传感器测试系统论文Word格式文档下载.docx
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可为本科生、研究生、专业教师及科研人员从事控制系统的实验、实训及科学研究的提供一个重要的平台。
2.2系统主要功能及技术指标
2.2.1系统主要功能
1、传感器测试
(1)温度传感器测试及校验
(2)压力传感器测试测试及校验
(3)差压(液位)测试及校验
(4)流量传感器测试
(5)湿度传感器测试
(6)单相电压传感器测试
(7)单相电流传感器测试
(8)功率因数传感器测试
2、仪表的设置及测试
(1)人工智能温度控制器测试
(2)无纸记录仪测试
(3)手持式高精度测温仪测试
(4)人工智能调节器测试
(5)多路显示报警仪测试
(6)流量积算仪测试
(7)手操器/饲服放大器测试
3、执行器测试
(1)变频器测试
(2)调节阀测试
4、可构建的简单控制系统
(1)温度控制系统
(2)压力控制系统
(3)差压(液位)控制系统
(4)流量控制系统
5、可构建的复杂控制系统
(1)液位串级控制系统
(2)流量串级控制系统
2.2.2系统主要技术参数
(1)温度传感器,测温范围0-200℃
(2)压力传感器,测量范围0~0.5MPa
(3)差压(液位)传感器,测量范围0~10KPa
(4)流量传感器,测量范围0~6M3/h
(5)湿度传感器,测量范围0~100%
(6)人工智能温度控制器,测量精度0.2级,输入/输出4-20mA
(7)人工智能调节器,测量精度0.2级,输入/输出4-20mA
(8)多路显示报警仪,测量精度0.2级,输入/输出4-20mA
(9)流量积算仪,测量精度0.2级,输入/输出4-20mA
(10)手操器/饲服放大器,测量精度0.2级,输出4-20mA、输入0.2-1V/0-5V
2.3系统控制方式
传感器测试系统的系统控制单元可以采用智能仪表控制、计算机控制和PLC控制这三种控制方式。
该控制系统单元主要作为控制子系统的核心单元。
1、智能仪表控制
智能仪表控制可以选用宇电自动化(UDIAN)生产的人工智能调节器、人工智能温度控制器、多路显示报警仪、流量积算仪、无纸记录仪、手操器/伺服放大器等几种仪表。
可实现位式控制、电动阀支路电容液位控制、变频器支路单容液位控制、变频器支路单容液位控制、上下水箱双容液位控制、电动阀支路流量控制、变频器支路流量控制、加热水箱温度控制、上下水箱双容液位串级控制等多个实验。
2、计算机控制
计算机控制由DDC控制单元、计算机和MCGS组态软件共同实现。
可以实现对象特性测试实验、单回路控制实验、串级控制实验、比值控制实验、解耦控制实验和预估控制实验等多个实验。
3、PLC控制
PLC控制通过可编程控制器来实现对系统的控制。
可实现上下水箱单容特性测试、电动调节阀流量特性测试实验、电动阀支路单容液位控制、上下水箱双容液位控制和上下水箱液位串级控制等多个实验。
综上所述:
通过对这三种系统控制方式的比较发现,它们各有其优缺点。
智能仪表控制可以通过模块化结构自由组合构成多个子系统,实现对系统稳定性分析、系统的参数整定、系统的性能指标检定。
计算机控制运用到组态软件,这样可以直观的看到系统的具体情况,但较仪表控制略复杂。
而PLC控制虽然过程比较简单,但是需要编程软件,而且不能直接反应控制对象的情况。
因此本设计采用智能仪表控制的控制方式。
2.4系统主要方案
1、系统组成
本系统装置对象主要由一个不锈钢储水箱、双容水箱、加热水箱和敷塑不锈钢管道等组成。
双容水箱是透明的,便于直接观察液位的变化和记录结果。
水箱底部均接有压力、液位传感器,可对水箱的压力和液位进行检测和变送。
上、下水箱可以组合成一阶、二阶单回路液位控制系统和双闭环液位串级控制系统等。
储水箱由不锈钢板制成,能满足上、下水箱的实验供水需要。
加热水箱:
使用加热器进行加热,安装温度传感器可进行温度检测控制实验。
管道及阀门:
整个系统管道由不锈钢管连接而成,所有的手动阀门可采用优质球阀,以避免管道系统生锈的可能性。
2、检测装置
压力变送器:
两个压力变送器分别用来对由两路供水系统的液体压力进行检测,将液体压力转换成电流信号(4~20mADC)输出。
温度传感器:
主要用来检测加热水箱里液体温度。
