《热工测量技术及仪表》实验指导书.docx
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《热工测量技术及仪表》实验指导书
《热工测量技术及仪表》实验指导书
曾志伟
2009年3月
实验须知
1．实验前需仔细阅读实验指导书和实验接线及参考参数手册。
2．实验时应学生应按照实验接线手册接线，接线后需经专业老师确认正确后方可通电。
3．学生自行设计的实验，须经专业老师认同后才能进行。
注意事项
1．进入实验室首先仔细阅读设备操作规程，实验时必须严格按操作规程操作。
2．实验前，请保证实验设备水路走向正确和开关电源接地端已经可靠接地！
3．接线时，强电必须接强电，弱电必须接弱电，否则将导致设备埙坏；要注意接口端子的对应，如：
L~L，N~N，+~+，-~-等。
4．本指导书所提供的实验参考参数是所做实验时必须更改的仪表部分参数，其他参数以仪表的出厂设置为准。
5．本指导书接线手册内强电图形部分中，无论用了几个仪表，一概用一个仪表表示。
实验过程的基本程序
1．明确实验任务；
2．提出实验方案；
3．画实验接线图；
4．进行实验操作，做好观测和记录；
5．整理实验数据，得出结论，撰写实验报告。
目录
实验一水箱液位检测
实验二水箱液位检测与定值控制
实验三管道流量检测与定值控制
实验四锅炉内胆水温检测
附：
接线手册及参考参数部分
实验一水箱液位检测
一、实验目的
1.掌握水箱液位的检测方法。
2、验证液位测量的线性关系。
二、实验设备
1.THJ-2型高级过程控制系统实验装置
2.万用电表一只
三、实验内容与步骤
1、按如下接线方式连接好实验线路（附接线手册）。
强电：
三相电源输出u、v、w接到380v三相磁力泵的u、v、w输入端
单相Ⅰ的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端
单相Ⅱ的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端
弱电：
中水箱液位LT2信号+、-端对应接到智能调节仪1、2端
调节仪输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号输入+、-端
注意：
完成接线后需经专业老师确认正确后方可通电。
2、打开阀F1-1、F1-2、F1-7，关闭其它与本实验无关的阀。
3、接通总电源和相关的仪表电源，打开24伏电源（传感器供电）和LT2信号开关。
4、设定仪表参数Sn=33；diH=50；dil=0
5、接通电动调节阀电源，手动操作仪表的输出，使电动调节阀开度至适当值。
6、打开阀F1-10将水箱余水放干，调节好仪表零位；
关闭阀F1-10，启动磁力驱动泵，将水箱加水至液位刻度10，调节仪表满刻度。
7、设给定水箱液位值依次为10、8、6、4、0，并分别记录下相应的仪表实际测量值。
8、把由实验测量所得的结果填入下表。
给定值
测量值H
目测液位h
10
8
6
4
0
正向测量
负向测量
平均值
9、绘出仪表测量值与给定值之间的对应曲线，验证其线性关系。
实验二水箱液位检测及定值控制
一、实验目的
了解单闭环液位控制系统的结构与组成。
掌握单闭环液位控制系统调节器参数的整定。
研究调节器相关参数的变化对系统动态性能的影响。
二、实验设备
1．THJ-2型高级过程控制系统装置
2．计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根
3．万用表1只
三、实验原理
本实验系统的被控对象为上水箱，其液位高度作为系统的被控制量。
系统的给定信号为一定值，它要求被控制量上水箱的液位在稳态时等于给定值。
由
图3-7上水箱液位定值控制结构图
反馈控制的原理可知，应把上水箱的液位经传感器检测后的信号作为反馈信号。
图3-7为本实验系统的结构图，图3-8为控制系统的方框图。
为了实现系统在阶跃给定和阶跃扰动作用下无静差，系统的调节器应为PI或PID。
图3-8上水箱液位定值控制方框图
四、实验内容与步骤
1、按接线手册连接好实验线路。
2、打开阀F1-1、F1-2、F1-6，关闭其它与本实验无关的阀。
3、接通总电源和相关的仪表电源，打开24伏电源（传感器供电）和LT2信号开关。
4、设定仪表参数Sn=33；diH=50；dil=0
5、接通电动调节阀电源，手动操作仪表的输出，使电动调节阀开度至适当值。
6、打开阀F1-10将水箱余水放干，调节好仪表零位；
关闭阀F1-10，启动磁力驱动泵，将水箱加水至液位刻度10，调节仪表满刻度。
7、选用单回路控制系统实验中所述的某种调节器参数的整定方法整定好调节器的相关参数。
5．设置好系统的给定值后，用手动操作调节器的输出，使电动调节阀给上水箱打水，待其液位达到给定量所要求的值，且基本稳定不变时，把调节器切换为自动，使系统投入自动运行状态。
6．启动计算机，运行MCGS组态软件软件，并进行下列实验：
1）当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（将给定量增加5%～15%），观察并记录系统的输出响应曲线。
2）待系统进入稳态后，适量改变阀F1-6的开度，以作为系统的扰动，观察并记录在阶跃扰动作用下液位的变化过程。
7．适量改变PI的参数，用计算机记录不同参数时系统的响应曲线。
五、实验报告
1．用实验方法确定调节器的相关参数。
2．列表记录，在上述参数下求得阶跃响应的动、静态性能指标。
3．列表记录，在上述参数下求得系统在阶跃扰动作用下响应曲线的动、静态性能指标。
实验三管道流量检测与定值控制
一、实验目的
1、了解单闭环流量定值控制系统的组成。
2、应用阶跃响应曲线法整定调节器的参数。
3、研究调节器中相关参数的变化对系统性能的影响。
二、实验设备
1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置
