电力工业自动化仪表实训要求及流程.doc

电力工业自动化仪表实训要求及流程绪 论近年来，我国电力工业正向着大机组、高参数、大电网、高电压、高度自动化方向迅猛发展。随着电力工业体制改革的深化，现代火力、热力发电厂对职工所掌握知识与能力的深度、广度要求；对运用技能的熟练程度，以及对革新的能力，掌握新技术、新设备、新工艺的能力；对监督管理能力，多种岗位上工作的适应能力，协作能力，综合能力等提出了更高、更新的要求。这都急切地需要通过培训来提高职工队伍的职业技能，以适应新形势的需要。当前，随着中华人民共和国职业技能鉴定规范在电力行业的正式实施，电力行业职业技能标准的水平有了明显的提高。为了满足中华人民共和国职业技能鉴定规范对火力和热力发电有关工种鉴定的要求，做好职业技能培训工作，本企业通过对现场的认真考察和深入了解，为了培养电力专业学生对火力、热力发电厂的热工过程自动化系统中用到的热工参数测量及热工仪表原理，结构及性能有较全面的了解，并掌握热工测试的技术和方法，推出了“THPDL-1型电力自动化仪表实验实训平台”。在设计思想上，以实际操作技能为主线，更加突出了理论和实践相结合，将相关的专业理论知识与实际操作技能有机地融为一体，形成了本套实验装置的新特色。本实验装置主要是根据热工测量参数及仪表、热工仪表及自动装置、热工测量、热工过程自动调节、热力过程自动化、过程控制等课程的配套实验课。学生能够掌握有关电力仪表及自动化的基本知识，对有关仪表的安装、调试及使用有一定的了解，并对化工生产中如何进行液位、温度、压力和流量等参数的自动化控制有基本的认识。学生使用本实验装置，毕业后可以面向火电厂、热电厂、化工、冶金等行业的大、中型企业，从事热工仪表及自动装置的安装、维护与调试、工业自动化仪表维修及计算机控制系统的操作及维护等工作。本实验装置的设计思想主要是通过学生使用本实训平台，首先完成传感器与检测技术等一系列基本实验，来掌握传感器与检测技术课程所要求的基本原理、操作技能和动手能力，以及对生产现场的电力自动化仪表有一定程度的认识，并掌握其使用方法。还能通过完成几个综合性实验，对控制系统有一个较为全面的认识，形成基本解决实践问题的知识体系。并能进一步让学生自己组合和设计各种不同的实验系统，进行创新性实验，培养其创新思想和能力。本实验指导书中大量篇幅描述了实际工业现场常用的仪器仪表，并对传感器及仪表进行有针对性的解析，在第一章中，对本套系统作了整体的介绍，包括硬件和软件部分；第二章中对化工中最常用的离心泵进行了介绍；第三章对工业现场应用普遍的执行器电动调节阀作了详细的技术描述；第四章对本套装置中的各类检测控制仪表进行了详细介绍；第五章对装置的主题传感器和变送器进行了叙述讲解；第六章实现了对四大热工参数的自动控制。在解析说明过程中侧重于对学生动手能力的锻炼，在常用的四大热工参数的传感器检测手段上，都作了两种以上的选型，使学生对传感器的工作原理有一个比较认识过程，另外增加了两种执行机构，使参数变得可控，进而可以使用者在认识传感器的基础上进行控制类实验，使实验装置不仅具有良好的自动检测功能，同样具有更高的自动控制功能。本实验指导由于编者时间仓促和水平能力有限，很多内容是作者的经验和见解，欢迎高校老师的批评指正，以使本实验指导书日臻完善。实训要求及安全操作规程1、实验要求1.1 实训前的准备实训前应复习教科书有关章节，认真研读实训指导书，了解实训目的、项目、方法与步骤，明确实训过程中应注意的问题，并按实训项目准备记录等。实训前应了解装置中的仪表、设备和所用控制组件的名称、作用及其所在位置。以便于在实训中对它们进行操作和观察。熟悉实训装置面板图，要求做到：由面板上的图形、文字符号能准确找到该设备的实验位置。熟悉工艺管道结构、每个手动阀门的位置及其作用。认真作好实训前的准备工作，对于培养学生独立工作能力，提高实训质量和保护实训设备都是很重要的。1.2 实训过程的基本程序1.2.1 明确实训任务；1.2.2 提出实训方案；1.2.3 画实训接线图；1.2.4 进行实训操作，做好观测和记录；1.2.5 整理实训数据，得出结论，撰写实训报告。在进行本书中的综合实训时，上述程序应尽量让学生独立完成，老师给予必要的指导，以培养学生的实际动手能力，要做好各主题实训，就应做到：实训前有准备；实训中有条理，实训后有分析。2、实训安全操作规程2.1 实训之前确保所有电源开关均处于“关”的位置。2.2 接线或拆线必须在切断电源的情况下进行，接线时要注意电源极性。完成接线后，正式投入运行之前，应严格检查安装、接线是否正确，并请指导老师确认无误后，方能通电。分清电源类型、电压等级和电源极性，对直流电源还要分清正、负极，防止电源短路。2.3 选择适当仪表，要注意所用仪表的类型、量限，使用方法及注意事项。2.4 严格遵循“先接线后合闸，先断电后拆线”的接线原则，不准带电作业。2.5 实验电路接好后，必须经老师检查同意方可合上电源，并通知同组人员。2.6 在通电过程中，一旦遇到异常情况，应立即切断电源，保持现场，报告老师。2.7 小心操作，切勿乱扳硬拧，严防损坏仪表。