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1、A5300过程控制实验系统培训,天津职业技能公共实训中心,目录,A5300过程控制实验系统简介A5300过程控制实验系统组成基于A5300过程控制实验系统的PID控制实验,A5300过程控制实验系统简介,A5300过程控制实验系统是基于检测技术及仪表、控制仪表、过程控制原理，以及计算机控制系统等理论课程为依据结合实际工业控制应用而设计的实验系统。系统主要侧重于帮助实验人员掌握各类工业传感器原理、安装和应用以及各类仪表的使用。系统结构清晰、功能强大，全部采用工业仪表和执行机构。系统可以满足自动化专业四个方面的知识和技能：（1）仪器仪 表的原理、接线和校准调试等，（2）控制器编程（3）组态软件学习
2、（4）控制工艺回路设计，控制系统调试和调节。 该系统不同于其它的实验系统，自助性很强：（ 1）自己自由组合工艺，各个监测仪表和执行仪表可以随意拆装，（2）自由接线，包括仪表的接线和控制器的接线，（ 3）控制器的自由选择和自由编程。,A5300过程控制实验系统组成,2. 控制系统软件配置,1. 控制系统硬件配置,控制系统硬件配置,主要仪器仪表,电磁流量计差压变送器压力变送器电磁阀 一体式温度变送器变频器PID智能仪表S7_1200PLC调压模块气动调节阀电动调节阀,电磁流量计,差压变送器,压力变送器,电磁阀,一体化温度计,变频器,PID智能仪表,S71200PLC,调压模块,气动调节阀,电动调节
3、阀,控制系统软件配置,1.S7_1200PLC控制器按控制要求和工艺编写PLC程序对执行器和检测变送装置进行控制，通过以太网连接由组态对设备进行监控和参数的整定。2.PID智能仪表由于智能仪表自身带有PID控制模块，只需按仪表的操作手册设置仪表的各个功能，按控制要求设定PID参数；相对于PLC智能仪表不能灵活的对PID参数进行整定。,基于A5300过程控制实验系统的PID控制实验,对象飞升特性曲线单容水箱液位调节阀控制双容水箱液位调节控制压力变频器控制流量调节阀控制液位流量前馈控制锅炉动态水温PID单回路控制液位和进口流量串级控制双容液位串级控制实验,对象飞升特性曲线,实验目的了解液位控制的构
4、成环节，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握对象特性分析方法。 实验要求1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。,对象飞升特性曲线系统实验控制流程图,操作步骤和调试,1、将控制器算法程序下装调试；测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、在现场系统上，将手阀JV12，JV21完全打开，手阀JV16开启二分之一，其余阀门关闭。3、在控制系统上，将液位变送器信号LT101+连接到24V+端子，液位变送器信号LT101-连接到”PLC-AI0”端子，4、合上空气断路器，打开设备电源,S71200电源。5、“变频器电源”选择开关打到“
5、开”位置,面板启动变频器，利用面板上下键调节变频器频率到45Hz，启动水泵P1。6、启动计算机组态软件，点击“对象特性测量”进入测试项目界面。,操作步骤和调试,7在监控画面设定输出比较基准线，等待系统稳定。液位稳定后记录液位值。8、调节JV12的开度到二分之一处观察曲线的变化，等待系统稳定。9、调节JV16的开度到最大，调节JV12的开度到二分之一处观察曲线的变化，等待系统稳定。10、通过对JV16和JV12开度的调整得出进水流量与出水流量的关系。11整理实验趋势曲线，总结实验现象。,单容水箱液位PID控制实验,实验目的:了解液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。
6、通过实验，掌握液位变送器及电动调节阀信号线的接法，掌握PID参数的整定。实验要求:1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 3、按照步骤完成实验,单容下水箱液位PID控制流程图,操作步骤与调试,1、将控制器算法程序下装调试；测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、在现场系统上，将手阀JV12，JV21完全打开，手阀JV16开启二分之一，其余阀门关闭。3、在控制系统上，用一把小一字螺丝刀将差压变送器信号PT101+连接到24V+端子即M1Y_1-5，差压变送器信号PT101-连接到端子M1Y_23即PLCAI0，电动调节阀控制信号FV1
7、01-4+连接到M1Y_26即PLCAO+ ,电动调节阀控制信号FV101-5-连接到M1Y_27即PLCAO0-。4、合上空气断路器，打开设备电源,S71200电源。5、“变频器电源”选择开关打到“开”位置.面板启动变频器，面板设置频率为45Hz。,6、启动计算机组态软件，点击“单容水箱液位控制”进入测试项目界面。启动调节器，设置PID各项参数，可将调节器的手动控制切换到自动控制。7、待系统稳定后，对系统进行PID参数整定，是系统的液位与设定值趋于平衡，记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。截图，记录完整的实验曲线。注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另
8、一次实验。,双容水箱液位调节控制,实验目的：了解液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握液位变送器及电动调节阀信号线的接法，掌握PID参数的整定以及调节规律。实验要求：1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 3、按照步骤完成实验,双容下水箱液位PID控制流程图,操作步骤和调试,1、编写控制器算法程序下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、在现场系统上，打开水泵进口处手阀JV21、调节玻璃箱底部手阀JV16开度(可以稍微大一些)，其余阀门关闭。3、在控制系统上，用一把小一字螺丝