流量变送器:
对两路供水系统各出口处的流量进行检测并输出电流信号4~20mADC。
差压变送器:
对上下两个水箱的液位进行检测并输出信号参数。
湿度传感器:
对控制系统中的湿度进行检测并输出4-20mA电流信号。
单相电压变送器:
对系统中交流电压进行检测并输出电流信号4-20mA。
单相电流变送器:
对系统中交流电流进行检测并输出电流信号4-20mA。
功率因素变送器:
对系统中的功率因数进行检测并输出电流信号4-20mA。
图2-1系统控制对象工艺
电动调节阀:
采用智能直行程电动调节阀,用来控制水的流量从而达到对回路中的液位、压力、流量、温度进行调节。
变频器:
控制三相交流电动机速度和转矩。
水泵:
系统输出驱动。
2.4.3系统控制仪表
人工智能温度控制器:
采用先进的AI人工智能PID调节算法,无超调,具备自整定(AT)功能,能够智能的对系统进行PID调节。
人工智能调节器:
采用先进的AI人工智能调节算法,无超调,具备自整定(AT)功能,能够对系统进行智能调节。
多路显示报警仪:
配合各种输入模块,能分别测量1~2路热电偶、热电阻、电压、电流、流量、湿度等多种信号。
流量积算仪:
可对物质的质量、体积、长度进行累积计算,并可进行批量控制。
手操器/饲服放大器:
可接系统智能仪表的给定信号和阀位的反馈信号,根据二者的偏差进行调节,输出相应的控制量。
无纸记录仪:
用于对多个智能仪表的调节结果进行显示。
图2-2控制仪表布置图
3系统工作原理
3.1传感器测试系统的控制仪表
3.1.1AI人工智能工业调节器
(1)AI调节器的型号定义
AI系列仪表硬件采用了先进的模块化设计,具备5个功能模块插座:
辅助输入、主输出、报警、辅助输出及通讯[]。
本设计中只选用四个功能模块没有选用辅助输出模块。
AI系列人工智能调节仪表共由8部分组成,本设计仪表型号为:
AI-808PAI4X3L0NS4—24VDC
①②③④⑤⑥⑦⑧
这表示一台仪表:
①基本功能为AI-808P型,②面板尺寸为A型(96×
96mm);
③辅助输入(MIO)安装I4模块即可扩充0~20mA或4~20mA电流信号输入,并且内置24VDC电源输出,可直接连接二线制变送器④主输出(OUTP)安装X3线性电流输出模块;
⑤报警(ALM)安装L0双路继电器触点输出模块;
⑥辅助输出(AUX)没有安装模块;
⑦通讯(COMM)装有自带隔离电源的光电隔离型RS485通讯接口S4;
⑧仪表供电电源为24VDC电源[1]。
(3)仪表的端子图及其说明
图3-1AI仪表端子图
①线性电压量程在1V以下的由19、18端输入,0~5V及1~5V的信号由17、18端输入;
②4~20mA线性电流输入可用250欧电阻变为1~5V电压信号,然后从17、18端输入;
也可在MIO位置安装I4模块后,从14+、15-端输入或直接从16+、14-接二线制变送器;
(1)多路巡检仪的型号定义
AI-706M仪表硬件采用了先进的模块化设计,共有6个可安装模块的位置,其中M1、M2、M3可安装各种输入模块,每个模块可支持1-2路模拟量输入;
ALM、AUX、M3(OUTP)可安装继电器模块做报警输出,每个模块可安装单路或双路继电器输出模块,M2(MIO)在必要时也可作为报警输出,但只能安装单路继电器输出模块;
COMM专用于安装RS485通讯接口模块,用于与上位机通讯。
其中M3(OUTP)及M2(MIO)属于即可安装模拟量输入模块用于测量输入,也可安装继电器模块用于报警输出的两用插座[1]。
仪表所有输入及输出均可灵活编程。
本设计仪表型号为:
AI-706MAJ2J4J5L4X3S4
①②③④⑤⑥⑦⑧
①表示这台仪表基本功能为AI-706M型;
②表示面板尺寸为96×
96mm;
③表示有2个二线制热电阻输入回路模块;
④表示有2个0-20mA电流输入回路模块;
⑤表示二线制变送器输入模块;
⑥表示小体积大容量继电器触点(常开+常闭)开关输出模块及4路报警继电器输出;
⑦4-20mA线性电流输出模块;
⑧1个RS485通讯模块;
图中端子1、2为电源输入端,3、4为通讯端子需安装模块S4,5-7为两路报警端子需安装模块W2,8-10为两路辅助输出本仪表未安装相应模块,11-13为两路主输出需安装模块X3,输出为4-20mA电流,14-16为两路辅助输入需安装模块J4可支持0-20mA、4-20mA的输入,17-19为主输入模块可用于二线制变送器的输入需安装模块J5。
