过程控制工程课程设计
设计题目：
学生姓名：______ 学号：_________
______ 学号：_________ ______ 学号：_________
专 业： _____ 班 级： 指导教师： 日 期： 年 月 日
目录
一、实验（目的）项目及意义 ....................................................................................................... 2
二、国内外研究现状 ....................................................................................................................... 2
三、基础实验项目训练 ................................................................................................................... 3
1.单回路温度控制系统 ............................................................................................................ 3
上水箱流量串级控制系统 .................................................................................................... 6
3.比值控制系统 ........................................................................................................................ 9
四、本工程实验项目 ..................................................................................................................... 16
1.硬件选型 ............................................................................................................................. 16
2.其他材料 ............................................................................................................................. 34
3.方案设计 ............................................................................................................................. 36
五、工程项目总结 ......................................................................................................................... 39
六、遇到问题及解决方法 ............................................................................................................. 40
七、参考文献 ................................................................................................................................. 41
变比值控制
一、实验（目的）项目及意义
通过实验掌握变比值控制系统的基本概念、比值系数的计算，掌握变比值控制系统的结构组成和设计。
掌握变比值控制系统的参数整定。 二、国内外研究现状
自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
自动控制按输入量的变化规律分类，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-Up Control System）、过程控制系统（Process Control System）。
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。
在当今高教改革中，越来越多的教师认识到素质教育的重要性，但各高校的教学中理论和实践严重脱节，基于这一现象，并征求广大教师的意见，我公司设计开发了PCT—I型过程控制实验系统装置，在I型系统基础之上，并争取各大专院校专家领导的建议，我公司又新开发出PCT-II型过程控制系统实验装置。II型过程控制系统装置集I型之优点，并增加了变比值控制，Simth控制，温度和流量解耦控制等一些复杂实验。 装置特点:
1、 装置由控制对象、控制屏、计算机三部分组成，对象构布局合理，造型美观大方。 2、 真实性、直观性、综合性强，控制对象元件全部来源于工业现场。控制屏正面有完整
的系统结构图案。
3、 参数全面，涵盖了液位、流量、压力、温度等典型参数。
4、 PCT-II过程控制实验装置具有控制参数和控制方案的多样化。该装置可通过对
其管路上的阀门切换和对模拟信号接线板上信号的连接组合，可构成数十种过程控制实验。
5、在PCT-II过程控制实验装置中充分考虑了大专院校，高等职业技术学院工业自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实验、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实验方案，进行综合性、创造性过程控制系统实验的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。
实验室现状
过程控制实验室现有：浙江求实集团PCT-Ⅲ型 工程控制系统实验装置 1）对象：温度、液位、流量、压力 2）控制方式：PID控制 三、基础实验项目训练 1、单回路温度控制系统 1）．设计目的
1）设计组成单回路控制系统的各部分，画出总体框图； 2）能根据单回路温度定值控制系统的特点，确定控制方案； 3) 根据所确定的设计方案进行仪表选择、控制器选择、执行器选择； 4)合理选择PID 参数。
5) 撰写设计说明书及注意事项。 2）.实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。 3）.流程图
图1 工艺流程图
4）.方框图
图2 温度单回路系统结构框图
5）.实验原理
系统开始后，水温传感器将水温传送给控制器与给定值进行比较，e是否为0，如果为0直接输出，如果不为0，控制器进行PID计算，参数整定后，进行调节，然后传给执行器执行命令，从而达到温度稳定。
实验步骤：1.接线 2.打开相应开关 3.调节参数及设定 4.闭环稳定5.加干扰
a．压力，改变设定值，上水箱进水一段，实验结果 压力稳定
改变压力
进水一段时间
改变设定值
本设计的系统虽说成功的实现了锅炉内部的恒温控制，但在系统的设计中也存在一些问题，如：PID参数的整定，对 PID参数进行整定的时候，并不是每次都会得到理想的参数，并且参数的自整定需要花很长的时间，但在组员的共同努力下，最终调出比较好的PID值，完成设计。 2、上水箱流量串级控制系统
1）.实验目的
1.通过实验掌握串级值控制系统的基本概念、控制系统的结构组成和设计。 2.掌握变比值控制系统的参数整定。 2）.实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。 3）.结构图
如下图3是串级控制系统的方框图。该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调
节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
图3 串级控制系统方
框图
4）.工作原理
