所示，這是由兩個(gè)一階非周期慣性環(huán)節(jié)串聯(lián)起來，輸出量是下水箱

的水位h2o當(dāng)輸入量有一個(gè)階躍增加AQ1時(shí)，輸出量變化的反應(yīng)曲線如圖2-

38所示的Ah2曲線。它不再是簡單的指數(shù)曲線，而是就使調(diào)節(jié)對象的飛升特性

在時(shí)間上更加落后一步。在圖中S形曲線的拐點(diǎn)P上作切線，它在時(shí)間軸上截

出一段時(shí)間0A。這段時(shí)間可以近似地衡量由于多了一個(gè)容量而使飛升過程向

后推遲的程度，因此，稱容量滯后，通常以TC代表之。

設(shè)流量Q1為雙容水箱的輸入量，下水箱的液位高度h2為輸出量，根據(jù)物

料動態(tài)平衡關(guān)系，并考慮到液體傳輸過程中的時(shí)延，其傳遞函數(shù)為：

■^7-5Je一J

式中K=R3,T1=R2C1,T2=R3C2,R2、R3分別為閥V2和V3的液阻，

Cl和C2分別為上水箱和下水箱的容量系數(shù)。式中的K、T1和T2須從由實(shí)驗(yàn)

求得的階躍響應(yīng)曲線上求出。具體的做法是在圖2-7所示的階躍響應(yīng)曲線上

?。?/p>

1)>h2(t)穩(wěn)態(tài)值的漸近線h2(8)；

2)、h2(t)|t=tl=().4h2(8)時(shí)曲線上的點(diǎn)A和對應(yīng)的時(shí)間tl；

3)、h2(t)3t2=0.8h2Q)時(shí)曲線上的點(diǎn)B和對應(yīng)的時(shí)間t2°

然后，利用下面的近似公式計(jì)算式2-1中的參數(shù)K、T1和T2。其中：

屈(8)=輸入德福值

-費(fèi)丁一階力輸入星

ti+ti

Ti+Tim

T16

TITIQ.748-055)

(Ti+Tx)1

對于式(2-1)所示的二階過程，0.32<tl/t2<0.46?當(dāng)tl/t2=0.32時(shí)，可近

似為一階環(huán)節(jié)；當(dāng)tl/t2=0.46時(shí)，過程的傳遞函數(shù)G(S)=K/(TS+1)2(此時(shí)

Tl=T2=T=(tl+t2)/2*2.18)

圖2-3階躍響應(yīng)曲線

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1、設(shè)備的連接和檢查

1).打開以丹麥泵為動力的支路至上水箱的所有閥門，關(guān)閉動力支路上通往

其它對象的切換閥門。

2).打開上水箱出水閥和中水箱的出水閥至適當(dāng)?shù)拈_度。

3).檢查電源開關(guān)是否關(guān)閉。

2、系統(tǒng)連線

接線如圖2-4所示：

輸出通道

k

A/00

一

4-OUA”2位<-20aAR/L

杓初，入用利，,杓“■入切捻

+oo

STF

RHQ

_SD

L-@-O-oo

__//_________>

圖2-4實(shí)驗(yàn)接線圖

1).將中水箱液位+接到8017的A/Io+端，中水箱液位一(負(fù)端)接到8017

的A/Io一端。

2).將8024的A/Oo+端接至電動調(diào)節(jié)閥的4~2()mA輸入端的+端，將8024

的A/Oo一端接至電動調(diào)節(jié)閥的4?2()mA輸入端的一。

3).電源控制板上的電源空氣開關(guān)、丹麥泵電源開關(guān)打在關(guān)的位置。

3、實(shí)驗(yàn)步驟

1).打開空氣開關(guān)，開啟24VDC電源開關(guān)，下水箱液位傳感器輸出信號為

1?5V電壓信號。

2).啟動計(jì)算機(jī)MCGS組態(tài)軟件，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)界面如圖2-5所

/Ko

圖2-5實(shí)驗(yàn)軟件界面

3).開啟單相泵電源開關(guān)，啟動動力支路，手動將輸出值迅速上升到小于等

于1(),將被控參數(shù)液位高度控制在3()%處(一般為10cm)。

4).觀察系統(tǒng)的被調(diào)量一一水箱的水位是否趨于平衡狀態(tài)。若己平衡，應(yīng)記

錄調(diào)節(jié)儀輸出值，以及水箱水位的高度h2和測量顯示值并填入表2-1o

表2-1

輸出值(0-100)水箱水位高度h2(cm)顯示值(cm)

