RTGK-2型過程控制實驗裝置使用說明書.doc

第一部分產(chǎn)品使用說明一、概述生產(chǎn)與生活的自動化是人類長久以來所夢寐以求的目標，在18世紀自動控制系統(tǒng)在蒸汽機運行中得到成功的應(yīng)用以后，自動化技術(shù)時代開始了。隨著工業(yè)技術(shù)的更新，特別是半導(dǎo)體技術(shù)、微電子技術(shù)、計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，自動化儀表已經(jīng)進入了計算機控制裝置時代。在石油、化工、制藥、熱工、材料和輕工等行業(yè)領(lǐng)域中，以溫度、流量、物位、壓力和成分為主要被控變量的控制系統(tǒng)都稱為“過程控制”。過程控制不僅在傳統(tǒng)工業(yè)改造中，起到了提高質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源，減少環(huán)境污染等十分重要的作用，而且已成為新建的規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工業(yè)生產(chǎn)過程中不可缺少的組成部分。隨著計算機控制裝置在控制儀表基礎(chǔ)上的發(fā)展，自動化控制手段也越來越豐富。其中有在工業(yè)領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用的智能數(shù)字儀表控制系統(tǒng)、智能儀表加計算機組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、計算機DDC控制系統(tǒng)、PLC控制系統(tǒng)、DCS分布式集散控制系統(tǒng)、FCS現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)等。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中，過程控制技術(shù)正為實現(xiàn)各種最優(yōu)的技術(shù)經(jīng)濟指標、提高經(jīng)濟效益和勞動生產(chǎn)效率、改善勞動條件、保護生態(tài)環(huán)境等起到越來越大的作用。二、RTGK-2型系統(tǒng)介紹RTGK-2型過程控制實驗裝置是根據(jù)我國工業(yè)自動化及相關(guān)專業(yè)教學(xué)特點，吸取了國外同類實驗裝置的特點和長處，并與目前大型工業(yè)自動化現(xiàn)場緊密聯(lián)系，采用了工業(yè)上廣泛使用并處于領(lǐng)先的AI智能儀表加組態(tài)軟件控制系統(tǒng)、DCS(分布式集散控制系統(tǒng))，經(jīng)過精心設(shè)計、多次實驗和反復(fù)論證后，推出的一套基于本科生、研究生教學(xué)和學(xué)科基地建設(shè)的實驗設(shè)備。該設(shè)備涵蓋了信號和信息處理、傳感技術(shù)、工程檢測、模式識別、控制理論、自動化技術(shù)、智能控制、過程控制、自動化儀表、計算機應(yīng)用和控制、計算機控制系統(tǒng)等課程的教學(xué)實驗與研究。整個系統(tǒng)美觀實用，功能多樣，使用方便，既能進行驗證性、設(shè)計性實驗，又能提供綜合性實驗，可以滿足不同層次的教學(xué)和科研要求。RTGK-2型過程實驗裝置的檢測信號、控制信號及被控信號均采用ICE標準，即電壓15V，電流420mA。實驗系統(tǒng)供電要求：三相380V交流電，外型尺寸m，重量：300Kg 一）、RTGK-2型系統(tǒng)主要特點1被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)。2執(zhí)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥（或氣動調(diào)節(jié)閥）、三相SCR移相調(diào)壓等儀表類執(zhí)行機構(gòu)，又有變頻器等電力拖動類執(zhí)行器。