SHYL-PCS96型 過程控制實驗裝置

一、過程控制實驗裝置概述

    1、過程控制綜合實驗裝置（Process Control System，簡稱PCS），是模仿現代工業生產過程中常見的物理量，諸如溫度、壓力、流量、液位等參數，對其進行測量、控制，分析過程參數變化特性，研究過程控制規律(如PID控制)的教學實驗設備，過程控制綜合實驗裝置選用智能化的工業用儀器儀表，接近工業實際，使用安全，運行穩定，維護簡單，性價比優越。本裝置集合多種控制方式，再現實際工業現場使用的控制手段，采用聲光報警系統，并提供用戶更友好的二次開發接口。

2、可滿足“自動調節原理”，“過程控制”，“控制儀表”，“自動檢測技術與傳感器”,“計算機”及相關課程的教學實驗需求；

3、可作為有關企業技術人員、儀表操作人員、系統運行監控人員的實習、培訓實驗設備。

二、過程控制實驗裝置產品結構與特點：

1、分體式設計，模塊化組裝式結構，可以根據不同的需要選擇、PLC控制，儀表控制,模擬PID控制,單片機和計算機控制組成不同的控制系統。含有常規水箱檢測控制裝置、鍋爐加熱裝置。

2、二水箱配置；雙路供水系統。

3、實驗柜完全敞開設計，內部器件全部可視，有利直觀教學和維護。

4、人性化設計，配有儲水箱，進排水自控裝置，減輕實驗人員勞動強度。為實驗文明操作提供條件。

5、裝置的儀表、部件均選用現代化技術工業級產品，智能化程度高。精度好，規格多樣。有利直觀教學和拓寬學生工業現場知識。為以后走上社會打好結實基礎。

6、安全度高，系統配有漏電保護，帶保護套的專用實驗電源連線，及溫控箱防止無水加溫自動控制等，力求保護人身、設備安全。

7、開放度好，在教師指導下，學生可觀察、可自己動手參與操作、可自行編程進行驗證、可根據記錄的實時曲線進行理論分析等。

8、鍋爐加熱程控保護系統：

（1）加熱電路加有保險管進行過載保護，并具有防干燒保護功能；

（2）鍋爐加熱內膽加由水位液位保護裝置，水位不達到一定的高度，控制系統不能控制可控硅調壓器工作。

9、人生安全及設備的保護措施：

（1）加有電流型漏電保護器，防止設備漏電短路造成的設備及人身傷害。

（2）各控制電路加有保險管，有效保護器件因過載造成損壞。

10、電源啟停控制方式；采用啟停按鈕控制接觸器來控制電源的啟停。

11、漏電保護裝置及安全性和安全承諾：

（1）各種電源及各種儀表具有可靠的保護功能

（2）各種電源及各種儀表的強電采用開關控制，學生不自行接線，不存在強弱電混插的問題。

三、系統技術參數:

1.工作電源：單相三線 220V±5% 50Hz；

2. 整機容量：<5KVA   

3.控制信號：電壓0～5V；電流4～20MA;

