过程控制仪表实验报告

成绩________

过程控制仪表及装置

实验报告

班级：_______________________________________ 姓名：________________________________________ 学号：________________________________________ 指导老师：_____________________________________ 实验日期：_____________________________________

目录

实验一 电容式差压变送器的校验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„2

实验二 热电阻温度变送器的校验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„5

实验三 模拟调节器开环校验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„8

实验四 模拟调节器闭环校验 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„12

实验五 SLPC 可编程调节器的编程设计与操作„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„14

实验六 SLPC 可编程调节器PID 控制参数整定„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19

实验一 电容式差压变送器的校验

一、实验目的

1．了解并熟悉电容式差压变送器整体结构及各种部件的作用。 2．掌握电容式差压变送器的工作原理。

3．掌握电容式差压变送器的起点及终点调整、精度校验、迁移的调整方法。

二、实验项目

1．掌握气动定值器、标准电流表、标准压力表、标准电阻箱的使用方法。 2．了解电容式差压变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。 3．按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度、迁移校验。

三、实验设备与仪器

1．电容式差压变送器 1台 2．标准电阻箱 1个 3．气动定值器 1个 4．标准电流表 1台 5．标准压力表 1个 6．大、小螺丝刀 各1把 7．连接导线、气压导管 若干

四、实验原理

实验接线如图2-1所示。

图2-1 电容式差压变送器校验接线图

五、实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。 2．实验开始

（1）按图接线，经检查无误后接通电源。

（2）起点调整：当变送器输入差压为零时，调整零点螺钉，标有“Z ”的位置，使输出电流Io 为4mA 。

（3）终点调整：输入变送器终点对应的差压信号，调整量程螺钉，标有“R ”的位置，使输出电流Io 为20mA 。

（4）反复进行2、3项调整，直至起点和终点均满足精度要求为止。

（5）精度校验：将整个差压范围分为四等分，按0%、25%、50%、75%、100﹪逐点输入相应的差压值，信号输入时要注意上行程和下行程，不能搞错。此时，分别记录下变送器相应的输出电流大小, 然后计算各误差。基本误差和变差的计算公式如下：

I -I

δ基=0实0标⨯100%

16

δ变差

I 0正-I 0反=⨯100%

16

(6)在调好变送器的起点和终点之后，进行零点迁移。根据正迁移或负迁移，将插件Sw1插在相应的位置上。（正迁移插到Sz 侧，负迁移插到E2侧）。然后给变送器加输入信号，输入信号的大小可自行选定，但不能超过变送器的允许数值。调整零点螺钉“Z ”使变送器输出电流为4mA 。最后检查起点和终点，看看经过迁移后变送器的量程和零点有什么变化。必要时可进行微调。

3．数据处理及实验结果

思考题

1．电容式差压变送器如何进行起点和终点的调整？为什么终点调好后还要检查起点？ 2．迁移时，为什么迁移量与量程的代数和不能超出变送器的最大上限值？ 3．变送器的零点迁移和零点调整有什么关系？

实验二 热电阻温度变送器的校验

一、实验目的

1．了解并熟悉热电阻温度变送器整体结构及各种部件的作用，进一步掌握热电阻温度变送

器的工作原理。

2．掌握热电阻温度变送器的起点及终点调整、精度校验方法。

二、实验项目

1．学会各仪器之间的正确接线，与二线制接法比较。

2．了解热电阻温度变送器整体结构，熟悉各调节螺钉的位置和用途。3．按照实验步骤进行仪表的起点、终点调整，进行精度校验。

三、实验设备与仪器

1．热电阻温度变送器（DDZ-DBW-12） 1台 2．精密电阻箱 1个 3．数字电压表 1台 4．直流电流表 1台 5．螺丝刀 1把 6．连接导线 若干

四、实验原理

实验接线如图4-1所示。

图4-1 热电阻温度变送器校验接线图

五、实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。 2．实验开始

（1）按图接线，经检查无误后接通电源。

（2）起点调整：根据热电阻的分度号和温度不同的测量范围，调节0～9999.99精密电阻箱输入测量下限对应的电阻值，用螺丝刀调整零点螺钉，使输出电流Io 为4mA 或电压Uo 为1V 。

（3）终点调整：用精密电阻箱输入测量上限对应的电阻值，调整量程螺钉，使输出电流Io 为20mA 或电压Uo 为5V 。

（4）反复进行2、3项调整，直至起点和终点均满足精度要求为止。

（5）精度校验：将整个温度范围分为四等分，按0%、25%、50%、75%、100﹪逐点输入相应的电阻值，信号输入时要注意上行程和下行程，不能搞错。此时，分别记录下变送器相应的输出电流或电压大小, 计算出各误差。 3．数据处理及实验结果

