自动化装置 实验指导书 张永德编 北京化工大学信息科学与技术学院 2007年9月 .93
自动化装置 实 验 指 导 书 张永德 编 北京化工大学信息科学与技术学院 2007 年 9 月 - 93 -
目录 实验一10E调节器的整机特性调校原则…96 实验二IV记录仪的调校原则...99 实验三SLPC调节器编程的调校原则（设计性）........…101 实验四S170调节器的结构认识和显示操作调校原则（综合性）.…103 实验五S170调节器编程的调校原则（设计性.…106 实验六气动调节阀流量特性的调校原则（综合性）.…118 实验七CS3000集散控制系统反馈控制功能组态的调校原则（设计性）...126 实验八CS3000集散控制系统顺序控制功能组态的调校原则（设计性）......120 .95
目 录 实验一 ICE调节器的整机特性调校原则 ........................................ 96 实验二 IRV记录仪的调校原则 ................................................ 99 实验三 SLPC调节器编程的调校原则(设计性) .................................. 101 实验四 YS170 调节器的结构认识和显示操作调校原则（综合性）................. 103 实验五 YS170 调节器编程的调校原则(设计性)................................. 106 实验六 气动调节阀流量特性的调校原则(综合性) .............................. 118 实验七 CS3000 集散控制系统反馈控制功能组态的调校原则（设计性）............ 126 实验八 CS3000 集散控制系统顺序控制功能组态的调校原则(设计性) .............. 120 - 95 -
实验一 ICE调节器的整机特性调校原则 一.目的与要求 本实验的目的是掌握ICE调节器整机特性调校的内容、方法及注意事项，达到熟练测 试PID参数的要求。 二.设备与接线 所需设备 ICE调节器 一台 信号发生器 一台 直流毫安表 一台 数字电压表 一台 压电源 一台 秒表 一块 按图9-1接线。 电爱生流 记录仪 ⑦ ⑩ ④ ① 2506 2509 ▣ ② ⊙ 数字电压表 E ©© 24VD 图911CE调节器整机特性调校接线图 三.内容与步骤 .96-
实验一 ICE 调节器的整机特性调校原则 一．目的与要求 本实验的目的是掌握 ICE 调节器整机特性调校的内容、方法及注意事项，达到熟练测 试 PID 参数的要求。 二．设备与接线 所需设备： ICE 调节器 一台 信号发生器 一台 直流毫安表 一台 数字电压表 一台 稳压电源 一台 秒表 一块 按图 9-1 接线。 记录仪 电压、电流 发生器 7 3 5 2 1 4 6 8 9 10 11 12 L1 L2 数字电压表 24V DC 电压、电流 发生器 外给信号 4~20mA 输入信号 1~5V 250Ω 250Ω 直流毫安表 图 9-1 ICE 调节器整机特性调校接线图 三．内容与步骤 - 96 -
(一)测量和给定指示刻度误差校验 1.将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置，当测量信号为1V、 3V、5V时，测量指针应指在0%、50%、100%刻度上，若误差>±0.5%，应在双针指示表的 左侧调整机械零点，在指示单元调整电阻进行量程调节。 2.当外给定信号为1V、3V、5V时，给定指针应指在0%、50%、100%刻度上，若误差> 士0.5%，应在双针指示表的右侧调整机械零点，在指示单元调整电阻R进行量程调节。 3.把测量校正切换开关置于校正。测量、给定指针应同时指示50%刻度。若误差>十 0.5%,在指示单元调整电阻Ra,使其符合要求。 (二)手动操作特性及输出指示校验 1.将调节器的开关置于测量、软手动、正作用、外给定各位置，拨动软手操板键，向 右轻按，输出以100s/满量程的变化速度增加。重按，输出以6s/满量程的变化速度增加。 