化工自動化及儀表實驗指導書

1、化工自動化及儀表實驗報告書敖波化學工程2012級201201391401浙江工業(yè)大學化學工程學院實驗一 壓力表與壓力變送器校驗一、實驗?zāi)康? 了解壓力表與壓力變送器的結(jié)構(gòu)與功能2 掌握壓力變送器的使用3 掌握壓力校驗儀的使用4 掌握壓力表與壓力變送器精度校驗方法二、實驗儀器及設(shè)備1彈簧管壓力表 8臺2壓力變送器 8臺3XFY-2000型智能數(shù)字壓力校驗儀 8臺三、實驗內(nèi)容及步驟1、熟悉儀表了解壓力表、壓力變送器測壓原理、結(jié)構(gòu)及功能，熟悉并掌握壓力校驗儀的正確使用。2、壓力校驗儀準備1）上電：按下壓力校驗儀后面板的電源開關(guān)，顯示器倒計時3、2、1、0后自動校零，進入測量狀態(tài)；2）選擇壓力單位：按

2、右向鍵，選擇壓力單位為MPa；3）預(yù)壓：為減少遲滯，先進行預(yù)壓測試（將壓力加到0.6MPa左右，泄壓至常壓，如此循環(huán)幾次）；4）調(diào)零：循環(huán)上述操作后，若壓力讀數(shù)偏離零點，按ZERO鍵即可壓力調(diào)零；5）管線接線：將導壓管兩頭分別與內(nèi)螺紋轉(zhuǎn)換接頭及壓力校驗儀壓力輸出接口連接。3、壓力表基本誤差校驗1）將壓力表壓力輸入口與內(nèi)螺紋轉(zhuǎn)換接頭相連接并檢查密封性；2）正行程測量：將校驗儀的手操泵產(chǎn)生的壓力加到壓力表上，改變壓力表輸入壓力大小，依次使壓力表指針指示各滿刻度，同時將壓力表的各輸入壓力記錄于表1；3）反行程測量：將校驗儀的輸出壓力加大至超過壓力表滿量程，并逐漸改變壓力表輸入壓力的大小，依次使壓力表

3、指針指示各滿刻度，同時將壓力表的各輸入壓力記錄于表1；4）誤差計算：4、壓力變送器基本誤差校驗1）將壓力變送器（差壓變送器）正壓室接口（負壓室通大氣）與內(nèi)螺紋轉(zhuǎn)換接頭相連接并檢查密封性；2）按鍵，將顯示器測量選擇到I：00.000mA，若清零按ZERO鍵。將壓力變送器電流信號端子正確接入壓力校驗儀的電流信號測量端子（紅線一端接變送器信號輸出的正端，另一端接校驗儀24V電源正極輸出端；黑線一端接變送器信號輸出的負端，另一端接校驗儀直流電流測量正極輸入端）；3）正行程測量：將校驗儀的手操泵產(chǎn)生的壓力加到壓力變送器上，從小到大改變壓力變送器輸入壓力（0.0MPa、0.1MPa、0.2MPa、0.3M

4、Pa、0.4MPa、0.5MPa、0.6MPa），依次測量壓力變送器在各標準壓力點時輸出電流的大小，并將其記錄于表2；4）反行程測量：將校驗儀的輸出壓力加大至超過壓力變送器滿量程，從大到小改變壓力變送器輸入壓力（0.6MPa、0.5MPa、0.4MPa、0.3MPa、0.2MPa、0.1MPa、0.0MPa），依次測量壓力變送器在各標準壓力點時輸出電流的大小，并將其記錄于表2；5）誤差計算：5、實驗完畢，切斷電源，儀器設(shè)備復原四、實驗原始記錄表及數(shù)據(jù)處理（誤差、精度、變差計算）結(jié)果。 見下表五、思考題2畫出壓力變送器電流測量接線圖。六、實驗心得體會及建議： 在這次實驗過程中，我們學習到了如何校

