《自动化仪表与过程控制》实验指南.docx

1、自动化仪表与过程控制实验指南自动化仪表与过程控制实验指导书（修订稿）电气工程系 实验一 自动化仪表的认识与选用 2实验二 智能调节器的使用与特性测试 3实验三 电动执行机构的使用与特性测试 4实验四 温度变送器的使用与特性校验 5实验五 JX-300X 构成原理与SCNet网络组态 6实验六 JX-300X 系统I/O组态 8实验七 JX-300X 系统操作组态 12实验八 JX-300X 系统控制组态 15实验九 过程对象实验建模研究 17实验十 单回路控制系统的组态与工程整定 18实验十一 串级控制系统的组态与工程整定 19实验十二 前馈-反馈控制系统的组态与工程整定 20实验十三 比值控

2、制控制系统的组态与工程整定 21实验十四 自选复杂方案控制系统（组态）设计 22实验十五 自选复杂方案控制系统（编程）设计 23实验一 自动化仪表的认识与选用一、实验目的1. 认知实验室中的各种自动化仪表。2. 了解实验室中的各种变送器（DDZ-温度变送器，DDZ-压力变送器，DDZ-差压变送器，DDZ-液位变送器，DDZ-电磁式流量变送器，DDZ-型靶式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻）、控制器（智能调节器、KMM可编程调节器和JX-300X集散型控制系统）及执行器（ZJK-210C 型电动执行器，ZPE-2010Q伺服放大器，型交流一

3、体化调压模块，型变频调速水泵）的结构原理与性能特点。3. 初步了解实验室中的各种变送器、控制器及执行器的合理选型、正确安装与使用方法。二、主要实验设备1. JX-300X集散控制系统，XMTF-A智能调节器，KMM可编程调节器。2. DDZ-温度变送器，DDZ-压力变送器，DDZ-差压变送器，DDZ-液位变送器，DDZ-电磁式流量变送器，DDZ-型靶式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻。3. DDZ - 型电动执行器（ZJK-210C），ZPE-2010Q伺服放大器，型交流一体化调压模块（15A），型变频调速水泵。三、实验内容1. 各种自动

4、化仪表的认识。2. 实验室中的各种变送器的功能特点、主要技术参数与正确安装使用。3. 实验室中的各种执行器的功能特点及合理选型与正确安装使用。4. 实验室中各种控制仪表的功能特点与选用。四、实验报告1. 列写实验室中主要检测仪表的作用及主要技术参数。2. 阐述实验室中各类执行仪表的作用及性能特点。3. 阐述实验室中各种控制仪表的性能特点及应用场合。实验二 智能调节器的使用与特性测试一、实验目的1. 掌握XMTF-A智能调节器的操作方法。2. 加深理解XMTF-A调节器的控制参数设置、调节器的正/反作用方式设定以及手动/自动切换应注意的问题。3. 掌握工业调节器的比例、比例积分和比例积分微分调节

5、规律的控制作用特点。4. 掌握工业调节器控制参数的实验测定方法。二、主要实验设备1. XMTF-A智能调节器。2. DDZ-恒流给定器，电流表，+24V直流电源。三、实验内容与要求1. 按XMTF-A智能调节器使用说明书熟悉操作方法。2. 提出接线方案并构建观察阶跃响应的实验系统。3. 将调节器设置为纯P调节器、正作用方式且比例度 =50，在输入偏差阶跃扰动下（幅度控制在8范围内），分别记录下输入偏差的阶跃扰动幅度和极性以及输出响应曲线。4. 将调节器设置为PI调节器、正作用方式且比例度 =50、积分时间TI = 8秒，在输入偏差阶跃扰动下（幅度控制在8范围内），分别记录下输入偏差的阶跃扰动幅

6、度和极性以及调节器的输出响应曲线。5. 将调节器设置为PID调节器、正作用方式且比例度 = 50、积分时间TI = 8秒、微分时间TD= 2秒，在输入偏差阶跃扰动下（幅度控制在8范围内），分别记录下输入偏差的阶跃扰动幅度和极性以及控制参数、TI和TD的设置值以及调节器的输出响应曲线。四、实验报告1. 画出能够观察阶跃响应的实验系统接线图。2. 按实验步骤3的实验结果，计算出调节器比例度的实际值，并与设置值进行比较。3. 按实验步骤4的实验结果，计算出调节器比例度 和积分时间TI的实际值，并与设置值进行比较。3. 按实验步骤5的实验结果，计算出调节器比例度 、积分时间TI和微分时间TD的实际值，

