目錄第一章實驗裝置說明1
第一節系統概述
第二節 thkgk-3型高階過程控制物件系統實驗裝置
第三節 thkgk-3型過程控制系統實驗平台
第四節軟體介紹
第五節實驗要求及安全操作規程
第二章被控物件特性測試實驗12
第一節單容自衡水箱液位特性的測試
第二節雙容（串聯）水箱特性的測試
第三節雙容（併聯）水箱特性的測試
第三章單迴路控制系統實驗26
第一節單迴路控制系統概述
第二節單容水箱液位定值控制系統
第三節雙容（串聯）水箱液位定值控制系統
第四節雙容（併聯）水箱液位定值控制系統
第五節溫度定值控制系統
第六節單閉環流量定值控制系統
第四章溫度位式控制系統實驗49
第一節鍋爐水溫位式控制系統
第五章串級控制系統實驗53
第一節串級控制系統概述
第二節雙容（串聯）液位串級控制系統
第三節雙容（併聯）液位串級控制系統
第四節溫度與流量串級控制系統
第五節液位與流量串級控制系統
第六章神經網路控制系統實驗73
第一章實驗裝置說明
第一節系統概述
一、概述
「thkgk-3型過程控制系統實驗平台」是由實驗控制物件、實驗控制台及上位監控pc機三部分組成。它是本公司根據工業自動化及其他相關專業的教學特點，並吸收了國內外同類實驗裝置的特點和長處，經過精心設計，多次實驗和反覆論證而推出的一套全新的綜合性實驗裝置。本裝置結合了當今工業現場過程控制的現狀，是一套集自動化儀表技術、計算機技術、通訊技術、自動控制技術為一體的多功能實驗裝置。
該系統包括流量、溫度、液位、壓力等熱工引數，可實現系統引數辨識，單迴路控制，串級控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據使用者的需要設計構成ai智慧型儀表，ddc遠端資料採集，plc可程式設計控制等多種控制系統，它既可作為本科，專科，高職過程控制課程的實驗裝置，也可為教師、研究生及科研人員對複雜控制系統、先進控制系統的研究提供乙個物理模擬物件和實驗平台。
學生通過本實驗裝置進行綜合實驗後可掌握以下內容：
1．感測器特性的認識和零點遷移；
2．自動化儀表的初步使用；
3．變頻器的基本原理和初步使用；
4．測定被控物件特性的方法；
5．單迴路控制系統的引數整定；
6．串級控制系統的引數整定；
7．控制引數對控制系統的品質指標的要求；
8．控制系統的設計、計算、分析、接線、投運等綜合能力培養；
9．各種控制方案的生成過程及控制演算法程式的編制方法。
二、系統特點
● 真實性、直觀性、綜合性強，控制物件元件全部**於工業現場；
● 被控引數全面，涵蓋了連續性工業生產過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型引數；
● 具有廣泛的擴充套件性和後續開發功能，所有i/o訊號全部採用國際標準iec訊號；
● 具有控制引數和控制方案的多樣化。通過不同被控引數、控制器、執行器及工藝管路的組合可構成幾十種過程控制系統實驗專案；
● 各種控制演算法和調節規律在開放的實驗軟體平台上都可以實現。實驗資料及圖表在上位機軟體系統中很容易儲存及呼叫，以便實驗者進行實驗後的比較和分析；
● 多種控制方式：可採用ai智慧型儀表控制、s7-200或s7-300plc可程式設計控制、ddc遠端資料採集控制等多種控制方式；
充分考慮了各大高校自動化專業的大綱要求，完全能滿足教學實驗、課程設計、畢業設計的需要，同時學生可自行設計實驗方案，進行綜合性、創造性過程控制系統實驗的設計、除錯、分析，培養學生的獨立操作、獨立分析問題和解決問題的能力。
三、實驗裝置的安全保護體系
1．單相三線制總電源輸入經帶漏電保護裝置的單相三線制斷路器進入系統電源之後又分為三個單相支路。總電源設有單相通電指示燈和220v單相電壓指示表；
2．控制屏上裝有一套電壓型漏電保護和一套電流型漏電保護裝置；
3．各種電源及各種儀表均有可靠的自保護功能；
4．強電接線插頭採用封閉式結構，以防止觸電事故的發生；
5．強弱電連線線採用不同結構的插頭、插座，防止強弱電混接。
第二節 thkgk-3型高階過程控制物件系統實驗裝置
實驗物件總貌圖如圖1-1所示：
圖1-1 實驗物件總貌圖
本實驗裝置物件主要由變頻器、三相磁力驅動幫浦（220v變頻調速）、渦輪流量計及手動調節閥組成。
一、被控物件
由不鏽鋼儲水箱、（上、下）兩個串接有機玻璃水箱、左右兩個併聯有機玻璃水箱，復合水箱和敷塑不銹鋼管道等組成。
1．水箱：包括左上水箱、右上水箱、復合水箱、下水箱和儲水箱。上、中、下水箱採用淡藍色優質有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便於學生直接觀察液位的變化和記錄結果。
上、下水箱尺寸均為：d=25cm，h=15cm。水箱結構獨特，由三個槽組成，分別為緩衝槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩衝槽，出水時工作槽的水經過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經過緩衝和線性化的處理，工作槽的液位較為穩定，便於觀察。
