过程控制实验装置,热工自动化过程控制实验设备

SHYL-PCS96型 过程控制实验装置

一、过程控制实验装置概述

    1、过程控制综合实验装置（Process Control System，简称PCS），是模仿现代工业生产过程中常见的物理量，诸如温度、压力、流量、液位等参数，对其进行测量、控制，分析过程参数变化特性，研究过程控制规律(如PID控制)的教学实验设备，过程控制综合实验装置选用智能化的工业用仪器仪表，接近工业实际，使用安全，运行稳定，维护简单，性价比优越。本装置集合多种控制方式，再现实际工业现场使用的控制手段，采用声光报警系统，并提供用户更友好的二次开发接口。

2、可满足“自动调节原理”，“过程控制”，“控制仪表”，“自动检测技术与传感器”,“计算机”及相关课程的教学实验需求；

3、可作为有关企业技术人员、仪表操作人员、系统运行监控人员的实习、培训实验设备。

二、过程控制实验装置产品结构与特点：

1、分体式设计，模块化组装式结构，可以根据不同的需要选择、PLC控制，仪表控制,模拟PID控制,单片机和计算机控制组成不同的控制系统。含有常规水箱检测控制装置、锅炉加热装置。

2、二水箱配置；双路供水系统。

3、实验柜完全敞开设计，内部器件全部可视，有利直观教学和维护。

4、人性化设计，配有储水箱，进排水自控装置，减轻实验人员劳动强度。为实验文明操作提供条件。

5、装置的仪表、部件均选用现代化技术工业级产品，智能化程度高。精度好，规格多样。有利直观教学和拓宽学生工业现场知识。为以后走上社会打好结实基础。

6、安全度高，系统配有漏电保护，带保护套的专用实验电源连线，及温控箱防止无水加温自动控制等，力求保护人身、设备安全。

7、开放度好，在教师指导下，学生可观察、可自己动手参与操作、可自行编程进行验证、可根据记录的实时曲线进行理论分析等。

8、锅炉加热程控保护系统：

（1）加热电路加有保险管进行过载保护，并具有防干烧保护功能；

（2）锅炉加热内胆加由水位液位保护装置，水位不达到一定的高度，控制系统不能控制可控硅调压器工作。

9、人生安全及设备的保护措施：

（1）加有电流型漏电保护器，防止设备漏电短路造成的设备及人身伤害。

（2）各控制电路加有保险管，有效保护器件因过载造成损坏。

10、电源启停控制方式；采用启停按钮控制接触器来控制电源的启停。

11、漏电保护装置及安全性和安全承诺：

（1）各种电源及各种仪表具有可靠的保护功能

（2）各种电源及各种仪表的强电采用开关控制，学生不自行接线，不存在强弱电混插的问题。

三、系统技术参数:

1.工作电源：单相三线 220V±5% 50Hz；

2. 整机容量：<5KVA   

3.控制信号：电压0～5V；电流4～20MA;