3調(diào)節(jié)系統(tǒng)除了有調(diào)節(jié)器的設(shè)定值階躍擾動外，還有在對象中通過另一動力支路或電磁閥和手操作閥制造各種擾動。4一個被調(diào)參數(shù)可在不同動力源、不同的執(zhí)行器、不同的工藝線路下演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣。5某些檢測信號、執(zhí)行器在本對象中存在相互干擾，它們同時和工作時需對原獨立調(diào)節(jié)系統(tǒng)的被調(diào)參數(shù)進行重新整定，還可對復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)比較優(yōu)劣。6各種控制算法和調(diào)節(jié)規(guī)律在開放的組態(tài)實驗軟件平臺上都可以實現(xiàn)。7實驗數(shù)據(jù)及圖表可以永久存儲，在MCGS組態(tài)軟件中也可隨時調(diào)用，以便實驗者在實驗結(jié)束后進行比較和分析。該系統(tǒng)設(shè)計本著從工程化、參數(shù)化、現(xiàn)代化、開放性和培養(yǎng)綜合性人才的原則出發(fā)。在實驗對象中采用了工業(yè)現(xiàn)場常用的檢測控制裝置！儀表采用具有人工智能算法及通訊接口的智能調(diào)節(jié)儀，上位機監(jiān)控軟件采用MCGS工控組態(tài)軟件等?；彤a(chǎn)品控制系統(tǒng)中既有上位監(jiān)控機加智能儀表控制系統(tǒng)，又有上位監(jiān)控機加遠程數(shù)據(jù)采集計算機DDC控制系統(tǒng)。對象系統(tǒng)預(yù)留有擴展信號接口，用于控制系統(tǒng)二次開發(fā)，進行DCS控制，計算機DDC控制，PLC控制開發(fā)。擴展控制系統(tǒng)為DCS分布式集散控制系統(tǒng)，西門子S7300PLC加上位WINCC組態(tài)軟件。學(xué)生們通過對該實驗裝置的了解和使用，進入企業(yè)后能夠很快適應(yīng)環(huán)境進入角色。同時該系統(tǒng)也為教師和研究生提供了一個高水平的學(xué)習(xí)和研究開發(fā)平臺。二）、RTGK-2型實驗對象組成結(jié)構(gòu)過程控制實驗對象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲水箱（長寬高：850450400mm）、強制對流換熱器系統(tǒng)、串接圓筒有機玻璃上水箱（250370mm）、中水箱（250370mm）、下水箱（250270mm）、三相4.5KW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套組成），純滯后盤管實驗裝置。系統(tǒng)動力支路分為兩路組成：一路由單相丹麥格蘭富循環(huán)水泵、電動調(diào)節(jié)閥、渦輪流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成；另一路由小流量水泵、變頻調(diào)速器、小流量電磁流量計、自鎖緊不銹鋼水管及手動切換閥組成。如圖2-1的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖所示。圖中的檢測變送和執(zhí)行元件有：液位傳感器、溫度傳感器、渦輪流量計、電磁流量計、壓力表、電動調(diào)節(jié)閥、電磁閥等。RTGK-2實驗對象的檢測及執(zhí)行裝置包括：檢測裝置：擴散硅壓力液位傳感器。分別用來檢測上水箱、下水箱液位和小流量水泵的管道壓力；電磁流量計、渦輪流量計分別用來檢測小流量泵動力支路流量和單相格蘭富水泵動力支路流量；Pt100熱電阻溫度傳感器分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套和對流換熱器冷水出口、熱水出口、純滯后盤管出口水溫。 