5、驗壓力表的精度，以及用什么方法表示壓力表存在的誤差，這對以后過程中對壓力表的使用有極大的好處。并且此次壓力表的量程較窄（00.6MPa），如果測量過程中波動過大，就會對表的精度有明顯的影響，故在使用過程中，應(yīng)把讀書時間延長，使波動達到最小。 在這次壓力表實驗過程中，由于壓力表接口處接觸不良，導致在實驗過程中讀取數(shù)據(jù)時存在數(shù)據(jù)波動，且標準壓力表的壓力也不是十分穩(wěn)定，故測量所得的精度存在較大的誤差。 表1 壓力表實驗數(shù)據(jù)記錄表壓力表型號 浙制01830168號 出廠編號 1610589P 壓力測量范圍 00.6 MPa 壓力表精度 1.6 壓力表指示壓力（MPa）壓力表輸入壓力（MPa）最大誤差（

6、MPa）正反行程絕對差值（MPa）正行程反行程000000.10.08800.0906-0.01200.00260.20.18740.1892-0.01260.00180.30.28920.2864-0.01360.00280.40.38720.3882-0.01280.00080.50.48820.4890-0.01180.00080.60.59260.5920-0.00800.0006精度= = =-2.3%變差=0.5%實驗結(jié)論：該表精度為： 2.5 級 變差為： 0.5% 表2 壓力變送器實驗數(shù)據(jù)記錄表壓力變送器型號 FY11510P6E22M1 出廠編號 11080615 壓力測量范

7、圍 00.6 MPa 壓力變送器精度 0.25 壓力變送器輸入壓力（MPa）折算為I標準值（mA）I實測讀數(shù)（mA）最大誤差（mA）正反行程絕對差值（mA）正行程反行程0.00004.0004.0354.0530.0530.0180.15008.0008.0428.0120.0420.0300.300012.00012.06412.0460.0640.0180.450016.00016.08316.0590.0830.0240.600020.00020.06620.0530.0660.013精度= =0.5%變差= = =0.2%實驗結(jié)論：該表精度為： 0.5 級 變差為： 0.2% 16實驗

8、二熱電偶溫度變送器校驗一、實驗?zāi)康?了解電動溫度變送器的結(jié)構(gòu)；2掌握熱電偶的使用；3掌握電動溫度變送器與檢測元件（熱電偶）的配套使用。二、實驗儀器及設(shè)備1SBWR型溫度變送器8臺2mV信號發(fā)生器8臺3直流毫安表（0.5級）8臺424V直流電源1臺三、實驗內(nèi)容及步驟1 SBWR系列熱電偶溫度變送器是DDZ-S系列儀表中的現(xiàn)場安裝式溫度變送器單元。它采用二線制傳送方式（兩根導線作為電源輸入，信號輸出的公用傳輸線）。SBWR型溫度變送器的輸入信號分度號為K的熱電偶信號。將熱電偶信號變換成與輸入信號或與溫度信號成線性的420mA的輸出信號。2 主要技術(shù)參數(shù)輸入信號：熱電偶即毫伏輸入 250mV輸出信號

9、：420mA D.C.3 基本接線（1）（2）端子接入24V D.C，同時需串聯(lián)直流毫安表（7）（8）端子接入熱電偶（實驗中用毫伏信號發(fā)生器代替）4量程調(diào)校與基本誤差校驗（1）調(diào)滿度：利用毫伏信號發(fā)生器代替熱電偶作為標準信號，輸給SBWR型溫度變送器一個對應(yīng)于測溫上限所對應(yīng)的電勢值，即 U = U1+100%U-，(式中U1為零點遷移量，無遷移時則U1=0，U為測量范圍，即上、下限所對應(yīng)的電勢之差，為冷端溫度對0的電勢值)。毫安電流表指示輸出電流應(yīng)為20mA，否則應(yīng)調(diào)整溫度變送器“量程”電位器。（2）調(diào)零點：輸入U= U1-的電勢計算值，毫安電流表應(yīng)指示4mA，否則，應(yīng)調(diào)整DBW溫度變送器“零