向左轻按，输出以100s/满量程的变化速度减少。重按，输出以6s/满量程的变化速度减少 2.若不按软手操板键，则输出处于保持状态。在输出为100%时，输出保持特性为一 0.5%h。 3.按动软手操板键把输出指针分别移动到0%、50%、100%处，用直流毫安表检查输出 电流是否在4A、12mA、20mA。误差≤±2.5%。 4.把自动/软手动/硬手动切换开关置于硬手动位置，将硬手动操作杆分别置于0%、 50%、100%时，输出信号应为4血4、12m4、20m4。误差≤±3%。若超差，则在侧板进行零点 (R)以及量程(R)调整。 (三)自动手动切换特性校验 1.调节器各开关分别置于测量、外给定、正作用、比例带P=100%、微分时间T=0、 积分时间T=T、测量信号关闭。 2.用软手动使输出为任意值（例如12A)然后切换到“自动“，又由“自动“切换 到“软手动“，其误差<±0.25%。 3.用软手动使输出为任意值（例如12血A)并把硬手动操作杆移动到该输出值位置， 然后切换到“硬手动”，某误差<±5%。再从“硬手动”切换到“软手动”，其误差<±0.25%。 (四)PTD特性校验 1.比例带校验 将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置。积分时间T=T一，微分 时间T=0,测量信号关闭，用软手操使输出=4mA,自/软/硬切换开关切换到“自动”，测量 信号阶跃变化0.4W,调节比例带旋钮，使输出信号变化到5.6mA,检查比例带刻度误差△ Ps,△P。=(P准一P实)/P准X100%,要求△P。<士25%。 2.积分时间校验 将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置。积分时间T=T,微分 时间T=0,测量信号关闭，令P=100%,用软手操使输出=4mA,自/软/硬切换开关切换到 “自动”，令T=0.1min,测量信号阶跃变化0.4W,当输出信号由4mA跳变到5.6mA再变化 到7.2mA时，所用的时间就是积分时间，检查积分时间刻度误差△T,△T=(T准一T /T1海准×100%，要求△T1<±25%。 3.微分时间校验 .97-
（一）测量和给定指示刻度误差校验 1．将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置，当测量信号为 1V、 3V、5V时，测量指针应指在 0%、50%、100%刻度上，若误差＞±0.5%，应在双针指示表的 左侧调整机械零点，在指示单元调整电阻R6进行量程调节。 2．当外给定信号为 1V、3V、5V时，给定指针应指在 0%、50%、100%刻度上，若误差＞ ±0.5%，应在双针指示表的右侧调整机械零点，在指示单元调整电阻R13进行量程调节。 3．把测量校正切换开关置于校正。测量、给定指针应同时指示 50%刻度。若误差＞＋ 0.5%，在指示单元调整电阻R22，使其符合要求。 （二）手动操作特性及输出指示校验 1．将调节器的开关置于测量、软手动、正作用、外给定各位置，拨动软手操板键，向 右轻按，输出以 100s/满量程的变化速度增加。重按，输出以 6s/满量程的变化速度增加。 向左轻按，输出以 100s/满量程的变化速度减少。重按，输出以 6s/满量程的变化速度减少。 2．若不按软手操板键，则输出处于保持状态。在输出为 100%时，输出保持特性为— 0.5%h。 3．按动软手操板键把输出指针分别移动到 0%、50%、100%处，用直流毫安表检查输出 电流是否在 4mA、12mA、20mA。误差≤±2.5%。 4．把自动/软手动/硬手动切换开关置于硬手动位置，将硬手动操作杆分别置于 0%、 50%、100%时，输出信号应为 4mA、12mA、20mA。误差≤±3%。若超差，则在侧板进行零点 （R5）以及量程（R4）调整。 （三）自动手动切换特性校验 1．调节器各开关分别置于测量、外给定、正作用、比例带PB=100%、微分时间TD=0、 积分时间TI=T Imax、测量信号关闭。 2．用软手动使输出为任意值（例如 12mA）然后切换到“自动“，又由“自动“切换 到“软手动“，其误差＜±0.25%。 