第一部分产品使用说明TKGK-1过程控制实验装置组成和各部分使用说明TKGK-1型过程控制实验装置是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计，多次实验和反复论证，向广大师生推出一套全新的实验设备。

该设备可以满足《过程控制》、《自动化仪表》、《工程检测》、《计算机控制系统》等课程的教学实验。

整个系统结构紧凑、功能多样、使用方便，既能进行验证性、研究性实验，又能提供综合性实验。

本实验装置可满足本科、大专及中专等不同层次的教学实验要求，还可为科学研究开发提供实验手段。

本实验装置的控制信号及被控信号均采用IEC标准，即电压0~5V或1~5V，电流0~10mA或4~20mA。

实验系统供电要求为单相交流220V±10%，10A；外型尺寸为：167*164*73，重量：580Kg。

装置特点本实验装置具有以下特点：1、多种被控参数：温度、压力、流量、液位。

2、控制方式多样：位式控制、模拟PID控制、智能仪表控制、单片机控制、PLC控制、计算机控制等。

3、多种计算机控制软件：PROTOOL-CS组态软件、MCGS组态软件、本公司开发的上位机监控软件。

4、丰富的计算机控制算法：P、PI、PID、死区PID、积分分离、不完全积分、模糊控制、神元控制、基于SIMULINK的动态参数自适应补偿控制等。

5、开放的软件平台：在我们提供的软件平台上，学生既可以利用我们所提供的算法程序进行实验，又可以用自己编写的PLC程序、MATLAB算法程序等进行实验。

6、灵活多样的实验组合：可以很方便地对控制方式与被控参数进行不同组合，得到自己需要的单回路、多回路等多种控制系统。

系统组成TKGK-1型过程控制实验装置集多参数闭环控制为一体，它是由被控对象、调节器模块、执行器模块、变送器模块和单片机控制模块等组成，各模块间组合灵活，基本包含了目前所有的工业控制方式，涉及温度、压力、流量和液位等重要的过程控制参数。

被控对象包括上水箱、下水箱、复合加热水箱、管道。

调节器主要有模拟调节器（含比例P调节、比例积分PI调节、比例微分PD调节、比例积分微分PID 调节）、位式调节器、智能调节器、PLC控制、单片机控制、计算机控制等。

执行器模块主要有固态继电器、交流电机及水泵、直流电机及水泵、电热丝。

变送器模块主要有流量变送器（FT）、液位变送器（LT1，LT2）、温度变送器（TT）、压力变送器（PT）等。

变送器的零位、增益可调，并均以标准信号DC0-5V 输出。

另外，根据用户需要，配置微机通讯接口单元（RS232），以满足计算机实时控制实验的需要。

系统的结构组成如图0-1所示，被控对象的供水有两路：一路是由交流电机从储水箱中抽水，通过阀5或阀6供给复合加热水箱，或经过流量计后，再经阀1或阀3分别供水给上、下两个水箱；另一路是由直流电机从储水箱中抽水，通过阀7或阀8也分别供水给上、下两个水箱。

两个水箱内均装有液位传感器（LT1，LT2）和溢流口，每个水箱的出水口均经过线性化处理。

上水箱的水通过阀2 流到下水箱，在上水箱中还安装了压力传感器（PT ），用于检测压力的大小，而下水箱的水经阀4流到复合加热水箱的外套，最后经溢流口3流回储水箱。

在复合加热水箱的内套安装了加热器和PT100温度传感器（TT ），用于检测温度。

图0-1、GK-02装置结构展示屏面板图00410A007KM 010002空气开关003总开关001100101102钮子开关SS008漏2KM7623漏 2008009KM005103交流电压表A.C 0~250V流量 压力 显示板220V/13.5V液位1 液位2流量 压力信号采样板液位 1,2双 ~17.5双~8.5V 双~17.5双~17.5挂箱插座流量计空气开关006006009日 光 灯A 1A 2A 3A 4A电热器单相插座ST左侧右侧报警器复位固态继电器单相插座挂箱介绍一、GK-01电源控制屏GK-01电源控制屏如图1-1所示，它由一个交流电源控制区与三个执行部件接线区所组成：1、交流电源控制区：由总电源钥匙开关、空气开关、带灯启动、停止按钮、漏电保护器、电加热器电源开关、照明开关、电压表、告警指示灯与复位按钮等组成。