10、點遷移”電位器（3）由于調(diào)滿度和調(diào)零點相互影響，滿度和零點應(yīng)反復調(diào)整幾次，直至符合要求為止。（4）依次輸入其他各檔信號，分別讀取SBWR溫度變送器正行程和反行程相應(yīng)各點的輸出電流值，記入表中。（5）基本誤差和來回差計算儀表誤差均以輸入端信號折算為輸出端的電流值進行計算：5實驗完畢，切斷電源，儀器設(shè)備復原四、實驗數(shù)據(jù)記錄及處理 見下表SBWR型溫度變送器儀接線端子圖12345678DC24VV+V-分度號 K量程 0800輸出 4 - 20mA電壓 DC24VSBWR型溫度變送器示值檢查記錄被檢儀表編號 SBWR11080615 量程 0800 分度號 K Rcu所處環(huán)境溫度 11.7 對應(yīng)的熱

11、電勢 0.48 mV被檢溫度變送器示值毫安表讀數(shù)（mA）最大誤差A(yù)（mA）正反行程絕對差值（mA）整百刻度（）相應(yīng)熱電勢（mV）相應(yīng)電流輸出（mA）正行程反行程0-0.484.0004.5233.9240.5230.5591004.586.0006.1216.3750.3750.2542008.628.0008.0248.3630.3630.33930012.6910.00010.23810.3380.3380.10040016.8812.00012.27412.3420.3420.06850021.1214.00014.32514.3740.3740.04960025.3816.00016.

12、36416.3650.3650.00170029.6118.00018.37618.3600.3760.01680032.7620.00019.89119.982-0.1090.091精度= =2.3%變差= = =2.1% 實驗結(jié)論：該表精度為： 2.5級 變差為： 2.1%五、思考題1. 作出示值檢查的結(jié)論，若誤差較大，試分析產(chǎn)生的基本原因。答：A、熱電阻輸出的電勢不穩(wěn)，輸出的電勢偏高或者偏低。 B、校驗表接觸不良，產(chǎn)生較大的波動。C、讀數(shù)時沒有等到波動完全平衡就讀數(shù)。2試定量分析熱電偶輸入時，Rcu（補償電阻）在輸入回路中為什么能起到冷端溫度自動補償作用？答：因為在熱電偶輸入時，它輸入的

13、是一個電信號E,而熱電偶會把這個電信號轉(zhuǎn)化成一個溫度值，轉(zhuǎn)化關(guān)系為E(t，0)，這樣通過查分度表，就可以得到輸出電勢與顯示溫度的對應(yīng)關(guān)系，由于分度表的顯示值都是以0為基準，故熱電偶輸入時，Rcu可以起到冷端自動補償?shù)淖饔谩Ａ?、心得體會：通過這次對溫度變送器的測量實驗，加深了我們對溫度變送器原理的理解，以及對如何使用溫度分度表，也有了更加直觀的體驗。但是在實驗的結(jié)果差強人意，這是因為我們初次操作，不能更加準確的測量和讀數(shù)的緣故，當然也不能否認儀器測量不準的可能。但是自己還是收獲很多，希望在以后的使用中，會有一些幫助。實驗四 基本控制規(guī)律與電動溫度自動控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?熟悉單回路自動控制系統(tǒng)的

14、組成2觀察基本控制規(guī)律（比例，積分，微分）對過渡過程的影響。3學習控制器參數(shù)P、I、D的工程整定方法，通過觀察比較被控變量（被調(diào)參數(shù)）過渡過程曲線，確定控制器參數(shù)，提高控制質(zhì)量。二、實驗儀器及設(shè)備 1熱電偶 8支2DBW電動溫度變送器8臺3智能數(shù)字顯示PID控制器 8臺4ZK可控硅電壓調(diào)整器 8臺5電加熱器 8臺624V直流電源 1臺7XW系列自動平衡記錄儀 8臺三、實驗儀器及控制系統(tǒng)圖如下 220VZK調(diào)壓器輸出輸入智能數(shù)字PID控制器 輸出輸入 電加熱器 熱電偶輸出 輸入DBW溫度變送器四、復習教材 基本控制規(guī)律、控制器參數(shù)的工程整定、簡單控制系統(tǒng)設(shè)計五、實驗內(nèi)容和步驟1控制系統(tǒng)的投運準備

