过程控制仪表与装置实验指导书.doc
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过程控制仪表与装置实验指导书张法业 荣卫平 编写2007年11月目 录实验一 温度变送器的调校1实验二、智能自整定PID调节控制仪的调校8实验三 变送器、调节器在液位单回路控制系统中的应用14实验一 温度变送器的调校一、实验目的1 掌握温度变送器内部参数的调校方法。2 验证温度变送器的测量精度。二、实验设备 WP-201温度变送器一个、多功能过程信号校准仪一个、万用表一个、智能编程仪一个、导线若干,计算器一个(自带)。三、实验原理1、Pt100热电阻在工业现场中,当系统的被测介质不会超过100度时,一般采用Pt100热电阻作为温度传感器,以便获得比较高的精度。当然,也有可能使用热电阻。本实验主要使用Pt100热电阻。通常情况下,Pt100使用两线制或三线制接法。采用三线制接法是为了减少测量误差,因为在多数测量中,热电阻远离测量电桥,因此,与热电阻相连的导线长。当环境温度变化时,连接导线的电阻值将有明显的变化。为了消除连接导线的阻值的变化带来的测量误差,采用了三线制接法,即在两端元件的两端分别引出两条导线,这两条导线(材料、长度、粗细相同等)又分别加在电桥相邻的两个桥臂上,如图11所示:Pt10024V DC图11 Pt100与温度变送器接线原理图Pt100电阻在0时为100,温度每升高1,电阻增大大约0.4,但不是非常线性的。2、温度变送器调校方法与原理Pt100热电阻的电阻和温度并不是严格的一阶线性关系,实验中采用一阶曲线拟合(两点法)的方法,利用-200和650两个点对Pt100的电阻温度曲线进行拟合。实验时,通过智能数字编程仪改变变送器的零点迁移和量程比例即可实现对变送器的调校。智能数字编程仪的面板如图: :SET键 :RESER键 :减一键 :加一键 零点迁移和量程比例的计算方法如下: 、显示零点迁移和显示量程比例的计算:以本实验使用的温度变送器为例,其输入信号为18.52329.64的电阻信号,测量量程为200650,现做做校对时发现输入18.52时显示-202,输入329.64时显示651,假定原Pb1=0,原KK1=1,根据公式:KK1=预定量程显示量程原KK1=650(200)651(202)10.9965Pb1=预定量程下限显示量程下限KK1+原Pb1 =200(2020.9965)+0=1.2931.3设定:Pb1=1.3,KK1=0.9965、变送输出零点迁移和变送输出量程比例的计算:以本实验使用的温度变送器为例, 测量量程为200650, 变送输出420mA, 现做校对时发现仪表的发现输入18.52和329.64时,仪表分别输出3.9mA和20.1mA,设原仪表Pb3=20.0,KK3=1.000根据公式:KK3=预定输出量程实际输出量程原KK3 =(20-4)(20.1-3.9)1.000 =0.988 Pb3=预定下限输出实际下限输出量程KK3+原Pb3 =20.1设定:Pb3=20.1 KK3=0.9883、实验原理图、实验原理图WP-201型温度变送器多功能过程信号校准仪输入智能数字编程仪万 用 表输出、WP201型温度变送器接线图Pt1002220V2143567894-20mA输出图13 WP201型温度变送器接线图四、实验内容与步骤1、按照图1所示引脚接线,1、2脚接220伏电源,5、6脚短路,从4、5脚引出2根导线接电阻箱,7、8脚引出2根导线接万用表,并且万用表打到直流20毫安档。2、打开电源,熟悉智能数字编程仪的一级、二级参数的意义及设定方法(参数的具体意义参见附录)。用户参数设定:模块在PV值显示状态下,按SET键将CLK设成132,同时按住SET和键,5秒钟后即可进入用户参数的设定,然后继续按SET可调出不同参数 ,按上下增键即可修改参数值,最后再按SET键确认。最后,按SET键5秒后,仪表自动回到测量值显示状态。3、根据Pt100分度表,分别调节多功能过程信号校准仪到-200度和650度所对应的电阻值,从智能编程仪上分别读出对应的温度值,并与标准值比较,当上下限显示量程与实际有误差时,可通过修改pb1和kk1来调整,具体按下列方法(可参见实验原理2): kk1=预定量程/显示量程*原kk1 pb1=预定量程下限-显示量程下限*kk1+原pb1多次调整直到显示量程与实际值一致。