A3000高级过程控制系统实验指导书V
A3000过程控制实验指导第一章
第一章A3000高级过程控制实验系统概述本章介绍A3000高级过程控制实验系统整个测试平台的构成。
A3000包括物理硬件系统以及配置的软件系统。
第一节总体架构A3000测试平台总体物理系统如图1.1所示，包括控制系统和现场系统，控制系统可有30多种，现场系统可具有现场总线。
总体逻辑结构如图1.2所示。
图1.1 Au3000测试平台物理系统A3000现场系统特性：➢尺寸：1450（毫米宽度）X700（毫米深度）X1950（毫米高度），全不锈钢框架；➢电力：三相接地四线制380V 0%，单相三线制，220V 10%；➢能耗：最大额定用电6kw/h。
自来水120L，可重复使用；A3000控制系统特性：➢尺寸：800(宽度)X60（深度）X1950（高度）。
标准工业机柜；➢电力：单相三线制，220V 10%；➢能耗：最大额定用电1kw/h；第二节测试平台现场系统物理受控系统包括了测试对象单元、供电系统、传感器、执行器（包括变频器及移相调压器），从而组成了一个只需接受外部标准控制信号的完整、独立的现场环境。
下面使用示意图和流程图方式介绍现场系统的结构、原理、操作和维护。
系统必须可靠接地，以防止因动力设备静电积累而造成触电或设备损坏。
一现场系统结构示意图现场系统结构示意图如图1.3所示。
图1.3 现场系统结构示意图总体的测点清单如表1.1所示。
表1.1 整体流程测点清单8 XV-101 电磁阀一支路给水切断光电隔离DO NC9 XV-102 电磁阀二支路给水切断光电隔离DO NC10 AL-101 告警光电隔离DO NC11 FT-101 涡轮流量计一支路给水流量4-20mADC AI0~3m3/h12 FT-102 电磁流量计二支路给水流量4-20mADC AI0~3m3/h13 PT-101 压力变送器给水压力4-20mADC AI150kPa14 LT-101 液位变送器上水箱液位4-20mADC AI 2.5 kPa15 LT-102 液位变送器中水箱液位4-20mADC AI 2.5 kPa16 LT-103 液位变送器下水箱液位4-20mADC AI 2.5 kPa17 LT-104 液位变送器锅炉/中水箱右液位4-20mADC AI0~5kPa18 FV-101 电动调节阀阀位控制4-20mADC AO 0~100%19 GZ-101 调压模块锅炉水温控制4-20mADC AO 0~100%20 U-101 变频器频率控制4-20mADC AO 0~100%注：所列信号类型为原始信号，在控制柜中Pt100经过变送器转换成了4～20mA。
专业综合实验课程指导书
测量或控制量
测量或控制量标号
使用PLC
端口
智能控制器
端口
使用ADAM
端口
下水箱液位
LT103
AI0
测量输入端
AI0
调节阀
FV101
AO0
输出端
AO0
表1－1
4、控制器参数整定
在工程上常用的整定方法有：经验法、临界比例度法、衰减振荡法和响应曲线法。本实验可任意采用其中一种来实现。
例：用临界比例度法整定控制器的参数。
（1）先将控制器置纯比例状态，待系统稳定后，逐步减小控制器的比例度δ（即1/KC），并且每当减小一次比例度δ，待被控变量回复到平衡状态后，再手动给系统施加一个5%~15%的阶跃扰动，观察被控变量变化的动态过程。若被控变量为衰减的振荡曲线，则应继续减小比例度δ，直到输出响应曲线呈现等幅振荡为止。如果响应曲线出现发散振荡，则表示比例度调节得过小，应适当增大，使之出现等幅振荡。
3、DDC、DCS和FCS控制系统的结构有何不同？
六、实验结果提交
写出完整的实验报告：
1、给出控制方案，画出系统原理方框图和网络结构图。
2、提交系统运行结果，给出相关的数据、曲线和图形。
3、根据曲线，分析P，PI，PID控制大致具有哪些趋势特征。
4、给出各个控制条件下的衰减比n，超调量σ/最大偏差emax，余差e(∞)，以及调节时间ts，并分析论证系统是否满足控制指标要求。
五、实验内容与步骤
根据实验要求，参考实验范例，完成相应的实验内容。
六、思考问题
1、串级控制系统有哪些主要特点？什么情况下可考虑设计串级控制？
过控实验报告
综合实践实验报告（过程控制部分）班级：姓名：学号：日期：一. 实验目的:1、熟悉A3000实验装置及过程控制实训装置的工艺流程。
2、熟悉使用浙大中控DCS系统，了解DCS系统的工作原理。
3、重点掌握使用DCS系统组态软件进行组态的工作流程。
4、在A3000实验装置或过程控制实训装置上完成水箱液位自动控制系统的设计与分析。
5、深入理解控制器参数的调整原理。
二.实验内容:1．熟悉工艺流程，绘制装置流程图。
2．熟悉浙大中控DCS的设计环境及控制站组态、整合熟悉浙大中控DCS的系统组态和运行的环境，掌握如下内容：（1）如何进入组态环境。
（2）载入组态、选择组态、新建组态的含义。
（3）新建一个组态，名称为综合实验（各组相同），将组态文件保存在D:\综合实验文件夹下3．系统组态工作流程3.1主控制卡组态主控制卡组态方法：点击菜单命令[总体信息/主机设置]或是在工具栏中点击[主机]图标将弹出主机设置界面。
主机设置界面分主控制卡设置界面和操作站设置界面。
主控制卡设置界面用于完成控制站（主控卡）设置；操作站设置界面用于完成操作站（工程师站与操作员站）设置。
点击主机设置界面下方的主控制卡标签可进入相应的设置界面。
表1 主控制卡组态参数表以上参数仅供参考，在实验中要根据本组实际情况合理选择参数（以下同）。
主控制卡组态完成之后，就可以进行系统编译和运行的工作了（如果不能编译，请添加操作小组-详见操作小组组态）。
系统编译：系统组态完成后，可以对系统进行编译，编译分为总体编译、控制站编译、快速编译三种类型，在实验中可以体会三种编译方法的区别。
系统编译完成后，既可以运行。
系统运行：当系统未完成下载和传送的操作时，系统只能处于仿真运行状态，此时运行系统需要在运行初始界面中选中[仿真运行]。
在仿真运行状态下，系统数据均是模拟生成的，用户无法控制。
在此画面中，还需要选择需要运行的系统。
3.2 控制站I/O组态在主控制卡组态完成之后，控制站I/O组态的顺序为数据转发卡组态、I/O卡件组态、I/O点组态以及控制方案组态四个部分。
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.HUATEC A3000过程控制实验系统实验指导书V3.0北京华晟高科教学仪器有限公司编制目录第一章安全注意事项与设备使用 ........................................................................ - 1 -1.1防止触电........................................................................................................................ - 1 -1.2防止烫伤........................................................................................................................ - 2 -1.3防止损坏........................................................................................................................ - 2 -1.4现场系统组成................................................................................................................ - 2 -1.5控制系统组成................................................................................................................ - 2 - 第二章计算机测控系统实验 ................................................................................ - 5 -实验1 实验系统认知......................................................................................................... - 5 - 实验2 ADAM4000模块的通讯和使用........................................................................... - 10 - 实验3 组态软件编程和数据获取................................................................................... - 18 - 实验4 PLC系统通讯和使用 ........................................................................................... - 21 - 实验5 PLC Step7编程 .................................................................................................. - 28 - 实验6 现场总线技术与DCS实验 ................................................................................. - 33 - 第三章工艺设备和仪器仪表实验 ...................................................................... - 41 -实验1 温度、压力、液位和流量测量实验................................................................... - 41 - 实验2 水泵负载特性测量实验....................................................................................... - 45 - 实验3 管道压力和流量耦合特性测量实验................................................................... - 47 - 实验4 电动调节阀特性测量实验................................................................................... - 50 - 实验5 调压器特性测量实验........................................................................................... - 53 - 实验6 变频器水泵控制特性测量实验........................................................................... - 55 - 第四章工业系统对象特性的测定研究 .............................................................. - 59 -实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 59 - 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验................................................................... - 62 - 实验3 非线性容积水箱液位数学模型的测定实验....................................................... - 64 - 实验4 测定不同阻力下单容水箱液位数学模型实验................................................... - 67 - 实验5 锅炉与加热器对象数学模型实验....................................................................... - 69 - 实验6 滞后管数学模型实验........................................................................................... - 72 - 实验7 换热机组数学模型实验....................................................................................... - 75 - 第五章简单设计型控制实验 .............................................................................. - 79 -实验1 单闭环流量控制实验........................................................................................... - 79 - 实验2 单容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 82 - 实验3 双容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 88 - 实验4 三容水箱液位定值控制实验............................................................................... - 91 - 实验5 锅炉水温定值位式控制实验............................................................................... - 94 - 实验6 锅炉水温定值控制实验....................................................................................... - 98 - 实验7 换热器水温单回路控制实验............................................................................. - 101 - 实验8 联锁控制系统实验............................................................................................. - 104 - 实验9 单闭环压力控制实验......................................................................................... - 107 - 第六章复杂设计型控制系统 ............................................................................ - 110 -实验1下水箱液位和进口流量串级控制实验.............................................................. - 110 - 实验2 闭环双水箱液位串级控制实验......................................................................... - 119 - 实验3 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制实验............................................. - 123 - 实验4 单闭环流量比值控制系统实验......................................................................... - 127 - 实验5 下水箱液位前馈反馈控制系统实验................................................................. - 129 - 实验6 锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统实验..................................................... - 133 - 实验7 管道压力和流量解耦控制系统实验................................................................. - 136 - 实验8 换热器出口温度与流量解耦控制系统实验..................................................... - 140 -第七章创新型设计与研究 ................................................................................ - 144 -实验1 大延迟系统补偿控制的研究............................................................................. - 144 - 实验2 单神经元自适应PID算法的研究 .................................................................... - 147 - 实验3 模糊控制算法的研究......................................................................................... - 154 - 实验4 现场总线系统控制研究..................................................................................... - 156 - 第八章工程应用型设计 .................................................................................... - 164 -实验1 工业项目设计..................................................................................................... - 164 - 实验2 报警系统设计..................................................................................................... - 168 - 实验3 关键事件处理和记录设计................................................................................. - 175 - 实验4 系统趋势和历史存储设计................................................................................. - 178 - 实验5 系统登录和安全性设计..................................................................................... - 180 - 实验6 网络化控制系统的研究..................................................................................... - 185 -第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。
A3000过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导V3
(版本 3.0)
用户文件编号：A3000DH018 北京华晟高科教学仪器有限公司编制
A3000 过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导
前言
《A3000过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导》是根据A3000过 程控制实验系统的相关内容编写的，包括如下内容：
安全注意事项 ...............................................................................................................3
1、防止触电..............................................................................................................3 2、防止烫伤..............................................................................................................4 3、防止损坏..............................................................................................................4
北京华晟高科教学仪器有 限 公 司 编制 第 I 页 共 135 页
A3000 过程控制实验系统基本部分和测试实验培训指导
修订记录：2007.8 由唐一非修改现场对象系统管路图，现场系统示意图，一 些变动的阀门的编号，以及相关图片替换为最新的。
基于智能仪表控制系统的A3000实验和测试培训V1M7D9
基于智能仪表控制系统A3000实验和测试培训北京华晟高科教学仪器有限公司2006-3前言《基于智能仪表控制系统A3000实验和测试培训》是根据A3000过程控制实验系统的相关内容编写的，包括了如下内容：1、百特智能仪表介绍。
2、百特智能仪表设置。
3、百特智能仪表和组态软件的连接。
不介绍具体的A3000现场系统和组态软件。
有关这些内容将在独立的培训指导书中介绍。
本指导书缺点和错误在所难免，敬请各位专家、院校师生和广大读者批评指正。
申明：本培训书内容只适合华晟高科A3000教学实验。
范例和文档内容只用于提供信息，对本书不承担任何保证。
目录第一章福光百特 (1)1.1控制系统概述 (1)1.1.1 功能特点 (1)1.2 控制系统设置 (3)1.2.1 显示说明 (3)1.2.2 操作说明 (3)1.3 常见错误及其解决方法 (8)1.4 控制器信号连接和操作 (9)1.4.1 面板接线............................................................ 错误！未定义书签。