本系统的主控量为上水箱的液位高度H，副控量为气动调节阀支路流量Q，它是一个辅助的控制变量。系统由主、副两个回路所组成。主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量H等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H的控制目的，因而副调节器可采用P控制。但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象上水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。 5）.实验步骤
本实验选择上水箱和气动调节阀支路组成串级控制系统（也可采用变频器支路）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀门F1-9开至适当开度，其余阀门均关闭。
1）接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面如本实验指导书第二章第一节中的图2-5所示。
2）在实验主界面中选择本实验项即“上水箱液位与进水口流量串级控制实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图5-17所示。
3）在上位机监控界面中，将副调节器设置为“手动”，并将输出值设置为一个合适的值。
4）合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少副调节器的输出量，使上水箱的液位稳定于设定值。
5)按本章第一节中任一种整定方法整定调节器的参数，
并按整定得到的参数
对调节器进行设定。
6）待上水箱进水流量相对稳定，且其液位稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：
（1）突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负)阶跃增量的变化； （2）将气动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度； （3）将阀F1-5、F1-13开至适当开度；
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定于新的设定值（后面两种干扰方法仍稳定在原设定值）。通过实验界面下边的切换按钮，观察计算机记录的设定值、输出值和参数，上水箱液位的响应过程曲线将如图4所示。
图4 上水箱液位阶跃响应曲线
7)适量改变调节器的PID参数，重复步骤6，观察计算机记录不同参数时系统的响应曲线。
图5 实验界面
6）．实验结果
3、比值控制系统
1）.实验（目的）项目及意义
通过实验掌握比值控制系统的基本概念、比值系数的计算，掌握变比值控制系统的结构组成和设计。 掌握变值控制系统的参数整定。 2）.实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。
图6 比值控制系统实验流程图
3）.实验步骤
根据实验系统流程图与框图构成一个单闭环比值控制系统，如图6所示。
当流量变送器的输出电流与流量成线性关系时，流量从0—QMAX时，变送器对应
的输出电流为4—20毫安。任一瞬时流量Q对应的变送器输出电流信号为：
I=Q/QMAX⨯16mA+4mA
则主副流量变送器的输出电流信号为：
I1=Q1/Q1MAX⨯16mA+4mA I2=Q2/Q2MAX⨯16mA+4mA
主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：
I2=K'⨯I1
I2Q2/Q2MAX⨯16+4Q2MAXK′为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 K'=Q2/Q1时，可得：
K'===K
I1Q1/Q1MAX⨯16+4Q1MAX
将流量比值实验所需设备，按实验流程图接好导线。
接通总电源和控制台电源。打开“变比值控制”实验界面，点击“PID参数”设定，调节适当的控制参数。
点击“比值手动/自动”按钮为自动状态，调节主回路流量（Uk3）的数值，观察两回路的流量是否成比例的变化（其中副回路流量为UK2）。将“比值手动/自动”按钮切换到手动，点击“变比值控制自动/手动”按钮为自动状态。观察温度的被控效果。改变PID参数设定中的Kc可改变主副流量比值。 比值控制系统的参数整定。
控制器的参数整定可按单回路或串级控制系统的整定方法进行。系统稳定后，变比值控制投入自动，按串级控制系统PID参数方法整定方法整定系统 改变温度设定值，观察主副流量比值的变化。 4）.计算机的参数设置
本实验需要设置的参数如下：
5）.实验接线图
6）.实验数据
实验结果 压力、温度稳定
结果图
7）.实验体会
由于过程控制中的干扰因素很多，当系统中存在除流量以外的其他干扰时
四．本工程实验项目
1.硬件选型
检测仪表（压力、流量、液位、温度），为两线制仪表，接线应该注意极性！ 注:在不常用的仪表，或者采用了新型仪表，以及在不了解的情况下，请仔细查阅该仪
表的使用说明书，根据其中的要求调试仪表；在接线的过程中，请先断电，接完线请先检查线路。下面以常见仪器仪表为说明。
1）压力、液位传感器（杭州天矩、上海奇正）
首先应该明确，此设备属于无源输入设备，也就是说，如果要让其正常工作，能够产生4~20mA信号，必须加入24V开关电源。接线的原则是，假想一正电流信号从电源出发，按照正～负～正～负，将所有器件串接起来组成回路，所接的器件可以假设为电阻。
24V
250Ω
调节器
确认无误，通电预热15分钟。设置调节器输入规格为Sn=33，此时1~5伏输入有效。根据仪表的量程，比如0~3kpa，设置diL=0，diH=300。
将检测点水箱加入少量的水，打开仪表下端的螺母，清理连通管中的赃物，排净空气保证管道中的水无气泡无杂物。
观察智能仪表上的数值显示，根据水箱的水位刻度（水一般可加到10的样子），对仪表进行机械零点调节，即重新固定仪表的高度位置，尽可能使两者的数值相同。
TESTOUT
ZERO/ZSPEN/G
零点调整 在水箱没水时，观察输出电流表的读数是否为4mA，如果不对，则调整调零电位器，直至读数为4mA；或者，在水箱水为2~10中的某个值，根据上述设置，观察智能调节器数值显示是否和水箱刻度值对应，调整仪表zero电位器，直至数值相等。（电位器调整时，应该注意方向，小心操作，切勿生板硬拧，调整幅度应该尽量小，慢慢调，以保证调校的准确性）
满量程调整 零点调好后，给水箱加水，液位增加到水箱满刻度处，根据实际刻度与调节器显示的读数之间的差值，调整增益电位器spen或者G，直至两者一致。
注意：由于满量程调整后会影响零点，所以需要重新调整几次。调整完毕，可观察跟踪水的变化是否对应增加减，应防止中间过程出入太大的现象。一般情况下最大允许相差2刻度。
另外，一般仪表上下行程的变化是存在一点点误差的。
2）智能调节仪表的使用及调试
智能调节仪表，主要是应用在模拟控制中，主要输入模拟信号，并输出模拟信号控制，作为过程控制中的一种处理单元，它将检测仪表的信号进行采集，同时将信号与给定值相比较，然后输出控制信号使执行器相应动作。
常用功能接线如上所示。仪表操作详见《AI全通用人工智能调节器》说明书P19~20，参数功能说明请查阅该说明书P26~41 以及P61。根据我们公司产品特点，有如下说明：
1、由于产品没有包含报警功能，HIAL、LOAL、dHAL、dLAL采用出厂默认值，也就是置于最大值取消报警功能；
2、dF应用于回差控制，当检测值与给定值相差dF值时，调节器输出动作； 3、CtrL控制方式一般等于3；
4、M5、p、t为708调节器（采用模糊算法）的控制参数，P、I、D为818调节器（采用经典PID算法）的控制参数； 5、Ctl输出周期一般设置为5；
6、Sn输入规格为，采用Cu50热电阻输入为20；采用Pt100热电阻输入为21；作为定值系统控制设为（检测信号1-5V输入有效）33，同时配合系统功能选择CF=2；作为随动系统，比如做串级实验Sn=32（检测信号0.2-1V输入有效），同时CF=8；
7、dIP小数点一般设置为0，采用整数；
8、dIL设置为0，dIH一般设置为100（压力、流量、温度），液位的设置则根据液位传感器设置，如某仪表量程为0~3kpa，则dIH=300； 9、Sc设为出厂值为0；
10、oP1=4，4~20mA线性电流输出；oPL=0，下限电流输出为4mA；oPH=100，上限电流输出为20mA;
11、由于无报警功能 设置ALP=0；