3．用软手动使输出为任意值（例如 12mA）并把硬手动操作杆移动到该输出值位置， 然后切换到“硬手动”，某误差＜±5%。再从“硬手动”切换到“软手动”，其误差＜±0.25%。 （四）PID 特性校验 1．比例带校验 将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置。积分时间TI=T Imax，微分 时间TD=0，测量信号关闭，用软手操使输出=4mA，自/软/硬切换开关切换到“自动”，测量 信号阶跃变化 0.4V，调节比例带旋钮，使输出信号变化到 5.6mA，检查比例带刻度误差△ PB，△PB=(PB标准－PB实际)／PB标准×100%，要求△PB＜±25%。 2．积分时间校验 将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置。积分时间TI=T Imax，微分 时间TD=0，测量信号关闭，令PB实际=100%，用软手操使输出=4mA，自/软/硬切换开关切换到 “自动”，令TI=0.1min，测量信号阶跃变化 0.4V，当输出信号由 4mA跳变到 5.6mA再变化 到 7.2mA时，所用的时间就是积分时间，检查积分时间刻度误差△TI，△TI=(TI标准－TI实际) ／TI标准×100%，要求△TI＜±25%。 3．微分时间校验 - 97 -
将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置。积分时间T=T,微分 时间T=0,测量信号关闭，P=100%,用软手操使输出=4血A,自/软/硬切换开关切换到“自 动”，令T10min,测量信号阶跃变化0.6Y,输出信号先跳变到最大然后再变化到10.9m4 时，所用的时间就是微分时间常数t,再乘上微分增益K,就是微分时间，检查微分时间 刻度误差△T,△T=(T际雅一T)/T×100%，要求△T<士25%。 四.数据与处理 纪录测试数据，然后分别计算比例带刻度误差△P、积分时间刻度误差△T、微分时 间刻度误差△T,并说明上述误差的来源。 .98
将调节器的各开关置于测量、正作用、外给定、软手动位置。积分时间TI=T Imax，微分 时间TD=0，测量信号关闭，PB实际=100%，用软手操使输出=4mA，自/软/硬切换开关切换到“自 动”，令TD=10min，测量信号阶跃变化 0.6V，输出信号先跳变到最大然后再变化到 10.9mA 时，所用的时间就是微分时间常数td，再乘上微分增益KD，就是微分时间，检查微分时间 刻度误差△TD，△TD=(TD标准－TD实际)／TD标准×100%，要求△TD＜±25%。 四．数据与处理 纪录测试数据，然后分别计算比例带刻度误差△PB、积分时间刻度误差△TI、微分时 间刻度误差△TD，并说明上述误差的来源。 - 98 -
实验二IRW记录仪的调校原则 一，目的与要求 本实验的目的是掌握IV纪录仪零点、量程、线性等调校的内容、方法及注意事项， 达到熟练使用IRV纪录仪的要求。 二.设备与接线 所需设备： IRV记录仪 一台 电压电流发生器 脉冲发生器 台 稳压电源 按图92接线。 记录仪 第二笔用输入 电生 (⑦ (10 ④ ⑧ ② ① ⑤ 脉冲发生器 ② 37.5PPS 走纸用的脉 3 ④ ⑥ 图92RV纪录仪调校接线图 三.内容与步骤 (一)记录笔笔尖接触压力的校验 记录笔的笔尖和记录纸之间的接触压力较大时，由于摩擦和脉冲电动机所产生的力矩 .991
实验二 IRV 记录仪的调校原则 一．目的与要求 本实验的目的是掌握 IRV 纪录仪零点、量程、线性等调校的内容、方法及注意事项， 达到熟练使用 IRV 纪录仪的要求。 二．设备与接线 所需设备： IRV 记录仪 一台 电压电流发生器 二台 脉冲发生器 一台 稳压电源 一台 按图 9-2 接线。 记录仪 电压、电流 发生器 7 3 5 2 1 4 6 8 9 10 11 12 L1 L2 电压、电流 发生器 脉冲发生器 24V DC 走纸用的脉冲 37.5PPS 1~5V DC 第二笔用输入 图 9-2 IRV 纪录仪调校接线图 三．内容与步骤 （一）记录笔笔尖接触压力的校验 记录笔的笔尖和记录纸之间的接触压力较大时，由于摩擦和脉冲电动机所产生的力矩 - 99 -