15、工作1) 按控制系統(tǒng)圖利用接插件正確組合接線2) 放好儀表各開關(guān)位置：DBW溫度變送器、XMZ數(shù)顯表、XMT智能數(shù)字控制器、ZK調(diào)壓器、XWC記錄儀電源開關(guān)閉合，儀表供電，ZK調(diào)壓器“通斷”開關(guān)置“斷”、“自動手動”開關(guān)置“自動”；設(shè)置XMT智能數(shù)字控制器為“反作用”（為什么？如何設(shè)置，請參看說明書），按XMT智能數(shù)字控制器的手/自動（A/M）鍵置“手動”進入手動控制模式，按SET鍵，進入P菜單設(shè)置程序1（設(shè)定值設(shè)置）：上排顯示：SP1下排顯示：設(shè)定值改變加鍵或減鍵使設(shè)定值SP1在400°C左右；再按SET鍵，進入設(shè)置程序2（比例度設(shè)置）：上排顯示：P下排顯示：比例度值改變加鍵或減鍵

16、設(shè)定比例度為1%；再按SET鍵，進入設(shè)置程序3（積分時間設(shè)置）：上排顯示：I下排顯示：積分時間值改變加鍵或減鍵設(shè)定積分時間值為9999S；再按SET鍵，進入設(shè)置程序4（微分時間設(shè)置）：上排顯示：D下排顯示：微分時間值改變加鍵或減鍵設(shè)定微分時間值為0S；再按SET鍵，退出設(shè)置程序。此時，XMT智能數(shù)字控制器僅有純比例控制規(guī)律，且處于“手動”控制狀態(tài)。3) 手動操作：ZK調(diào)壓器“通斷”開關(guān)置“通”；運用加鍵或減鍵手動改變XMT控制器的輸出電流，使電加熱器升溫；當測量值PV等于給定值時，按A/M鍵置“自動”，實現(xiàn)無擾動切換。2觀察PID參數(shù)對過渡過程的影響所謂PID參數(shù)對過渡過程的影響，即是不同的控

17、制規(guī)律、不同的控制器PID參數(shù)對控制系統(tǒng)克服干擾能力的影響，也就是對控制系統(tǒng)控制質(zhì)量的影響。在實驗過程中，人為施加一定的干擾，應(yīng)用過渡過程的品質(zhì)指標，判斷控制質(zhì)量的好壞，進而了解PID參數(shù)對過渡過程的影響。（施加干擾的方法：ZK調(diào)壓器“通斷”開關(guān)置“斷”，溫度下降了設(shè)定值的10%左右，再把ZK調(diào)壓器“通斷”開關(guān)置“通”。）（1）比例度的影響：分別設(shè)置比例度值1%、 30%、5%，并分別施加干擾，觀察比例控制作用過強、過弱、恰當時對過渡過程的影響。（2）積分時間的影響：保持一個適當?shù)谋壤戎?，分別設(shè)置積分時間值12S、480S、100120S，并分別施加干擾，觀察積分控制作用過強、過弱、恰當時對