具体操作方法如下：1）、将电源插座接220V市电电源。

2）、打开总电源空气开关。

3）、打开总电源钥匙开关，此时“停止”按钮红灯亮，表示系统总电源接通。

4）、按下“启动”按钮，此时“启动”按钮绿灯亮，表示系统电源接通。

5）、拨动照明钮子开关打开日光灯。

注意：本实验装置配电压型和电流型漏电保护系统。

当屏上漏电时保护系统动作，告警灯亮并自动切断系统电源。

2、三相异步电动机电源接线区：它与GK-07-2交流变频控制挂件配合使用。

在此接线区一共有图1-1、GK-01控制屏面板图A、B、C、Z、X、Y六个空芯接线柱，它们与三相异步电动机引线一一对应。

基于本装置中电源为单相交流220V，因而实验时必须按三角形接线方式（即将A与Z、B与X、C与Y相接）。

3、直流他励电动机电源接线区：它与GK-06直流调速控制挂箱配合使用。

此区从直流他励电动机引出了的“励磁”、“电枢”两组空芯接线拄。

4、加热器控制接线区：共有两个空芯接线柱，按固态继电器的接线原则“左正右负”，即控制电压信号正端接左边接线柱，地端接右边接线柱。

二、GK-02装置结构展示屏一、控制对象如图0-1所示，装置结构展示屏有四个被控对象：上下两个水箱、复合加热水箱和管道。

二、供水系统1、直流电机供水部分：由直流电机驱动齿轮泵，将储水箱中的水经阀7、8分别注入上、下水箱。

2、交流电机供水部分：由三相交流鼠笼电动机驱动齿轮泵，将储水箱中的水经流量计和阀1、3、6将水分别注入上、下水箱和复合加热水箱的外套水箱。

复合水箱的内套水箱通过阀5一次性加满水后即将它关闭。

3、调节阀2、阀4，可调节上、下水箱的排水量。

各水箱的过量水都通过溢流口1、2、3回流到储水箱中。

三、控制参数有四种：温度、压力、流量、液位。

四、传感器输出与显示仪表：在GK-02屏的左侧，设有控制参数的数显仪表，它们分别指示液位、压力、流量和温度等参数值。

各表头左侧的接线柱分别接L T1、PT、L T2、FT、TT等相应传感器检测信号的输出，其标准DC 0~5V。

其中L T1、PT、L T2均有调零和调增益的电位器，可根据需要进行调整。

传感器的输出显示表头为三位半的数显表。

AI-708F温度变送器是一台含变送、调节双重功能的人工智能仪表。

其变送信号通过TT输出，其控制信号可通过TR输出。

TR输出用于控制固态继电器开关。

五、AI-708F人工智能仪表，使用方法如下：图2-1、AI708智能仪表面板图三、GK-03单片机控制屏（一）、单片机控制屏如图3-1所示，它可以同时采集五路信号，三路输出用来控制执行器，以实现自动控制。

单片机控制屏的主要组成部分有：1、五路模拟量输入，分别为L T1、PT 、L T2、FT 、TT ，其接线端正好与右侧GK-02屏上传感器输出端相对应，模拟量输入为0~5V 标准信号。

2、三路模拟量输出（即单片机控制输出信号），分别以1、2、3字样标出，输出为0~5V 标准信号。

3、通讯接口方式：通过RS232串行通讯口与计算机通讯，以实现计算机监控。

4、键盘操作：共有六功能键。

5、两个显示框：功能显示框（显示所选参数）、数值显示（显示对应参数值）。

（二）、单片机操作步骤： 1、键功能含义“回路”键：可循环选择1~5路输入； “向上”、“向下”：按此键可循环选择所显示的 参数或在整定状态下将数字增减；“整定”键：按此键数值显示框中有一位数据 闪烁，配合向上和向下键，即可进行某参数值整定。

“移位”键：在参数整定中，按此键盘可选 择需要修改数据的位。

“确认”键：开机时，单片机出现“---th pcs 1”图3-1、GK-03控制屏面板图提示，按此键后方可进入程序运行。

另外在参数整定结束时，按此键即可退出参数整定，返回显示状态。

2、表1参数功能定义（三）、开机操作步骤1、打开电源开关。

2、功能显示框与数值显示框分别提示“TH--”与“PCS1”字样，分别表示天煌教仪和过程控制系统之含义。

3、按“确认”键，功能显示框显示“AI-1”字样，“AI”表示功能参数（参照表1定义），“1”表示为第一回路。

4、连续按“回路”键，功能显示框的末位,将依次循环显示“1、2、3、4、5”表示所选中的输入回路号。

5、按动“向上”或“向下”键，可改变所在回路相应的功能与参数值。

6、按“整定”键，数值显示框的末位闪烁，表示此位可进行修改，这时只要按“向上”“向下”键和“移位”键，就能对数值显示器的参数值进行整定修改。

数值设定完毕后，最后按“确认”键，即可完成对参数的设定。

7、本单片机系统在运行时，允许实时地对PID参数进行修改。

注意：1、在实验前将各输入信号的信息（AN、ST、CL、CH、UA、OP等）通过两组显示器，预先设置好。

2、输出通道设定，应与输入通道相对应，不能复用。

OP为“0”表示无输出。

四、GK-04 模拟PID调节器挂箱如图4-1所示，本挂箱有两路完全相同的PID调节器和一路给定信号源。

调节器的结构、使用方法如下：1、接线端：给定信号输入端、反馈信号输入端、PID信号输出端。

注意地线是公共的，只有两个地线接线端子。

给定信号大小由本模块中给定信号源提供，反馈信号输入由传感器输出提供，调节器输出信号用于控制执行器（如交流电机、直流电机）。

2、积分时间波段开关：共有三档：X∞、X1、X10。

当选择X∞档时才可进入纯P，或PD控制方式。

P、I、D参数设置（即放大系数）“P比例调节”——比例系数KC的调节。

它是比例度δ的倒数，即K=1/δ。

C图4-1、GK-04挂箱面板图“I积分调节”——指积分时间常数T i的调节，调节范围“0.01至2.5分”和“0.1至25分”。

“D微分调节器”——指微分时间常数T d的调节，调节范围“0.01至10分”。

3、“I”有开/关两种状态，“D”也有开/关两种状态（通过钮子开关切换，两个开关处于“开”状态时积分和微分才起作用）。

4、若需要选用“PI”控制，具体设置为：“I”波段开关置于X1或X10档，I开/关置于“开”，电位器P、I旋至某一个刻度即可。

此时“D”开关应置于“关”。

5、正/反作用开关：用于改变调节器的正反作用，实质上是改变输入偏差信号的正负号，以构成一个负反馈系统。

6、手动/自动开关：当开关置于“手动”时，调节手动电位器，即可手动控制调节器输出信号。

若需要进行PID控制，则此开关必须位于“自动”状态。

7、给定信号源：其输出信号由钮子开关切换输出值的正、负。

8、当进行串级模拟PID控制实验时，可利用两个GK-04调节器组成所需的自动控制系统。