執(zhí)行裝置：三相可控硅移相調(diào)壓裝置用來調(diào)節(jié)三相電加熱管的工作電壓；電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)管道出水量；變頻器調(diào)節(jié)小流量泵。圖2-1、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖1、液位傳感器工作原理：當(dāng)被測介質(zhì)（液體）的壓力作用于傳感器時，壓力傳感器將壓力信號轉(zhuǎn)換成電信號，經(jīng)歸一化差分放大和輸出V/A電壓、電流轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成與被測介質(zhì)（液體）的液位壓力成線性對應(yīng)關(guān)系的420mA標準電流輸出信號。接線如下圖所示：接線說明：傳感器為二線制接法，它的端子位于中繼箱內(nèi)，電纜線從中繼箱的引線口接入，直流電源24V+接中繼箱內(nèi)正端（+），中繼箱內(nèi)負端（）接負載電阻的一端，負載電阻的另一端接24V-。傳感器輸出420mA電流信號，通過負載電阻250/50轉(zhuǎn)換成電壓信號。當(dāng)負載電阻接250時信號電壓為15V，當(dāng)負載電阻切換成50時信號電壓為0.21V。零點和量程調(diào)整：零點和量程調(diào)整電位器位于中繼箱內(nèi)的另一側(cè)。校正時打開中繼箱蓋，即可進行調(diào)整，左邊的（Z）為調(diào)零電位器，右邊的（R）為調(diào)增益電位器。2、溫度傳感器Pt100熱電阻工作原理：利用Pt電阻阻值與溫度之間的良好線性關(guān)系。接線說明：連接兩端元件熱電阻采用的是三線制接法，以減少測量誤差。在多數(shù)測量中，熱電阻遠離測量電橋，因此與熱電阻相連接的導(dǎo)線長，當(dāng)環(huán)境溫度變化時，連接導(dǎo)線的電阻值將有明顯的變化。為了消除由于這種變化而產(chǎn)生的測量誤差，采用三線制接法。即在兩端元件的一端引出一條導(dǎo)線，另一端引出兩條導(dǎo)線，這三條導(dǎo)線的材料、長度和粗細都相同，如下圖中所示的a、b、c，它們與儀表輸入電橋相連接時，導(dǎo)線a和c分別加在電橋相鄰的兩個橋臂上，導(dǎo)線b在橋路的輸出電路上，因此，a和c阻值的變化對電橋平衡的影響正好抵消，b阻值的變化量對儀表輸入阻抗影響可忽略不計。3、流量計（渦輪流量計、電磁流量計）1）、渦輪流量計：輸出信號：頻率，測量范圍：00.6m3/h接線如圖所示：接線說明：傳感器的供電電源由24VDC開關(guān)電源提供，負載為流量積算變送儀。注：使用渦輪流量計時，必須將24VDC開關(guān)電源打開。2)、電磁流量計：輸出信號：420mA，測量范圍：00.4 m3/h接線說明：轉(zhuǎn)換器為交流220V供電，X、Y和A、B、C為傳感器和轉(zhuǎn)換器之間的連線，輸出信號線直接接控制臺上的電磁流量計信號輸出端。4、壓力表安裝位置：單相泵之后，電動調(diào)節(jié)閥之前。測量范圍：00.25Mpa5、電動調(diào)節(jié)閥QSVP20-15N智能電動單座調(diào)節(jié)閥主要技術(shù)參數(shù)：執(zhí)行機構(gòu)型式：智能型直行程執(zhí)行機構(gòu)輸入信號：010mA/420mADC/05VDC/15VDC輸入阻抗：250/500輸出信號：420mADC輸出最大負載：500信號斷電時的閥位：可任意設(shè)置為保持/全開/全關(guān)/0100%間的任意值電源：220V10%/50Hz 6、電磁閥24V直流開關(guān)電源供電，電磁閥共兩種狀態(tài)：上電時電磁閥閥門開，掉電時閥門關(guān)。7、三相可控硅移相調(diào)壓通過420mA電流控制信號控制三相380V交流電源在0380V之間根據(jù)控制電流的大小實現(xiàn)連續(xù)變化。三）、RTGK-2型實驗臺實驗臺面板由四部分組成：（1）電源控制屏面板：充分考慮人身安全保護，帶有漏電保護空氣開關(guān)、電流型漏電保護器。