原kk1=_ 原pb1=_;设定kk1=_ 设定pb1=_设定智能数字编程仪二级参数中的kk1、pb1为校对后的值,具体调整方法见步骤24、当多功能过程信号校准仪打到-200度和650度所对应的电阻值时,从万用表上分别读出所对应的温度变送器输出的电流值,当上下限变送输出与实际有误差时(实际值应为4mA和20mA),可通过修改pb3和kk3来调整,具体按下列方法(可参见实验原理2):、 Kk3=预定输出量程/实际输出量程*原kk3Pb3=预定下限输出-实际下限输出*kk3+原pb3多次调整直到显示量程与实际值一致。原kk3=_ 原pb3=_;设定kk3=_ 设定pb3=_设定智能数字编程仪二级参数中的kk3、pb3为校对后的值,具体调整方法见步骤25、对照Pt100分度表在0到100度之间均匀选一组数分别从智能编程仪和万用表中读出测量温度值和变送器输出电流值,并将数据填入下表电阻值()18.5260.26100.00138.51175.86212.05247.09280.98标准温度()-200-1000100200300400500实测温度()温度误差(%)标准输出(mA)45.887.769.6511.5213.4115.2917.17实际输出(mA)输出误差(%)电阻值()313.71329.64标准温度()600650实测温度()温度误差(%)标准输出(mA)19.0620实际输出(mA)输出误差(%)温度测量相对误差:变送输出相对误差:五、编程仪面板说明及参数设置表表一、智能编程仪面板各部分说明名称内容备注显示器四位LED显示显示过程测量值在参数设定状态下,显示参数符号或设定值无操作数SET参数设定键可以记录已变更的设定值可以按顺序变换参数设定模式可以变换显示或参数设定模式设定值减少键变更设定值时,作为减少数值连续按压,将作自动快速减1设定值增加键变更设定值时,作为增加数值连续按压,将作自动快速加1复位(RESET)用于程序清零指示灯电源指示灯模块电源正常时红色指示灯亮AL指示灯当控制或报警输出时绿色指示灯亮表二、智能编程仪工程参数(一级参数)设定符号名称设定范围参数说明备注CLK设定参数禁锁CLK=00、132无禁锁设定参数时可修改CLK00、132禁锁设定参数时不可修改CLK=132进入用户参数(二级参数)设定AL1控制或报警值-19999999出场设置为100AH1控制或报警回差值09999出厂设定值为2表三、智能编程仪用户参数(二级参数)设定符号名称设定范围参数说明备注SL0输入分度号0228:Pt100输入;12:4-20mA输入实验前设定SL1设定PV小数点SL1=00实验前设定SL2第一控制或报警方式勿设定SL6内冷补勿设定SL8报警功能选择勿设定DE通讯仪表设备号0254勿设定BT仪表通讯波特率设定勿设定Pb1显示零点迁移全量程设定显示值零点的迁移量,出厂设为0实验校对KK1显示量程比例01.999设定显示量程的比例,出厂设为1.000实验校对Pb3第一路变送输出的零点迁移0100.0设定变送输出的零点迁移量,出厂设为20.0实验校对KK3第一路变送输出的量程比例01.200设定变送输出的量程比例,出厂设为1.000实验校对Pb4第二路变送输出的零点迁移0100.0设定变送输出的零点迁移量勿设定KK4第二路变送输出的量程比例01.200设定变送输出的量程比例勿设定1OL第一路变送输出量程下限全量程设定变送输出的下限实验前设定为2001OH第一路变送输出量程上限全量程设定变送输出的上限实验前设定为6502OL第二路变送输出量程下限全量程设定变送输出的下限实验前设定为002OH第二路变送输出量程上限全量程设定变送输出的上限实验前设定为1000实验二、智能自整定PID调节控制仪的调校一、试验目的:、了解智能自整定PID调节控制仪的工作原理及内部参数的校正方法。、验证智能自整定PID调节控制仪的输出精度。二、实验设备WP-201智能调节仪一个,多功能过程信号校准仪一个,智能编程仪一个,智能自整定PID调节控制仪一个,万用表一个,计算器一个(自带)。