7、并与设置值进行比较。实验三 电动执行机构的使用与特性测试一、实验目的1. 加深理解电动执行器组成、气开/气关型式和性能特点。2. 掌握伺服放大器的组成原理、使用与特性测试方法。3. 掌握执行器的组成原理、使用与特性测试方法。4. 掌握电动执行机构的整机特性测试方法。二、主要实验设备1. DDZ - 型执行器（ZJK-210C），ZPE-2010Q伺服放大器。2. DDZ-恒流给定器，mA电流表，指示灯，按钮开关，接插连接器等。3. 20直通单座调节阀。4. 24V直流电源。三、实验内容与要求1. 阅读ZJK-210C执行器使用说明书和ZPE-2010Q伺服放大器使用说明书，熟悉使用方法。2.

8、提出接线方案并构建测试ZPE-2010Q伺服放大器特性的实验系统，当伺服放大器的输入偏差分别为Ii IF 、Ii IF 、Ii IF和Ii IF时的实验结果。2. 画出测试ZJK-210C执行器特性的实验系统接线图，根据执行器 IF随输出角行程变化关系的实验结果，给出执行器的位置发送器特性（表格或特性曲线）。3. 画出由ZJK-210C执行器和ZPE-2010Q伺服放大器构成的位置负反馈实验系统接线图，根据电动执行机构输出角行程 随输入给定电流Ii变化关系的实验结果，给出电动执行机构的整机特性（表格或特性曲线）。实验四 温度变送器的使用与特性校验一、实验目的1. 认知实验室中的各种自动化仪表。

9、2. 加深理解实验室中的变送器和执行器的构成原理。3. 基本掌握实验室中的变送器、控制器及执行器的性能特点。4. 初步了解实验室中的各种变送器、控制器及执行器的合理选型、正确安装与使用方法。二、主要实验设备1. DBW - 5500A温度变送器。2. DDZ-恒流给定器（在1.0电阻上产生毫伏信号），mA电流表。3. 100电阻、200多圈电位器，冷端补偿电阻1套。3. 24V直流稳压电源。三、实验内容与要求1. 阅读DBW - 5500A温度变送器使用说明书，熟悉使用方法。2. 提出接线方案并构建一个配接K分度号热电偶（由恒流给定器产生的毫伏信号代替）的实验系统，通过量程调整、零点调整和零点

10、迁移实现温度变送器的特性如下：温度变送器输入毫伏信号（mV）： 5 6 7 8 9温度变送器标准输出电流 (m A )： 4 8 12 16 20温度变送器实际输出电流 (m A )：3. 提出接线方案并构建一个配接Pt100分度号热电阻（由100电阻和200多圈电位器代替）的实验系统，通过量程调整、零点调整和零点迁移实现温度变送器的特性如下：温度变送器输入电阻（）： 100 145 190 235 280温度变送器标准输出电流 (m A )： 4 8 12 16 20温度变送器实际输出电流 (m A )： 四、实验报告1. 画出等效于配接K分度号热电偶的温度变送器实验系统接线图，列出温度变送

11、器的特性实测值，计算出变送器精度。2. 画出等效于配接Pt100分度号热电阻的温度变送器实验系统接线图，列出温度变送器的特性实测值，计算出变送器精度。实验五 JX-300X 构成原理与SCNet网络组态一、实验目的1. 熟悉SUPCON JX-300X集散型控制系统的构成原理、控制系统规模与特点。2. 理解掌握JX-300X控制站的微观结构及控制站中各卡件的功能与作用。3. 初步熟悉JX-300X的操作站组态软件的主画面与功能菜单。4. 掌握JX-300X的过程控制网络SCNet组态方法。二、实验设备1. JX-300X集散控制系统。2. DDZ-压力变送器，DDZ-液位变送器，DDZ-电磁式

12、流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻。3. DDZ - 型电动执行器（ZJK-210C），ZPE-2010Q伺服放大器，型交流一体化调压模块（15A），型变频调速水泵。三、实验内容与要求1. 阅读JX-300X系统说明书第一章至第五章内容。2. SUPCON JX-300X集散型控制系统的构成原理、控制系统规模与特点。3. DCS实验教学系统中JX-300X的过程控制网络SCNet的特性（拓扑结构、 传输方式、通信控制、通信速率、节点容量、通信介质及通信距离）。4. DCS实验教学系统中JX-300X控制站的配置（机笼及其卡件配置）。5. D