（2）儀表、PLC及遠程數(shù)據(jù)采集模塊面板：由1塊變頻調(diào)速器面板、2塊AI/818智能調(diào)節(jié)儀面板、1塊S7-200PLC面板、2塊遠程數(shù)據(jù)采集模塊面板組成，各裝置外接線端子通過面板上自鎖緊插孔引出。（3）I/O信號接口面板：該面板的作用主要是將各傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號同面板上自鎖緊插孔相連，再通過航空插頭同對象系統(tǒng)連接，便于學(xué)生自行連線組成不同的控制系統(tǒng)，進行各種過程控制實驗。（4）擴展模塊I/O面板：考慮到控制系統(tǒng)的復(fù)雜性、多樣性及可擴展性，特別設(shè)計了擴展I/O面板。通過該面板可方便擴充各種控制系統(tǒng)，豐富實驗內(nèi)容。1、電源控制面板如圖所示，電源控制屏帶有總電源漏電保護器，三相電源開關(guān)，單相電源開關(guān)，三相電源指示燈、三相電壓指示表，單相電加熱管電流指示表，三相電源保險絲座，啟動、停止按鈕，以及單相泵、電磁閥、電磁流量計、三相電加熱管、照明開關(guān)。A、電源控制屏為實驗提供：（1） 三相380V交流電源。（2） 單相220V交流電源。（3） 三相電源主電路中設(shè)有10A帶燈熔斷器。B、電源控制屏的啟動:（1） 關(guān)閉所有的電源開關(guān)。（2） 接好機殼的接地線，插好三相四芯電纜線插頭，接通三相380V/50Hz的交流市電。（3） 開啟總電源三相漏電保護器開關(guān)，三只黃、綠、紅三相電源接通，指示燈亮，開啟總電源鑰匙開關(guān)，紅色按鈕燈亮（即“停止” 按鈕的紅色指示燈亮）。（4） 按下“啟動”按鈕，紅色指示燈滅，綠色指示燈亮，同時可聽到屏內(nèi)交流接觸器瞬間吸合聲，電 源已加到三相空氣開關(guān)，此時屏上還是沒有電壓輸出。打開三相電源空氣開關(guān)，三相電源輸出（380V/10A）有電壓輸出，打開單相空氣開關(guān)，單相（220V/5A）有電壓輸出，電源控制屏啟動完畢。（5） 實驗完畢，按下“停止”按鈕，綠色指示燈滅，紅色指示燈亮，然后關(guān)閉三相電源鑰匙，紅色指示燈滅，再關(guān)閉所有空氣開關(guān)，最后檢查一下各開關(guān)是否都恢復(fù)到“關(guān)”的位置。2、I/O信號接口面板該面板的作用主要是將各傳感器檢測信號及執(zhí)行器控制信號同面板上自鎖緊插孔相連，再通過航空插頭同對象系統(tǒng)連接，便于學(xué)生自行連線組成不同的控制系統(tǒng)進行實驗，如下圖所示：接口面板可分為六大模塊，從左往右依次是： 1）、24VDC開關(guān)電源：提供24V直流電壓源，正常供電時電壓指示燈亮。2）、三相SCR移相調(diào)壓裝置：三相電加熱管0380V連續(xù)可調(diào)交流電壓提供裝置，可調(diào)電壓由420mA模擬量輸入信號控制。3）、電動調(diào)節(jié)閥：電動調(diào)節(jié)閥直接接220V交流電源，由電源開關(guān)控制電源的通斷，控制信號420mA電流輸入+端接調(diào)節(jié)器輸出的（420mA）控制信號+端，控制信號420mA電流輸入-端接調(diào)節(jié)器輸出的（420mA）控制信號-端。4）、壓力變送器：引出上水箱液位，中水箱液位，下水箱液位（15V或0.21V）和小流量管壓力的標準電壓信號。各路的鈕子開關(guān)打到OFF為15V，打到ON為0.21V5）、溫度變送器：提供鍋爐內(nèi)膽、夾套，純滯后，換熱器冷水、熱水溫度信號（溫度范圍為0100）。為各個電流信號轉(zhuǎn)化成（15V、0.21V等）標準電壓信號提供轉(zhuǎn)換電路。（通過鈕子開關(guān)切換可得到50歐姆或250歐姆電路，鈕子開關(guān)打到ON為50歐姆，打到OFF為250歐姆）。6）、流量變送器：流量變送器可分渦輪流量計和電磁流量計。