過程控制綜合實驗系統(tǒng)

一、過程控制綜合實驗系統(tǒng)性能指標及要求：

1、輸入電源:三相四線制或三相五線制 380V±10％ 50Hz；

2、工作環(huán)境: 溫度–10℃－+40℃　相對濕度＜85％（25℃）；

3、裝置容量：＜5kVA；外形尺寸小于：1800mm×800mm×1800mm，全不銹鋼焊接而成。

二、過程控制綜合實驗系統(tǒng)配置要求：

1、不銹鋼框架：

主體框架采用鏡面不銹鋼方管焊接而成，對象模型安裝架采用鏡面不銹鋼方管焊接而成，安裝底板采用不銹鋼工業(yè)板制成，造型美觀，結實耐用，開放性好。

2、控制系統(tǒng)實驗平臺：

控制對象接口箱分電源箱和信號接口箱。電源箱主要包含各種電源裝置及電源分配開關，變頻器、三相移相調壓裝置等強電裝置；信號接口箱主要為各種弱電信號與DCS寬展接口。

面板材質采用鋁材，面板標識采用凹字爛板工藝進行加工制作，針對各種信號接口均配有文字及符號說明，信號區(qū)分一目了然，方便實驗接線。所有信號采用國際標準的IEC信號。執(zhí)行機構接口有三相可控硅移相調壓裝置、電動調節(jié)閥、三相不銹鋼磁力泵、電磁閥、三菱變頻器及三相電加熱管組成，另外電加熱鍋爐帶有防干燒保護設備。并將對象系統(tǒng)各傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號同面板上的插座相連，便于學生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。

3、亞克力有機玻璃水箱：

 包括2個平行上水箱、和下水箱和儲水箱。采用淡藍色優(yōu)質有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結果。

4、管道及閥門：

整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成（不采用鋁塑管），所有的手動閥門均采用優(yōu)質球閥，避免管道系統(tǒng)生銹的可能性。其中儲水箱底部有一個出水閥，當水箱需要更換水時，把球閥打開將水直接排出。

5、液位變送器：

二個液位變送器分別用來對二個水箱和鍋爐的液位進行檢測，其量程為0～3KPa，用于測量水箱液位高度，為直流24V供電、標準兩線制接線4～20mA變送輸出、精度0.5級，采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術，對傳感器溫度漂移跟隨補償。

6、渦輪流量計：

分別用來對由電動調節(jié)閥控制的動力支路、采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供DC24V直流電源。流量范圍：0～1.2m3/h；精度：1.0%；輸出：4～20mA。2只

7、水泵：

采用磁力驅動泵，流量為30升/分，功率為180W。泵體采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅動泵,一只為三相380V恒壓驅動，另一只為三相變頻220V輸出驅動。三相磁力驅動泵，噪音低，壽命長，揚程達12米

數(shù)量：2只。

8、電磁閥：

電動調節(jié)閥支路和變頻支路的連通閥，具有接通和關斷兩條支的作用。另外六只作為各液位水箱兩條支路的進水閥門。工作壓力：最小壓力為10Kg/㎝2，最大壓力為7Kg/㎝2；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：24VDC。

9、交流變頻控制 ：

采用的變頻調速模塊為多功能、緊湊型產品，具備V/F控制、通用磁通矢量控制、最佳勵磁控制等，運行特性：多段速15速、PID控制、輸出電流檢測、異常時再試功能、零電流檢測；輸出頻率范圍：0.2～400Hz；頻率設定分辨率：0.06Hz/60HZ；頻率精度：最大輸出頻率的±0.1%以內；控制信號輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來驅動三相磁力驅動泵。