18、過渡過程的影響。（3）微分時間的影響：保持一個適當?shù)谋壤戎蹬c積分時間值，分別設(shè)置微分時間值120S、5S、1520S，并分別施加干擾，觀察微分控制作用過強、過弱、恰當時對過渡過程的影響。3控制器參數(shù)工程整定（1） 比例控制系統(tǒng) 方法同上，在比例度P值中尋找最佳值，記錄、觀察比較其被控變量過渡過程曲線的質(zhì)量，達到4:1或10:1衰減震蕩。（2）比例積分（PI）或比例積分（PD）控制系統(tǒng)：比例度P最佳值不變，增加積分作用，方法同上，設(shè)定積分時間I，尋找和P作用最佳組合。或增加微分作用，設(shè)定微分時間D，尋找和P作用最佳組合。記錄和觀察比較PI作用或PD作用對被控變量過渡過程的曲線的質(zhì)量，達到4:1

19、或10:1衰減震蕩。（3）同理，在上述PI或PD作用下，再增加D或I作用，分別記錄和觀察比較PID三作用控制過程的質(zhì)量及PID最佳組合, 達到4:1或10:1衰減震蕩。六、實驗報告1畫出該單回路溫度自動控制系統(tǒng)的方框圖，并注明各環(huán)節(jié)的輸入，輸出物理量。2從不同的控制器參數(shù)過渡過程記錄曲線中，試用控制質(zhì)量的品質(zhì)指標篩選出若干條典型曲線，分別說明P、PI或PD、PID作用時不同參數(shù)對過渡過程曲線的影響及其特征。3PID三作用控制的最佳參數(shù)近似值及特征。4實驗心得體會。附：XMT-3000系列智能數(shù)字PID控制器面板示意圖思考題1、1畫出該單回路溫度自動控制系統(tǒng)的方框圖，并注明各環(huán)節(jié)的輸入，輸出物理

20、量。答： fx e p qPID ZK調(diào)壓器 電加熱器 y - Z DBW溫度變送器2從不同的控制器參數(shù)過渡過程記錄曲線中，試用控制質(zhì)量的品質(zhì)指標篩選出若干條典型曲線，分別說明P、PI或PD、PID作用時不同參數(shù)對過渡過程曲線的影響及其特征。答：一、P（比例型）:由圖知1、最大偏差A(yù)=365-400=-35 2、余差C=385-400=-15 3、衰減比：處于穩(wěn)態(tài)時，其值為390，第一個波峰值B=365-390=-25，第二個波峰值B1=385-390=-5，其衰減比為B:B1=-25:-5=5:1 4、由圖得，兩個波峰之間的距離為4.0mm，指針走速為300mm/h，故T振蕩周期=4.0&#

21、247;300×3600=48s 5、假設(shè)被控變量進入額定值的2%就認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為400×±2%=±8；新穩(wěn)態(tài)值為390，可在新穩(wěn)態(tài)值（390）兩側(cè)以±8畫一區(qū)域，只要被控變量進入這一區(qū)域，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，由圖得，結(jié)束時位置距離開始時距離為2.0mm，故過渡時間=2.0÷300×360024s 二、PI（比例積分型）：由圖知1、最大偏差A(yù)=355-400=-45 2、余差C=390-400=-10 3、衰減比：處于穩(wěn)態(tài)時，其值為398，第一個波峰值B=355-398=-43，第二個波峰值B1

22、=390-398=-8，其衰減比為B:B1=-43:-8=5.4:1 4、由圖得，兩個波峰之間的距離為8.1mm，指針走速為300mm/h，故振蕩周期T=8.1÷300×3600=97.2s 5、假設(shè)被控變量進入額定值的2%就認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為400×±2%=±8；新穩(wěn)態(tài)值為398，可在新穩(wěn)態(tài)值（398）兩側(cè)以±8畫一區(qū)域，只要被控變量進入這一區(qū)域，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，由圖得，結(jié)束時位置距離開始時距離為8.1mm，故過渡時間=8.1÷300×360097.2s 三、PID(比例積分微分型)