電磁流量計流量輸出為（15V）電壓信號，渦輪流量計輸出頻率信號，分別從+ 、-兩端輸出。3、變頻器面板 如圖所示，變頻器型號為三菱FR-S520S-0.4K型變頻調(diào)速器，具體參數(shù)設(shè)置如下表：名稱表示設(shè)定范圍設(shè)定值上限頻率P10-120Hz60Hz下限頻率P20-120Hz20Hz擴張功能顯示選擇P300，11頻率設(shè)定電流增益P391-120Hz60HzRH端子功能選擇P624操作模式選擇P790-80C5C5輸出頻率大小25HzC6C6偏置20%A 面板接線端子功能說明：為了保護變頻器各接線端子不因?qū)嶒灂r經(jīng)常裝拆線而損壞或丟失，故將其常用的端子引到面板上。（1） 控制信號輸入：可輸入外部05V電壓， 或420mA電流控制信號。（2） STF、STR：電機的正、反轉(zhuǎn)控制端，SD與STF相連為正轉(zhuǎn)，SD與STR相連時為反轉(zhuǎn)。B 變頻器使用說明：本裝置中使用變頻器時，主要有兩種輸出方式：一種是直接調(diào)面板旋鈕輸出頻率，另一種是用外部輸入控制信號改變變頻器輸出頻率。兩種輸出方式具體接線方法如下：（1） 變頻器面板旋鈕輸出接線方法：SD與STF（或STR）短接，當(dāng)需要改變輸出頻率時，旋動面板上的旋鈕，順時針旋可增大輸出頻率，逆時針旋可減小輸出頻率。待旋至所需要的頻率時，按變頻器上白色的SET鍵，即可選定所需的輸出頻率。（2） 變頻器外部控制信號控制輸出接線方法：SD與STF（或STR）、RH兩端都短接，在控制信號輸入端接入控制信號（正極、負極應(yīng)對應(yīng)，不能接錯），打開變頻器的電源開關(guān)即可輸出。通過改變控制信號的大小來改變輸出頻率。*注：附FR-S520S-0.4K-CH三菱變頻調(diào)速器使用手冊（基本篇）4、遠程數(shù)據(jù)采集模塊ICP-7017、ICP-7024 面板ICP-7017: 8通道模擬量輸入模塊。面板如圖所示，亞當(dāng)ICP-7017模塊24V供電，提供了4通道的輸入端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流，支持485通訊。ICP-7024：4通道模擬量輸出模塊。面板如圖所示，亞當(dāng)ICP-7024模塊24V供電，提供了4通道的輸出端口。每一通道根據(jù)功能表可輸入允許范圍的電壓或電流。支持485通訊。 型號 功能 ICP-7107 模擬量輸入分辨率16bit輸入通道8路差動采樣率10Hz電壓輸入+/-150mV+/-500mV+/-1mV+/-5V+/-10V電流輸入+/-20mA 型號 功能 ICP-7024 模擬量輸出分辨率14bit輸出通道4路差動電壓輸出+/-10V+/-5V010V05V電流輸出020mA420mA5、智能調(diào)節(jié)儀AI818A面板如圖所示，智能調(diào)節(jié)儀型號為上海萬迅儀表有限公司AI818A，除具備AI708A的全部功能特點外，還具備外給定、手動/自動切換操作、手動整定及顯示輸出值等功能，并具備直接控制閥門的位置比例輸出（伺服放大器）功能，也可獨立做手動操作器或伺服放大器用。此外，還具備可控硅移相觸發(fā)輸出功能，可節(jié)省可控硅移相觸發(fā)器，能精確控制溫度、壓力、流量、液位等各種物理量。面板接線端子功能說明：1、2端子：1-5V，0-5V信號輸入端。（1端+，2端-）2、3、4端子：2、3為0.2-1V信號輸入端（注：0.2-1V信號必須從2、3端子輸入,2端為-，3端為+）；2、3、4為熱電阻，熱電偶信號輸入端。RSV（I/V轉(zhuǎn)換）：將測量或外部輸入電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸入到1、2端或2、3端。7、8端子：測量或控制電流信號輸出端。9、10端子：220V交流供電電源輸入端。RS485通訊口：與上位機通訊接口。智能調(diào)節(jié)儀使用參數(shù)設(shè)置：修改參數(shù)時，按住 鍵3秒，即可調(diào)出如下表第一個參數(shù)HIAL，用 、修改參數(shù)的值。