第二章组态软件的监控.. (10)2.1单容液位调节阀PID单回路控制 (10)2.2 范例的组态软件编程 (11)2.2.1 组态王对控制器的设备组态 (11)2.2.2 组态王定义数据变量........................................ 错误！未定义书签。
2.2.3 MCGS对控制器的设备组态 (11)2.2.4 MCGS定义设备通道数据变量 ........................ 错误！未定义书签。
2.3 范例的操作过程和调试 (26)2.4 范例测试结果及记录 (27)第一章福光百特本章简单介绍百特仪表的使用。
如果操作比较复杂，则请参看设备资料。
AS3010子系统包括福光百特一台内给定智能调节仪，和一台外给定智能调节仪。
该系统由24V直流供电，可以通过RS485-RS232转换器连接到计算机，或者通过RS485-到以太网转换，连接到上位机。
A3000过程控制实验指导 第三章
图3.1 单回路控制系统方框图图3.2 扰动作用于不同位置的控制系统 第三章 单回路控制系统第一节 单回路控制系统的概述及调节器参数整定方法一、 单回路控制系统的概述图3.1为单回路控制系统方框图的一般形式，它是由被控对象、执行器、调节器和测量变送器所组成的一个闭环控制系统。
系统的给定量是一定值，要求系统的被控制量稳定至给定量。
由于这种系统结构简单，调试方便，性能较好，故在工业生产中被广泛应用。
二、 干扰对系统性能的影响● 干扰通道的放大系数、时间常数及纯滞后对系统的影响干扰通道的放大系数Kf 会影响干扰加在系统中的幅值。
若系统是有差系统，则干扰通道的放大系数愈大，系统的静差也就愈大。
我们希望干扰通道的放大系数愈小愈好。
如果干扰通道是一个惯性环节，令时间常数为Tf ，则阶跃扰动通过惯性环节后，其过渡过程的动态分量被滤波而幅值变小。
即时间常数Tf 越大，则系统的动态偏差就愈小。
通常干扰通道中还会有纯滞后环节，使被调参数的响应时间滞后一个τ值，即)-Y(t (t)Y ττ=上式表明调节过程沿时间轴平移了一个τ的距离，即干扰通道出现纯滞后，但不会影响系统的调节质量。
● 干扰进入系统中的不同位置复杂的生产过程往往有多个干扰量，他们作用在系统的不同位置，如图3.2所示。
控制理论证明，同一形式、大小相同的扰动在系统中不同的位置所产生的静差是不一样的。
对扰动产生影响的仅是扰动作用点前的那些环节。
δ1K =(S)G P C =三、 控制规律的确定选择系统调节规律的目的是令调节器与调节对象很好匹配，使组成的控制系统满足工艺上所提出的动、静态性能指标。
比例(P)调节纯比例调节器是一种最简单的调节器，它对控制作用和扰动作用的响应都很快。
由于比例调节只有一个参数，所以整定很方便。
这种调节器的主要缺点是使系统有静差存在。
其传递函数为式中Kp 为比例系数，δ为比例带。
比例积分(PI)调节PI 调节器就是利用P 调节快速抵消干扰的影响，同时利用I 调节消除残差，但I 调节会降低系统的稳定性，这种调节器在过程控制中是应用最多的一种调节器。
(完整版)A3高级过程控制系统使用说明和维护手册0504要点
A3000高级过程控制系统使用说明和维护手册(版本4.0)用户文件编号：A3000DH017北京华晟经世信息技术有限公司编制安全注意事项 (1)1系统安装 (3)1.1系统规格 (3)1.2布局方式 (5)1.3配电连接和接地 (6)1.4信号线和通讯线连接 (7)2操作和控制 (8)2.1现场系统 (8)2.2过程和电气设备结构和操作 (16)2.3基本控制系统 (32)2.4开始实验 (39)3系统功能 (40)3.1对象数学模型的测定与建立 (40)3.2单回路控制实验 (41)3.3位式控制 (41)3.4计算机控制一般性实验 (42)3.5复杂控制实验 (42)3.6高等控制 (42)3.7自动化网络实验 (43)4报警和保护 (43)5常规维护 (43)本使用手册包括有使用时的操作说明和注意事项。
本使用手册请交给最终用户。
安全注意事项安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项，并且要在熟悉设备的知识、安全信息及全部有关注意事项以后使用。
在本使用说明书中，将安全注意事项等级分为“危险”和“注意”。
不正确的操作造成的危险情况，将导致死亡或重伤不正确的操作造成的危险情况，将导致一般或轻微的伤害或造成物体的硬件损坏。
注意：根据情况的不同，“注意”等级的事项也可能造成严重后果。
请遵循两个等级的注意事项，因为它们对于个人安全都是重要的。
1、防止触电测试系统的控制系统供电一般为DC24V，漏电保护器和开关电源的端子上带有220V电压。
正常漏电保护30毫安。
物理受控系统分别引入三相电和单相电，整个现场系统没有任何可以接触到的端子。
正常漏电保护30毫安。
尽管系统经过多层保护，还是请用户注意以下安全事项。
危险当通电或正在运行时，非专业人员不要进行任何维护、维修操作，不要打开机柜后门，接线箱盖子，变频器前盖板，否则会发生触电的危险。
要求现场系统可靠接地。
每隔一定时间，对漏电保护器进行漏电测试试验，即按下测试按钮。
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HUATECA3000过程控制实验系统实验指导书V3.0华晟高科教学仪器编制目录第一章安全注意事项与设备使用 ................................................ - 1 -1.1防止触电 ................................................................................. - 1 -1.2防止烫伤 ................................................................................. - 2 -1.3防止损坏 ................................................................................. - 2 -1.4现场系统组成............................................................................ - 2 -1.5控制系统组成............................................................................ - 2 - 第二章计算机测控系统实验 ..................................................... - 5 -实验1 实验系统认知 ....................................................................... - 5 - 实验2 ADAM4000模块的通讯和使用 ....................................................- 10 - 实验3 组态软件编程和数据获取.........................................................- 18 - 实验4 PLC系统通讯和使用...............................................................- 21 - 实验5 PLC Step7编程...................................................................- 28 - 实验6 现场总线技术与DCS实验 ........................................................- 33 - 第三章工艺设备和仪器仪表实验 .............................................. - 41 -实验1 温度、压力、液位和流量测量实验..............................................