三、实验原理图1、实验原理图PID智能调节仪多功能过程信号校准仪万用表 2、PID调节器的调校方法与原理智能数字编程仪的面板如图:PVSVSET主屏副屏报警指示灯1报警指示灯2功能指示灯控制输出指示灯复位键设定值加一键设定值减一键参数选择键零点迁移和量程比例的计算方法如下: 、显示零点迁移和显示量程比例的计算:以本实验使用的温度变送器为例,其输入信号为18.52329.64的电阻信号,测量量程为200650,现做做校对时发现输入18.52时显示-202,输入329.64时显示651,假定原Pb1=0,原KK1=1,根据公式:KK1=预定量程显示量程原KK1=650(200)651(202)10.9965Pb1=预定量程下限显示量程下限KK1+原Pb1 =200(2020.9965)+0=1.2931.3设定:Pb1=1.3,KK1=0.9965、变送输出零点迁移和变送输出量程比例的计算:以本实验使用的温度变送器为例, 测量量程为200650, 变送输出420mA, 现做校对时发现仪表的发现输入18.52和329.64时,仪表分别输出3.9mA和20.1mA,设原仪表Pb3=20.0,KK3=1.000根据公式:KK3=预定输出量程实际输出量程原KK3 =(20-4)(20.1-3.9)1.000 =0.988 Pb3=预定输出量程下限实际输出量程下限KK3+原Pb3 =20.1设定:Pb3=20.1 KK3=0.9883、PID智能调节仪接线图14765432113121198101615AC220VPIDOUT mA/VmAinVinmAin或Vin的GND图二、调节器接线图注:mAin或Vin和GND接变送器输出四、实验步骤:、按实验原理图连线,接通电源,熟悉PID智能调节仪的一级、二级参数(各个参数的意义参见附录),并按参数设定表将需要提前设定的参数设定好。 智能自整定PID调节控制仪参数的修改:在主屏显示测量值的情况下,按压SET键,以表转入控制参数设定状态。在CLK=00的状态下继续按SET键对一级参数进行调节,在仪表一级参数设定状态下,修改CLK=132后,在PV显示CLK,SV显示132状态下,同时按下SET键和增加键5秒,以表及进入二级参数设定。二级参数修改状态下,每按SET即按照顺序顺序变化。可通过增加键和减少键修改参数。、PID调节器的显示输入校准按Pt100分度表将电阻箱分别调到-200和650摄氏度所对应的电流值,从智能自整定PID调节控制仪的主屏(即PV屏)读出所对应的温度输出值,如与标准值有差值,则按下列方法修改Pb1和KK1值(计算方法可参考注一):KK1预定量程显示量程原KK1Pb1预定量程下限显示量程KK1原Pb1可按此方法反复校正直到满意(误差为正负摄氏度)为止。 原kk1=_ 原pb1=_;设定kk1=_ 设定pb1=_设智能自整定PID调节控制仪二级参数中的kk1、pb1为校对后的值,具体调整方法见步骤1五、实验结果标准输入(mA)4.005.887.769.6511.5213.4115.2917.17标准温度()-200-1000100200300400500实测温度()温度误差(%)标准输出(mA)4.005.887.769.6511.5213.4115.2917.17实际输出(mA)输出误差(%)标准输入(mA)19.0620.0标准温度()600650实测温度()温度误差(%)标准输出(mA)19.0620.0实际输出(mA)输出误差(%)温度测量相对误差:附录:WP-D20型PID调节器参数设置表表一、WP-D20型PID调节器工程参数(一级参数)表符号名称设定范围说明设定值CLK设定参数禁锁CLK=00CLK00, 132CLK=132无禁锁(设定参数可修改)禁锁(设定参数不可修改)进入二级参数可设为00或132AL1第一控制或报警值-19999999显示第一控制或报警的报警设定值实验前设为-199.9AL2第二控制或报警值-19999999显示第二控制或报警的报警设定值实验前设为=655AH1第一报警回差值0255显示第一报警的回差值无需改动AH2第二报警回差值0255显示第二报警的回差值无需改动CON内部参数CON=0控制输出为ID控制无需改动P比例带全量程显示程序比例带的设定值无需改动I积分时间01999秒显示程序积分时间的设定值无需改动D微分时间01999秒显示