图3-2多路巡检仪端子图
3.1.3流量积算仪
(1)流量积算的型号定义
AI系列仪表采用了先进的模块化设计,AI-808H的流量信号输入、通讯、变送等功能可根据用户实际需要配置不同的模块来实现,配置灵活方便[1]。
仪表最多可安装6个模块。
仪表型号共由8部分组成,本设计仪表型号为:
①表示仪表基本功能为AI-808H型流量积算仪(有温压补偿功能型);
②表示仪表面板尺寸规格A面板96×
③表示仪表温度及压力输入(M1)的模块规格J4双路(温度和压力)0-20mA或4-20mA电流信号输入;
④表示仪表流量输入(M2)的模块规格I4表示单路0-20mA或4-20mA电流信号输入,并且内置24V/50mADC电源输出,可直接连接二线制变送器;
⑤表示仪表主输出(OUTP)的模块规格,输出可作为批量控制L4为单路继电器输出模块,250VAC/2A,采用进口品牌继电器;
⑥表示仪表报警(ALM)的模块规格L1/L2/L4单路继电器输出模块,可支持AL1一路报警;
⑦表示仪表辅助功能(AUX)的模块规格,可用于报警输出、开关量输入及流量变送输出等功能本仪表未配置;
⑧表示仪表通讯功能(COMM)安装的模块规格,可安装通讯接口S、外部开关量输入I2或V24电压输出模块,S4表示光电隔离的RS485通讯接口,自带隔离DC/DC电源转换器,不占用仪表内部电源[1].
(2)仪表的端子图及其说明
①FIN、CIN和PIN分别表示流量、温度和压力通道输入;
②M1安装J4模块时,4-20mA线性电流输入可用250欧电阻变为1-5V电压信号,然后从17-、18+端输入;
③当在MIO位置安装I4模块时,V+表示内部24V电源输出正极,直接连二线制变送器时,按16+、14-接线;
④1-2号端子为电源输入;
⑤3、4为通信端子安装S4模块;
⑥5-7为报警端子;
8-10为辅助输出未均未使用;
⑦11-13为两路主输出端子;
图3-3流量积算仪端子图
(1)手操器的特点
集成手操器的功能,可与调节器或DCS配合使用,操作简便,易学易用。
采用先进的模块化结构,交货迅速且维护方便。
阀门位置反馈信号可采用电阻或电压、电流信号,采样周期为0.24秒,同等行程时间的阀门定位精度提升一倍,能适合行程时间在15秒以上的各种阀门[]。
全球通用的100~240VAC输入范围开关电源或24VDC电源供电抗干扰性能符合在严酷工业条件下电磁兼容(EMC)的要求[1]。
(2)手操器的型号定义
AI-708J型仪表硬件采用了先进的模块化设计,具备5个功能模块插座:
辅助输入、主输出、报警、辅助输出及通讯。
模块可以与仪表一起购买也可以分别购买,自由组合。
仪表的输入方式可自由设置为常用各种热电偶、热电阻和线性电压(电流)。
①基本功能为AI-708J型;
②面板尺寸为A型(96×
③辅助输入(MIO)没有安装模块;
④主输出(OUTP)安装X3线性电流输出模块;
⑤报警(ALM)安装L5双路继电器触点输出模块;
⑧仪表供电电源为24VDC电源;
①给定信号SV由19+、18-端输入,4~20mA信号可并联50欧精密电阻转换为0.2-1V电压。
②阀位反馈信号PV为0~5V或1~5V电压时可由17+、18-输入,为电流信号时可用250欧电阻变为电压信号,然后从17+、18-端输入,为1K电阻信号时,可在MIO位置安装U5模块后,按图输入。
本设计中仪表未安装。
③COMM位置安装S4通讯接口模块时用于通讯。
④安装X3电流输出模块用于阀位反馈信号的变送输出。
⑤1-2号端子为电源输入⑥5-7为报警端子、8-10为辅助输出未均未使用[1]。
图3-4手操器端子图
(1)人工智能温度控制器的特点
髙精度(24位AD,五位显示、0.05级)数字仪表,支持多种热电偶和热电阻规格,分辨力达0.01℃(Pt-0.001℃)。
采用先进的AI人工智能PID调节算法,无超调,具备自整定(AT)功能。
采用先进的模块化结构,提供丰富的输出规格且能广泛满足各种应用场合的需要。
输出功率分辨力高达0.01℅,并具有手动/自动切换的功能。
用于需要按一定时间规律自动改变给定值进行精密控制的场合。