4.外形尺寸：1720mm×730mm×1600mm

5.上位计算机组态软件

6.可以同时对三个参数进行采集，比如，一组测流量，一组测温度，一组测压力；

7.重量：实验台+实验架，约重250Kg

四、过程控制实验装置系统主要配置及功能介绍（以下为单套配置清单）

序号	名 称	规格、参数	数量
1.	实训平台	实训对象台架全部采用不锈钢框架 使用寿命增强不易生锈机械强度高	1套
2.	实训屏	提供实验所需的单相AC220V电源，总电源由带漏电保护的空气开关控制，另控制屏内部设有电流型漏电保护器，配有漏电报警指示灯和告警复位按钮，安全性符合国际标准。实训装置的电网电压由一只指针式交流电压表监示。通过钥匙开关和启停控制按钮，使强电系统的操作更为安全方便，进行实训时钥匙开关钥匙由老师保管，等检查无误时由老师打开钥匙开关。并设置有执行元件输入输出接口、模拟量信号输入输出接口。所有信号接口均采用国际标准的IEC信号接口。执行机构接口有单相可控硅移相调压装置、三相不锈钢磁力泵及电加热管组成。并将对象系统各传感器检测及执行器控制信号同面板上的插座相连，便于学生自己连线组成不同的控制系统。	1套
3.	电脑桌	型材和钣金结构，用于放置计算机，下方装有万向轮。尺寸：560mm×600mm×1020mm。	1张
4.	控制对象	包括2只上水箱、下水箱和储水箱。上、下水箱采用优质有机玻璃，结构包括缓冲槽、工作槽、出水槽，用以完成液位相关实验，水箱容积17.5*10-3m3采用优质有机玻璃，水箱底部均接有压力传感器。储水箱由不锈钢板制成 不锈钢温控实验箱1只    由加热箱、加热环、Pt100、温度变送器组成，加热箱内无水断电保护装置，也防止温度干烧。 储水箱自动进、排水装置1套  其中储水箱底部装有出水阀，水箱需要更换水时，把出水阀打开将水直接排出。	1套
5.	HONEYWELL智能电动调节阀	等百分比特性内置侍服放大器,稀土永磁同步电机,体积小,力矩大.工作电压 24VAC，输入电流4-20mADC 等百分比特性内置侍服放大器,稀土永磁同步电机,体积小,力矩大,比普通的电动阀贵	1只
6.	单相磁力 泵	无泄漏，低噪音，单相 220VAC，90W。 声音比较小，有利于实验室保持安静，工作的稳定性非常好。	1台
7.	三相磁力泵	无泄漏，低噪音，三相220VAC，180W，扬程8米。	1台
8.	交流变频控制（日本三菱）	采用日本三菱公司的FR-D720S-0.4K-CH型变频器，控制信号输入为4～20mADC或0～5VDC，交流220V变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。	1台
9.	温控调压模块+散热器	全隔离单相交流可控硅调压模块；控制信号：4-20mADC。	1套
10.	加热环	功率：1800W，220VAC。 具有防干烧保护功能	1只
11.	扩散硅压力变送器（液位）	选用美国NovaSensor原装进口的扩散硅隔离探头。0.5级精度；输出信号：选4-20mADC（二线制）；接头及外壳材料：不锈钢（1Cri18Ni9Ti）。	2只
12.	压力变送器	选用美国NovaSensor原装进口的扩散硅隔离探头。0.5级精度；输出信号：选4-20mADC（二线制）；接头及外壳材料：不锈钢（1Cri18Ni9Ti）。	1只
13.	Pt100温度传感器及温度变送器	Pt100：A级；温度变送器：0.5级精度，0-100℃。	1套
14.	涡轮流量计及流量变送器	（1）量程：选0-1200L/h；（2）输出信号：4-20mADC；（3）精度：0.5级。	2套
15.	单片机控制	4模拟量输入，2模拟量输出	1套
16.	PID调节器控制	硬件模拟PID控制挂箱由给定信号源、比例积分微分设定旋钮以及PID调节回路组成，以上组成部分均由硬件给出动作，可完成单/双闭环控制实验。	1台
17.	智能仪表控制系统	AI 808P智能仪表	2台
18.	PLC控制系统	采用西门子S7-200 SMART主机CPU SR20(自带以太网通讯口)，配置一个4入/2出模拟量模块EM AM06，可完成所有单通道输出、多通道输入控制实验。	1套
19.	继电器	小型继电器	1只
20.	电磁阀	电磁阀作为电动调节阀的旁路，可以实现阶跃和脉冲干扰，通过手动阀开度可调节阶跃和脉冲干扰的大小。	1只
21.	液面探头		2只
22.	配有24v直流稳压电源	提供直流24V电源	1只
23.	带护套手枪式连接导线及配件	——	1套
24.	网络控制软件	上位机软件 拥有完善的编程软件、过程装置管理软件及上位监控管理软件，配备MCGS工控组态软件（DEMO），单片机数据采集与Matlab算法控制软件， PLC编程软件： （1）  MCGS工控组态软件 每套过程控制实验装置需配置一台上位监控PC机，在智能仪表控制与PLC控制系统的PC机上安装有MCGS工控组态软件，能够对设定值、输出值、P、I、D及各类可写参数进行操作，观看动态变化棒图显示、测量值实时曲线等。	1套
25.	PLC编程软件	PLC的编程环境软件，通过通讯电缆线使PLC与计算机使用本软件建立通讯关系后，使用本软件可以对PLC的所有功能进行编程，对编写好的程序进行下装，对已运行程序进行在线编程或监控等。	1套
26.	智能仪表控制软件	利用RS232通信接口，配合单片机控制与计算机算法控制软件，实现各种数字式PID运算控制和各种先进的智能控制，并实现数据实时采集作图。而且学生可以使用著名的MATLAB数学软件自行编制各种新型的、先进的控制算法，如模糊控制、神经元控制等。另外单片机还可作为独立的控制器完成实验。	1套

五、系统能完成的实验项目

1.实验装置的基本操作与仪表调试

2.压力变送器的零点迁移和性能测试实验

3.单容自衡水箱的对象特性测试实验

4.双容自衡水箱的对象特性测试实验

5.温度位式控制实验（智能仪表控制、PLC控制，共有两种模式）

6.温度连续控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

7.智能仪表控制实验

8.单容水箱液位控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

9.双容水箱液位控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

10.流量定值控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

11.单容水箱压力PID控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

12.单回路控制系统的质量研究

13.串级控制系统连接实验

14.液位串级     PID控制实验

15.计算机控制系统

16.单片机控制系统

17.PLC上下水箱液位串级控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件

18.液位流量串级控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件

19.基于MATLAB的单回路PID控制实验

20.基于MATLAB的串级PID控制实验

 

一、系统组成

实验设备对象系统包含有：不锈钢储水箱；上水箱为有机玻璃圆筒型水箱；下水箱为不锈钢锅炉汽包；三相4.5kW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。

系统动力系统有三套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、电磁阀、涡轮流量计等组成；一套由三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）；另一套由三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。

整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板，甚至小到每一颗紧固螺钉。

对象系统中的各类检测变送及执行设备

扩散硅压力变送器两只：分别检测上水箱、锅炉汽包液位

涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量

Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温

执行器：包含电磁阀、电动调节阀各一个

三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵（2台）以及三相电加热管

二、主要特点

被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数

系统除了改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动

一个被调参数可用不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣

能进行多变量控制系统及特定过程控制系统实验

能够完成锅炉汽包虚假水位特性实验以及分段过热控制系统实验

三、技术性能

输入电压：三相五线制380V±10%  50Hz

工作环境：环境温度-5℃～+40℃　相对湿度＜85%（25℃）　海拔＜4000m

四、实验项目：

过程控制系统组成认识实验

过程控制及检测设备硬件结构组成认识

传感器的校正(零点迁移与量程调整)

单容水箱特性测试实验

锅炉汽包虚假水位特性测试

双容水箱特性测试实验

单回路控制系统实验

单回路控制系统的实验

上水箱（或下水箱）液位的定值控制实验

双容水箱液位的定值控制实验

锅炉内胆静态水温的定值控制实验

锅炉内胆动态水温的定值控制实验

锅炉夹套水温的定值控制实验

电动阀支路流量的定值控制实验

变频调速磁力泵支路流量的定值控制实验