12、Addr设置通讯地址，主要采用监控时组态通讯配合使用，一般情况下从
最下边的调节器往上分别可设置为0、1、2，具体可根据组态软件规定好的设置，bAud=9600；
13、dL数字滤波，一般等于1（中间滤波）；
14、run=0手动调节状态，run=1自动调节状态，即在此两种值下，可通过A/M来回切换调节状态；当run=2、3时，只能采用自动调节状态，而不能切换（说明书与实际仪表功能有出入）；
15、Loc=808不会屏蔽系统参数，可设置所有参数；EP1-EP8现场参数定义与Loc配合使用，一般情况下，设备不设置此功能。
3）变频器的设置与使用
三菱S500变频器
变频器内部参数大部分都和变频器说明书一样，只有一小部分改动，改动参
调节变频器设定用旋钮改变频率的大小，当PU灯亮时，才能改变参数，此时外部信号输入无法控制：
1、按mode键进入参数设定，旋转“设定旋钮”，选定设定参数，按set键
进入参数设定，旋转“设定旋钮”更改数值，修改后再按set键确认数值，退出进入下一个参数设定，相应旋转“设定旋钮”；
2、 按上表进行参数设定。C5设定，先找到C—，然后再按set键，相应旋
转“设定旋钮，设置为C5，按set键进入参数设定，旋转“设定旋钮”
更改数值，修改后再按set键确认输入数值； 3、设置完所有参数后，按两下Mode键，退出。
当EXT灯亮（设备通电默认状态）时，不能改变变频器内部参数，此时将面板上的变频器对应的开关掷到外控端，由外部输入4～20mA控制电流，控制变频器的输出频率。如若使变频器停止工作，将纽子开关掷到内控位置即可，变频器无控制电流输入时停止工作。
如需使变频器处于内控状态下工作，将纽子开关掷到内控，再按变频器上的PU/EXT键切换状态，使内控状态PU灯亮，按run键变频器运行，调节旋钮可手动调整频率输出，按下STOP键变频器停止工作。
注意：
1、变频器处于外控状态时，按STOP键属于强制非法停机，数码闪烁显示P5。此时为恢复状态，先应保证变频器信号控制开关处于内控状态，再按PU/EXT键进行状态切换即可。
2、如变频器系统参数未按规定设置，可能导致机器不能正常工作，此时可修改Clr参数为10进行完全出厂恢复，再根据上述表格对应设置参数。
西门子M440变频器
（总线变频器与模拟量控制有所不同，以上为模拟接线） 手动操作：P0700=1，P1000=1 模拟量控制：P0700=2，P1000=2 DP总线控制:P0700=6，P1000=6 操作说明：1、I为手动控制时的启动键，O为停止键；启动后变频器在5kz的频率下运行，此时需要辅助增减键，改变频率值的大小从而来控制电机的转速；
2、模拟量输入控制时，须通过纽子开关来控制DIN1与ISO24V的通断，来
控制变频器的启停；通过输入信号的大小来控制频率；
3、总线控制时，直接由上位机进行数字控制；
4、参数修改方法：按fn显示r0000，按P进入参数菜单，通过增减键选择目标参数，再按P进入参数修改，通过增减键修改数值，然后按p确认修改退出；再通过增减键选择目标参数进行修改；修改完参数后，按fn显示r0000，按P返回，显示频率界面。
4）调节阀调试及使用 霍尼威尔电动调节阀
先按上图将短接块进行短接，同时在信号输入并如一个250欧姆的电阻，并检查线路是否正确；按流量单闭环控制实验（牛顿模块）接好系统控制回路； 用组态王“调节阀特性测试”监控，将控制设置为手动状态，将水压力调整到50kpa恒压供水，此时控制输出0%，即4毫安的信号，同时将连通上水箱的支路的手动阀或者电磁阀打开，观察水流量的大小，一般0%信号输出的时候控制在2%的流量以下为宜，然后输出98%信号观察水流量，控制在98%左右为宜，可先不做阀位调整，将监控置于自动运行，观察曲线变化，是否合乎下面的特性要求
1、首先死区大小控制在130信号之内，也就是控制阀从关到开响应的响应滞后（上下同理）；
2、阀可以不全关死，即允许一定的小流量，控制在2.5%以内；最大流量控制在98~100%；
3、一般情况下上下行程差越小越好，过大是不合理的，会影响控制，特别是在流量控制；
4、可首先改变信号并上的电阻，大致220~330欧姆/2w之间选择，通常下可先选用250欧姆电阻，信号0%产生流量为0且死区过大可先增加电阻阻值，信号0%产生流量过大(≥5%)同时信号可先减小电阻阻值，然后按上述方法观察曲线是否大致符合要求。
大致符合要求后，当最大值过小时可以稍调整阀位电位器调高阀位，当最小值过大时可以稍调整阀位电位器调低高阀位（逆时针为增大，顺时针为减小）；调整完成之后重新从0开始观察曲线是否符合要求。
要点是改变电阻使工作电压在适合的0~10V之间，结合调整阀位定位电位器，调试出一个可靠合适的工作区间，曲线特性应如上所示；如果没有办法调整，比如阀始终都关不死，可考虑更改阀芯，重新调整测试直到符合要求为止。
西门子气动调节阀
通常的构造是一个阀门定位器，气动调节阀，以及一个气泵，若干连接管道。 首先将气泵的气口适当改造，以方便连接通气管道，一般选用快插的形式。然后将气管的另一端接至阀门定位器的气源口，如若气泵输出口无降压装置，那么中间相应该接上降压处理阀再接至阀门定位器。然后将阀门定位器与气动调节阀的气源输入端相接，根据现场情况，有阀门定位器直通阀体，此时是阀门定位器的背面有一通气孔用橡胶垫及些许黄油密封连接；也有从侧边的通气孔经过通气管道连接到阀体。在连接时应该注意各个环节的气密性，一般可通过耳听漏气声判断处理。
1、接通电源，开启气泵，调节气源气压为0.8Mpa，打开输气管道，输至气
动调节阀气压调节到0.4Mpa。开通PLC电源使PA模块得电使气动调节阀得电；
2、长按1按钮（＞5s）进入参数设置菜单，按2、3进行参数选择，按1
设置阀的地址为10；调整4为33°
3、长按1（5s的样子）退出菜单，改控制为手动方式（按1键1s的样子，显示MAN##），按2键减少至MAN0，并调整旋钮5使MAN0=5的样子，然后按3键增加至MAN100，查看是否MAN100=95，适当调整调整旋钮5；按2返回查看MAN0=5，通常情况下，手动输出冲最小到最大值在5到95之间调整。如果最低值最高值未分别等于5和95，可适当移位阀门定位器后面的角位移杆的定位支杆，再重新进行调整位置，使值符合要求；
4、调整完成后下调到5，长按1键设置1 YFCT=WAY；2 YAGL=33°；3 YWAY=OFF；4 INITA=strt，长按3（5s）让阀门定位器自行整定配置参数，直至出现FINSH；如若未出现应该按3步骤重新调整。设置完成后将阀门定位器切换成AUTO状态即可完毕。
5、调节的过程中应该定位好阀门定位器安装在阀体支架上，不宜过高过低，同时应该安装好，固紧。
宝德阀（比例阀）
1、检查控制板上电源、信号输入及阀控制输出接线是否符合要求，保险丝座
装上1.5A的保险丝；
2、使信号输入为1伏（并入500Ω电阻），调节4电位器，使控制阀输出为9伏；使信号输入为10伏，调节3电位器使控制阀输出为20伏；重新调整零点和满量程直到满意为止。 5）流量计的调试及使用 上海艾特电磁流量计
检查安装电源是否正确，检查输出信号的正负是否符合要求，检查线路板上有无有无因改线留下残余接地线焊片压住线路伴（易造成工作不良）。
为使流量计正常使用，管道与测量通道尽量要保持水平，能保证流体通过的时候能够完全充满测量通道，以减少误差。
当流量初始值小于4毫安时，易引起仪表低偏差报警导致仪表不工作。在启动水泵，开通调节阀，及管道上的开关，使水流体通过流量计一段时间，保证仪表测量管道完全被流体浸润，然后关闭管道上的手动阀或者电磁开关，此时测量流量是否为4毫安。
打开流量计盖子，调整边电位器W2，进行调零。满量程（增益）输出调整为电位器W1，一般不建议调整此电位器。
当水泵以一定压力恒定供水，同时调节阀保证某一开度，此时测量流量若有明显的波动，可更换增加R14的电阻值，如果是10kΩ，可相应增加至15 kΩ，或者20kΩ。
由于艾特流量计前后管接处为塑胶，在安装的时候会由于管道过分积压导致测量不准确，比如流量变小等。
注意由于该流量计初始接通时有强大的冲击电流，检测时要小心。 上海光华电磁流量计
(详见器件说明手册)
常见故障，显示仪表无流量显示，一般情况是由于保险丝熔断，更换300mA保险丝。
涡轮流量计及积算仪
(详见器件说明手册) 孔板流量计
(详见器件说明手册)
6）热电阻温度变送器调试及使用
上电前检查温度传感器的电源接线，特别应注意的是5、6端接24v的开关电源，切勿接成220伏交流电。应该注意信号输出4~20mA的负端与24v开关电源共负。
用万用表200Ω档检查2、3是否为导通的（大致为0.5），1、3或者1、2之间的值为57左右（Cu50热电阻），或者110左右（Pt100热电阻）。