将会造成滞后现象。为了消除这一弊病，就要进行笔尖接触压力的校验（接触压力设计约 为6g)。 校验的方法是：输入信号为50%，当指针停止转动时，用手稍微转动一下纪录纸。使 输入信号为100%，再让输入信号为50%，当指针停止转动时，用手转动纪录纸，若出现图 93所示的死区。则应调整笔尖接触压力调整螺钉。 80 7 50 0020 10 图9-3滞后现象示意图 (二)零点校验 零点校验的目的是使指针与记录纸、刻度板0%的位置相吻合。其方法是当输入信号为 %时，记录笔的笔尖应处于记录线0%的位置，否则应调整指针笔杆上的两个螺钉（粗调）， 以及四连杆上的微调螺钉（细调）。调整完毕，要拧紧螺钉。然后，再松开刻度板的固定螺 钉，使刻度板0%的位置与指针一致，这样就能达到要求。 (三)量程校验 当输入信号为100%时，指针若没指示到刻度板100%的位置，则应调节量程调整螺钉（向 惩 左拧，则量程加大)，然后再进行零点校验，如此反复调节，直到满足要求为止。 上述两项校验的目的都是使0%的位置与记录纸的刻度相吻合，100%的位置与刻度板的 刻度相吻合。前者是因为链轮不能上下移动，所以0%位置要与记录纸0%相吻合后者是因 为记录纸随着温度的变化而变化伸缩，所以100%位置要与刻度板100%相吻合。 (四)线性校验 当输入信号为50%时，若指针没有指在刻度板的50%处，则应调节线性调整螺钉，让 指针沿着产生误差的方向错开约10m左右，再在输入信号为0%时，进行零点校验。反复 调整线性和零点，直到满足要求为止。 四.数据与处理 将正向行程和反向行程的零点、量程、线性测试数据记录下来，作误差分析。 -100
将会造成滞后现象。为了消除这一弊病，就要进行笔尖接触压力的校验（接触压力设计约 为 6g）。 校验的方法是：输入信号为 50%，当指针停止转动时，用手稍微转动一下纪录纸。使 输入信号为 100%，再让输入信号为 50%，当指针停止转动时，用手转动纪录纸，若出现图 9-3 所示的死区。则应调整笔尖接触压力调整螺钉。 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 图 9-3 滞后现象示意图 （二）零点校验 零点校验的目的是使指针与记录纸、刻度板 0%的位置相吻合。其方法是当输入信号为 0%时，记录笔的笔尖应处于记录线 0%的位置，否则应调整指针笔杆上的两个螺钉（粗调）， 以及四连杆上的微调螺钉（细调）。调整完毕，要拧紧螺钉。然后，再松开刻度板的固定螺 钉，使刻度板 0%的位置与指针一致，这样就能达到要求。 （三）量程校验 当输入信号为 100%时，指针若没指示到刻度板 100%的位置，则应调节量程调整螺钉（向 左拧，则量程加大），然后再进行零点校验，如此反复调节，直到满足要求为止。 上述两项校验的目的都是使 0%的位置与记录纸的刻度相吻合，100%的位置与刻度板的 刻度相吻合。前者是因为链轮不能上下移动，所以 0%位置要与记录纸 0%相吻合；后者是因 为记录纸随着温度的变化而变化伸缩，所以 100%位置要与刻度板 100%相吻合。 （四）线性校验 当输入信号为 50%时，若指针没有指在刻度板的 50%处，则应调节线性调整螺钉，让 指针沿着产生误差的方向错开约 10mm 左右，再在输入信号为 0%时，进行零点校验。反复 调整线性和零点，直到满足要求为止。 四．数据与处理 将正向行程和反向行程的零点、量程、线性测试数据记录下来，作误差分析。 - 100 -
实验三SLPC调节器编程的调校原则（设计性） 一，目的与要求 本实验的目的是掌握SLP℃调节器编程调校的内容和方法，达到熟练编制控制系统的 程序以及对该程序进行修改和运行的要求。 二.设备与接线 所需设备： SLPC调节器 一台 SPRG编程器 一台 按图9-4接线。 ① ⑧ X @ ② SLPC SPRG 图94SLPC调节器编程功能的调校接线图 三.内容与步骤 (一)用户程序的设计 根据图9-5的工作单编写主程序和仿真程序。 .101