10、智能電動調節(jié)閥：

電動調節(jié)閥是新一代超小型電子式一體化直行程電動調節(jié)閥。采用精小型電動執(zhí)行器伺服放大器，它以220V交流電源為驅動電源，輸入標準的4～20mADC控制信號，經(jīng)伺服放大器控制，使電機帶動減速器運行而產生軸向推力，使閥芯移動，改變閥門的開度，達到對液位，流量等工藝參數(shù)的調節(jié)，從而實現(xiàn)自動控制的目的。超小型直行程單座電動調節(jié)閥。廣泛應用于電力、暖通中央空調、冶金、輕工等行業(yè)的自動化控制系統(tǒng)，更適用于高校教學和科研設備。 閥體為鑄鐵材質，閥芯為不銹鋼材質，國標法蘭安裝，DC4～20mA電流信號控制，工稱通徑DN15。該調節(jié)閥為直行程氣動控制調節(jié)閥，具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點。由控制器直接發(fā)送模擬信號控制閥門定位器，閥門定位器驅動執(zhí)行機構動作，使用和校正都非常方便；進口閥門定位器帶HART通信功能，可與HART手持操作器進行通訊。電源為單相220V，控制信號為4～20mADC或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。

11、加熱常溫鍋爐：

不銹鋼溫控實驗箱1只 由加熱箱、加熱環(huán)、Pt100、溫度變送器組成，加熱箱內無水斷電保護裝置，也防止溫度干燒。

12、控制系統(tǒng)一，智能數(shù)字調節(jié)器：具有2路模擬量輸入、1路模擬量輸出、2路報警輸出，支持電流輸入，電壓輸入，熱電阻及熱電偶信號輸入，可保存歷史數(shù)據(jù)。2只

13、控制系統(tǒng)二，計算機直接控制網(wǎng)絡模塊：要求用于計算機控制，設有通訊端口，模擬工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，裝有一塊遠程數(shù)據(jù)采集模塊8017和一塊遠程數(shù)據(jù)采集模塊8024。要求8017為8通道模擬量輸入模塊，輸入量為1－5V；8024為4通道模擬量輸出模塊，輸出信號為4－20mA；上位機要求采用MCGS組態(tài)軟件進行監(jiān)控。安裝有遠程數(shù)據(jù)采集模塊，可進行計算機直接數(shù)字控制（DDC）。

14、控制系統(tǒng)三，PLC控制系統(tǒng)，

采用西門子S7-200 SMART主機CPU SR20(自帶以太網(wǎng)通訊口)，配置一個4入/2出模擬量模塊EM AM06，可完成所有單通道輸出、多通道輸入控制實驗。

三、系統(tǒng)能完成的實驗項目

（一）特性實驗

1、水箱單容特性實驗

2、水箱雙容特性實驗

3、上下水箱雙容特性實驗

4、電動閥流量特性實驗

5、變頻器流量特性實驗

6、溫度特性實驗

7、鍋爐內膽水溫測試

（二）單回路控制實驗

1、單容液位定制控制實驗

2、變頻器支路單容液位控制實驗

3、上下水箱雙容液位定制控制實驗

4、鍋爐內膽壓力定值控制實驗

5、電動調節(jié)閥支路單閉環(huán)流量控制實驗

6、變頻器支路單閉環(huán)流量控制實驗

7、鍋爐內膽溫度控制實驗

（三）串級控制實驗

1、水箱液位串級控制實驗

（四）變頻恒壓實驗

1、變頻恒壓供水實驗

（五）物聯(lián)網(wǎng)無線通訊傳感網(wǎng)

1、ZIGBEE通訊實驗

2、ZIGBEE組網(wǎng)實驗

3、WiFi通訊實驗與電腦通信

4、PID參數(shù)調節(jié)與控制

5、觸摸屏顯示功能

6、手機APP顯示與控制

教師機內容

1、主機監(jiān)測單元測試

2、手機app控制

3、手機微信端報警設置

過程控制的仿真和基于MATLAB/RTW實時控制實驗

1、過程控制的仿真實驗

1）對象特性測試實驗

① 上水箱特性測試實驗

② 下水箱特性測試實驗

③ 二階液位特性測試實驗

④ 溫度鍋爐對象特性測試實驗

⑤ 調節(jié)閥流量特性測試實驗

2）單回路控制系統(tǒng)實驗

① 壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗

② 溫度單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗

③ 液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗

④ 流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)實驗

⑤ 雙容液位控制系統(tǒng)實驗

3）串級控制系統(tǒng)實驗

① 上水箱液位和流量的串級控制系統(tǒng)實驗

② 上、下水箱液位串級控制系統(tǒng)實驗

4）流量比值控制系統(tǒng)實驗