程序微分时间的设定值无需改动AT积分分离值全量程可有效防止积分饱和无需改动T0逻辑运算时间1200秒精度:10ms显示PID参数运算周期无需改动T1输出周期1200秒精度:10ms显示控制周期无需改动AUT自动演算AUT=0-关AUT=1-开关-手动设定PID参数值开-自动演算无需改动AH逻辑回差值全量程显示自动演算输出时的逻辑回差值无需改动表二、WP-D20型PID调节器二级参数表符号名称设定范围说明备注SL0输入输入分度号02012:420mA输入实验前设为12SL1小数点设定0301:一位小数实验前设为01SL2第一控制或报警方式0601:下限报警00:无报警实验前设为00SL3第二控制或报警方式0602:上限报警实验前设为00SL4冷端补偿01实验前设为00SL5闪烁报警设定0101:闪烁报警实验前设为00SL6滤波系数勿设定SL7内部保留参数勿设定DE设备号勿设定BT通讯波特率勿设定T1保留参数勿设定B1F1PID作用方式0100:正作用实验前设为00F2PID输出类型0101:mA或V输出实验前设为01F3SV显示方式0300:SV显示控制目标值实验前设为00IN2第二路输入开关0001实验前设为00OH保留参数勿设定PIDLPID控制输出下限0100%实验前设为00PIDHPID控制输出上限0100%实验前设为100Pb1零点迁移全量程显示输入的零点迁移量,出厂设为0.0实验校对KK1放大比例0.0001.999显示输入量程的放大比例,出厂设为1.000实验校对Pb2冷端补偿勿设定KK2冷端补偿增益勿设定Pb3变送输出零点迁移全量程显示变送输出的零点迁移量,出厂设为20.0,实验校对KK3变送输出放大比例0.0001.999显示变送输出的放大比例,出厂设为1.000实验校对Pb4控制输出放大比例全量程显示控制输出的零点迁移量勿设定KK4控制输出放大比例0.0001.999显示控制输出的放大比例勿设定OUTL变送输出量程下限全量程设定变送输出的下限量程实验前设为4OUTH变送输出量程上限全量程设定变送输出量程上限实验前设为20PVL闪烁报警下限全量程设定闪烁报警下限量程实验前设为199.9PVH闪烁报警上限全量程设定闪烁报警上限量程实验前设为655SVL测量量程下限-19999999测量量程下限实验前设为199.9SVH测量量程上限-19999999测量量程上限实验前设为650实验三 变送器、调节器在液位单回路控制系统中的应用一、实验目的1、学习和掌握也为变送器、调节器的工作原理2、学会单回路PID参数的整定3、了解信号的传输方式和路径,熟悉工业过程的控制方法二、实验设备 A2000多热工参数控制实验系统,万用表,PID 调节器一块,接线四条三、实验原理-PID调节器液位对象液位变送器设定值+四、实验内容与步骤1、实验接线:将A2000IO接口模块的锅炉内液位信号端(420mA输入)接到A2000多热工参数控制实验系统的IO电力系统模块的内给定PID调节器的输入端;将A2000IO接口模块的调节阀控制信号(420mA输出)接到A2000IO电力系统模块内给定PID调节仪的输出端,注意连接线的正负端的正确连接。2、经实验指导老师检查许可,打开电源,打开左边水泵开关,启动单回路液位控制系统。3、自动运行状态下,主屏显示液位的测量值PV(百分制),副屏显示变送输出信号SV(420mA)4、自动状态下,直接按或按钮调节液位给定值(控制范围在10%85%之间),输出电流范围417.5mA,观察液位跟踪情况和阀门开关情况,如果需要可以按以下步骤整定PID参数,观察液位跟踪速度(一般情况下,仪器出厂设置即可满足实验要求P:10 :50 D:0 )。参数调整步骤:(S代表按SET键,按键进行加减操作)SetSetSetSetSetSet自动工作状态PIDSETADPTPIDUSLPIDXxxxPID.IXxxxPID.PXxxxPID.D四、实验结果PID给定液位SV(%)实际测量液位(%) 注意事项:1、本实验为220V交流供电,注意用电安全。2、PID调节器二级参数已校准,请勿随意设置,若已经进入二级参数校正请连续按SET键退出。- 配套讲稿:
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