第一章 实验装置的结构组成和系统认识实验1.1 实验系统认识实验本装置以加强动手能力为出发点，在实训项目的设置上尽量选择结合当前发电企业的实际应用，使学生基本做到学以致用，并考虑自动化技术的发展。通过技能实训满足高职院学生顺利地通过职业技能鉴定，取得相应的自动化控制技术的职业岗位技能等级证书。自动化仪表综合实训平台可完成自动化元件、仪表等理论验证（实验）及部分技能训练、鉴定的实训教学。该装置通用性强，占地面积少，总体造价高。该实验实训装置基本采用工业现场实际在用的标准设备，可进行演示实验、体现电力职业技术教育特色，增强学生的感性认识，进行直观教学。满足高职院学生职业技能鉴定，满足电网、电厂高级工鉴定。整套装置中的基本元件采用标准件，符合实验工业现场设备；显示终端采用标准计算机并结合软件完成测量显示。该装置采用计算机接口连接，软件部分主要是采用北京昆仑公司研发的MCGS工控软件，并在学生的实训中得到应用，满足高职学生中级工取证，也可扩展为高级工、技师的鉴定。学生通过本实训装置进行综合实训后可掌握巡测仪、氧量仪、变送器、温度指示仪、执行机构、报警仪等常规仪器仪表的工作原理和认识。变频器还可实现485通讯功能（需自行接线）。同时又可与控制部分的对象组成闭环系统。考虑自动化专业的大纲要求，完全能满足教学实训、课程设计、毕业设计的需要，同时学生可自行设计实训方案，进行综合性、创造性仪表控制实训的设计、调试、分析，培养学生的独立操作、独立分析问题和解决问题的能力。1.1.1对象系统结构流程图如图1-1-1所示： 图1-1-1对象系统结构流程图1.2 实验装置硬件组成本装置由仪表实训平台、对象系统和上位监控机三部分组成，仪表实训平台上布置有变频器、智能巡测仪、氧量分析仪、温度变送器、温度动圈指示仪、闪光报警器、伺服放大器、操作器等仪器仪表设备；同时还布置了两只智能仪表模块，完成上位机与仪表信号的连接；在仪表平台上实现仪器仪表的连线、校验。对象系统有有机玻璃水箱、复合加热水箱、储水箱、离心泵、电动执行机构、压力校验台、管式电阻炉、各种传感器及变送器等。1.2.1液位水箱采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于学生直接观察液位的变化。为严格按照压力变送器量程需要，水箱高度需与传感器量程对应起来，水箱尺寸为：直径*高=250*550mm。水箱由缓冲槽、工作槽、采压孔、出水管和溢流管组成，进水时水管中的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经隔板边缘流入出水管，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。水箱底部连接有电容式和扩散硅液位压力变送器，可对水箱的压力和液位进行检测与变送。1.2.2储水箱储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长宽高=660mm350mm430mm，能同时满足液位水箱和复合加热水箱的实验供水需要。储水箱内部有椭圆形塑料过滤网罩，以防杂物进入水泵和管道。1.2.3复合加热水箱复合加热水箱由两层水箱结构组成，内层为加热水箱，配备有1KW电加热管，尺寸为：直径*高=200*400mm。其顶盖上还布有一条进水管路和两只温度传感器，分别为PT100和Cu50热电阻，插入深度垂直居中、水平偏下。加热水箱中设有进水管路，还有溢流保护口，保护顶盖不承受较大压力。整个内层加热水箱悬浮于外层有机玻璃水箱中，加热筒底部由一圈接触面积很小的圆形支架固定在外层大有机玻璃水箱内。外层冷却水箱同样拥有独立的进水管路和溢流保护出水管，可以为有效降低内层加热水箱内液体水的温度，其体积较大，外圆尺寸为：直径*高=350*350mm。 1.2.4水路动力系统本套系统的水路动力系统为离心泵，它的性能好坏影响到整套装置信号检测的优良，本套装置采用的离心泵在各方面的指标都达到了进行高精度实验的要求，提供了稳定的水流、合理的流量和适度的扬程等其它性能指标。1.2.5热电偶冷端温度补偿器广泛应用于热电偶冷端温度补偿，补偿范围为050。1.2.6电动执行机构采用DKZ型直行程电动执行机构，它采用精密导电塑料电位器和国外专用集成电路组成的WF-S型位置发送器。因此，电动执行机构不仅在可靠性、精度、负载能力、信号品质系数等性能方面比原来产品有了很大提高。本执行机构具有如下特点：WF-S位置发送器采用具有1/250分辩能力的高可靠性的导电塑料电位器；采用集成电路技术，功耗少、温升低，具有恒流输出稳定可靠；可以在规定的行程范围内设计带限位控制；用电位器调整零点和行程简单易行。1.2.7传感器及变送器液位检测二路：扩散硅压力变送器、电容式压力变送器；流量检测一路：涡轮流量计；压力检测一路：差压变送器；温度检测两路：PT100热电阻和Cu50热电阻1.2.8压力校验台活塞压力计，它是一种压力标准仪器，本实验装置主要用于校验压力变送器。亦可用来校验低一等级的活塞压力计，各种工业用压力表或其他各类压力测量仪器。活塞式压力计在世界上广泛用于压力测量及校准，是最高的压力标准。