23、 :由圖知1、最大偏差A(yù)=353-400=-47 2、余差C=395-400=-5 3、衰減比：處于穩(wěn)態(tài)時，其值為398，第一個波峰值B=353-398=-45，第二個波峰值B1=395-398=-3，其衰減比為B:B1=-45:-3=15:1 4、由圖得，兩個波峰之間的距離為6.0mm，指針走速為300mm/h，故振蕩周期T=6.0÷300×3600=72s 5、假設(shè)被控變量進入額定值的2%就認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，那么限制范圍為400×±2%=±8；新穩(wěn)態(tài)值為398，可在新穩(wěn)態(tài)值（398）兩側(cè)以±8畫一區(qū)域，只要被控變量進入這一區(qū)域

24、，就可以認為過渡過程已經(jīng)結(jié)束，由圖得，結(jié)束時位置距離開始時距離為4.0mm，故過渡時間=4.0÷300×360042s3PID三作用控制的最佳參數(shù)近似值及特征。答：三參數(shù)為放大系數(shù)K、時間常數(shù)T、滯后時間1、 放大系數(shù)K：K=;Q1=-40；h=390-400=-10；故K=-10÷-40=0.252、 時間常數(shù)T:T=72s3、 滯后時間: =42s4、 三個參數(shù)的作用：4、心得體會：通過這次分別對P、PI、PID三種不同的控制系統(tǒng)的學習，我們更加直觀的了解了三種控制的優(yōu)缺點，這對于我們以后對三種系統(tǒng)的選擇有非常大的幫助。而且我們還親自計算了各個參數(shù)，了解他們在

25、實際中的意義，這對我們以后對數(shù)據(jù)準確性的把握和選擇都是十分有益的，而且通過對整個裝置的使用，我們也明白了各種系統(tǒng)對溫度觀測曲線的差異，這對于我們以后根據(jù)實際需要選擇系統(tǒng)是十分好的指導。實驗五 DCS控制系統(tǒng)一、實驗?zāi)康?了解DCS系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)；2掌握DCS溫度控制系統(tǒng)的實現(xiàn)方法；3學習掌握DCS系統(tǒng)的基本操作方法。二、實驗儀器及設(shè)備 1熱電偶 8支2DBW電動溫度變送器8臺3DCS系統(tǒng) 1套4ZK可控硅電壓調(diào)整器 8臺5電加熱器 8臺624V直流電源 1臺7XW系列自動平衡記錄儀 8臺三、實驗儀器及控制系統(tǒng)圖如下 220VZK調(diào)壓器輸出輸入DCS系統(tǒng)控制站 輸出輸入 電加熱器 熱電偶四、復

26、習教材 基本控制規(guī)律、控制器參數(shù)的工程整定、簡單控制系統(tǒng)設(shè)計、計算機控制系統(tǒng)五、實驗內(nèi)容和步驟1控制系統(tǒng)的投運準備工作（1）按控制系統(tǒng)圖利用接插件正確組合接線（2）放好儀表各開關(guān)位置：XMZ數(shù)顯表、ZK調(diào)壓器、XWC記錄儀電源開關(guān)閉合，儀表供電，ZK調(diào)壓器“通斷”開關(guān)置“通”、“自動手動”開關(guān)置“自動”； （3）DCS系統(tǒng)上電：控制站電源箱中的2個電源開關(guān)閉合；8臺操作站計算機開啟，選擇winNT4.0操作系統(tǒng)，進入實時監(jiān)控操作狀態(tài)，選擇“流程圖畫面”。2DCS溫度控制系統(tǒng)的操作在“流程圖畫面”下，通過“翻頁”功能，找到所需流程圖，用鼠標點擊控制器輸出數(shù)據(jù)框，屏幕顯示“控制器面板”，在此“控制器面板”上，可實現(xiàn)“手/自動”切換、手動時的輸出電流改變；用鼠標點擊“控制器面板”的位號，進入“調(diào)整畫面”，可進行設(shè)定值、PID參數(shù)、正反作用、輸出限位等等參數(shù)的設(shè)置，在此實現(xiàn)常規(guī)控制器具有的所有功能。DCS系統(tǒng)還有“歷史趨勢”、“報警記錄”、