思考题

1．输入电阻信号时，采用几线制输入？实际应用中，要求用几线制连接？ 2．引线电阻的变化是否会影响测量？为什么？

3．与热电偶温度变送器比较，在结构上它们有哪些异同点？

实验三 模拟调节器开环校验

一、实验目的

1．熟悉模拟调节器的整体结构，了解各部分的作用。 2．掌握模拟调节器测量针的校验方法。

3．知道模拟调节器的工作方式，学会进行各工作方式之间的无扰动切换。 4．掌握模拟调节器控制参数比例度、积分时间的测定方法。

二、实验项目

1．熟悉模拟调节器（电Ⅲ型或EK ）正、侧面板布置，了解各种开关的用途及主要部件在电路板的位置。

2．检查模拟调节器是否正常。

3．进行测量指针的起点、终点、中间刻度校验。 4．按照实验步骤进行各控制参数的测定和校验。

三、实验设备与仪器

1．模拟调节器（电Ⅲ型或EK ） 1台 2．标准电阻箱 1个 3．恒流给定器 1台 4．标准电流表 1台 5．螺丝刀和秒表 各1 6．连接导线 若干

四、实验原理

实验接线如图5-1（电Ⅲ型）

图5-1 电Ⅲ型模拟调节器开环校验接线图

五、实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。 2．实验开始

（1）按图接线，经检查无误后接通电源，预热30分钟。 （2）测量指示刻度校验

①将调节器正面、侧面板上各开关置于如下位置：

工作方式切换开关： 软手动 测量／标定切换开关： 测量 给定开关： 内给 正／反作用开关： 正 比例度δ： 最大 积分时间TI 最大 微分时间T D 关

②起点、终点刻度校验：由恒流给定器从端子①、②分别输入4mA 、20mA 电流信号，测量针应分别指示0%、100%。当误差超过±1%时，应调整机械零点和指示单元的测量指示量程电位器。

③中间刻度校验：把测量／标定切换开关置于“标定”位置，这时，测量针和给定针都应指示50%，当误差超过±1%时，应调整指示单元中的“标定电压调整”电位器，此时，标定电压为3V 。

④将整个范围分为四等分，按0%、25%、50%、75%、100﹪逐点输入相应的电流值，此时，记录下相应的指针位置, 为方便读数，可以对准指针0%、25%、50%、75%、100﹪的位置，记录相应的输入电流值，然后计算出误差。

⑤数据处理及实验结果

（3）控制参数测试

①比例度的测试：将调节器侧面板上，测量／标定切换开关置于“测量”位置，其余开关位置不变。

a ．调节调节器正面板上的给定，使给定指示50%，再调节恒流给定器使测量指示50%（12mA ），调节软手动手杆使调节器输出电流Io 为10mA 。

b ．将比例刻度盘对准要测试的点的位置，如100%的位置，迅速将工作方式切换开关切向“自动”，调节器输出应保持10mA 不变，用恒流给定迅速加入一个大小适当的输入偏差信号，此时，记录下调节器的输出电流值。

c ．再选择其它刻度点如：2%、500%进行上述操作，记录下相应的输出电流值，将刻度值和实际比例度值比较，计算出误差。计算公式如下： 实际比例度：

δ实际=

输入变化量

⨯100%

输出变化量

误差=

δ刻度-δ实际

⨯100%≤25%

δ刻度

数据处理及实验结果：

d ．100%比例刻度校验：重复a 、b 操作后，用螺丝刀调节比例刻度盘，使刻度盘对准真正的100%的位置，不是原来的校验位置。如：偏差变化2mA （假设测量值增加2mA ），调节比例刻度盘使调节器的输出电流也变化2mA （Io 变到12mA ），此时的刻度盘位置就是标准的100%刻度。 ②积分时间的测试

将比例刻度盘置于标准的100%处，其余开关位置不变。

a ．调节调节器正面板上的给定，使给定指示50%，再调节恒流给定器使测量指示50%（12mA ），调节软手动手杆使调节器输出电流Io 为10mA 。

b ．将积分刻度盘对准要测试的点的位置（可将全刻度盘分为3点），迅速将工作方式切换开关切向“自动”，此时没有加入偏差调节器输出应保持10mA 不变。用恒流给定迅速加入一个大小适当的输入偏差信号±e （信号不要太大以免超出范围），同时启动秒表，当输出Io 从10mA 变化到（10±2e ）时，停止记时。此时，记录下秒表的读数。