在稳定性、重复性和准确性方面，其它压力计量仪器都无法与它相比，它是校准数字压力计、压力传感器、压力变送器的理想产品。1.2.9管式电阻炉本实验装置主要用于完成热电偶的校验和温度定值控制实验。1.2.10检测装置扩散硅压力变送器传感器为扩散硅压阻材料，用于测量由水箱液位高度而产生的压力，为直流24V供电、420mA变送输出、标准两线制接线，是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。电容式压力变送器传感器为电容式检测机构，用于测量由水箱液位高度而产生的压力，为直流24V供电、420mA变送输出、标准两线制接线，是高精度型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。3.涡轮流量计传感器为涡轮结构，是一种速度式检测仪表，本套装置中用于检测水流量大小，在小流量时拥有很高的精度，变送器为直流24V供电、420mA变送输出、标准两线制接线，是高精度型传感器、变送器一体式结构的流量检测装置。4. 管道压力变送器 传感器为扩散硅压阻材料，用于测量电动调节阀前端管道压力的变化情况，为直流24V供电、420mA变送输出、标准两线制接线，是常见普通型传感器、变送器一体式结构的压力检测装置。5.PT100铂电阻温度传感器本套装置中有一只PT100铂电阻温度传感器，安装在复合加热水箱的顶盖上，用以检测加热系统介质水的温度。6.Cu50铜电阻温度传感器铜电阻温度传感器也安装在复合加热水箱的顶盖上，与安装在同样位置的PT100温度传感器进行对比实验用。1.2.11 单相调压模块单相调压模块安装在控制屏内部，它为单相交流220V输入，输出为单相交流220V平滑可调，控制信号为DC 420mA，利用智能调节仪的输出信号可控制调压模块的输出电压，从而使加热介质水或电阻炉内的温度最终稳定在某一数值，实现温度的自动控制。1.3 实验装置软件介绍本套系统采用了北京昆仑通态的正版组态软件MCGS对现场二次仪表进行实时监控，控制平台中的两块智能调节仪仪表均带有RS485通讯功能，通过组态软件可与计算机建立通讯关系，完成计算机监控相关实验内容。该软件主要完成以下项目：1.3.1 MCGS组态软件简介MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的，用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统，可运行于Microsoft Windows 95/98/Me/NT/2000/XP等操作系统。MCGS为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台，能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。使用MCGS，用户无须具备计算机编程的知识，就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定，功能全面，维护量小并且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。MCGS具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点，已成功应用于石油化工、钢铁行业、电力系统、水处理、环境监测、机械制造、交通运输、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域，经过各种现场的长期实际运行，系统稳定可靠。1.3.2 MCGS组态软件的系统构成 MCGS组态软件的整体结构MCGS 5.5软件系统包括组态环境和运行环境两个部分。组态环境相当于一套完整的工具软件，帮助用户设计和构造自己的应用系统。运行环境则按照组态环境中构造的组态工程，以用户指定的方式运行，并进行各种处理，完成用户组态设计的目标和功能。组态环境：组态生成应用系统运行环境：解释执行组态结果组态结果数据库图1-3-1 MCGS组态原理图MCGS组态软件由“MCGS组态环境”和“MCGS运行环境”两个系统组成。两部分既互相独立，又紧密相关。图1-3-2 MCGS系统流程图 MCGS组态环境是生成用户应用系统的工作环境，由可执行程序McgsSet.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。用户在MCGS组态环境中完成动画设计、设备连接、编写控制流程、编制工程打印报表等全部组态工作后，生成扩展名为.mcg的工程文件，又称为组态结果数据库，其与MCGS 运行环境一起，构成了用户应用系统，统称为“工程” 。MCGS运行环境是用户应用系统的运行环境，由可执行程序McgsRun.exe支持，其存放于MCGS目录的Program子目录中。在运行环境中完成对工程的控制工作。 MCGS组态软件五大组成部分MCGS组态软件所建立的工程由主控窗口、设备窗口、用户窗口、实时数据库和运行策略五部分构成，每一部分分别进行组态操作，完成不同的工作，具有不同的特性。