实验三 SLPC 调节器编程的调校原则(设计性) 一． 目的与要求 本实验的目的是掌握 SLPC 调节器编程调校的内容和方法，达到熟练编制控制系统的 程序以及对该程序进行修改和运行的要求。 二． 设备与接线 所需设备： SLPC 调节器 一台 SPRG 编程器 一台 按图 9-4 接线。 A C 1 2 D B Y1 Y2 250Ω X1 SLPC SPRG 图 9-4 SLPC 调节器编程功能的调校接线图 三．内容与步骤 （一）用户程序的设计 根据图 9-5 的工作单编写主程序和仿真程序。 - 101 -
X11 ⊕ -p: PV -p2 SV--BSC LAG1 MV 图95工作单 (二)送电、键入主程序和仿真程序 1.送电 送电原则是先外设后主机，所以先插SPRG编程器电源插头，后插SLPC调节器电源插 头。断电时恰好相反。SLPC调节器在带电运行时不能断开和SPG编程器的通信连线，以 免造成调节器故隆。 2.键入主程序和仿真程序 键入主程序和仿真程序之前需对调节器和编程器进行初始化，在键入过程中如发现错 误，可按【C】键，作部分删除。如果要删除一行程序，则按【DEL】键。 (三)对输入信号X标定工程量 在键入数字时，必须达到4位有效数字。 (四)键入可变参数并定标 注意可变参数的上下限和01内部数据的对应关系。 (五)对测量值PV、设定值SV的刻度定标 定标之后应在SLPC调节器的侧面盘上，连续按【SCALE】查看有关数值是否正确。 (六)确定CNT.及方式 (七)设定MODE方式 按【▲】时，必须按够1s的时间。 （八)设定PID整定参数 (九)试运行 试运行的曲线应满足图96在阶跃信号作用下系统的过渡过程曲线的要求。如果运行 不成功，先检查软件连接是否有故障，再检查参数设置是否合理。 -102
BSC LAG1 DED1 x1 p1 p2 p3 SV PV MV Y1 Y2 图 9-5 工作单 （二）送电、键入主程序和仿真程序 1．送电 送电原则是先外设后主机，所以先插 SPRG 编程器电源插头，后插 SLPC 调节器电源插 头。断电时恰好相反。SLPC 调节器在带电运行时不能断开和 SPRG 编程器的通信连线，以 免造成调节器故障。 2.键入主程序和仿真程序 键入主程序和仿真程序之前需对调节器和编程器进行初始化，在键入过程中如发现错 误，可按【C】键，作部分删除。如果要删除一行程序，则按【DEL】键。 （三）对输入信号X n标定工程量 在键入数字时，必须达到 4 位有效数字。 （四）键入可变参数并定标 注意可变参数的上下限和 0~1 内部数据的对应关系。 （五）对测量值 PV、设定值 SV 的刻度定标 定标之后应在 SLPC 调节器的侧面盘上，连续按【SCALE】查看有关数值是否正确。 （六）确定CNT n及方式 （七）设定 MODE 方式 按【▲】时，必须按够 1s 的时间。 （八）设定 PID 整定参数 （九）试运行 试运行的曲线应满足图 9-6 在阶跃信号作用下系统的过渡过程曲线的要求。如果运行 不成功，先检查软件连接是否有故障，再检查参数设置是否合理。 - 102 -
y(t) 图9-6在阶跃信号作用下系统的过渡过程曲线 四.数据与处理 纪录在阶跃信号作用下系统的过渡过程曲线，分析P、T、T的增加和减小对过渡过程 曲线的影响。 实验四YS170调节器的结构认识和显示操作调校原则（综合性） 一.目的与要求 本实验的目的是掌握YS170调节器的结构特征和显示操作的方法，达到熟悉YS170调 节器结构，熟悉显示画面和操作方法的要求。 二. 设备与接线 万用表 1台 电压电流发生器 1台 YS170调节器 1台 直流毫安表 1台 按图9-7接线 .103
B A B ′ y(t) tp ts t y(∞) 图 9-6 在阶跃信号作用下系统的过渡过程曲线 四． 数据与处理 纪录在阶跃信号作用下系统的过渡过程曲线，分析PB、TI、TD的增加和减小对过渡过程 曲线的影响。 实验四 YS170 调节器的结构认识和显示操作调校原则（综合性） 一．目的与要求 本实验的目的是掌握 YS170 调节器的结构特征和显示操作的方法，达到熟悉 YS170 调 节器结构，熟悉显示画面和操作方法的要求。 二．设备与接线 万用表 1 台 电压电流发生器 1 台 YS170 调节器 1 台 直流毫安表 1 台 按图 9-7 接线 - 103 -