13、CS实验教学系统中JX-300X控制站中各机笼槽位上的卡件型号及其各通道所连接的仪表（主要是输入通道连接的变送器和输出通道连接的执行器）。6. 初步熟悉JX-300X组态软件的组态功能。 7. JX-300X的过程控制网络SCNet组态方法过程控制网络SCNet组态通过总体信息组态完成的，总体信息组态包括主机设置、编译、组态下载和组态传送四个功能。DCS实验教学系统的过程控制网络SCNet通信节点有：30个代用操作站1个工程操作站1个工程师站1个JX-300X控制站（1）主机设置当启动组态软件后，选中总体信息/，打开主机设置窗口。选择主控制卡选项卡，对主控制卡（即控制站）进行组态：1）类型为采

14、集站、控制站和逻辑站2）注释栏写入主控制卡的文字说明3）运算周期必须为0.1秒的整数倍，一般建议采用默认值 0.5 秒4）冗余点击冗余单元栏前复选框 5）网络使用显示网络是否处于冗余状态6）IP地址地址值统一为128.128.1.2128.128.1.32之间7）型号从下拉列表中选定当前组态主控制卡的类型SP2438）通讯可选只有UDP协议一种选择操作站选项卡，进入操作主机的组态，正确填写：1）类型操作主机类型分为工程师站、数据站和操作站2）注释注释栏内写入操作主机的文字说明3）IP地址地址值统一在128.128.1.129128.128.1.160之间4）开放文件夹在操作站上开放一个文件夹，

15、以便将工程师站中的组态内容直接存放入该文件夹，避免了间接拷贝的繁琐5）计算机名显示开放文件夹所属计算机名 注意：1）操作主机、主控制卡及冗余单元的地址统一编排，相互不可重复2）设置冗余单元要求首先在偶数地址上设置主控制卡，然后在相邻的奇数地址上设置冗余单元。例如：0号地址设为主控制卡，1号地址设为冗余单元（2）编译（选做）（3）组态下载（选做）（4）组态传送（选做）四、实验报告1. 阐述SUPCON JX-300X集散型控制系统的控制系统规模与特点。2. 给出JX-300X过程控制网络SCNet的性能指标(通信速率、节点容量等)。3. 给出JX-300X过程控制网络SCNet上的各节点设备组态

16、项目及填写内容。4. 简述JX-300X控制站配置的主要卡件及其功能。实验六 JX-300X 系统I/O组态一、实验目的1. 进一步熟悉SUPCON JX-300X集散型控制系统的构成原理。2. 熟悉并掌握SUPCON JX-300X集散型控制系统的组态软件使用。3. 按照JX-300X系统控制站的自上而下组态流程要求和实验室控制站的实际接线限定，完成DCS实验教学系统的系统单元登录组态、数据转发卡登录组态、I/O卡件登录组态、信号点组态、信号点参数设置组态。二、实验设备1. JX-300X集散控制系统。2. DDZ-压力变送器，DDZ-液位变送器，DDZ-电磁式流量变送器，GP型交流电压变送

17、器，GP型交流电流变送器，K分度号热电偶，Pt100热电阻。3. DDZ - 型电动执行器（ZJK-210C），ZPE-2010Q伺服放大器，型交流一体化调压模块（15A），型变频调速水泵。三、实验内容与要求1. 阅读JX-300X系统说明书第六章控制站组态。2. 组态生成JX-300X的过程控制网络SCNet。3. 控制站的机笼配置组态。4. 控制站机笼中的卡件配置组态。5. 按照控制站机笼母板上各卡件端子已硬连线接入的仪表，完成机笼中的各槽位插入卡件的信号点组态。6. 按照各卡件端子所接仪表的技术参数与要求完成卡件的信号点参数设置组态。7. 组态步骤启动组态软件后，选中控制站/，启动系统的

18、I/O组态环境。系统I/O组态分层进行，从挂接在主控制卡上的数据转发卡组态开始，然后I/O卡件组态、信号点组态，最后为信号点设置组态（包括模入AI、模出AO、开入DI、开出DO、脉冲量输入PI、位置信号输入PAT、SOE输入组态），共四层。DCS实验教学系统实际配置2个机笼。（1）数据转发卡组态选中控制站/菜单项后，I/O输入窗口被打开，选择数据转发卡选项卡，按DCS实验教学系统实际配置填写如下组态项目：1) 主控卡 此项下拉列表列出主机设置组态中登录的所有主控制卡，从中选择当前主控制卡。数据转发卡窗口中列出的数据转发卡都将挂接在该主控制卡上。2) 注释 此栏内写入当前组态数据转发卡的文字说明