l 主控窗口：是工程的主窗口或主框架。在主控窗口中可以放置一个设备窗口和多个用户窗口，负责调度和管理这些窗口的打开或关闭。主要的组态操作包括：定义工程的名称，编制工程菜单，设计封面图形，确定自动启动的窗口，设定动画刷新周期，指定数据库存盘文件名称及存盘时间等。l 设备窗口：是连接和驱动外部设备的工作环境。在本窗口内配置数据采集与控制输出设备，注册设备驱动程序，定义连接与驱动设备用的数据变量。l 用户窗口：本窗口主要用于设置工程中人机交互的界面，诸如：生成各种动画显示画面、报警输出、数据与曲线图表等。l 实时数据库：是工程各个部分的数据交换与处理中心，它将MCGS工程的各个部分连接成有机的整体。在本窗口内定义不同类型和名称的变量，作为数据采集、处理、输出控制、动画连接及设备驱动的对象。l 运行策略：本窗口主要完成工程运行流程的控制。包括编写控制程序（ifthen脚本程序），选用各种功能构件，如：数据提取、定时器、配方操作、多媒体输出等。主控窗口设备窗口用户窗口实时数据库运行策略MCGS工控组态软件菜单设计设置工程属性设定存盘结构添加工程设备连接设备变量注册设备驱动创建动画显示设置报警窗口人机交互界面定义数据变量编写控制流程使用功能构件图1-3-3 MCGS系统组成图 1.3.3 MCGS组态软件的功能和特点与国内外同类产品相比，MCGS 5.5组态软件具有以下特点：l 全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面，符合中国人的使用习惯和要求，真正的32位程序，可运行于Microsoft Windows95/98/Me/NT/2000/XP等多种操作系统。l 庞大的标准图形库、完备的绘图工具以及丰富的多媒体支持，使您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。l 全新的ActiveX动画构件，包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、通用棒图等，使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。l 支持目前绝大多数硬件设备，同时可以方便地定制各种设备驱动；此外，独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合，使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。l 简单易学的类Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件，使您能够轻而易举地开发出复杂的流程控制系统。l 强大的数据处理功能，能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理，使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。l 方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数，使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。l 完善的安全机制，允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外，MCGS 5.5还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能，以保护组态开发者的成果。l 强大的网络功能，支持TCP/IP、Modem、485/422/232，以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。l 良好的可扩充性，可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制，方便地扩展MCGS 5.5组态软件的功能，并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。l 提供了WWW浏览功能，能够方便地实现生产现场控制与企业管理的集成。在整个企业范围内，只使用IE浏览器就可以在任意一台计算机上方便地浏览与生产现场一致的动画画面，实时和历史的生产信息，包括历史趋势，生产报表等等，并提供完善的用户权限控制。1.3.4 MCGS组态软件的工作方式l MCGS如何与设备进行通讯：MCGS通过设备驱动程序与外部设备进行数据交换。包括数据采集和发送设备指令。设备驱动程序是由VB、VC程序设计语言编写的DLL（动态连接库）文件，设备驱动程序中包含符合各种设备通讯协议的处理程序，将设备运行状态的特征数据采集进来或发送出去。MCGS负责在运行环境中调用相应的设备驱动程序，将数据传送到工程中的各个部分，完成整个系统的通讯过程。每个驱动程序独占一个线程，达到互不干扰的目的。