具备180段程序编排功能。
能在线修改程序及参数,参数锁可提供不同的数据操作权限。
具有停电处理、测量值启动及准备、曲线拟合、运行多条曲线的功能。
用户可对给定范围内的测量值进行二次校正与非线性补偿,以实现更高精度的测量与控制[]。
(2)人工智能温度控制器的型号定义
AIJ系列仪表硬件采用了先进的模块化设计。
最多允许安装5个模块,输出、报警、通讯及其他功能均可按需求选择相应的模块。
安装位置为:
辅助输入(MIO);
主输出(OUTP);
报警输出(ALM);
辅助输出(AUX);
通讯接口(COMM)[4];
电源频率:
50Hz或60Hz。
本设计中该器件的型号为:
①AIJv:
仪表基本功能-电压型;
②A:
面板尺寸为(96×
③I4模块安装在辅助输入(MIO)位置为模拟量4~20mA/0~20mA输入接口,含24VDC/25mA电源输出供二线制变送器使用;
④X3模块安装于主输出(OUTP)位置为光电隔离的可编程线性电流输出模块;
⑤”L2”模块安装于报警(ALM)位置为继电器常开+常闭触点开关输出模块;
⑥本设计中仪表未安装⑦S4模块安装于通讯接口(COMM)位置;
⑧24VDC:
仪表供电电源为24VDC[1].
①16-20做为信号输入的接线,热电偶或mV信号输入端:
19(V+)、18(V-);
②电压信号输入端、二线制变送器14、16;
③mA的信号输入端:
14+15-;
④热电阻信号输入端:
17-20;
⑤四线制输入接法:
19,20为一端,17,18为另一端。
18、20作外接热电偶冷端补偿的输入端。
⑥1-2号端子为电源输入⑦5-7为
报警端子、8-10为辅助输出未均未使用。
⑧11-13为两路主输出端子,3-4通信端子[1]。
图3-5人工智能温度控制器接线端子
3.1.6AI总线式无纸记录仪
(1)无纸记录仪的特点
AI-3070C型总线式无纸记录仪,使用AI系列调节仪表作为测控输入模块实现多通道数字全屏显示,测控仪表不仅包括各类温度、压力、流量、频率等信号,也包括人工智能PID调节、流量积算、电量测量等功能,可按需要配置,任意组合。
配合图标式功能选择,全中文触摸操作,操作方便,易于学习。
触摸屏可以加入流程图,定制提供丰富多彩的工艺流程图,可连接PLC、变频器等设备,用于小型DCS控制系统终端显示[1]。
其显示记录功能:
每通道数据刷新时间50毫秒;
采用外插拔标配1G的电子硬盘,可扩展4G存储记录空间;
数据保存按先进先出的原则,转存数据点立即保存;
数据通过读卡器在PC上直接打开,数据备份至计算机上,保存15条升降温程序配方在中[1];
3.2传感器测试系统的执行机构
(1)变频器工作原理
变频器是把电压、频率固定不变的交流电变成电压、频率都可调的交流电源。
目前使用的变频器主要采用交—直—交方式变频,首先把交流电源通给整流器转变成直流电源,再把直流电源逆变成频率、电压均可控制的交流电源再供给电动机[5]。
变频器主要由整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元、检测单元微处理单元等组成的[5]。
(2)440通用型变频器的原理图及说明
①AIN1-AIN2为两路模拟输入,模拟输入1(AIN1)可以用于:
0-10V,0-20mA和-10V-+10V输入。
模拟输入2(AIN2)可以用于:
0-10V和0-20mA输入。
②DIN1-DIN6为数字输入端可外接开关。
③AOUT1-AOUT2模数转换输出端子,输出0-20MA可接至负载。
④端子18-25为继电器输出端子,可用于报警输出。
图3-6变频器西门子440原理框图
3.2.2HH-ZAZR调节阀
(1)调节阀的特点
HH-ZAZR电子式电动单座调节阀,由PS、3810、ZAZ、DKZ等系列直行程电动执行机构和低流阻直通单座阀组成。
电动执行机构为电子式一体化结构,内有伺服放大器,输入控制信号(4-20mADC或1-5VDC)及电源即可控制阀门开度,达到对压力、流量、液位、温度等参数的调节。
具有动作灵敏、连线简单、流量大、体积小、调节精度高等特点[]。
单座阀适用于对泄露量求严格、阀
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