检测的过程中应该注意切勿使用导通档测量，因为热电阻所能承受的电压比较小。
另外，由于仪表本身的原因，有时候会产生不工作的现象（工作不稳定），在调试的过程中，可通过来回断通电，检查是否有仪表有无信号输出，如果存在应及时更换。
7）加热可控硅（DTY-220D25E）
如上图所示，检查各线路。
注意，该环节中的线路，接通后电流表才有电流输出，注意信号的正负输入，如果相反，则可能导致，该模块控制输出不在0~220V之间工作。
8）比例器的调试及使用
1—20，2—21，3—19，4—14，5—13，6—23， 7—24，8—22，9—16，10—15，17—11，18—12。
按上图标号，检查连线，*为空无接线位置。
将K1，K2顺时针旋至最大，即比例为1。将4~20mA电流源（采用仪表手动输出也可），输出4mA正负接至13、14，调整比例器线路板上的W2电位器使继
电器吸合，可在11、12同步观察电流输出，调整的时候一般为大电流（＞4mA）输出，调整后慢慢接近4mA直到继电器吸合声响为止；
将4~20mA电流源（采用仪表手动输出也可），输出4mA正负接至15、16，调整比例器线路板上的W3电位器使继电器吸合，可在11、12同步观察电流输出，调整的时候一般为小电流（＜4mA）输出，调整后慢慢接近4mA直到继电器吸合声响为止；
上述临界调整好以后，将4~20mA电流源（采用仪表手动输出也可），输出20mA正负接至13、14，调整比例器线路板上的W1电位器，同时在11、12同步观察电流输出，调整电流为20mA输出。
9）远程数据通讯模块——牛顿模块
首先检查线路连接是否正确，切勿将220伏交流电源输入到模块电源中，否则直接导致模块烧毁。
8017信号输入为+/-5v，信号采用两线制输入，8024输出信号为4~20mA，且需要外部电源驱动如左图
注意电
源正极出来必须先经过执行器，再到牛顿模块输出通道，否则输出易造成错误！
首先安装牛顿模块驱动程序，设置Com Port为Com1（一般选择串口1），用扁平线RS232将模块8520上的串口与计算机上的串口进行连接（如果没有8520，可通过485/232转换器替代），按下暂停键停止扫描，再按启动键开始重新扫描。
说明：8520模块起通讯作用，8017模块功能是8路模数转换（一般出厂设置为7路信号输入，此时需要拆开模块，将里面的短接子改成）
模块地址设置：由于各模块出厂设置地址均为1，重新设置地址的时候必须先将不进行地址设置的模块的下端接线段子排从模块上移开（请注意移除时必须在断电的情况下动作）
一般情况前8个信号输入通道为第一个8017，地址设置为0，第二个8017（如有）设置为1（由于默认为1可不用重新设置）；8024（4通道数模转换输出）地址设置为2；8043D（16路开关量输出）地址设置为3。
双击打开7017，将8017模块输入信号类型改为+/-5V，按Setting设置退出；
双击打开7024，将8024模块输出信号类型改为4to20mA，按Setting设置退出；
按下暂停键停止扫描，再按启动键开始重新扫描。
设置完成之后，双击打开8017，取一路信号，如某一温度信号，分别插至信号各通道检查信号能否被正确测量（注意数值及通道位置），应该注意输入极性，观察测量值是否反相，如有则互换通道两端的信号线。如果最后一路信号不能测取一般是由于短接子为跳接。
注意由于8024属于无源驱动输出，为使其有4~20mA输出必须在回路中串接电压源，由于此模块信号输出的端子为共地输出，所以接线务必按
以下原则：
开关电源正极出来，必须先经过执行器，再到牛顿模块输出通道，否则输出易造成错误！
同理双击打开8024，按其工作原理接好线路，并在控制回路中加入直流毫安表，在不同通道上设置不同的电流输出值，切换连接通道线路，观察输出电流是否符合相应通道及其相应的数值。
8043D在应用中通常用来控制电磁阀控制线路板，双击打开8043D，按顺序按下相应通道，观察8043D模块有无正常输出（显示红灯），同时电磁阀控制板相应位置上的二极管灯亮，听到电磁阀动作，如不相符应该断电检查线路。
材料价格调查：
2.其他材料
1）等径接头
2）内螺纹直接
3）等径三通
4）给水管道
3.方案设计
此项目的主动量是热水流量，副动量是冷水流量，通过设定温度值，和水箱混合温度进行比较，通过控制冷水的流量，达到控制水箱混合温度。 ⑴实验（目的）项目及意义
通过实验掌握变比值控制系统的基本概念、比值系数的计算，掌握变比值控制系统的结构组成和设计。
掌握变比值控制系统的参数整定。 ⑵实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。
图10-1 比值控制系统实验流程图
⑶实验步骤
根据实验系统流程图与框图构成一个单闭环比值控制系统，如图10-1所示。
当流量变送器的输出电流与流量成线性关系时，流量从0—QMAX时，变送器对应的输出电流为4—20毫安。任一瞬时流量Q对应的变送器输出电流信号
为： I
=Q/QMAX⨯16mA+4mA
则主副流量变送器的输出电流信号为：
I1=Q1/Q1MAX⨯16mA+4mA I2=Q2/Q2MAX⨯16mA+4mA
主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：
I2=K'⨯I1
K′为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 K'=Q2/Q1时，可得：
K'=
I2Q2/Q2MAX⨯16+4Q
==K2MAXI1Q1/Q1MAX⨯16+4Q1MAX
将流量比值实验所需设备，按实验流程图接好导线。
接通总电源和控制台电源。打开“变比值控制”实验界面，点击“PID参数”设定，调节适当的控制参数。
点击“比值手动/自动”按钮为自动状态，调节主回路流量（Uk3）的数值，观察两回路的流量是否成比例的变化（其中副回路流量为UK2）。将“比值手动/自动”按钮切换到手动，点击“变比值控制自动/手动”按钮为自动状态。观察温度的被控效果。改变PID参数设定中的Kc可改变主副流量比值。 比值控制系统的参数整定。
控制器的参数整定可按单回路或串级控制系统的整定方法进行。系统稳定后，变比值控制投入自动，按串级控制系统PID参数方法整定方法整定系统 改变温度设定值，观察主副流量比值的变化。 ⑷计算机的参数设置
本实验需要设置的参数如下：
⑸、实验接线图
⑹、实验结果
五、工程项目总结
由于过程控制中的干扰因素很多，当系统中存在除流量以外的其他干扰时，原设定的比值系数不能保证系统稳定，需要重新设定系数，但干扰随机性很大，在做实验时数据有可能长期得不到稳定。
这次的课程设计让我感觉无从下手，付出了更多的时间和精力之后当然收获也是更为丰富。以前做课程设计老师都布置好了具体的步骤，我只要按步走就行了，遇到什么困难就有目标的查资料，这此的却有点不一样了。这次课程设计对我们的能力要求有了进一步的提高，老师没有像以前那样，而是完全放开了手，具体怎么做你自己摸索去，只有你碰到困难时去问老师时，他才会给你具体的解答。刚拿到题目时大家都陷入了迷茫中，每个人设计的题目都不同，而且设计对象也是我们没有接触过的，这就要求我们花更多的精力去查阅资料，了解更多的知识，对我们提出了更强的独立性要求。但我还是一步一步的慢慢的把它做了下来，虽然我所做的变比值控制系统比较简单，但这是我这两周的心血，通过这个简单的控制系统的设计，我对控制系统又有了更深的理解，尤其是对比值控制系统的认识了解的更多了。在这此的课程设计中要衷心的感谢乔老师的大力指导和教诲。
六、遇到问题及解决方法
1、.水泵能听到运行的声音但是没有水流出，如何处理？
解决方法：可能的原因是水泵长时间没有使用，水泵内部留有空气。解决的办法是首先在水箱里加一定高度的水，当水泵运行的时候，打开与水泵相连的排水阀门，排出水泵内部的空气。
2．如何安排操作顺序？
解决方法：打开设备总电源，打开输入气电源，开启PLC电源；关闭plc电源，关闭输气气源，关闭总电源。实验加热原则是：先加水等锅炉水满，再在调节水流恒定，然后打开加热开关；做完实验后，先断开加热电源，再停止供水排水，然后停机。
3、温度变送器需要外接电源吗？
解决方法：温度变送器内部已经有24V电源，无需外接电源既可以使用。使用时只要把该设备对应的黑色航空插头，和控制屏相应的设备航空插座相连接即可使用，控制屏面板上对应的输出端口就有4~20mA电流输出。
41
七，参考文献
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20.梁绍峰.过程控制工程.北京理工大学出版社.2007年
21. 张井岗.过程控制与自动化仪表.北京大学出版社.2002年 42
