SHYLJS-91 過程控制及自動化儀表實驗設備

一、概述

過程控制及自動化儀表實驗設備是我公司根據自動化專業及其相關專業教學的特點，吸收了國內外同類實驗設備的特點和長處，經過精心設計、多次實驗和反復論證，研發的一套全新的實驗設備。它采用多種常用的控制方式和理論，除了常見的PID算法及其改進算法外，還增加了模糊控制、人工神經元控制等國內外先進的控制策略。此外，本設備還嵌入了國際上流行的MATLAB（數學軟件）軟件平臺，使老師和學生能輕松方便地進行算法編制。

本設備可滿足《自動控制理論》、《過程控制》、《自動化儀表》以及《傳感器檢測與轉換技術》等課程的實驗教學，除了能滿足本、專科學生不同層次的實驗教學要求，還能為研究生、相關專業老師和工程技術人員進行復雜控制系統、智能控制系統等方面的研究，提供了實驗對象和實現的途徑。

二、設備特點

1.本設備的各種功能均綜合在一個實驗臺上，采用積木式結構，系統結構緊湊、造型美觀大方、便于運輸及實驗室的多臺布局。

2.對象小型化、適應性強、綜合性強，控制對象模型由不銹鋼和有機玻璃水箱組成，實驗水箱在屏右邊能清楚看見，管道流程直觀、清晰。

3.參數全面，涵蓋了液位、流量、壓力、溫度四大典型過程控制參數。

4.小型（小功率）執行元件，它們是二個磁力驅動泵和一個電加熱器，使整體結構更為緊湊、小型化。

5.系統控制方式多樣性

主要有位式控制、連續控制、模擬PID控制、智能儀表控制、PLC控制、單片機控制、計算機控制、兩套磁力泵交流變頻調速控制和單相移相調壓控制等，并可組成不同的控制方式。

6.安全保護齊全

設有電壓型漏電保護器和電流型漏電保護器各一組；強電連接線及插座均采用全封閉結構，使用安全、可靠、防觸電；強、弱電連接及插座分開，不會混插，避免錯接線而損壞設備。

三、系統組成

本設備集多參數控制為一體，由過程控制對象、傳感器、變送器、調節器、執行器、顯示器和計算機（用戶自配）等組成。

1.控制對象的模型由上、中、下三個水箱及一個儲水箱組成，上、中、下水箱由兩臺磁力泵供水。上、中兩個水箱各裝有一個擴散硅壓力變送器來檢測壓力和液位；下水箱是一個復合式水箱，其中內筒不銹鋼水箱中裝有500W電加熱器和PT100溫度傳感器。主管道上裝有小型渦輪流量計（定做）、小型閥門和兩臺磁力驅動泵。水箱中的水位、壓力、水溫以及供水的流量都可以用于構成控制系統的被控參量。兩臺磁力泵中的任一臺都可作為調節通道或干擾通道，模擬現場產生的干擾信號，以驗證系統的穩定性和抗干擾性能。

2.實驗掛箱

本設備共提供九個實驗掛箱，分別是GK02傳感器輸出與顯示；GK03單片機控制；GK04模擬PID實驗掛箱（配兩個）；GK05位式、連續控制掛箱；GK-06面板流程圖；GK07交流變頻器（日本三菱）掛箱（配兩個）；GK08PLC控制器（西門子S7－200）掛箱。

3.PC/PPI專用編程電纜線

4.RS232/485通訊轉換器

5.豪華型電腦桌

6.計算機（用戶自備）

7.上位機軟件

PLC編程環境軟件為STEP7-Micro/WIN32，它可以對S7-200的所有功能進行編程。上位機具有二種監控軟件：

(1)MCGS工控組態軟件(DEMO版)：利用PC/PPI電纜線組成PLC與MCGS工控組態軟件監控系統，以及利用RS232/485轉換器組成智能調節儀與MCGS工控組態軟件監控系統，可實現對被控對象過渡過程的數據采集和存儲，數據曲線的動態顯示和監控。MCGS工控組態軟件還可以對控制對象的圖形任意組態，動態顯示，編制控制策略，輸出實時曲線、歷史曲線、實時數據、歷史數據，打印工程報表，操作菜單設計等一系列強大的功能。

(2)單片機數據采集與算法控制軟件：利用RS232通信接口，配合單片機控制與計算機算法控制軟件，實現各種數字式PID運算控制和各種先進的智能控制，并實現數據實時采集作圖。而且可使用MATLAB數學軟件編制各種新型的、先進的控制算法。另外單片機還可作為獨立的控制器對系統進行控制。

四、技術指標

1.供電電源：單相三線220V±10%50Hz

2.整機最大功耗：＜1kVA

3.整機尺寸：172cm×73cm×160cm

五、基本實驗項目

1.實驗設備的基本操作與儀表調試

2.壓力變送器的零點遷移和性能測試實驗

3.單容自衡水箱的對象特性測試實驗

4.雙容自衡水箱的對象特性測試實驗

5.溫度位式控制實驗

6.溫度連續控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

7.智能儀表控制實驗

8.單容水箱液位PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

9.雙容水箱液位PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

10.流量定值控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

11.單容水箱壓力PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

12.單回路控制系統的質量研究

13.串級控制系統連接實驗

14.液位串級控制實驗

15.計算機控制系統

16.單片機控制系統

17.單容自衡水箱的對象特性測試實驗

18.雙容自衡水箱的對象特性測試實驗

19.單容液位控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

20.雙容液位控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

21.流量定值控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

22.溫度位式控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

23.溫度連續控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

24.PLC上下水箱液位串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

25.液位流量串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件（DEMO版）

26.基于MATLAB的單回路PID控制實驗

27.基于MATLAB的串級PID控制實驗

SHYLJD-91 熱工自動化過程控制實驗設備

一、系統組成

實驗設備對象系統包含有：不銹鋼儲水箱；上水箱為有機玻璃圓筒型水箱；下水箱為不銹鋼鍋爐汽包；三相4.5kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式外循環不銹鋼冷卻鍋爐夾套構成）和鋁塑盤管組成。