l MCGS如何产生动画效果：MCGS为每一种基本图形元素定义了不同的动画属性，如：一个长方形的动画属性有可见度，大小变化，水平移动等，每一种动画属性都会产生一定的动画效果。所谓动画属性，实际上是反映图形大小、颜色、位置、可见度、闪烁性等状态的特征参数。然而，我们在组态环境中生成的画面都是静止的，如何在工程运行中产生动画效果呢？方法是：图形的每一种动画属性中都有一个“表达式”设定栏，在该栏中设定一个与图形状态相联系的数据变量，连接到实时数据库中，以此建立相应的对应关系，MCGS称之为动画连接。l MCGS如何实施远程多机监控：MCGS提供了一套完善的网络机制，可通过TCP/IP网、Modem网和串口网将多台计算机连接在一起，构成分布式网络监控系统，实现网络间的实时数据同步、历史数据同步和网络事件的快速传递。同时，可利用MCGS提供的网络功能，在工作站上直接对服务器中的数据库进行读写操作。分布式网络监控系统的每一台计算机都要安装一套MCGS工控组态软件。MCGS把各种网络形式，以父设备构件和子设备构件的形式，供用户调用，并进行工作状态、端口号、工作站地址等属性参数的设置。l 如何对工程运行流程实施有效控制：MCGS开辟了专用的“运行策略”窗口，建立用户运行策略。MCGS提供了丰富的功能构件，供用户选用，通过构件配置和属性设置两项组态操作，生成各种功能模块（称为“用户策略”），使系统能够按照设定的顺序和条件，操作实时数据库，实现对动画窗口的任意切换，控制系统的运行流程和设备的工作状态。所有的操作均采用面向对象的直观方式，避免了烦琐的编程工作。1.3.5 MCGS在本套设备中的具体应用根据工业现场常用功能，本实验项目包含了MCGS的动态棒图、数据显示、实时曲线、历史曲线、实时/历史数据报表以及各类众多的控件等，利用这些控件可以方便的完成相关实验。另外使用MCGS的设备组态，通过一根RS485通讯线可以方便的同时挂起控制平台中的两块智能调节仪表，它可以和另一个仪表同时挂在一个串口上使用。在MCGS组态软件中，我们可以很方便的进行开发组态。第二章 离心泵的工作原理及特性认识实验离心泵（centrifugal pump）是化工生产中应用最广泛的泵，本套装置同样采用的是离心泵，其特点是结构简单、流量均匀、操作方便，易于控制等，离心泵的流量在额定下大于2.0/h，为满足流量计满量程设计需要，当扬程为5米时它的流量上限为2.0/h，离心泵的出口流量由电动调节阀进行调节。近年来，随着化学工业的迅速发展，离心泵正朝着高效率，高转速，安全可靠方向发展。2.1 离心泵的工作原理和主要部件2.1.1 工作原理离心泵装置如图2-1-1所示，叶轮3安装在泵壳2内，并紧固在泵轴5上，泵轴由电机直接带动，泵壳中央的吸入口与吸入管路4相连，泵壳旁侧的排出口与排出管路1相连。离心泵启动前，应先向泵内充液体（在本套装置中不用）使泵壳和吸入管路充满被输送液体。启动后，泵轴带动叶轮高速旋转（10003000），叶片间的液体也随之作圆周运动。同时在离心力的作用下，液体又由叶轮中心向外缘做径向运动。液体在此运动过程中获得能量，使静压能和动能均有所提高。液体离开叶轮进入泵壳后，由于泵壳中流道逐渐加宽，流速逐渐降低，又将一部分动能转变为静压能，使液体的静压能进一步提高，最后由出口以高压沿切线方向排出。当液体从叶轮中心流向外缘后，叶轮中心呈现低压，贮槽内液体在其液面与叶轮中心压力差的作用下进入泵内，再由叶轮中心流向外缘。叶轮如此连续旋转，液体便会不断地吸入和排出，达到输送的目的。 图2-1-1离心泵的结构图若离心泵启动前未充液，则泵壳内存在空气，由于空气的密度远小于液体的密度，产生的离心力很小，因而叶轮中心处所形成的低压不足以将贮槽内液体吸入泵内，此时即使启动离心泵，也不能输送液体，此种现象称为气缚（air binding）,表明离心泵无自吸能力。因此，在启动前必须灌泵。在本套装置中，离心泵的下边缘高出储水箱的下边缘50mm左右,故只要将离心泵的进水阀打开便可始终保持泵室中冲满液体水，而无需灌泵。若离心泵的吸入口位于贮槽液面的上方，在吸入管路的进口处应安装带滤网的底阀，该底阀为止逆阀（单向阀），可防止吸入管路中的液体外流，滤网可以阻挡液体中的固体物质被吸入而堵塞管路或泵壳。若离心泵的吸入口位于贮槽液面的下方，液体借位差自动流入泵内，无须人工灌泵。本套装置的大储水箱中安装有一只白色的滤网，它不是用于止逆，而是为了单纯的过滤自来水中较大的杂质使用，以免误入泵室而损坏叶轮。如上所述，本套装置无需灌泵，所以不用安装止逆阀防止水的倒流。2.1.2 主要部件离心泵的主要部件有3个，即叶轮、泵壳及轴封装置，以下分别介绍其结构与作用。 叶轮叶轮通过高速旋转将原动机的能量传给液体，以提高液体的静压能与动能（主要为静压能）。叶轮上一般有412片后弯叶片（叶片弯曲方向与旋转方向相反，其目的是为了提高静压能）。按叶片两侧有无盖板，叶轮可分为开式，半开式和闭式3种。在3种叶轮中，闭式叶轮效率较高，应用广泛，但结构复杂，适于输送清洁液体。开式和半开式叶轮的效率较低，结构简单，一般用于输送浆液或含悬浮物的料液。闭式和半开式叶轮在运行时，部分高压液体漏入叶轮后侧，使叶轮后盖板所受压力高于吸入口侧，这样，对叶轮产生轴向推力。