过程控制工程课程设计
设计题目：
学生姓名：______ 学号：_________
______ 学号：_________ ______ 学号：_________
专 业： _____ 班 级： 指导教师： 日 期： 年 月 日
目录
一、实验（目的）项目及意义 ....................................................................................................... 2
二、国内外研究现状 ....................................................................................................................... 2
三、基础实验项目训练 ................................................................................................................... 3
1.单回路温度控制系统 ............................................................................................................ 3
上水箱流量串级控制系统 .................................................................................................... 6
3.比值控制系统 ........................................................................................................................ 9
四、本工程实验项目 ..................................................................................................................... 16
1.硬件选型 ............................................................................................................................. 16
2.其他材料 ............................................................................................................................. 34
3.方案设计 ............................................................................................................................. 36
五、工程项目总结 ......................................................................................................................... 39
六、遇到问题及解决方法 ............................................................................................................. 40
七、参考文献 ................................................................................................................................. 41
变比值控制
一、实验（目的）项目及意义
通过实验掌握变比值控制系统的基本概念、比值系数的计算，掌握变比值控制系统的结构组成和设计。
掌握变比值控制系统的参数整定。 二、国内外研究现状
自本世纪30年代以来，自动化技术获得了惊人的成就，已在工业和国民经济各行各业起着关键的作用。自动化水平已成为衡量各行各业现代化水平的一个重要标志。
自动控制按输入量的变化规律分类，可分恒值控制系统（Fixed Set-Point Control System）、随动控制系统（Follow-Up Control System）、过程控制系统（Process Control System）。
过程控制通常是指石油、化工、电力、冶金、轻工、建材、核能等工业生产中连续的或按一定周期程序进行的生产过程自动控制，它是自动化技术的重要组成部分。在现代化工业生产过程中，过程控制技术正在为实现各种最优的技术经济指标、提高经济效益和劳动生产率、改善劳动条件、保护生态环境等方面起着越来越大的作用。
在当今高教改革中，越来越多的教师认识到素质教育的重要性，但各高校的教学中理论和实践严重脱节，基于这一现象，并征求广大教师的意见，我公司设计开发了PCT—I型过程控制实验系统装置，在I型系统基础之上，并争取各大专院校专家领导的建议，我公司又新开发出PCT-II型过程控制系统实验装置。II型过程控制系统装置集I型之优点，并增加了变比值控制，Simth控制，温度和流量解耦控制等一些复杂实验。 装置特点:
1、 装置由控制对象、控制屏、计算机三部分组成，对象构布局合理，造型美观大方。 2、 真实性、直观性、综合性强，控制对象元件全部来源于工业现场。控制屏正面有完整
的系统结构图案。
3、 参数全面，涵盖了液位、流量、压力、温度等典型参数。
4、 PCT-II过程控制实验装置具有控制参数和控制方案的多样化。该装置可通过对
其管路上的阀门切换和对模拟信号接线板上信号的连接组合，可构成数十种过程控制实验。
5、在PCT-II过程控制实验装置中充分考虑了大专院校，高等职业技术学院工业自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实验、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实验方案，进行综合性、创造性过程控制系统实验的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。
实验室现状
过程控制实验室现有：浙江求实集团PCT-Ⅲ型 工程控制系统实验装置 1）对象：温度、液位、流量、压力 2）控制方式：PID控制 三、基础实验项目训练 1、单回路温度控制系统 1）．设计目的
1）设计组成单回路控制系统的各部分，画出总体框图； 2）能根据单回路温度定值控制系统的特点，确定控制方案； 3) 根据所确定的设计方案进行仪表选择、控制器选择、执行器选择； 4)合理选择PID 参数。
5) 撰写设计说明书及注意事项。 2）.实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。 3）.流程图
图1 工艺流程图
4）.方框图
图2 温度单回路系统结构框图
5）.实验原理
系统开始后，水温传感器将水温传送给控制器与给定值进行比较，e是否为0，如果为0直接输出，如果不为0，控制器进行PID计算，参数整定后，进行调节，然后传给执行器执行命令，从而达到温度稳定。
实验步骤：1.接线 2.打开相应开关 3.调节参数及设定 4.闭环稳定5.加干扰
a．压力，改变设定值，上水箱进水一段，实验结果 压力稳定
改变压力
进水一段时间
改变设定值
本设计的系统虽说成功的实现了锅炉内部的恒温控制，但在系统的设计中也存在一些问题，如：PID参数的整定，对 PID参数进行整定的时候，并不是每次都会得到理想的参数，并且参数的自整定需要花很长的时间，但在组员的共同努力下，最终调出比较好的PID值，完成设计。 2、上水箱流量串级控制系统
1）.实验目的
1.通过实验掌握串级值控制系统的基本概念、控制系统的结构组成和设计。 2.掌握变比值控制系统的参数整定。 2）.实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。 3）.结构图
如下图3是串级控制系统的方框图。该系统有主、副两个控制回路，主、副调节器相串联工作，其中主调节器有自己独立的给定值R，它的输出m1作为副调