5).迅速增加手動輸出值，增加1()%的輸出量，記錄此引起的階躍響應(yīng)的過

程參數(shù)，均可在上位軟件上獲得各項(xiàng)參數(shù)和數(shù)據(jù)，并繪制過程變化曲

線。

表2-2

T(秒)

水箱水位h2(cm)

測量值讀數(shù)(cm)

6).直到進(jìn)入新的平衡狀態(tài)。再次記錄測量數(shù)據(jù)，并填入表2-3。

表2-3

輸出值(0-100)水箱水位高度h2(cm)顯示值(cm)

7).將輸出值調(diào)回到步驟5)前的位置，再記錄由此引起的階躍響應(yīng)過程參

數(shù)與曲線。填入表2-4

表2-4

T(秒)

水箱水位h2(cm)

測量值讀數(shù)(cm)

8).重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。

五、注意事項(xiàng)

1、做實(shí)驗(yàn)過程中，中水箱出水閥不得任意改變開度大小。

2、階躍信號不能取得太大，以免影響正常運(yùn)行；但也不能過小，以防止影

響對象特性參數(shù)的精確性。一般階躍信號取正常輸入信號的5%~15%。

3、在輸入階躍信號前，過程必須處于平衡狀態(tài)。

六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求

1、作出二階環(huán)節(jié)的階躍響應(yīng)曲線。

2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中所述的方法，求出二階環(huán)節(jié)的相關(guān)參數(shù)。

3、試比較二階環(huán)節(jié)和一階環(huán)節(jié)的不同之處。

七、思考題

1、在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)，為什么不能任意變化中水箱出水閥的開度大??？

2、用兩點(diǎn)法和用切線法對同一對象進(jìn)行參數(shù)測試，它們各有什么特點(diǎn)？

實(shí)驗(yàn)三、鍋爐內(nèi)膽溫度二位式控制實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1、熟悉實(shí)驗(yàn)裝置，了解二位式溫度控制系統(tǒng)的組成。

2、掌握位式控制系統(tǒng)的工作原理、控制過程和控制特性。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

AE2000B型過程控制實(shí)驗(yàn)裝置、萬用表、上位機(jī)軟件、計(jì)算機(jī)、RS232-

485轉(zhuǎn)換器1只、串口線1根、實(shí)驗(yàn)連接線。

三、實(shí)驗(yàn)原理

1、溫度傳感器

溫度測量通常采用熱電阻元件（感溫元件）。它是利用金屬導(dǎo)體的電阻值

隨溫度變化而變化的特性來進(jìn)行溫度測量的。其電阻值與溫度關(guān)系式如下：

Rt=RtO[l+a（t-tO）]

式中Rt——溫度為t（如室溫20℃）時(shí)的電阻值；

RtO——溫度為t（）（通常為0℃）時(shí)的電阻值；

Q——電阻的溫度系數(shù)。

可見，由于溫度的變化，導(dǎo)致了金屬導(dǎo)體電阻的變化。這樣只要設(shè)法測出

電阻值的變化，就可達(dá)到溫度測量的目的。

雖然大多數(shù)金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度的變化而變化，但是它們并不能都作

為測溫用的熱電阻。作為熱電阻的材料一般要求是：電阻溫度系數(shù)小、電阻率

要大、熱容量要??；在整個(gè)測溫范圍內(nèi)，應(yīng)具有穩(wěn)定的物理、化學(xué)性質(zhì)和良好

的重復(fù)性；并要求電阻值隨溫度的變化呈線性關(guān)系。

但是，要完全符合上述要求的熱電阻材料實(shí)際上是有困難的。根據(jù)具體情

況，目前應(yīng)用最廣泛的熱電阻材料是伯和銅。本裝置使用的是鉆電阻元件

PT100,并通過溫度變送器（測量電橋或分壓采樣電路或者AI人工智能工業(yè)調(diào)

節(jié)器）將電阻值的變化轉(zhuǎn)換為電壓信號。

伯電阻元件是采用特殊的工藝和材料制成，具有很高的穩(wěn)定性和耐震動等

特點(diǎn)，還具有較強(qiáng)的抗氧化能力。

在0~650℃的溫度范圍內(nèi)，始電阻與溫度的關(guān)系為：

Rt=RtO(l+At+Bt24-Ct3)

式中Rt——溫度為t(如室溫2()℃)時(shí)的電阻值；

RtO一一溫度為tO(通常為()℃)時(shí)的電阻值；

A、B、C是常數(shù)，一般A=3.90802*10—31/℃,B=-5.802*10-