系統動力系統有三套：一套由三相（380V交流）不銹鋼磁力驅動泵、電動調節閥、電磁閥、渦輪流量計等組成；一套由三相不銹鋼磁力驅動泵（220V變頻）；另一套由三相不銹鋼磁力驅動泵（220V變頻）、渦輪流量計等組成。

整套對象系統完全由不銹鋼材料制造，包括對象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。

對象系統中的各類檢測變送及執行設備

擴散硅壓力變送器兩只：分別檢測上水箱、鍋爐汽包液位

渦輪流量計三只：分別檢測兩條動力支路及盤管出水口的流量

Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫

執行器：包含電磁閥、電動調節閥各一個

三相380V不銹鋼磁力驅動泵、三相220V不銹鋼磁力驅動泵（2臺）以及三相電加熱管

二、主要特點

被調參數囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數

系統除了改變調節器的設定值作階躍擾動外，還可在對象中通過電磁閥和手操作閥制造各種擾動

一個被調參數可用不同動力源、不同的執行器、不同的工藝線路下可演變成多種調節回路，以利于討論、比較各種調節方案的優劣

能進行多變量控制系統及特定過程控制系統實驗

能夠完成鍋爐汽包虛假水位特性實驗以及分段過熱控制系統實驗

三、技術性能

輸入電壓：三相五線制380V±10%  50Hz

工作環境：環境溫度-5℃～+40℃　相對濕度＜85%（25℃）　海拔＜4000m

四、實驗項目：

過程控制系統組成認識實驗

過程控制及檢測設備硬件結構組成認識

傳感器的校正(零點遷移與量程調整)

單容水箱特性測試實驗

鍋爐汽包虛假水位特性測試

雙容水箱特性測試實驗

單回路控制系統實驗

單回路控制系統的實驗

上水箱（或下水箱）液位的定值控制實驗

雙容水箱液位的定值控制實驗

鍋爐內膽靜態水溫的定值控制實驗

鍋爐內膽動態水溫的定值控制實驗

鍋爐夾套水溫的定值控制實驗

電動閥支路流量的定值控制實驗

變頻調速磁力泵支路流量的定值控制實驗

YLGCK-91A型 過程測量儀表技能實訓裝置

一、實訓裝置描述：

本實訓設備的設計結合了目前職業院校《化工測量及儀表》、《過程儀表測量》、《過程檢測儀表》以及《儀表測量工操作實訓》等課程實驗大綱的要求。

過程測量儀表技能實訓裝置由被控對象（不銹鋼框架）和控制系統（網孔板）組成，被控對象包含動力系統、水箱、儲水箱、壓力變送器、差壓變送器、渦輪流量計、P1100、K分度熱電偶、閥門、管路等；控制系統包含網孔板、漏電保護器、開關電源、單相調壓模塊、K分度熱電偶冷端補償器、智能儀表、接線端子排、常用工具及裝置配套件等。通過該實訓裝置的使用和學習，學生能夠掌握有關過程儀表的測量及自動化儀表的安裝、測量及使用。

二、裝置技術指標：

1、工作電源：單相三線 AC220V±10%      50Hz

2、整機容量：≤3.0kVA

3、外形尺寸：1650×720×1600mm

三、系統特點

1.對象系統為不銹鋼框架，所有器件均為不銹鋼材料設計

2.傳感器的二次測量儀表安裝在網孔板上，方便學生在現場進行各項操作

3.控制部分采用不銹鋼網孔板，將現場信號通過接線端子排直接接到測量儀表，增強了學生的動手能力，同時對于現場儀表的接線更加直觀明了

4.對象系統設計美觀，開放性好，為學生實訓提供了一個較好的實訓對象

四、系統組成

被控對象（不銹鋼框架）：

1.動力系統：1套

2.水箱：2套

3.儲水箱：1套

4.液位：1路壓力變送器進行水箱液位檢測

5.流量：1路渦輪流量計進行管道流量檢測

6.壓力：1路差壓變送器進行閥門前后端壓力差檢測

7.溫度：共2路，1路PT100和1路K分度熱電偶對各自的介質溫度檢測

8.管路：若干

9.閥門：若干

控制系統（網孔板）：

1.網孔板：1套

2.漏電保護器：5個

3.開關電源：1個

4.單相調壓模塊：1個

5.K分度熱電偶冷端補償器：1個

6.接線端子排：若干

7.智能儀表：1個

配件：常用工具及裝置配套件

五、實訓項目

1.實訓裝置的結構組成和系統認識

2.傳感器工作原理的認識

(1)壓力變送器的工作原理認識

(2)渦輪流量計的工作原理認識

(3)差壓變送器的工作原理認識

(4)PT100熱電阻的工作原理認識

(5)K分度熱電偶的工作原理認識

3.傳感器安裝測量技能實訓

(1)壓力變送器的檢測

(2)渦輪流量計的檢測

(3)差壓變送器的檢測

(4)PT100鉑電阻的檢測

(5)K分度熱電偶的檢測