节器的给定值，副调节器的输出m2控制执行器，以改变主参数C1。
图3 串级控制系统方
框图
4）.工作原理
本系统的主控量为上水箱的液位高度H，副控量为气动调节阀支路流量Q，它是一个辅助的控制变量。系统由主、副两个回路所组成。主回路是一个定值控制系统，要求系统的主控制量H等于给定值，因而系统的主调节器应为PI或PID控制。副回路是一个随动系统，要求副回路的输出能正确、快速地复现主调节器输出的变化规律，以达到对主控制量H的控制目的，因而副调节器可采用P控制。但选择流量作副控参数时，为了保持系统稳定，比例度必须选得较大，这样比例控制作用偏弱，为此需引入积分作用，即采用PI控制规律。引入积分作用的目的不是消除静差，而是增强控制作用。显然，由于副对象管道的时间常数小于主对象上水箱的时间常数，因而当主扰动（二次扰动）作用于副回路时，通过副回路快速的调节作用消除了扰动的影响。 5）.实验步骤
本实验选择上水箱和气动调节阀支路组成串级控制系统（也可采用变频器支路）。实验之前先将储水箱中贮足水量，然后将阀门F1-1、F1-2、F1-6全开，将上水箱出水阀门F1-9开至适当开度，其余阀门均关闭。
1）接通控制系统电源，打开用作上位监控的的PC机，进入的实验主界面如本实验指导书第二章第一节中的图2-5所示。
2）在实验主界面中选择本实验项即“上水箱液位与进水口流量串级控制实验”，系统进入正常的测试状态，呈现的实验界面如图5-17所示。
3）在上位机监控界面中，将副调节器设置为“手动”，并将输出值设置为一个合适的值。
4）合上三相电源空气开关，磁力驱动泵上电打水，适当增加/减少副调节器的输出量，使上水箱的液位稳定于设定值。
5)按本章第一节中任一种整定方法整定调节器的参数，
并按整定得到的参数
对调节器进行设定。
6）待上水箱进水流量相对稳定，且其液位稳定于给定值时，将调节器切换到“自动”状态，待液位平衡后，通过以下几种方式加干扰：
（1）突增（或突减）设定值的大小，使其有一个正（或负)阶跃增量的变化； （2）将气动调节阀的旁路阀F1-3或F1-4（同电磁阀）开至适当开度； （3）将阀F1-5、F1-13开至适当开度；
以上几种干扰均要求扰动量为控制量的5％～15％，干扰过大可能造成水箱中水溢出。加入干扰后，水箱的液位便离开原平衡状态，经过一段调节时间后，水箱液位稳定于新的设定值（后面两种干扰方法仍稳定在原设定值）。通过实验界面下边的切换按钮，观察计算机记录的设定值、输出值和参数，上水箱液位的响应过程曲线将如图4所示。
图4 上水箱液位阶跃响应曲线
7)适量改变调节器的PID参数，重复步骤6，观察计算机记录不同参数时系统的响应曲线。
图5 实验界面
6）．实验结果
3、比值控制系统
1）.实验（目的）项目及意义
通过实验掌握比值控制系统的基本概念、比值系数的计算，掌握变比值控制系统的结构组成和设计。 掌握变值控制系统的参数整定。 2）.实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。
图6 比值控制系统实验流程图
3）.实验步骤
根据实验系统流程图与框图构成一个单闭环比值控制系统，如图6所示。
当流量变送器的输出电流与流量成线性关系时，流量从0—QMAX时，变送器对应
的输出电流为4—20毫安。任一瞬时流量Q对应的变送器输出电流信号为：
I=Q/QMAX⨯16mA+4mA
则主副流量变送器的输出电流信号为：
I1=Q1/Q1MAX⨯16mA+4mA I2=Q2/Q2MAX⨯16mA+4mA
主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：
I2=K'⨯I1
I2Q2/Q2MAX⨯16+4Q2MAXK′为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 K'=Q2/Q1时，可得：
K'===K
I1Q1/Q1MAX⨯16+4Q1MAX
将流量比值实验所需设备，按实验流程图接好导线。
接通总电源和控制台电源。打开“变比值控制”实验界面，点击“PID参数”设定，调节适当的控制参数。
点击“比值手动/自动”按钮为自动状态，调节主回路流量（Uk3）的数值，观察两回路的流量是否成比例的变化（其中副回路流量为UK2）。将“比值手动/自动”按钮切换到手动，点击“变比值控制自动/手动”按钮为自动状态。观察温度的被控效果。改变PID参数设定中的Kc可改变主副流量比值。 比值控制系统的参数整定。
控制器的参数整定可按单回路或串级控制系统的整定方法进行。系统稳定后，变比值控制投入自动，按串级控制系统PID参数方法整定方法整定系统 改变温度设定值，观察主副流量比值的变化。 4）.计算机的参数设置
本实验需要设置的参数如下：
5）.实验接线图
6）.实验数据
实验结果 压力、温度稳定
结果图
7）.实验体会
由于过程控制中的干扰因素很多，当系统中存在除流量以外的其他干扰时
四．本工程实验项目
1.硬件选型
检测仪表（压力、流量、液位、温度），为两线制仪表，接线应该注意极性！ 注:在不常用的仪表，或者采用了新型仪表，以及在不了解的情况下，请仔细查阅该仪
表的使用说明书，根据其中的要求调试仪表；在接线的过程中，请先断电，接完线请先检查线路。下面以常见仪器仪表为说明。
1）压力、液位传感器（杭州天矩、上海奇正）
首先应该明确，此设备属于无源输入设备，也就是说，如果要让其正常工作，能够产生4~20mA信号，必须加入24V开关电源。接线的原则是，假想一正电流信号从电源出发，按照正～负～正～负，将所有器件串接起来组成回路，所接的器件可以假设为电阻。
24V
250Ω
调节器
确认无误，通电预热15分钟。设置调节器输入规格为Sn=33，此时1~5伏输入有效。根据仪表的量程，比如0~3kpa，设置diL=0，diH=300。
将检测点水箱加入少量的水，打开仪表下端的螺母，清理连通管中的赃物，排净空气保证管道中的水无气泡无杂物。
观察智能仪表上的数值显示，根据水箱的水位刻度（水一般可加到10的样子），对仪表进行机械零点调节，即重新固定仪表的高度位置，尽可能使两者的数值相同。
TESTOUT
ZERO/ZSPEN/G
零点调整 在水箱没水时，观察输出电流表的读数是否为4mA，如果不对，则调整调零电位器，直至读数为4mA；或者，在水箱水为2~10中的某个值，根据上述设置，观察智能调节器数值显示是否和水箱刻度值对应，调整仪表zero电位器，直至数值相等。（电位器调整时，应该注意方向，小心操作，切勿生板硬拧，调整幅度应该尽量小，慢慢调，以保证调校的准确性）
满量程调整 零点调好后，给水箱加水，液位增加到水箱满刻度处，根据实际刻度与调节器显示的读数之间的差值，调整增益电位器spen或者G，直至两者一致。
注意：由于满量程调整后会影响零点，所以需要重新调整几次。调整完毕，可观察跟踪水的变化是否对应增加减，应防止中间过程出入太大的现象。一般情况下最大允许相差2刻度。
另外，一般仪表上下行程的变化是存在一点点误差的。
2）智能调节仪表的使用及调试
智能调节仪表，主要是应用在模拟控制中，主要输入模拟信号，并输出模拟信号控制，作为过程控制中的一种处理单元，它将检测仪表的信号进行采集，同时将信号与给定值相比较，然后输出控制信号使执行器相应动作。
常用功能接线如上所示。仪表操作详见《AI全通用人工智能调节器》说明书P19~20，参数功能说明请查阅该说明书P26~41 以及P61。根据我们公司产品特点，有如下说明：
1、由于产品没有包含报警功能，HIAL、LOAL、dHAL、dLAL采用出厂默认值，也就是置于最大值取消报警功能；
2、dF应用于回差控制，当检测值与给定值相差dF值时，调节器输出动作； 3、CtrL控制方式一般等于3；
4、M5、p、t为708调节器（采用模糊算法）的控制参数，P、I、D为818调节器（采用经典PID算法）的控制参数； 5、Ctl输出周期一般设置为5；
6、Sn输入规格为，采用Cu50热电阻输入为20；采用Pt100热电阻输入为21；作为定值系统控制设为（检测信号1-5V输入有效）33，同时配合系统功能选择CF=2；作为随动系统，比如做串级实验Sn=32（检测信号0.2-1V输入有效），同时CF=8；
7、dIP小数点一般设置为0，采用整数；
8、dIL设置为0，dIH一般设置为100（压力、流量、温度），液位的设置则根据液位传感器设置，如某仪表量程为0~3kpa，则dIH=300； 9、Sc设为出厂值为0；
10、oP1=4，4~20mA线性电流输出；oPL=0，下限电流输出为4mA；oPH=100，上限电流输出为20mA;
11、由于无报警功能 设置ALP=0；