9、刀将差压变送器信号PT101+连接到24V+端子即M1Y_1-5，差压变送器信号PT101-连接到端子M1Y_23即PLCAI0，电动调节阀控制信号FV101-4+连接到M1Y_26即PLCAO+ ,电动调节阀控制信号FV101-5-连接到M1Y_27即PLCAO0-。4、合上空气断路器，打开设备电源,S71200电源。5、“变频器电源”选择开关打到“开”位置.面板启动变频器，面板设置频率为45Hz。,6、启动计算机组态软件，点击“水平双容液位调节阀控制”进入测试项目界面。启动调节器，设置PID各项参数，可将调节器的手动控制切换到自动控制。7、待系统稳定后，对系统进行PID参数整定，是系统的液
10、位与设定值趋于平衡，记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。截图，记录完整的实验曲线。注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验,压力变频器控制,实验目的：了解压力控制的构成环节，变频器的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握压力变送器及电动调节阀信号线的接法，掌握PID参数的整定以及调节规律。实验要求：1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 3、按照步骤完成实验,压力变频器控制流程图,操作步骤和调试,1、编写控制器算法程序下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2
11、、在现场系统上，将手阀JV21，JV12完全打开，手阀JV16开启，其余阀门关闭。下水箱容器只作为水介质流通回路的一个部分。调节阀全部打开。3、在控制系统上，将管道压力信号PT101+连接到24V+端子，管道压力信号PT101-连接到”PLC-AI0”端子，变频器控制信号U101+连接到“PLC-AO0+”端子，变频器控制信号U101-连接到“PLC-AO0-”端子。4、合上空气断路器，打开设备电源,S71200电源。5、“变频器电源”选择开关打到“开”位置,利用面板上下键将P1000参数设为2，然后确定；按下绿色的启动，启动变频器。,6、启动计算机组态软件，点击“压力变频器控制”进入测试项目
12、界面。启动调节器，设置PID各项参数，设定设定压力值。7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现)。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。截图，记录完整的实验曲线。注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验。,液位流量前馈控制,实验目的:了解液位控制的构成环节，前馈工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握前馈PID参数的整定。实验要求：1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。3、用响应曲线法求取PID参数，以衰减振荡作为指标，整定出最佳的比例
13、度、积分时间和微分时间。,前馈控制流程图,操作步骤和调试,1、编写控制器算法程序下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、选择管路：3、接线：在控制系统上，用一把小一字螺丝刀将差压变送器信号PT101+连接到24V+端子即M1Y_1-5，差压变送器信号PT101-连接到端子M1Y_23即PLCAI0，电动调节阀控制信号FV101-4+连接到M1Y_26即PLCAO+ ,电动调节阀控制信号FV101-5-连接到M1Y_27即PLCAO0-；电磁流量计信号+接PLCAI1即M1Y_24，电磁流量计信号-接即端子DC24-即M1Y_5-10;5、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电
14、缆，启动控制系统。6、启动计算机，启动组态软件，进入实验项目界面。启动调节器，设置各项参数，将调节器切换到自动控制。7、启动水泵。,8、设定K=0，然后设置PID控制器参数，（参考前面整定的斜率K值）可以使用各种经验法来整定参数。 9、设定K值， 建议：运行过程中 PID的SP值会有一定的波动，所以控制的稳定性稍差，有一些难度。干扰可以是K值的改变，也可以是变频器控制量的改变（从而改变FT1）,流量调节阀PID控制实验,实验目的 了解液位控制的构成环节，调节阀的工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握PID参数的整定。实验要求1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉
15、仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 3、用响应曲线法求取PID参数，以衰减振荡作为指标，整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。,流量调节阀PID控制流程图,操作步骤和调试,1、编写控制器算法程序下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、控制柜数据线连线：在控制系统上，用一把小一字螺丝刀将电磁流量计信号FT101+连接到端子M1Y_23即PLCAI0，电磁流量计信号FT101-连接到DC24V-端子即M1Y_6-10，电动调节阀控制信号FV101-4+连接到M1Y_26即PLCAO+ ,电动调节阀控制信号FV101-5-连接到M1Y_27即PLCAO0-。4、打开设备