c ．再选择其它刻度点进行上述操作，将记录下来的秒表读数与刻度值比较，计算出误差。计算公式如下：

误差=

T 秒表-T 刻度

T 刻度

⨯100%≤25%

数据处理及实验结果：

思考题

1．调节器实现无平衡无扰动切换有何实际意义？

2．如果将调节器工作方式切换开关置于“硬手动”位置，当输入偏差变化时，调节器的输

出将会怎样变化？

3．如何进行给定指针的校验？

4．为什么EK 调节器没有设置“硬手动”操作？

实验四 模拟调节器闭环校验

一、实验目的

1．熟悉模拟调节器的整体结构，了解各部分的作用。 2．掌握模拟调节器测量针的校验方法。

3．知道模拟调节器的工作方式，学会进行各工作方式之间的无扰动切换。 4．掌握模拟调节器控制参数比例度、积分时间的测定方法。

二、实验项目

1．熟悉模拟调节器（电Ⅲ型或EK ）正、侧面板布置，了解各种开关的用途及主要部件在电路板的位置。

2．检查模拟调节器是否正常。

3．进行测量指针的起点、终点、中间刻度校验。 4．按照实验步骤进行各控制参数的测定和校验。

三、实验设备与仪器

1．模拟调节器（电Ⅲ型或EK ） 1台 2．标准电阻箱 1个 3．恒流给定器 1台 4．标准电流表 1台 5．螺丝刀和秒表 各1 6．连接导线 若干

四、实验接线图

五、实验说明及步骤

实验五 SLPC 可编程调节器的编程设计与操作

一、实验目的

1．熟悉SLPC 可编程调节器的硬件结构及各种运算功能模块的工作原理和特性。 2．学会各仪器之间的正确接线，了解各操作键的正确使用方法。 3．掌握SLPC 的编程和设计方法，进一步提高编程技巧。

二、实验项目

1．熟悉SLPC 调节器正、侧面板布置，了解各种开关和按键的用途及操作。 2．仪器之间正确接线，判断SLPC 调节器是否正常。

3．学会使用编程器，将预先编好的程序键入，并进行各种参数的设置。 4．按实验内容进行项目的验证。

三、实验设备与仪器

1．SLPC 可编程调节器 1台 2．编程器 1台 3．恒流源 1台 4．数字电流表 1台 5．数字电压表 2台 6．秒表 1块 7．连接导线 若干 8．实验架 1个

四、实验原理

实验接线如图7-1所示。

由恒流源给实验架上的桥路提供工作电流，由此产生两个可调的（调节电位器W1可改变输入X 1，调节电位器W2可改变输入X 2）标准电压1～5V 作为SLPC 调节器的输入信号，然后按实验内容进行各项目的验证。

SLPC调节器

图7-1 SLPC可编程调节器实验接线图

五、实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。 2．实验前应把要进行的实验项目设计好程序并接受检查。 3．实验开始 （1）按图接线，并把编程器连接到SLPC 调节器上，编程器上的开关置于“PROGRAM ”位置，经检查无误后接通电源，通电顺序为：先接通编程器，再接通SLPC 调节器。断电顺序相反。

（2）正／反作用开关（ACTION ）置于“正”。

（3）对编程器进行初始化，然后根据实验项目内容键入程序。 （４）实验项目如下： ①四则运算验证

编写出如下式子的程序并进行输出结果验证。

Y 1=

X 1+X 2

K 1

其中K 1=2

操作过程如下：

a ． 调节电位器W1使数字电压表显示X 1为2V 或SLPC 调节器侧面板显示25%。调节

电位器W2使数字电压表显示X 2为2V 或SLPC 调节器侧面板显示25%。记录下SLPC 调节器侧面板Y 1的输出值或数字电流表Y 1的指示，填入表1。

b ． X 2不变，改变电位器W1使X 1分别为3V 、4V 或SLPC 调节器侧面板显示50%、

75%，记录下SLPC 调节器侧面板Y 1的输出值或数字电流表Y 1的指示，填入表1。

② 纯滞后时间的验证

编写出如下式子的程序并进行纯滞后时间的验证。

Y 1=e -τS X 1 τ=10S

τ=60S

P 01设置为1% P 01设置为6%

操作过程如下：

a ． 在调节器侧面板上设定好P 01=1%，待输出稳定后，迅速改变输入信号X （增加或减少），1

同时启动秒表，观察输出信号Y 1，到Y 1发生变化时停止记时，记下秒表读数填入表2

。 b ． 再设定P 01=6%，重复以上过程。

③十段折线函数验证

编写出十段折线函数程序后，将输入10等份，按照图7-2所示设定出对应的输出值 F01～F11，并验证结果。 FXn n=1～2

图7-2 十段折线函数

在调节器侧面板上设定出F 01～F 11，改变输入信号X 1调节电位器W1为表3中的数值，观察输出信号Y 1，并记录。

表3

④PF 键及PF 灯的作用验证

用调节器正面板上PF 键产生出状态信号来控制PF 灯的亮灭状态，每按一次PF 键，PF 灯的状态就发生变化，由原来的0状态变为1状态，或由原来的1状态变为0状态，如图7-3所示。