修改好第一個參數(shù)后，再按一下即可進入下一個參數(shù)的修改。參數(shù)代號參數(shù)含義說明設(shè)置范圍HIAL上限報警測量值大于HIAL+dF時產(chǎn)生上限報警999.9LOAL下限報警測量值大于LOAL-dF時產(chǎn)生上限報警-199.9DHAL正偏差報警正偏差大于DHAL+dF產(chǎn)生正偏差報警999.9DLAL負偏差報警負偏差大于DLAL-dF產(chǎn)生負偏差報警999.9dF回差請參看使用說明書03CTrL控制方式請參看使用說明書1P比例度比例系數(shù)的倒數(shù)4I積分時間請參看使用說明書100D微分時間請參看使用說明書0sn輸入規(guī)格請參看使用說明書33DIP小數(shù)點位置小數(shù)點位置，以配合用戶習(xí)慣數(shù)值1DIL輸入下限顯示值請參看使用說明書0DIH輸入上限顯示值請參看使用說明書100OP1輸出方式op1=4,4-20mA線性電流輸出4OPL輸出下限請參看使用說明書0OPH輸出上限請參看使用說明書100CF系統(tǒng)功能選擇請參看使用說明書0Addr通訊地址請參看使用說明書1（或2或3）bAud通訊波特率請參看使用說明書9600dL輸入數(shù)字濾波請參看使用說明書按不同實驗設(shè)置不同參數(shù)run運行狀態(tài)請參看使用說明書1根據(jù)不同的實驗，以上參數(shù)有所改變，請參看實驗部分說明。輸入規(guī)格：根據(jù)實際所測的信號不同，sn=037之間選擇Sn輸入規(guī)格Sn輸入規(guī)格0K1S2R3T4E5J6B7N8-9備用10用戶指定的擴充輸入規(guī)格11-19備用20Cu5021Pt10022-25備用260-80歐電阻輸入270-400歐電阻輸入280-20mV電壓輸入290-100mV電壓輸入300-60mV電壓輸入310-1V（0-500mV）320.2-1V(100-500Mv)331-5V電壓輸入340-5V電壓輸入35-20-+20mV（0-10V）36-100-+100mV（2-10V）37-5V-+5V（0-50V）* 圖中的黑體字符表示常用的輸入規(guī)格。小數(shù)點位置DIP：例：DIP=1 小數(shù)點在十位。輸入下限顯示值DIL：用于定義線性輸入信號下限刻度值，對外給定、變送輸出、光柱顯示均有效。例：上水箱液位傳感器檢測范圍為0100cm，則DIL=0，DIP=1輸入上限顯示值DIH：用于定義線性輸入信號上限刻度值，與DIL配合使用。例：上水箱液位傳感器檢測范圍為0100cm，則DIH=100，DIP=1輸出方式OP1：OP1=4，4-20mA線性電流輸出。輸出下限值OPL：OPL=0 調(diào)節(jié)器輸出最小值輸出上限值OPH：OPH=100 調(diào)節(jié)器輸出最大值。系統(tǒng)功能選擇CF：CF=0 調(diào)節(jié)器為反作用；CF=1 調(diào)節(jié)器為正作用通訊地址ADDR：ADDR=0-100 有效，作為輔助模塊用于測量值變送輸出時，ADDR及bAud定義對應(yīng)測量值變送輸出的線性電流大小，其中ADDR表示輸出下限，bAud表示輸出上限。單位為0.1mA。6、流量積算變送儀面板智能流量積算儀面板如右圖所示。流量積算變送儀主要功能是將渦輪流量計輸出的流量頻率信號轉(zhuǎn)換為4-20mA的電流信號輸出，并獲得流量的積算值。智能流量積算儀面板設(shè)有：頻率信號輸入接口、變送信號輸出接口、輸出電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號電阻接口（250和50）。流量積算儀參數(shù)設(shè)置如下：一級參數(shù)設(shè)置：符號名稱設(shè)定參數(shù)CLK禁鎖132AL1第一報警值5000K1流量常數(shù)3365.3459（可修改）P工況密度100020標況密度1000DIP顯示內(nèi)容2（顯示流量