该轴向推力会造成叶轮与泵壳间的摩擦，严重时使泵震动。为了减小轴向推力，可在后盖板上钻一些小孔，称为平衡孔，使部分高压液体漏至低压区，以减小叶轮两侧的压力差。平衡孔可以有效地减小轴向推力，但同时也降低了泵的效率。按吸液方式的不同，叶轮还可以分为单吸和双吸两种。单吸式叶轮构造简单，液体从叶轮一侧吸入；双吸式叶轮可以从两侧同时吸入液体，因而吸液量大，并较好地消除轴向推力。 泵壳离心泵的外壳呈蜗壳形，故又称为蜗壳，壳内通道截面逐渐扩大，从叶轮外缘高速抛出的液体沿泵壳的蜗壳形通道向排出口流动，其流速逐渐降低，减少了能量损失，且使一部分动能有效地转变为静压能。显然，泵壳具有汇集液体和能量转换的双重功能。在较大的泵中，叶轮与泵壳之间还装有固定不动的导轮，其目的是为减缓液体直接进入蜗壳时的冲击作用。由于导轮具有很多逐渐转向的通道，使高速液体流过时均匀而缓和地将动能转变为静压能，从而减少能量损失。 轴封装置轴封是指泵轴与泵壳之间的密封，其作用是防止泵壳内高压液体沿轴漏出或外界空气吸入泵的低压区。常用的轴封装置有填料密封和机械密封两种。 填料密封结构简单，加工方便，但功率消耗较大，且有一定的泄漏，需定期更换。与填料密封相比，机械密封具有较好的密封性能，且结构紧凑，功率消耗小，使用寿命长，广泛用于输送高温、高压、有毒或腐蚀性液体的离心泵中。2.2 离心泵的性能参数与特性曲线2.2.1 性能参数表征离心泵性能的主要参数有流量、压头、轴功率和效率，这些参数是评价其性能和正确选用离心泵的主要依据。 流量离心泵的流量表示泵输送液体的能力，是指离心泵单位时间内输送到管路系统的液体体积，以Q表示，单位为或，其大小取决于泵的结构、尺寸（主要为叶轮直径和叶片宽度）、转速以及所输送液体的黏度等。 压头压头又称为扬程（head），是指单位重量的液体经离心泵后所获得的有效能量，以H表示，单位为，或。其值主要取决于泵的结构（叶轮的直径、叶片弯曲程度等）、转速和流量，也与液体的黏度有关。对于特定的离心泵， 在一定转速下，压头与流量之间存在着明确的关系。但由于流体在泵内流动复杂，无法进行理论计算，因此，二者的关系一般由实验测定。 注意：离心泵的扬程与升扬高度是完全不同的概念，升扬高度是指离心泵将流体从低位送至高位时两液面的高度差，而扬程表示的则是能量概念。 效率由于泵内有各种能量损失，泵轴从电机获得的功率并没有全部传给液体，体现在以下3个方面：.1容积损失 叶轮出口处高压液体由于机械泄漏返回叶轮入口造成泵实际排液量减小。.2 水力损失 由于实际流体在泵内流动时有摩擦损失，液体与叶片及液体与壳体的冲击也会造成能量损失，从而使泵实际压头减少。.3 机械损失 泵在运转时，机械部件接触处（如泵轴与轴承之间，泵轴与填料密封中的填料之间或机械密封中的密封环之间等）由于机械摩擦造成的能量损失。以上3种损失通过离心泵的总效率反映。离心泵的总效率与泵的类型、大小、制造精度及输送液体的性质有关。一般小型泵的效率为50%70%，大型泵可达90%左右，本套装置采用离心泵效率可高达80%。 轴功率离心泵的轴功率是指由电机输入离心泵泵轴的功率，以N表示；有效功率是指液体实际上自泵获得的功率，以表示，单位均为W或Kw。二者的关系为=泵的有效功率可用下式计算：式中：泵的有效功率，；Q泵的流量，； H泵的压头，； 流体的密度，。2.2.2 特性曲线离心泵的特性曲线（characteristic curve）是指离心泵的压头H、轴功率N和效率与流量Q之间的关系曲线，通常由实验测定。本套装置离心泵因体积较小，因其轴均为密闭式机构，属家用型离心泵，所以在测量轴功率即相应的效率方面比较困难，在出厂前生产厂家测定给出了压头（扬程）与流量的特性曲线，本套装置离心泵的特性曲线见离心泵使用说明书。2.2.3 影响离心泵特性曲线的主要因素泵生产厂所提供的特性曲线均是在一定转速和常压下以20水作为实验介质进行测定的。若所输送液体的性质（密度及黏度）与水相差较大，或者泵使用时采用不同的转速或叶轮直径，则泵的性能将发生变化，应对泵原特性曲线进行修正。 密度对特性曲线的影响 离心泵的流量与叶轮的几何尺寸及液体在叶轮周边处的径向速度有关，这些因素均不受液体密度的影响，因此，当输送液体的密度变化时，离心泵的流量不变。离心泵的压头也与液体的密度无关。这是因为液体在一定转速下产生的离心力与液体的质量成正比，故在泵内由离心力作用所增加的压力（P1-P2）也与密度成正比，而由此升高的压头也是以的形式表示的，因此密度对压头的影响可以抵消。由此可知，当被输送液体的密度变化时，离心泵的扬程与流量曲线不变。 黏度对特性曲线的影响 当被输送液体的黏度较大时，液体在泵内的能量损失随之增大，结果导致泵的流量、扬程、效率均下降，而轴功率上升，从而使泵的特性曲线发生变化。通常当液体的运动黏度时，需对泵的特性曲线进行修正。 离心泵转速对特性曲线的影响 离心泵的特性曲线都是在一定转速下测定的，当泵的转速改变时，泵的流量、压头及轴功率也随之改变。当液体的黏度不大，且转速变化小于20%时，可认为泵的效率不变，此时泵的流量、压头、轴功率与转速的近似关系为 式中 ，转速为时的性能参数；，转速为时的性能参数；上式称为比例定律，据此式可将某一转速下的特性曲线转换为另一转速下的特性曲线。 