PF 键

PF 灯

图7-3 PF 灯的状态变化图

思考题

1．SLPC 调节器与模拟调节器的工作方式有什么异同？

2．外部端子输入的模拟信号1～5V ，与SLPC 内部的X 1有什么对应关系？

实验六 SLPC可编程调节器PID 控制参数整定

一、实验目的

1．熟悉SLPC 可编程调节器的控制功能模块的工作原理和特性。

2．清楚SLPC 的工作方式以及切换方法，学会进行各工作方式之间的无扰动切换。 3．弄清SLPC 调节器中主程序与仿真程序的区别，学习SLPC 控制参数的整定方法。

二、实验项目

1．进一步熟悉SLPC 调节器正、侧面板各种开关和按键的用途及操作。

2．以一个给定的流量控制系统为例编写出主程序与仿真程序，并使用编程器键入，同时进行各种参数的设置。

3．进行各工作方式之间的无扰动切换，PID 控制参数的整定。

三、实验设备与仪器

1．SLPC 可编程调节器 1台 2．编程器 1台 3．恒流源 1台 4．秒表 1块 5．连接导线 若干 6．实验架 1个

四、实验原理

实验项目如下：

一个给定的简单流量控制系统：采用基本PID 控制，被控对象的传递函数为：

K 1

K 1为对象的放大倍数，可设置为0.6

1 TS

T 为对象的时间常数，可设置为5秒

要求系统能进行外部串级设定。

实验接线如图8-1所示。

利用仿真程序编写出模拟一个实际对象的数学模型，通过外部的硬件连接与主程序构成一个闭环系统，以便进行运行测试。通过运行测试检查所编程序是否完整合理，是否需要修改，同时，通过闭环试运行确定出最佳整定参数。主程序与仿真程序的连接如图8-2所示。虚线为SLPC 外部的硬件连线。

图8-1 SLPC 可编程调节器闭环连接图

五、实验说明及操作步骤

1．由实验指导人员讲解本实验的基本要求、操作和注意事项。

2．实验前应把要进行的实验项目设计好程序并接受检查。

3．实验开始

（1）按图接线，并把编程器连接到SLPC 调节器上，编程器上的开关置于“PROGRAM ”位置，经检查无误后接通电源，通电顺序为：先接通编程器，再接通SLPC 调节器。断电顺序相反。

（2）对编程器进行初始化，然后根据实验项目内容键入主程序，然后键入仿真程序，并在编程器上设定参数K01=0.6，并确认。按运行键系统投入运行。

（3）在SLPC 侧面板上需要设定的参数有：

①正／反作用开关（ACTION ）置于“反”。

②MODE2键为1（按住按键1秒以上的时间）

③P01=5%

④PID 的控制参数：比例度PB 、积分时间TI 、微分时间TD ，三个参数的初始

值可以任意设定，最终选择一组最佳的参数。

操作过程如下：

c ． 将SLPC 的工作方式无扰动切换到串级C 方式，调节电位器W2使X 2为3V 或SLPC

调节器侧面板显示50%。此时测量针应随之变化，迅速跟踪给定针，直到最终测量值等于给定值。如果不发生此事，说明程序或参数设定有问题，应进行检查。

d ． 在系统稳定后，调节电位器W2迅速加入一个±10%偏差信号，同时启动秒表，观

察测量针跟踪给定针的情况，待系统重新稳定后，停止记时。记录下过渡过程的时间。

e ． 重新设置比例度PB 、积分时间TI 、微分时间TD ，重复上述过程。

一般情况下，过渡过程曲线来回波动3次，或超调量最小，过渡过程的时间最短，则认为整定参数最佳。上述过程可以重复多次，直到你认为已整定出最佳的参数为止。选择其中三组参数填入表1。

表1 20

思考题

1．SLPC 调节器实现闭环试运行有何实际意义？

2．如果过渡过程曲线出现超调量过大，应如何调整控制参数？

3．如果SLPC 调节器的给定为“内给定”，工作方式应作何调整？程序又有什么变化？

4．如果PF 灯的状态完全与PF 键状态相同，程序又该如何编写？

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