- 41 - 实验2 水泵负载特性测量实验 ...........................................................- 46 - 实验3 管道压力和流量耦合特性测量实验..............................................- 48 - 实验4 电动调节阀特性测量实验.........................................................- 51 - 实验5 调压器特性测量实验 ..............................................................- 53 - 实验6 变频器水泵控制特性测量实验 ...................................................- 55 - 第四章工业系统对象特性的测定研究......................................... - 59 -实验1 单容水箱液位数学模型的测定实验..............................................- 59 - 实验2 双容水箱液位数学模型的测定实验..............................................- 62 - 实验3 非线性容积水箱液位数学模型的测定实验 .....................................- 65 - 实验4 测定不同阻力下单容水箱液位数学模型实验...................................- 67 - 实验5 锅炉与加热器对象数学模型实验 ................................................- 70 - 实验6 滞后管数学模型实验 ..............................................................- 73 - 实验7 换热机组数学模型实验 ...........................................................- 76 - 第五章简单设计型控制实验 ................................................... - 80 -实验1 单闭环流量控制实验 ..............................................................- 80 - 实验2 单容水箱液位定值控制实验......................................................- 83 - 实验3 双容水箱液位定值控制实验......................................................- 89 - 实验4 三容水箱液位定值控制实验......................................................- 93 - 实验5 锅炉水温定值位式控制实验......................................................- 95 - 实验6 锅炉水温定值控制实验 ...........................................................- 99 - 实验7 换热器水温单回路控制实验.................................................... - 102 - 实验8 联锁控制系统实验............................................................... - 105 - 实验9 单闭环压力控制实验 ............................................................ - 109 - 第六章复杂设计型控制系统 .................................................. - 111 -实验1下水箱液位和进口流量串级控制实验.......................................... - 111 - 实验2 闭环双水箱液位串级控制实验 ................................................. - 120 - 实验3 换热器热水出口温度和冷水流量串级控制实验.............................. - 125 - 实验4 单闭环流量比值控制系统实验 ................................................. - 128 - 实验5 下水箱液位前馈反馈控制系统实验............................................ - 131 - 实验6 锅炉温度和换热器前馈反馈控制系统实验 ................................... - 135 - 实验7 管道压力和流量解耦控制系统实验............................................ - 138 -实验8 换热器出口温度与流量解耦控制系统实验 ................................... - 143 - 第七章创新型设计与研究 ..................................................... - 146 -实验1 大延迟系统补偿控制的研究.................................................... - 146 - 实验2 单神经元自适应PID算法的研究............................................... - 149 - 实验3 模糊控制算法的研究 ............................................................ - 156 - 实验4 现场总线系统控制研究 ......................................................... - 158 - 第八章工程应用型设计........................................................ - 166 -实验1 工业项目设计 .................................................................... - 166 - 实验2 报警系统设计 .................................................................... - 170 - 实验3 关键事件处理和记录设计....................................................... - 177 - 实验4 系统趋势和历史存储设计....................................................... - 180 - 实验5 系统登录和安全性设计 ......................................................... - 183 - 实验6 网络化控制系统的研究 ......................................................... - 187 -第一章安全注意事项与设备使用安全注意事项：在安装、操作、维护或检查本系统之前．一定仔细阅读以下安全注意事项。