12、Addr设置通讯地址，主要采用监控时组态通讯配合使用，一般情况下从
最下边的调节器往上分别可设置为0、1、2，具体可根据组态软件规定好的设置，bAud=9600；
13、dL数字滤波，一般等于1（中间滤波）；
14、run=0手动调节状态，run=1自动调节状态，即在此两种值下，可通过A/M来回切换调节状态；当run=2、3时，只能采用自动调节状态，而不能切换（说明书与实际仪表功能有出入）；
15、Loc=808不会屏蔽系统参数，可设置所有参数；EP1-EP8现场参数定义与Loc配合使用，一般情况下，设备不设置此功能。
3）变频器的设置与使用
三菱S500变频器
变频器内部参数大部分都和变频器说明书一样，只有一小部分改动，改动参
调节变频器设定用旋钮改变频率的大小，当PU灯亮时，才能改变参数，此时外部信号输入无法控制：
1、按mode键进入参数设定，旋转“设定旋钮”，选定设定参数，按set键
进入参数设定，旋转“设定旋钮”更改数值，修改后再按set键确认数值，退出进入下一个参数设定，相应旋转“设定旋钮”；
2、 按上表进行参数设定。C5设定，先找到C—，然后再按set键，相应旋
转“设定旋钮，设置为C5，按set键进入参数设定，旋转“设定旋钮”
更改数值，修改后再按set键确认输入数值； 3、设置完所有参数后，按两下Mode键，退出。
当EXT灯亮（设备通电默认状态）时，不能改变变频器内部参数，此时将面板上的变频器对应的开关掷到外控端，由外部输入4～20mA控制电流，控制变频器的输出频率。如若使变频器停止工作，将纽子开关掷到内控位置即可，变频器无控制电流输入时停止工作。
如需使变频器处于内控状态下工作，将纽子开关掷到内控，再按变频器上的PU/EXT键切换状态，使内控状态PU灯亮，按run键变频器运行，调节旋钮可手动调整频率输出，按下STOP键变频器停止工作。
注意：
1、变频器处于外控状态时，按STOP键属于强制非法停机，数码闪烁显示P5。此时为恢复状态，先应保证变频器信号控制开关处于内控状态，再按PU/EXT键进行状态切换即可。
2、如变频器系统参数未按规定设置，可能导致机器不能正常工作，此时可修改Clr参数为10进行完全出厂恢复，再根据上述表格对应设置参数。
西门子M440变频器
（总线变频器与模拟量控制有所不同，以上为模拟接线） 手动操作：P0700=1，P1000=1 模拟量控制：P0700=2，P1000=2 DP总线控制:P0700=6，P1000=6 操作说明：1、I为手动控制时的启动键，O为停止键；启动后变频器在5kz的频率下运行，此时需要辅助增减键，改变频率值的大小从而来控制电机的转速；
2、模拟量输入控制时，须通过纽子开关来控制DIN1与ISO24V的通断，来
控制变频器的启停；通过输入信号的大小来控制频率；
3、总线控制时，直接由上位机进行数字控制；
4、参数修改方法：按fn显示r0000，按P进入参数菜单，通过增减键选择目标参数，再按P进入参数修改，通过增减键修改数值，然后按p确认修改退出；再通过增减键选择目标参数进行修改；修改完参数后，按fn显示r0000，按P返回，显示频率界面。
4）调节阀调试及使用 霍尼威尔电动调节阀
先按上图将短接块进行短接，同时在信号输入并如一个250欧姆的电阻，并检查线路是否正确；按流量单闭环控制实验（牛顿模块）接好系统控制回路； 用组态王“调节阀特性测试”监控，将控制设置为手动状态，将水压力调整到50kpa恒压供水，此时控制输出0%，即4毫安的信号，同时将连通上水箱的支路的手动阀或者电磁阀打开，观察水流量的大小，一般0%信号输出的时候控制在2%的流量以下为宜，然后输出98%信号观察水流量，控制在98%左右为宜，可先不做阀位调整，将监控置于自动运行，观察曲线变化，是否合乎下面的特性要求
1、首先死区大小控制在130信号之内，也就是控制阀从关到开响应的响应滞后（上下同理）；
2、阀可以不全关死，即允许一定的小流量，控制在2.5%以内；最大流量控制在98~100%；
3、一般情况下上下行程差越小越好，过大是不合理的，会影响控制，特别是在流量控制；
4、可首先改变信号并上的电阻，大致220~330欧姆/2w之间选择，通常下可先选用250欧姆电阻，信号0%产生流量为0且死区过大可先增加电阻阻值，信号0%产生流量过大(≥5%)同时信号可先减小电阻阻值，然后按上述方法观察曲线是否大致符合要求。
大致符合要求后，当最大值过小时可以稍调整阀位电位器调高阀位，当最小值过大时可以稍调整阀位电位器调低高阀位（逆时针为增大，顺时针为减小）；调整完成之后重新从0开始观察曲线是否符合要求。
要点是改变电阻使工作电压在适合的0~10V之间，结合调整阀位定位电位器，调试出一个可靠合适的工作区间，曲线特性应如上所示；如果没有办法调整，比如阀始终都关不死，可考虑更改阀芯，重新调整测试直到符合要求为止。
西门子气动调节阀
通常的构造是一个阀门定位器，气动调节阀，以及一个气泵，若干连接管道。 首先将气泵的气口适当改造，以方便连接通气管道，一般选用快插的形式。然后将气管的另一端接至阀门定位器的气源口，如若气泵输出口无降压装置，那么中间相应该接上降压处理阀再接至阀门定位器。然后将阀门定位器与气动调节阀的气源输入端相接，根据现场情况，有阀门定位器直通阀体，此时是阀门定位器的背面有一通气孔用橡胶垫及些许黄油密封连接；也有从侧边的通气孔经过通气管道连接到阀体。在连接时应该注意各个环节的气密性，一般可通过耳听漏气声判断处理。
1、接通电源，开启气泵，调节气源气压为0.8Mpa，打开输气管道，输至气
动调节阀气压调节到0.4Mpa。开通PLC电源使PA模块得电使气动调节阀得电；
2、长按1按钮（＞5s）进入参数设置菜单，按2、3进行参数选择，按1
设置阀的地址为10；调整4为33°
3、长按1（5s的样子）退出菜单，改控制为手动方式（按1键1s的样子，显示MAN##），按2键减少至MAN0，并调整旋钮5使MAN0=5的样子，然后按3键增加至MAN100，查看是否MAN100=95，适当调整调整旋钮5；按2返回查看MAN0=5，通常情况下，手动输出冲最小到最大值在5到95之间调整。如果最低值最高值未分别等于5和95，可适当移位阀门定位器后面的角位移杆的定位支杆，再重新进行调整位置，使值符合要求；
4、调整完成后下调到5，长按1键设置1 YFCT=WAY；2 YAGL=33°；3 YWAY=OFF；4 INITA=strt，长按3（5s）让阀门定位器自行整定配置参数，直至出现FINSH；如若未出现应该按3步骤重新调整。设置完成后将阀门定位器切换成AUTO状态即可完毕。
5、调节的过程中应该定位好阀门定位器安装在阀体支架上，不宜过高过低，同时应该安装好，固紧。
宝德阀（比例阀）
1、检查控制板上电源、信号输入及阀控制输出接线是否符合要求，保险丝座
装上1.5A的保险丝；
2、使信号输入为1伏（并入500Ω电阻），调节4电位器，使控制阀输出为9伏；使信号输入为10伏，调节3电位器使控制阀输出为20伏；重新调整零点和满量程直到满意为止。 5）流量计的调试及使用 上海艾特电磁流量计
检查安装电源是否正确，检查输出信号的正负是否符合要求，检查线路板上有无有无因改线留下残余接地线焊片压住线路伴（易造成工作不良）。
为使流量计正常使用，管道与测量通道尽量要保持水平，能保证流体通过的时候能够完全充满测量通道，以减少误差。
当流量初始值小于4毫安时，易引起仪表低偏差报警导致仪表不工作。在启动水泵，开通调节阀，及管道上的开关，使水流体通过流量计一段时间，保证仪表测量管道完全被流体浸润，然后关闭管道上的手动阀或者电磁开关，此时测量流量是否为4毫安。
打开流量计盖子，调整边电位器W2，进行调零。满量程（增益）输出调整为电位器W1，一般不建议调整此电位器。
当水泵以一定压力恒定供水，同时调节阀保证某一开度，此时测量流量若有明显的波动，可更换增加R14的电阻值，如果是10kΩ，可相应增加至15 kΩ，或者20kΩ。
由于艾特流量计前后管接处为塑胶，在安装的时候会由于管道过分积压导致测量不准确，比如流量变小等。
注意由于该流量计初始接通时有强大的冲击电流，检测时要小心。 上海光华电磁流量计
(详见器件说明手册)
常见故障，显示仪表无流量显示，一般情况是由于保险丝熔断，更换300mA保险丝。
涡轮流量计及积算仪
(详见器件说明手册) 孔板流量计
(详见器件说明手册)
6）热电阻温度变送器调试及使用
上电前检查温度传感器的电源接线，特别应注意的是5、6端接24v的开关电源，切勿接成220伏交流电。应该注意信号输出4~20mA的负端与24v开关电源共负。
用万用表200Ω档检查2、3是否为导通的（大致为0.5），1、3或者1、2之间的值为57左右（Cu50热电阻），或者110左右（Pt100热电阻）。