2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根
3、万用表1只
三、实验原理
图一单闭环流量控制系统的结构图
系统的被控对象为管道，流经管道中的液体流量Q作为被控制量。
基于系统的控制任务是维持被控制量恒定不变，即在稳态时，它总等于给定值。
因此需把流量Q经检测变送后的信号作为系统的反馈量，并采用PI调节器。
图二单闭环流量控制系统的方框图
四、实验内容与步骤
1、按接线手册完成实验系统的接线。
2、打开阀F1-1、F1-2、F1-8，关闭其它与本实验无关的阀。
3、接通总电源和相关仪表的电源，打开24伏电源（传感器供电）和FT1信号开关。
4、启动“MCGS运行环境”软件，打开“实验九”，按参考参数的经验值设定P、I、D参数及仪表的各种参数。
5、设置流量的给定值20后，启动磁力驱动泵，手动操作调节器的输出，通过电动调节阀支路给下水箱打水。
等流量Q趋于给定值且不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。
6、运行MCGS组态软件，并进行如下的实验：
当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（可将设定值依次设为20、30、40、50），观察并记录系统的输出响应曲线。
反复多次调节P、I参数，使系统具有较满意的动态性能指标。
用计算机记录此时系统的动态响应曲线。
实验四锅炉内胆水温检测与定值控制
一、实验目的
1、了解单回路温度控制系统的组成与工作原理。
2、研究P、PI、PD和PID四种调节器分别对温度系统的控制作用。
3、了解PID参数自整定的方法及参数整定在整个系统中的重要性。
二、实验设备
1、THJ-2型高级过程控制系统实验装置
2、计算机、上位机MCGS组态软件、RS232-485转换器1只、串口线1根
3、万用表1只
三、实验原理
图一锅炉内胆静态水温控制系统的结构示意图
模拟锅炉的内胆主要是模拟工业生产过程中的实际锅炉的加热容器，其控制任务就是在电加热过程中保持锅炉内胆的水温不变。
被控的参数为锅炉内胆水温，即要求锅炉内胆水温等于给定值。
实验前先通过电动调节阀支路给锅炉内胆打水，当水位上升至适当高度后关闭锅炉内胆的进水阀门F1-13，开始加热，在加热过程中不再加水。
系统采用的调节器为工业上常用AI智能调节仪。
锅炉内胆水温的定值控制系统中，其参数的整定方法与其它单回路控制系统一样，但由于加热过程容量延时较大，所以其控制过度时间也较长。
图二锅炉内胆静态水温控制系统的方框图
四、实验内容与步骤
1、打开阀F1-1、F1-2、F1-5和F1-13,关闭其它与本实验无关的阀。
2、用电动调节阀支路给锅炉内胆打水至2/3最大容量左右时，停止打水。
3、按接线手册完成实验系统的接线。
4、接通总电源和相关仪表的电源。
5、启动“MCGS运行环境”软件，打开“实验六”，根据接线手册的经验值设定P、I、D参数及仪表的各种参数。
5、设置好温度的给定值40，先用手操作调节器的输出，通过三相移相调压模块给锅炉内胆加热,等锅炉水温趋于给定值且不变后，把调节器由手动切换为自动，使系统进入自动运行状态。
6、运行MCGS组态软件，并进行如下的实验：
当系统稳定运行后，突加阶跃扰动（可将设定值依次设为40、50），观察并记录系统的输出响应曲线。
反复多次调节P、I、D的参数，使系统具有较满意的动态性能指标。
用计算机记录此时系统的动态响应曲线。
接线手册及参考参数部分
水箱液位检测（实验一、单容水箱特性的测试）
所用设备
智能调节仪表一块；上水箱液位传感器LT1；电动调节阀；380v磁力泵
图形部分
（强电）
图形部分
（弱电）
文字部分
强电
三相电源输出u、v、w接到380v三相磁力泵的u、v、w输入端
单相Ⅰ的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端
单相Ⅱ的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端
弱电
中水箱液位LT2信号+、-端对应接到智能调节仪1、2端
调节仪输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号输入+、-端
参考参数：
本实验不需要设置PID参数。
其它参数为：
Sn=33；CF=0；ADDR=1；
diH=50；dil=0；
管道流量检测与定值控制（实验九、单闭环流量定值控制系统）
所用硬件
智能调节仪一块；380v三相磁力泵；FT1流量计；电动调节阀
图形部分
（强电）
图形部分
（弱电）
文字部分
强电
三相电源输出u、v、w端接到380v磁力泵的输入u、v、w端
单相Ⅰ的L、N端接到电动调节阀电源的L、N端
单相Ⅱ的L、N接到智能调节仪的L、N端
弱电
智能调节仪输出7、5端对应接到电动调节阀控制信号输入+、-端
电动阀支路流量计FT1输出信号+、-端对应接到调节仪信号输入1、2端
参考参数：
P=40；I=40；D=0；
Sn=33；CF=0；ADDR=1；
diH=100；dil=0；
SV=20、30、40、50
锅炉内胆水温检测与定值控制（实验六、锅炉内胆水温定值控制系统）
所用硬件
智能调节仪一块；三相调压模块；TT1温度传感器，三相电加热管
图形部分
（强电）
图形部分
（弱电）
文字部分
强电
三相电源输出u、v、w接到三相调压模块的输入u、v、w
调压模块输出u0、v0、w0接到三相电加热管输入u0、v0、w0
单相Ⅰ的L、N端接到智能调节仪电源的L、N端
弱电
温度传感器TT1的1a、1b、1c端对应接到智能调节仪的2、3、4输入端；
调节仪输出7、5端对应接到三相调压模块控制输入+、-端
参考参数：
P=40；I=60；D=0；
Sn=21；CF=0；ADDR=1；
diH=100；dil=0；
SV=40、50
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