水箱底部均接有擴散矽壓力感測器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。上、下水箱可以組合成一階、二階、單迴路液位控制系統和雙閉環液位串級控制系統。儲水箱由不鏽鋼板製成，尺寸為：
長×寬×高=68cm×52㎝×43㎝，完全能滿足上、中、下水箱的實驗供水需要。儲水箱內部有兩個橢圓形塑料過濾網罩，以防雜物進入水幫浦和管道。
2．復合水箱：包括加熱層和冷卻層，加熱層由不鏽鋼精製而成，可利用它進行溫度實驗。做溫度實驗時，冷卻層的迴圈水可以使加熱層的熱量快速散發，使加熱層的溫度快速下降。
3．管道及閥門：整個系統管道由敷塑不銹鋼管連線而成，所有的手動閥門均採用優質球閥，徹底避免了管道系統生鏽的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。
其中儲水箱底部有乙個出水閥，當水箱需要更換水時，把球閥開啟將水直接排出。
二、檢測裝置
1．壓力感測器、變送器：三個壓力感測器分別用來對左上、右上、左下三個水箱的液位進行檢測，其量程為0～5kp，精度為0.5級。
採用工業用的擴散矽壓力變送器，帶不鏽鋼隔離膜片，同時採用訊號隔離技術，對感測器溫度漂移跟隨補償。採用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24v直流電源，輸出：4～20madc。
2．溫度感測器：裝置中採用pt100鉑熱電阻溫度感測器，用來檢測復合水箱的水溫。pt100測溫範圍：
-200～+420℃。經過調節器的溫度變送器，可將溫度訊號轉換成4～20ma直流電流訊號。pt100感測器精度高，熱補償性較好。
3．模擬轉換器：模擬轉換器（渦輪流量計）用來對由變頻器控制的動力支路的流量進行檢測。它的優點是測量精度高，反應快。
採用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24v直流電源。流量範圍：0～1.
2m3/h；精度：1.0%；輸出：
4～20madc。
三、執行機構
水幫浦：本裝置採用磁力驅動幫浦，型號為16cq-8p，流量為30公升/分，揚程為8公尺，功率為180w。幫浦體完全採用不鏽鋼材料，以防止生鏽，使用壽命長。
第三節 thkgk-3型過程控制系統實驗平台
「thkgk-3型過程控制系統實驗平台」主要由控制屏元件、智慧型儀表控制項、遠端資料採集控制項、plc控制項等幾部分組成。
一、控制屏元件
1．i/o訊號介面面板
該面板的作用主要是通過航空插頭（一端與物件系統連線）將各感測器檢測訊號及執行器控制訊號同面板上自鎖緊插孔相連，便於學生自行連線組成不同的控制系統。
2．sa-11交流變頻控制掛件
採用三菱公司的fr-s520se-0.4k-chr型變頻器，控制訊號輸入為4～20madc或0～5vdc，交流220v變頻輸出用來驅動三相磁力驅動幫浦。有關變頻器的使用請參考變頻器使用手冊中相關的內容。
變頻器常用引數設定：
p 30＝1；p 53＝1；p 62＝4；p 79＝0。
3．單相移相調壓裝置
輸入控制訊號為4～20ma標準電流訊號，其移相觸發角與輸入控制電流成正比。輸出交流電壓用來控制電加熱絲的兩端電壓，從而實現復合水箱溫度的連續控制。
二、智慧型儀表控制項
採用上海萬迅儀表****生產的ai系列全通用人工智慧調節儀表，其中sa-12智慧型調節儀控制掛件為ai-818型，sa-13智慧型位式調節儀為ai-708型。ai-818型儀表為pid控制型，輸出為4～20madc訊號；而ai-708型儀表為位式控制型，輸出為繼電器觸點型開關量訊號。ai系列儀表通過rs485串列埠通訊協議與上位計算機通訊，從而實現系統的實時監控。
ai儀表常用引數設定：
ctrl：控制方式。ctrl＝0，採用位式控制；ctrl＝1，採用ai人工智慧調節/pid調節；ctrl＝2，啟動自整定引數功能；ctrl＝3，自整定結束。
sn：輸入規格。sn＝21，pt100熱電阻輸入；sn＝32，0.2～1vdc電壓輸入；sn＝33，1～5vdc電壓輸入。
dil：輸入下限顯示值，一般dil＝0。
dih：輸入上限顯示值。輸入為液位訊號時，dih＝50.0；輸入為熱電阻訊號時，dih＝100。
op1：輸出方式，一般op1＝4為4～20ma線性電流輸出。
cf：系統功能選擇。cf＝0為內部給定，反作用調節；cf＝1為內部給定，正作用調節；cf＝8為外部給定，反作用調節；cf＝9為外部給定，正作用節。
addr：通訊位址。單迴路實驗addr＝1；串級實驗主控為addr＝1，副控為addr＝2。實驗中各儀表通訊位址不允許相同。
p、i、d引數可根據實驗需要調整，其他引數請參考預設設定。
C 實驗指導書 內容
1 實驗目的 通過本次實驗 1 掌握用vc 整合開發環境編輯源程式的方法。2 掌握在vc 整合開發環境中編譯 除錯與執行程式的方法。3 理解資料型別 變數 運算子 表示式的概念。4 學會使用cin進行資料輸入操作。5 學會用算術表示式 關係表示式 賦值表示式完成資料處理工作。6 學會使用cout進行...
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