离心泵叶轮直径对特性曲线的影响 当离心泵的转速一定时，对同一型号的离心泵，切削叶轮直径也会改变泵的特性曲线。当叶轮直径的切削量不超过5%时，认为泵的效率不变，泵性能参数变化同样有近似关系 上式称切削定律。第三章 电动调节阀的工作原理及特性认识实验电动调节阀DDZ型电动单元组合仪表中的执行机构，它接受统一的标准信号420mADC经伺服放大器放大,使电机带动减速器运行而产生轴向推力,使阀芯作相应移动,从而达到对压力、流量、温度、液位等工艺参数的调节。电动调节阀由DKZ型执行机构和调节阀两部分组成。执行机构是推动装置，它以电源为动力，输出推力，调节阀是调节部分，直接与介质接触，调节介质的流量。电动直通单座调节阀，具有泄漏量少的优点，但不平衡力较大，故工作差压不宜过高。电动直通双座调节阀，具有流通能力大，不平衡力小优点。广泛应用与化工、石油、冶金、电力、轻纺等工业生产过程的自动调节中。3.1 电动调节阀工作原理概述3.1.1 电动调节阀的工作原理执行器按照使用能源的种类，可分为气动、液动和电动三种，本套装置采用的是智能型单座调节阀。顾名思义它是由电动执行器进行操作的，它接受调节器的输出电流420mA信号，并转换为相应的输出轴直线位移，去控制调节机构已实现自动调节。电动调节器的优点则是能源采用方便，信号传输速度快，传输距离远等。执行器有执行机构和调节机构两部分组成。执行机构是执行器的推动装置，它可以按照调节器的输出信号量，产生相应的推力，以带动智能调节阀的主推动轴产生直线位移，主推动杆总位移为10mm，控制单座调节阀0100%的开度连续变化。而调节机构（调节阀）是执行器的调节装置，它受执行机构的操纵，可以改变调节阀阀芯与阀座间的流通面积，以达到最终调节被控介质的目的。本执行器的结构如图3-1-1所示，电动执行器首先接受来自调节器的输出信号，以作为执行器的输入信号即执行器的动作依据；该输入信号送入信号转换单元，转换信号制式后与反馈的执行机构位置信号进行比较，其差值作为执行机构的输入，以确定执行机构的作用方向和大小；执行机构的输出结果再控制调节器的动作，以实现对被控介质的调节作用；其中执行机构的输出通过位置发生器可以产生其反馈控制所需要的位置信号。图3-1-1 电动执行器的工作原理从上述描述和图3-1-1可知，电动调节阀执行机构的动作构成了负反馈控制回路，这是提高执行器调节精度、保证执行器工作稳定的重要手段。为保证电动执行器输出与输入之间呈现严格的比例关系，必须采用比例负反馈构成闭环控制回路，下图3-1-2为本套装置的电动执行器的工作原理示意图：图3-1-2 电动执行器原理图其中Ii表示输入电流，表示输出轴转角，两者存在如下关系：K是比例系数。上图3-1-2中伺服放大器由前置磁放大器、可控硅触发电路和可控硅交流开关组成，如下图所示：图3-1-3 伺服放大器原理图伺服放大器将输入信号Ii与位置反馈信号If进行比较，其偏差经伺服放大器放大后，再控制执行机构中的伺服电机作正反转动；电动机的高转速小力矩，经减速后变为低转速大力矩，然后进一步转变为直行程输出。位置发生器的作用是将执行机构的输出转变为对应的420mA反馈信号If，以便与输入信号Ii进行比较。3.2 调节阀的流量特性测试实验3.2.1 调节阀的流量特性曲线调节阀的流量特性是指被控介质流过阀门的相对流量和阀门相对开度之间的关系，即式中为相对流量，即某一开度流量与全开流量之比；l/L为相对行程，即某一开度行程与全行程之比。目前常用阀的理想流量特性分为：直线特性、对数（等百分比）特性、快开特性和抛物线特性四种曲线，如下图3-2-1所示：图3-2-1 调节阀的理想流量特性曲线在实际工业场合用的最多的是第一种线性调节阀，此种阀较易配合各种管路和流量传感器完成流量控制，本套装置也是采用线性调节阀。实际应用中，理想特性曲线较难得到，因为当将调节阀实际接入管道时，其特性会受多种因素如连接管道阻力、前后压差的影响，所以很难得到理想流量特性描述的四种曲线，本套装置也不能例外，但在大部分区域内调节阀依然保持线性工作状态。3.2.2 调节阀的流量特性测试1、实验目的 掌握实验步骤及数据的测试方法 通过实验测试数据验证电动调节阀的特性在大部分工作曲线范围内属于线性 分析为什么调节阀的流量特性曲线和理想特性曲线有区别2、实验设施：电力自动化仪表实验实训平台、实验导线、计算机、MCGS组态软件、RS485/232转换器。3、实验原理为了测量调节阀的特性曲线，首先需要把对象系统的管路开通，确保水能在动力系统的驱动下流经电动调节阀和流量计，最后将水打出水管，管路流通见下图3-2-2。对于本套装置的流量测量装置主要是涡轮流量计，将其输出信号送到智能仪表测量端用于现场显示和上位机监控，通过上位机绘制曲线即可判断电动调节阀的特性曲线是否为线性。图3-2-2 电动调节阀流量特性测试流程图4、实验步骤 实验之前先将储水箱中贮足水量，一般接近储水箱容积的4/5，然后将阀F1-1、F1-2、F1-6全开，其余手动阀门关闭。并将伺服放大器、电动操作器、执行机构正确接线。