检测的过程中应该注意切勿使用导通档测量，因为热电阻所能承受的电压比较小。
另外，由于仪表本身的原因，有时候会产生不工作的现象（工作不稳定），在调试的过程中，可通过来回断通电，检查是否有仪表有无信号输出，如果存在应及时更换。
7）加热可控硅（DTY-220D25E）
如上图所示，检查各线路。
注意，该环节中的线路，接通后电流表才有电流输出，注意信号的正负输入，如果相反，则可能导致，该模块控制输出不在0~220V之间工作。
8）比例器的调试及使用
1—20，2—21，3—19，4—14，5—13，6—23， 7—24，8—22，9—16，10—15，17—11，18—12。
按上图标号，检查连线，*为空无接线位置。
将K1，K2顺时针旋至最大，即比例为1。将4~20mA电流源（采用仪表手动输出也可），输出4mA正负接至13、14，调整比例器线路板上的W2电位器使继
电器吸合，可在11、12同步观察电流输出，调整的时候一般为大电流（＞4mA）输出，调整后慢慢接近4mA直到继电器吸合声响为止；
将4~20mA电流源（采用仪表手动输出也可），输出4mA正负接至15、16，调整比例器线路板上的W3电位器使继电器吸合，可在11、12同步观察电流输出，调整的时候一般为小电流（＜4mA）输出，调整后慢慢接近4mA直到继电器吸合声响为止；
上述临界调整好以后，将4~20mA电流源（采用仪表手动输出也可），输出20mA正负接至13、14，调整比例器线路板上的W1电位器，同时在11、12同步观察电流输出，调整电流为20mA输出。
9）远程数据通讯模块——牛顿模块
首先检查线路连接是否正确，切勿将220伏交流电源输入到模块电源中，否则直接导致模块烧毁。
8017信号输入为+/-5v，信号采用两线制输入，8024输出信号为4~20mA，且需要外部电源驱动如左图
注意电
源正极出来必须先经过执行器，再到牛顿模块输出通道，否则输出易造成错误！
首先安装牛顿模块驱动程序，设置Com Port为Com1（一般选择串口1），用扁平线RS232将模块8520上的串口与计算机上的串口进行连接（如果没有8520，可通过485/232转换器替代），按下暂停键停止扫描，再按启动键开始重新扫描。
说明：8520模块起通讯作用，8017模块功能是8路模数转换（一般出厂设置为7路信号输入，此时需要拆开模块，将里面的短接子改成）
模块地址设置：由于各模块出厂设置地址均为1，重新设置地址的时候必须先将不进行地址设置的模块的下端接线段子排从模块上移开（请注意移除时必须在断电的情况下动作）
一般情况前8个信号输入通道为第一个8017，地址设置为0，第二个8017（如有）设置为1（由于默认为1可不用重新设置）；8024（4通道数模转换输出）地址设置为2；8043D（16路开关量输出）地址设置为3。
双击打开7017，将8017模块输入信号类型改为+/-5V，按Setting设置退出；
双击打开7024，将8024模块输出信号类型改为4to20mA，按Setting设置退出；
按下暂停键停止扫描，再按启动键开始重新扫描。
设置完成之后，双击打开8017，取一路信号，如某一温度信号，分别插至信号各通道检查信号能否被正确测量（注意数值及通道位置），应该注意输入极性，观察测量值是否反相，如有则互换通道两端的信号线。如果最后一路信号不能测取一般是由于短接子为跳接。
注意由于8024属于无源驱动输出，为使其有4~20mA输出必须在回路中串接电压源，由于此模块信号输出的端子为共地输出，所以接线务必按
以下原则：
开关电源正极出来，必须先经过执行器，再到牛顿模块输出通道，否则输出易造成错误！
同理双击打开8024，按其工作原理接好线路，并在控制回路中加入直流毫安表，在不同通道上设置不同的电流输出值，切换连接通道线路，观察输出电流是否符合相应通道及其相应的数值。
8043D在应用中通常用来控制电磁阀控制线路板，双击打开8043D，按顺序按下相应通道，观察8043D模块有无正常输出（显示红灯），同时电磁阀控制板相应位置上的二极管灯亮，听到电磁阀动作，如不相符应该断电检查线路。
材料价格调查：
2.其他材料
1）等径接头
2）内螺纹直接
3）等径三通
4）给水管道
3.方案设计
此项目的主动量是热水流量，副动量是冷水流量，通过设定温度值，和水箱混合温度进行比较，通过控制冷水的流量，达到控制水箱混合温度。 ⑴实验（目的）项目及意义
通过实验掌握变比值控制系统的基本概念、比值系数的计算，掌握变比值控制系统的结构组成和设计。
掌握变比值控制系统的参数整定。 ⑵实验设备
水泵Ⅰ、压力变送器、变频器、主回路调节阀、主回路流量计、副回路调节阀、副回路流量计、下水箱、下水箱热电阻PT6、加热器内筒热电阻PT1、温度变送器、牛顿模块、计算机。
图10-1 比值控制系统实验流程图
⑶实验步骤
根据实验系统流程图与框图构成一个单闭环比值控制系统，如图10-1所示。
当流量变送器的输出电流与流量成线性关系时，流量从0—QMAX时，变送器对应的输出电流为4—20毫安。任一瞬时流量Q对应的变送器输出电流信号
为： I
=Q/QMAX⨯16mA+4mA
则主副流量变送器的输出电流信号为：
I1=Q1/Q1MAX⨯16mA+4mA I2=Q2/Q2MAX⨯16mA+4mA
主流量信号I1经分流器分流后送到调节器的外给定端，而副流量信号I2则进入调节器的测量端。调节器选用PID控制规律，当系统稳定时：
I2=K'⨯I1
K′为比例器比值系数。当生产工艺要求两种物料比值 K'=Q2/Q1时，可得：
K'=
I2Q2/Q2MAX⨯16+4Q
==K2MAXI1Q1/Q1MAX⨯16+4Q1MAX
将流量比值实验所需设备，按实验流程图接好导线。
接通总电源和控制台电源。打开“变比值控制”实验界面，点击“PID参数”设定，调节适当的控制参数。
点击“比值手动/自动”按钮为自动状态，调节主回路流量（Uk3）的数值，观察两回路的流量是否成比例的变化（其中副回路流量为UK2）。将“比值手动/自动”按钮切换到手动，点击“变比值控制自动/手动”按钮为自动状态。观察温度的被控效果。改变PID参数设定中的Kc可改变主副流量比值。 比值控制系统的参数整定。
控制器的参数整定可按单回路或串级控制系统的整定方法进行。系统稳定后，变比值控制投入自动，按串级控制系统PID参数方法整定方法整定系统 改变温度设定值，观察主副流量比值的变化。 ⑷计算机的参数设置
本实验需要设置的参数如下：
⑸、实验接线图
⑹、实验结果
五、工程项目总结
由于过程控制中的干扰因素很多，当系统中存在除流量以外的其他干扰时，原设定的比值系数不能保证系统稳定，需要重新设定系数，但干扰随机性很大，在做实验时数据有可能长期得不到稳定。
这次的课程设计让我感觉无从下手，付出了更多的时间和精力之后当然收获也是更为丰富。以前做课程设计老师都布置好了具体的步骤，我只要按步走就行了，遇到什么困难就有目标的查资料，这此的却有点不一样了。这次课程设计对我们的能力要求有了进一步的提高，老师没有像以前那样，而是完全放开了手，具体怎么做你自己摸索去，只有你碰到困难时去问老师时，他才会给你具体的解答。刚拿到题目时大家都陷入了迷茫中，每个人设计的题目都不同，而且设计对象也是我们没有接触过的，这就要求我们花更多的精力去查阅资料，了解更多的知识，对我们提出了更强的独立性要求。但我还是一步一步的慢慢的把它做了下来，虽然我所做的变比值控制系统比较简单，但这是我这两周的心血，通过这个简单的控制系统的设计，我对控制系统又有了更深的理解，尤其是对比值控制系统的认识了解的更多了。在这此的课程设计中要衷心的感谢乔老师的大力指导和教诲。
六、遇到问题及解决方法
1、.水泵能听到运行的声音但是没有水流出，如何处理？
解决方法：可能的原因是水泵长时间没有使用，水泵内部留有空气。解决的办法是首先在水箱里加一定高度的水，当水泵运行的时候，打开与水泵相连的排水阀门，排出水泵内部的空气。
2．如何安排操作顺序？
解决方法：打开设备总电源，打开输入气电源，开启PLC电源；关闭plc电源，关闭输气气源，关闭总电源。实验加热原则是：先加水等锅炉水满，再在调节水流恒定，然后打开加热开关；做完实验后，先断开加热电源，再停止供水排水，然后停机。
3、温度变送器需要外接电源吗？
解决方法：温度变送器内部已经有24V电源，无需外接电源既可以使用。使用时只要把该设备对应的黑色航空插头，和控制屏相应的设备航空插座相连接即可使用，控制屏面板上对应的输出端口就有4~20mA电流输出。
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七，参考文献
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