19、，可用汉字，字长不超过10个中文字符。3) 冗余 选中此栏则将当前组态的数据转发卡设为冗余单元。设置冗余单元的方法及注意事项同主控制卡。4) 地址 此栏定义当前数据转发卡在挂接的主控制卡上的地址，地址值最好设置为015的偶数。与系统单元登录类似，数据转发卡的组态地址应与数据转发卡硬件上的跳线地址匹配，并且地址值不可重复。5) 型号 从下拉列表中选定当前组态数据转发卡的类型。此栏有二种型号即SP231、SP233可供用户选择。（2）I/O卡件登录在打开的I/O输入窗口，选择I/O卡件选项卡，按DCS实验教学系统的每个机笼实际插卡填写如下组态项目：1) 注释 注释栏内写入对当前I/O卡件的文字说明

20、，字长不超过10个中文字符。2) 冗余 将当前选定的I/O卡件设为冗余单元。设置冗余单元的方法及注意事项同主控制卡。3) 地址 定义当前I/O卡件在挂接的数据转发卡上的地址，地址015。I/O卡件的组态地址应与它在控制站机笼中的排列编号相匹配，并且地址编号不可重复。4) 型号 从下拉列表中选定当前组态I/O卡件的类型。JX-300系统提供多种I/O卡件以供用户选择，卡件及类型（参见JX-300X系统说明书第六章控制站组态）。（3）信号点组态在打开的I/O输入窗口，选择I/O点选项卡，按DCS实验教学系统各个信号点所接仪表填写如下组态项目：1) 类型 此项选定当前信号点信号的输入/输出类型，类型

21、包括：模拟信号输入AI、模拟信号输出AO、开关信号输入DI、开关信号输出DO、脉冲信号输入PI、位置输入信号PAT、事件顺序输入SOE等七种类型。2) 地址 此项定义指定信号点在当前I/O卡件上的编号。信号点的编号应与信号接入I/O卡件的接口编号匹配，不可重复使用。信号点的地址值设置在015之间。3) 注释 注释栏内写入对当前I/O点的文字说明，字长不超过10个中文字符。4) 位号 当前信号点在系统中的位号。每个信号点在系统中的位号应是唯一的，不能重复，位号只能以字母开头，不能使用汉字，且字长不得超过10个英文字符。5) 设置 选中该栏的设置按钮，系统将根据该信号点所设的信号类型，进入与之匹配

22、的信号点参数设置组态窗口。 （4）信号点参数设置组态分为模拟量输入信号点组态、模拟量输出信号点组态、开关量输入信号点组态、开关量输出信号点组态、脉冲量输入信号点组态、PAT信号点组态等六种不同的组态窗口。点击I/O点组态窗口中的设置按钮，组态软件将根据I/O点的类型决定进入哪个窗口进行组态。1) 模拟量输入信号点设置组态按DCS实验教学系统中各输入信号点所接检测仪表填写如下组态项目：位号 此项自动填入当前信号点在系统中的位号。此框消隐不可改。注释 此项自动填入对当前信号点的描述。此框消隐不可改。信号类型 此项中列出了 JX-300 系统支持的 17 种模拟量输入信号类型，用户可根据自己的需要选

23、择适当的信号类型。上/下限及单位 这几项分别用于设定信号点的量程最大值、最小值及其单位。工程单位列表中列出了一些常用的工程单位供用户选择，同时也允许用户定义自己的工程单位。温度补偿（选做） 当信号点所取信号需温度补偿时，选中温度补偿复选框，将打开后面的温度位号和设计温度二项，点中温度位号项后面的按钮，此时会弹出位号选择对话框（如图6.1.4.1-2）从中选中补偿所需温度信号的位号，位号也可直接填入，但需说明的是所填位号必须已经存在。在设计温度项中填入设计的标准温度值。压力补偿（选做） 当信号点所取信号需进行压力补偿时，选中压力补偿复选框，将打开后面的压力位号和设计压力二项，压力位号的设置与温度

24、补偿中温度位号设置一样，在此不再说明。在设计压力项中填入设计的标准压力值。滤波 当信号点所取信号需滤波时，选中滤波复选框，在滤波常数项内可填入滤波常数，单位为秒。JX-300系统提供一阶惯性滤波。开方（选做） 当信号点所取信号需开方处理时，选中开方复选框，在小信号滤波项中填入小信号切除区的百分量。累积（选做） 当信号点所取信号是累积量时，选中累积复选框，在时间系数项、单位系数项中填入相应系数，计算方法见后；在单位项中填入所需累积单位，软件提供部分常用单位，用户亦可定义自己的单位。 报警（选做） 当信号需加报警时，选中报警复选框，打开其后的高一级/低一级、高二级/低二级、高三级/低三级、报警死区