4.外形尺寸：1720mm×730mm×1600mm

5.上位計算機組態軟件

6.可以同時對三個參數進行采集，比如，一組測流量，一組測溫度，一組測壓力；

7.重量：實驗臺+實驗架，約重250Kg

四、過程控制實驗裝置系統主要配置及功能介紹（以下為單套配置清單）

序號	名 稱	規格、參數	數量
1.	實訓平臺	實訓對象臺架全部采用不銹鋼框架 使用壽命增強不易生銹機械強度高	1套
2.	實訓屏	提供實驗所需的單相AC220V電源，總電源由帶漏電保護的空氣開關控制，另控制屏內部設有電流型漏電保護器，配有漏電報警指示燈和告警復位按鈕，安全性符合國際標準。實訓裝置的電網電壓由一只指針式交流電壓表監示。通過鑰匙開關和啟停控制按鈕，使強電系統的操作更為安全方便，進行實訓時鑰匙開關鑰匙由老師保管，等檢查無誤時由老師打開鑰匙開關。并設置有執行元件輸入輸出接口、模擬量信號輸入輸出接口。所有信號接口均采用國際標準的IEC信號接口。執行機構接口有單相可控硅移相調壓裝置、三相不銹鋼磁力泵及電加熱管組成。并將對象系統各傳感器檢測及執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。	1套
3.	電腦桌	型材和鈑金結構，用于放置計算機，下方裝有萬向輪。尺寸：560mm×600mm×1020mm。	1張
4.	控制對象	包括2只上水箱、下水箱和儲水箱。上、下水箱采用優質有機玻璃，結構包括緩沖槽、工作槽、出水槽，用以完成液位相關實驗，水箱容積17.5*10-3m3采用優質有機玻璃，水箱底部均接有壓力傳感器。儲水箱由不銹鋼板制成 不銹鋼溫控實驗箱1只    由加熱箱、加熱環、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。 儲水箱自動進、排水裝置1套  其中儲水箱底部裝有出水閥，水箱需要更換水時，把出水閥打開將水直接排出。	1套
5.	HONEYWELL智能電動調節閥	等百分比特性內置侍服放大器,稀土永磁同步電機,體積小,力矩大.工作電壓 24VAC，輸入電流4-20mADC 等百分比特性內置侍服放大器,稀土永磁同步電機,體積小,力矩大,比普通的電動閥貴	1只
6.	單相磁力 泵	無泄漏，低噪音，單相 220VAC，90W。 聲音比較小，有利于實驗室保持安靜，工作的穩定性非常好。	1臺
7.	三相磁力泵	無泄漏，低噪音，三相220VAC，180W，揚程8米。	1臺
8.	交流變頻控制（日本三菱）	采用日本三菱公司的FR-D720S-0.4K-CH型變頻器，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。	1臺
9.	溫控調壓模塊+散熱器	全隔離單相交流可控硅調壓模塊；控制信號：4-20mADC。	1套
10.	加熱環	功率：1800W，220VAC。 具有防干燒保護功能	1只
11.	擴散硅壓力變送器（液位）	選用美國NovaSensor原裝進口的擴散硅隔離探頭。0.5級精度；輸出信號：選4-20mADC（二線制）；接頭及外殼材料：不銹鋼（1Cri18Ni9Ti）。	2只
12.	壓力變送器	選用美國NovaSensor原裝進口的擴散硅隔離探頭。0.5級精度；輸出信號：選4-20mADC（二線制）；接頭及外殼材料：不銹鋼（1Cri18Ni9Ti）。	1只
13.	Pt100溫度傳感器及溫度變送器	Pt100：A級；溫度變送器：0.5級精度，0-100℃。	1套
14.	渦輪流量計及流量變送器	（1）量程：選0-1200L/h；（2）輸出信號：4-20mADC；（3）精度：0.5級。	2套
15.	單片機控制	4模擬量輸入，2模擬量輸出	1套
16.	PID調節器控制	硬件模擬PID控制掛箱由給定信號源、比例積分微分設定旋鈕以及PID調節回路組成，以上組成部分均由硬件給出動作，可完成單/雙閉環控制實驗。	1臺
17.	智能儀表控制系統	AI 808P智能儀表	2臺
18.	PLC控制系統	采用西門子S7-200 SMART主機CPU SR20(自帶以太網通訊口)，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。	1套
19.	繼電器	小型繼電器	1只
20.	電磁閥	電磁閥作為電動調節閥的旁路，可以實現階躍和脈沖干擾，通過手動閥開度可調節階躍和脈沖干擾的大小。	1只
21.	液面探頭		2只
22.	配有24v直流穩壓電源	提供直流24V電源	1只
23.	帶護套手槍式連接導線及配件	——	1套
24.	網絡控制軟件	上位機軟件 擁有完善的編程軟件、過程裝置管理軟件及上位監控管理軟件，配備MCGS工控組態軟件（DEMO），單片機數據采集與Matlab算法控制軟件， PLC編程軟件： （1）  MCGS工控組態軟件 每套過程控制實驗裝置需配置一臺上位監控PC機，在智能儀表控制與PLC控制系統的PC機上安裝有MCGS工控組態軟件，能夠對設定值、輸出值、P、I、D及各類可寫參數進行操作，觀看動態變化棒圖顯示、測量值實時曲線等。	1套
25.	PLC編程軟件	PLC的編程環境軟件，通過通訊電纜線使PLC與計算機使用本軟件建立通訊關系后，使用本軟件可以對PLC的所有功能進行編程，對編寫好的程序進行下裝，對已運行程序進行在線編程或監控等。	1套
26.	智能儀表控制軟件	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。而且學生可以使用著名的MATLAB數學軟件自行編制各種新型的、先進的控制算法，如模糊控制、神經元控制等。另外單片機還可作為獨立的控制器完成實驗。	1套

五、系統能完成的實驗項目

1.實驗裝置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（智能儀表控制、PLC控制，共有兩種模式）

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     PID控制實驗

15.計算機控制系統

16.單片機控制系統

17.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

18.液位流量串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態軟件

19.基于MATLAB的單回路PID控制實驗

20.基于MATLAB的串級PID控制實驗

 

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