16、电源。启动变频器启动水泵。5、启动计算机组态软件，进入实验选择画面选择实验。启动调节器，设置到手动状态，把输出值设定到比较大的状态，同时检测流量计的流量测量。经过1分钟后，流量计测量准确后开始测试。6、设置比例参数。观察计算机显示屏上的曲线，待被调参数基本稳定于给定值后，可以开始加干扰测试。,7、待系统稳定后，对系统加扰动信号(在纯比例的基础上加扰动，一般可通过改变设定值实现)。记录曲线在经过几次波动稳定下来后，系统有稳态误差，并记录余差大小。8、减小P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。9、增大P重复步骤6，观察过渡过程曲线，并记录余差大小。10、选择合适的P，可以得到较满意的过渡
17、过程曲线。改变设定值(如设定值由50变为60)，同样可以得到一条过渡过程曲线。注意：每当做完一次实验后，必须待系统稳定后再做另一次实验。11、在比例调节测试的基础上，加入积分作用，即在界面上设置I参数不是特别大的数。固定比例P值（中等大小），改变PI调节器的积分时间常数值Ti，然后观察加阶跃扰动后被调量的输出波形，并记录不同Ti值时的超调量p。,12、固定I于某一中间值，然后改变P的大小，观察加扰动后被调量输出的动态波形，据此列表记录不同值Ti下的超调量p。13、选择合适的P和Ti值，使系统对阶跃输入扰动的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线。此曲线可通过改变设定值（如设定值由50%变为60%）
18、来获得。14、在PI调节器控制测试的基础上，再引入适量的微分作用，即把软件界面上设置D参数，然后加上与前面调节时幅值完全相等的扰动，记录系统被控制量响应的动态曲线。15、选择合适的P、Ti和Td，使系统的输出响应为一条较满意的过渡过程曲线（阶跃输入可由给定值从突变10%左右来实现）。,锅炉动态水温PID单回路控制,实验目的： 了解液位控制的构成环节，温度控制原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握PID参数的整定。 实验要求： 1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构成。 2、熟悉仪表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 3、用响应曲线法求取PID参数，以衰减振荡作为指标，整定出
19、最佳的比例度、积分时间和微分时间。,锅炉水温PID单回路控制流程图,操作步骤和调试,1、编写控制器算法程序下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、接线：在系统上将调压模块信号+即M1_Y-15与PLC的AO0+即M1_Y-26相连，调压模块信号-即M1_Y-16与PLC的AO0-M1_Y-27相连；将一体化温度计信号+与DC24V+即M1_Y1-5相连，一体化温度计信号-与PLCAI0即M1_Y-23相连；3、打开变频器电源（变频器使用面板操作模式，全部为50Hz），运行变频器启动水泵P101。4、将锅炉的水装至中间高度。一定要超过最低液位，例如联锁保护灯亮起。然后关闭水泵。
20、5、打开阀QV114，关闭阀QV115。6、启动变频器和水泵P101，变频器频率设定到面板操作，全部为50Hz。,7、连接好控制系统和监控计算机之间的通讯电缆，启动控制系统。8、启动计算机，启动组态软件，进入实验界面。9、手动输出PID2,使得电动调节阀全开，冷水循环。10、启动调节器，把调节器切换到自动控制。11、设置PID控制器参数，可以使用各种经验法来整定参数。,液位和进口流量串级控制,实验目的 了解液位控制的构成环节，串级控制工作原理，熟悉上位机组态王的组态及通讯。通过实验，掌握串级控制系统的投运、控制器参数的整定方法。 实验要求 1、实验前需熟悉实验的设备装置以及管路构。 2、熟悉仪
21、表装置，如检测单元、控制单元、执行单元等。 3、用响应曲线法求取PID参数，以衰减振荡作为指标，整定出最佳的比例度、积分时间和微分时间。,液位和进口流量串级控制流程图,操作步骤和调试,1、编写控制器算法程序下装调试；编写测试组态工程，连接控制器，进行联合调试。2、接线：在控制系统上，用一把小一字螺丝刀将差压变送器信号PT101+连接到24V+端子即M1Y_1-5，差压变送器信号PT101-连接到端子M1Y_23即PLCAI0，电动调节阀控制信号FV101-4+连接到M1Y_26即PLCAO+ ,电动调节阀控制信号FV101-5-连接到M1Y_27即PLCAO0-；电磁流量计信号+接PLCAI1
22、即M1Y_24，电磁流量计信号-接DC24V-即M1Y_6-10;3、首先，利用主回路，做一个单回路液位实验。确定P、I值（D0）设定一个SP值A1，并记录稳定时的流量计FT1的测量值A24、让变频器频率值从40 Hz上升到50Hz。并记录下系统超调量。,6、将主调节器置手动状态，调整其输出为A2，将A2作为副调节器的SP值。7、在上述状态下，整定副调节器的P参数。调整整个系统至稳定（可有余差）8、再将主调节器切换到自动状态，预置主调节器的P、I参数不变。系统应仍然稳定。副调节器：一般纯比例(P)控制，反作用，自动，KC2(副回路的开环增益)较大.主调节器：比例积分(PI)控制，反作用，自动，KC1 KC2(KC1主回路开环增益)。9、通过反复对副调节器和主调节器参数的调节，使系统具有较满意的动态响应和较高的静态精度。,双容液位串级控制实验,