（参照图4-6-3接线） 将控制屏的通讯线，经RS485/232转换器接至计算机的串口上，本工程初始化使用COM1通讯。 将“涡轮流量计”的输出端对应接至智能调节仪的“05V/15V输入”端，将智能调节仪的“420mA输出”端对应接至“伺服放大器”的控制信号输入端，即“F1，F2”端。 打开仪表控制平台的单相空气开关，并打开开关电源开关、操作器伺服放大器开关、调节阀开关、智能仪表开关。 智能仪表基本参数设置：Sn=33、DIP=0、dIL=0、dIH=1200、oPL=0、oPH=100、CF=0、Addr=1、baud=9600。 打开上位机软件，选择“电力自动化仪表工程”，按“F5”进入运行环境，点击“进入实验工程”，然后进入实验“主菜单”，选择“电动阀流量特性测试实验”。若智能调节仪与上位机通讯正常，则上位机界面显示“通讯成功”，反之，则显示“通讯失败”，以下实验不再一一重复。本实验需要手动控制仪表的输出，以控制电动调节阀的开度改变管道流量的大小。建议使用仪表的手动按钮修改仪表的420mA电流输出值，如果使用上位机控制界面中的手动输入功能，设置完成后需要查看现场仪表有无设置进去，如果没有设置进去可以多设置一到两次，在接下来的实验项目中如果有用到手动输出功能的地方，都需作此查看，以下实验不再一一重复。 首先手动控制“调节阀开度”到10%，然后打开“离心泵”旋钮开关。 手动控制“调节阀开度”到20%，待“调节阀流量”稳定后，点击“取点并连线”按钮，曲线即可取出本次电动调节阀的开度以及电动调节阀的相对流量，以与下一个点连线； 重复第步，依次将电动调节阀的开度增加5个百分点，直到80%位置，观察并分析电动调节阀的线性度。5、实验报告及要求 画出本实验对象系统流程图； 根据实验测试数据，分析电动调节阀的特性； 分析影响电动调节阀特性曲线有别于理想特性曲线的因素有哪些，并一一列举。3.3 电动调节阀的流量系数流量系数直接反应了流体流过调节阀的能力，是调节阀的一个重要参数。流量系数定义为当调节阀全开、阀两端压差为0.1MPa、流体密度为1时，每小时流过调节阀的流量值，通过或计。例如，调节阀的流量系数C=40，则表示此调节阀压差为0.1MPa时，调节阀全开每小时能够流过的水量为40m3。对于不可压缩流体，流过调节阀的流量为：考虑选取截面积A的单位为cm3，压力和的单位为Pa，密度的单位为g/m3，则上式需修改为： 流量系数C定义为：从上式可知，流量系数C值取决于调节阀的接管截面积A和阻力系数。其中阻力系数主要有阀体结构所决定，口径相同，结构不同的调节阀，其流量系数不同。通常生产厂商提供的流量系数C为正常流向时的数据。本调节阀的技术指标见下节。3.4 电动调节阀的主要技术参数输入信号：420mA输入电阻：200输入通道：3个电源电压：220V 5060Hz灵敏度： 150 微安非线性偏差： 3.5%正反行程变差：3%纯滞后： 1秒使用环境温度： 电动调节阀0+55使用环境湿度： 电动调节阀95% 允许泄漏量：为KV值的0.0110%流量能力偏差：10%（当C5时，15%）流量特性偏差：10%（当C5时，15%）流通能力C是当调节阀全开，阀两端差压为1f/3，介质密度为1g/3时，流经调节阀的以m3/h或T/h的流量数。公称通径DN：20公称压力：PN1.6Mpa流量特性：直线、等百分比行程：10其他参数见电动调节阀的使用说明书。第四章 仪表的工作原理认识及使用实验4.1闪光报警器的工作原理认识和使用实验4.1.1实验目的 1.了解闪光报警器的工作原理 2.掌握闪光报警器的正确使用方法及应用4.1.2简介 本装置采用的XXS系列闪光报警器。XXS型闪光报警器一般装在控制室内的仪表盘上，它的输入信号是电接点式，可以与各种电接点式的控制检测仪表配套使用。当控制过程中的参数超越极限值时会发出灯光和音响报警，以引起操作人员的注意，确保安全生产。该报警器采用了CMOS集成电路，具有抗干扰能力强，体积小，重量轻，功耗小，单电源结构简单，维修方便，使整机性能更加可靠。XXS型闪光报警器有八个闪光报警回路，每个回路可以监视一个极限值，可以是全部常开式接点，也可以是全部常闭式接点。4.1.3工作原理及上位机界面图1.上位机界面图如4-1-1图所示：图4-1-1上位机界面图2.工作原理 外接信号接点正常则仪表灯光无指示，电铃无声。 外接信号接点不正常则仪表灯光指示闪亮，电铃声响。 按动消除按钮后电铃消声，但信号接点不正常的回路灯光指示该为常亮。如仪表带有第一故障记忆功能，第一故障回路的灯光闪亮以示区别。 信号接点恢复正常，则仪表恢复到原始状态。 按住试验按钮，仪表八个回路灯光全部指示闪亮，且电铃声响报警。按动消除按钮后，八个回路灯光改为常亮且电铃消音。放开试验按钮则灯光全部熄灭，仪表转入正常工作。3.仪表接线示意图如下图所示：4.1.4实验方法 1智能仪表参数如上、下限值和正、负偏差值设置根据实际情况设置，本实验装置可以对温度、流量、液位和压力四大热工参数进行报警设置。本实验采用液位参数。 2将扩散硅压力变送器和电容式压力变送器的信号输出端子分别接到智能调节仪1和智能调节仪2的“15V