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测试平台物理系统图1.2 总体逻辑结构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。

一般两线制信号在IO面板上已经连接了24V和GND，可以按照四线制方式使用。

执行机构一般2～10V控制，控制信号经过500欧姆采样电阻被转换成4-20毫安控制。

二工艺设备结构和操作本节通过大量的示意图介绍各个工艺设备的结构和操作，其中包括各个水箱、锅炉、换热系统以及管路。

如图1.4所示图1.4 现场系统示意图1)上水箱上水箱位于框架右上方，模拟一个工业上常见的卧式圆罐。

水平方向的截面积在各个高度不同，中间最大，两端最小，具有典型的非线性特性。

上水箱透视图如图1.5所示。

2)中水箱中水箱是一个结构复杂的容器。

提供变容结构，以及水平多容结构。

中水箱透视图如图1.6所示、中水箱顶视图如图1.7所示。

图1.6 中水箱透视图图1.7 中水箱顶视图变容的实现过程：（1）将分隔闸板提得很高，例如2厘米以上，则中水箱左右两边容器合在一起，通过出水闸板控制出口流量。

总截面积=中水箱左容器+中水箱右容器。

图1.8 下水箱透视图图1.9 下水箱顶视图（2）将出口闸板提得很高，例如2厘米以上，通过分隔闸板控制出口流量。

总截面积=中水箱左容器。

水平多容实现过程：分隔闸板作为左右两边容器的导通流量控制，出水闸板控制右边容器出口流量。

3)下水箱下容器可以更换不同形状的出口闸板，从而改变系统特性，还可放入一个斜体，从而模拟倒锥形工业容器。

下水箱透视图结构如图1.8所示，下水箱顶视图如图1.9所示。

4)常压锅炉锅炉是一个常压电加热锅炉，大气压力，没有高温。

如图1.10所示。

5)换热系统该换热器采用工业高效板式换热器。

换热器具有一个冷水入口，一个冷水出口，一个热水入口，一个热水出口（热水和冷水的位置可以互换，但是出口和入口不能互换）。

如图1.11所示。

图1.11 换热系统示意图6)管路系统管路系统如图1.12所示。

通过该图可以了解各个阀门的位置，以及管道上的各个过程设备。

图1.13 PT100温度传感器图1.14 PT100温度变送器接线原理图三过程和电气设备结构和操作本节介绍仪器仪表以及执行器等产品的结构和操作方法。

1)温度检测设备●温度传感器为PT100，采用三线制，如图1.13所示。

●温度变送器为两线制，24V直流供电。

如图1.14所示。

2)压力和液位检测设备♫参考手册：《扩散硅压力/液位变送器使用说明书》可以采用扩散硅压力/液位变送器，也可以选择电容式或者应变电阻式。

压力变送器如图1.15所示。

图1.16 压力/液位变送器量程调节示意图图1.17 涡轮流量计 图1.18 涡轮流量计接线图压力/液位变送器包括一个表头，表头两侧都有盖子。

打开盖子，一侧用于接线，另一侧可以调节零点或满量程，如图1.16所示。

3) 流量检测设备现场系统一般包括一个涡轮流量计和一个电磁流量计。

A 、涡轮流量计♫ 参考手册：《LWGY/LWGB/LWY 型涡轮流量计使用说明书》。

涡轮流量计管道里有一个叶轮随着流动液体转动，通过霍尔效应产生脉冲，然后进行F/I 转换为4~20mA 信号。

涡轮流量计如图1.17所示，其接线如图1.18所示。

图1.19 涡轮流量计拆卸操作图1.20 电磁流量计涡轮流量计如果堵塞，则需要拆卸清洗，拆卸如图1.19所示。

使用一个铁片拧下涡轮两边的外丝，取出涡轮进行清洗。

注意安装时不能太紧。

B、电磁流量计♫参考手册《中文电磁流量计转换器用户手册》、《中文电磁流量计传感器使用说明书》电磁流量计利用法拉第电磁感应定律来测量流量。

电磁流量计如图1-20所示。

注意：不要在没有水的情况下给电磁流量计加电。

加电几分钟后才能获得准确数值。

电磁流量计接线图如图1.21所示。

注意：只连接220V电源L和N线、信号“4-20毫安”输出以及“输出地“4)变频器接线和操作变频器采用三菱的FS520S变频器，或者采用西门子的MM420变频器。