25、和报警等级八项。在高一级/低一级、高二级/低二级、高三级/低三级各项中填入适当报警限值，各项数值应高三级高二级高一级低一级低二级低三级，且应在信号量程内。报警死区项中填入死区的大小。报警等级项中填入该信号的报警优先级。等级值越小报警等级越高。2) 模拟量输出信号点设置模拟输出信号输出的是一个控制阀位（即阀门开关）的百分量信号，按DCS实验教学系统中各输出信号点所接执行仪表填写如下组态项目：位号 此项自动填入当前信号点在系统中的位号。此框消隐不可改。注释 此项自动填入对当前信号点的描述。此框消隐不可改。信号制 此框中指定输出信号的制式（II型 / III型）。阀特性 此框中指定控制阀的特性（气开

26、 / 气闭）。报警 当信号需加报警时，选中报警复选框，打开其后的高一值/低一值、高二值/低二值、报警死区和报警级别六项。在高一值/低一值、高二值/低二值各项中填入适当报警限值，各项数值当然应有高二值高一值低一值低二值，且在信号量程内。报警死区项中填入死区的大小。报警级别项中填入该信号的报警优先级。3) 开关量输入/输出信号点设置(选做)4) 脉冲量输入信号点设置(选做)5) 位置输入信号点设置(选做)四、实验报告1. 给出JX-300X过程控制网络中的控制站组态填写项及填写内容。2. 给出JX-300X控制站中各机笼槽位上所插入的I/O卡件型号及其各通道所连接仪表的位号。3. 按卡件类型列写机

27、笼中信号点组态的填写项及填写内容。4. 按卡件类型列写各信号点参数设置组态的填写项及填写内容。实验七 JX-300X 系统操作组态一、实验目的1. 熟悉SUPCON JX-300X系统的操作组态要求；掌握操作组态中的操作组设定原则。2. 一般掌握标准画面组态、控制流程图登录、报表登录、自定义键组态和语音报警组态的方法与意义。3. 重点掌握标准画面组态中的实时趋势画面组态和控制分组画面组态的组态要求。4. 初步掌握组态文件的编译与修改。二、实验设备1. JX-300X集散控制系统。2. DDZ-压力变送器，DDZ-液位变送器，DDZ-电磁式流量变送器，GP型交流电压变送器，GP型交流电流变送器，

28、K分度号热电偶，Pt100热电阻。3. DDZ - 型电动执行器（ZJK-210C），ZPE-2010Q伺服放大器，型交流一体化调压模块（15A），型变频调速水泵。三、实验内容与要求1. 阅读JX-300X系统说明书第七章操作站组态。2. 操作组态中的操作组设定。3. 针对DCS实验教学系统的I/O仪表及被控对象配置，合理设计标准画面中的实时趋势画面并完成实时趋势画面组态。4. 针对DCS实验教学系统的I/O仪表及被控对象配置，合理设计标准画面中的控制分组画面并完成控制分组画面组态。5. 完成DCS实验教学系统的流程图画面文件组态。6. 组态文件的编译与修改。7. 实验步骤 （1）标准画面设计

29、系统的标准画面组态是指对系统已定义格式的标准操作画面进行组态，包括总貌画面、趋势曲线、控制分组、数据一览等四种操作画面的组态。根据DCS实验教学系统仪表配置与实验操作要求，合理编排各种组态画面的每一页。（2）组态启动组态软件后，选中操作站/，打开操作小组设置窗口。1) 序号 填入操作小组设置时的序号，此项的设置有利于“整理”功能的实现。2) 名称 为各操作小组的名字。3) 登录等级 从下拉列表框中为操作小组选择登录等级，JX-300系统提供不修改、操作员、工程师、特权四种操作等级。选中操作站/，打开总貌画面窗口（选做）。选中操作站/，打开趋势曲线窗口。1) 页码 选定进行组态的趋势曲线画面页。JX-300系统提供的画面多达640页。2) 页标题 显示指定页的页标题，即对该页内容的说明。标题可使用汉字，字数不超过20个。3) 操作小组 指定趋势曲线画面的当前页可在哪个操作小组中显示。4) 记录周期 指定当前页中所有趋势曲线共同的记录周期，单位为秒。同一画面中的趋势曲线记录周期相同，必须为整数秒，取值范围是13600。5) 记录长度 指定当前页中所有趋势曲线共同的记录点数。指定趋势画面中的趋势曲线必须有相同的记录点数，取值范围19202592000。6) 趋势曲线组 每页趋