变频器控制水泵P101。

由于变频器响应快速，所以控制时间会短一些。

A、三菱变频器♫参考手册：《三菱变频器FR-S500使用手册（基本篇或高级篇）》三菱变频器如图1.22所示。

图1.22 三菱变频器即使变频器不处于运行状态，其电源输入线，直流回路端子和电动机端子上仍然可能带有危险电压。

因此，断开开关以后还必须等待5分钟，保证变频器放电完毕，再开始安装、维护等工作。

变频器拆卸如图1.23所示、变频器接线如图1.24所示。

在把 STF 启动拨动开关断开后，可以设置到面板控制模式，通过旋钮进行频率设定。

面板如图1.25所示。

图1.23 变频器安装拆卸示意图图1.24 三菱变频器接线图变频器操作模式有多种：✧模式Pr79为模式0，切换PU操作或外部操作。

✧模式Pr79为模式1，只执行PU操作。

✧模式Pr79为模式2，只执行外部操作。

✧模式Pr79为模式3，用设定旋钮进行4-20mA频率设定，STF，STR启动。

✧模式Pr79为模式4，外部端子信号（多段速，DC0~5V等），RUN键启动。

最常用的操作模式有两种：模式0通过PU键切换到PU操作，然后通过旋钮设定频率，按RUN钮启动。

模式3 4-20毫安操作选择，通过启动开关启动，然后加入外部4-20毫安控制。

调试与操作步骤：(1) 面板操作变频器上电，液晶屏显示：断开STF和SD的连接(启动旋钮)，按键设置PU操作模式，PU显示灯亮旋转直到显示为希望的频率值(设30)，约5秒闪灭。

在数值闪灭期间，按SET键，设定频率数值。

闪烁3秒后，显示屏回到0.0显示状态，按RUN键运行。

按键，变频器停止工作。

(2) 4～20mA电流控制首先断开STF和SD的连接(启动旋钮)，按键，进入参数设定模式，拨动选择参数Pr.79(操作模式选择)，设定为3。

输入一个4～20mA电流信号到变频器的4、5号端子，启动旋钮设置到ON位置，水泵运转。

改变输入的电流值，可以看到输出的频率也改变了。

调试完，将参数Pr.79设为0。

B、西门子变频器♫参考手册：《MICROMASTER 420通用型变频器操作说明书》、《MICROMASTER PROFIBUS Optional Board》现场系统上的西门子变频器一般包括三个部分：变频器主体、BOP面板、DP接口。

其中BOP面板和DP接口不是必须的。

如图1.26所示。

图1.26 西门子变频器DP模块如图1.27所示。

图1-28 西门子变频器BOP面板西门子BOP面板如图1.28所示。

西门子BOP面板包括一个液晶显示屏，8个按钮。

其中左上角是运行启动按钮，左下角是停止按钮。

具体功能如下：按钮功能功能说明状态显示LCD显示变频器当前的设定值起动变频器按此键起动变频器。

缺省值运行时此键是被封锁的。

为了使此键的操作有效，应设定 P0700 = 1停止变频器OFF1：按此键，变频器将按选定的斜坡下降速率减速停车。

缺省值运行时此键被封锁；为了允许此键操作应设定P0700 = 1。

OFF2：按此键两次(或一次，但时间较长)电动机将在惯性作用下自由停车。

此功能总是“使能”的。

一些重要参数的含义：P0010开始快速调试✧ 0 准备运行✧ 1 快速调试✧ 30 工厂的缺省设置值P0700 选择接通 / 断开 / 反转(on / off / reverse)命令源 ✧ 0 工厂设置值✧ 1 基本操作面板 (BOP)✧ 2 模拟量输入端子 / 数字量输入✧ 6 来自总线命令。

如果使用Profibus 总线，则需要设置这个参数。

注意要P0917=0。

改变电动机的转动方向 按此键可以改变电动机的转动方向。

电动机的反向用负号(－)表示或用闪烁的小数点表示。

缺省值运行时此键是被封锁的，为了使此键的操作有效，应设定P0700= 1。

电动机点动在变频器无输出的情况下按此键，将使电动机起动，并按预设定的点动频率运行。

释放此键时，变频器停车。

如果变频器/电动机正在运行，按此键将不起作用。

浏览辅助信息 变频器运行过程中，在显示任何一个参数时按下此键并保持不动2秒钟，将显示以下参数值(在变频器运行中，从任何一 个参数开始)：1. 直流回路电压（用d 表示–单位：V ）2. 输出电流（A ）3. 输出频率（Hz ）4. 输出电压（用 o 表示 – 单位：V ）5 由P0005选定的数值(如果P0005选择显示上述参数中的任何一个(3，4，或 5)，这里将不再显示)。

连续多次按下此键，将轮流显示以上参数。

跳转功能在显示任何一个参数(rXXXX 或 PXXXX)时，短时间按下此键将立即跳转到r0000，如果需要，您可以接着修改其它的参数。

跳转到 r0000 后，按此键将返回原来的显示点。

访问参数 按此键即可访问参数 增加/减少数值按此键即可增加/减少面板上显示的参数数值。

P1000 选择目标频率设定值来源✧0 无频率设定值✧ 1 用 BOP 控制频率的升降✧ 2 模拟设定值✧ 6 来自总线命令。

如果使用 Profibus 总线，则需要设置这个参数。

注意要P0917=0。

P0004参数过滤器✧ 2 变频器✧ 4 PI 比例积分控制器✧10设定值通道和斜坡函数发生器✧20 通讯✧22 变频器PID控制参数P0003 参数访问级变频器的参数有 4 个用户访问级，即标准访问级，扩展访问级，专家访问级和维修级。