過(guò)程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)

一、過(guò)程控制綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)性能指標(biāo)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(duì)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(guò)程控制綜合實(shí)驗(yàn)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(duì)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(jié)實(shí)耐用，開(kāi)放性好。

2、控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：

控制對(duì)象接口箱分電源箱和信號(hào)接口箱。電源箱主要包含各種電源裝置及電源分配開(kāi)關(guān)，變頻器、三相移相調(diào)壓裝置等強(qiáng)電裝置；信號(hào)接口箱主要為各種弱電信號(hào)與DCS寬展接口。

面板材質(zhì)采用鋁材，面板標(biāo)識(shí)采用凹字爛板工藝進(jìn)行加工制作，針對(duì)各種信號(hào)接口均配有文字及符號(hào)說(shuō)明，信號(hào)區(qū)分一目了然，方便實(shí)驗(yàn)接線。所有信號(hào)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口有三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電動(dòng)調(diào)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(hù)設(shè)備。并將對(duì)象系統(tǒng)各傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)同面板上的插座相連，便于學(xué)生自己連線組成不同的控制系統(tǒng)。

3、亞克力有機(jī)玻璃水箱：

 包括2個(gè)平行上水箱、和下水箱和儲(chǔ)水箱。采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。

4、管道及閥門(mén)：

整個(gè)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(dòng)閥門(mén)均采用優(yōu)質(zhì)球閥，避免管道系統(tǒng)生銹的可能性。其中儲(chǔ)水箱底部有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把球閥打開(kāi)將水直接排出。

5、液位變送器：

二個(gè)液位變送器分別用來(lái)對(duì)二個(gè)水箱和鍋爐的液位進(jìn)行檢測(cè)，其量程為0～3KPa，用于測(cè)量水箱液位高度，為直流24V供電、標(biāo)準(zhǔn)兩線制接線4～20mA變送輸出、精度0.5級(jí)，采用工業(yè)用的擴(kuò)散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時(shí)采用信號(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。

6、渦輪流量計(jì)：

分別用來(lái)對(duì)由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的動(dòng)力支路、采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí)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(qū)動(dòng)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(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。三相磁力驅(qū)動(dòng)泵，噪音低，壽命長(zhǎng)，揚(yáng)程達(dá)12米

數(shù)量：2只。

8、電磁閥：

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路和變頻支路的連通閥，具有接通和關(guān)斷兩條支的作用。另外六只作為各液位水箱兩條支路的進(jìn)水閥門(mén)。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(diào)速模塊為多功能、緊湊型產(chǎn)品，具備V/F控制、通用磁通矢量控制、優(yōu)良勵(lì)磁控制等，運(yùn)行特性：多段速15速、PID控制、輸出電流檢測(cè)、異常時(shí)再試功能、零電流檢測(cè)；輸出頻率范圍：0.2～400Hz；頻率設(shè)定分辨率：0.06Hz/60HZ；頻率精度：最大輸出頻率的±0.1%以?xún)?nèi)；控制信號(hào)輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū)動(dòng)泵。

10、智能電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：

電動(dòng)調(diào)節(jié)閥是新一代超小型電子式一體化直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。采用精小型電動(dòng)執(zhí)行器伺服放大器，它以220V交流電源為驅(qū)動(dòng)電源，輸入標(biāo)準(zhǔn)的4～20mADC控制信號(hào)，經(jīng)伺服放大器控制，使電機(jī)帶動(dòng)減速器運(yùn)行而產(chǎn)生軸向推力，使閥芯移動(dòng)，改變閥門(mén)的開(kāi)度，達(dá)到對(duì)液位，流量等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目的。超小型直行程單座電動(dòng)調(diào)節(jié)閥。廣泛應(yīng)用于電力、暖通中央空調(diào)、冶金、輕工等行業(yè)的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，更適用于高校教學(xué)和科研設(shè)備。 閥體為鑄鐵材質(zhì)，閥芯為不銹鋼材質(zhì)，國(guó)標(biāo)法蘭安裝，DC4～20mA電流信號(hào)控制，工稱(chēng)通徑DN15。該調(diào)節(jié)閥為直行程氣動(dòng)控制調(diào)節(jié)閥，具有精度高、技術(shù)優(yōu)良、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、耗氣量少、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。由控制器直接發(fā)送模擬信號(hào)控制閥門(mén)定位器，閥門(mén)定位器驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作，使用和校正都非常方便；進(jìn)口閥門(mén)定位器帶HART通信功能，可與HART手持操作器進(jìn)行通訊。電源為單相220V，控制信號(hào)為4～20mADC或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號(hào)，使用和校正非常方便。

11、加熱常溫鍋爐：

不銹鋼溫控實(shí)驗(yàn)箱1只 由加熱箱、加熱環(huán)、Pt100、溫度變送器組成，加熱箱內(nèi)無(wú)水?dāng)嚯姳Ｗo(hù)裝置，也防止溫度干燒。

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

13、控制系統(tǒng)二，計(jì)算機(jī)直接控制網(wǎng)絡(luò)模塊：要求用于計(jì)算機(jī)控制，設(shè)有通訊端口，模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，裝有一塊遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊8017和一塊遠(yuǎn)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(hào)為4－20mA；上位機(jī)要求采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控。安裝有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(mén)子S7-200 SMART主機(jī)CPU SR20(自帶以太網(wǎng)通訊口)，配置一個(gè)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(shí)驗(yàn)。

三、系統(tǒng)能完成的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

（一）特性實(shí)驗(yàn)

1、水箱單容特性實(shí)驗(yàn)

2、水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)

3、上下水箱雙容特性實(shí)驗(yàn)

4、電動(dòng)閥流量特性實(shí)驗(yàn)

5、變頻器流量特性實(shí)驗(yàn)

6、溫度特性實(shí)驗(yàn)

7、鍋爐內(nèi)膽水溫測(cè)試

（二）單回路控制實(shí)驗(yàn)

1、單容液位定制控制實(shí)驗(yàn)

2、變頻器支路單容液位控制實(shí)驗(yàn)

3、上下水箱雙容液位定制控制實(shí)驗(yàn)

4、鍋爐內(nèi)膽壓力定值控制實(shí)驗(yàn)

5、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥支路單閉環(huán)流量控制實(shí)驗(yàn)

6、變頻器支路單閉環(huán)流量控制實(shí)驗(yàn)

7、鍋爐內(nèi)膽溫度控制實(shí)驗(yàn)

（三）串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

1、水箱液位串級(jí)控制實(shí)驗(yàn)

（四）變頻恒壓實(shí)驗(yàn)

1、變頻恒壓供水實(shí)驗(yàn)

（五）物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線通訊傳感網(wǎng)

1、ZIGBEE通訊實(shí)驗(yàn)

2、ZIGBEE組網(wǎng)實(shí)驗(yàn)

3、WiFi通訊實(shí)驗(yàn)與電腦通信

4、PID參數(shù)調(diào)節(jié)與控制

5、觸摸屏顯示功能

6、手機(jī)APP顯示與控制

教師機(jī)內(nèi)容

1、主機(jī)監(jiān)測(cè)單元測(cè)試

2、手機(jī)app控制

3、手機(jī)微信端報(bào)警設(shè)置

過(guò)程控制的仿真和基于MATLAB/RTW實(shí)時(shí)控制實(shí)驗(yàn)

1、過(guò)程控制的仿真實(shí)驗(yàn)

1）對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

① 上水箱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

② 下水箱特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

③ 二階液位特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

④ 溫度鍋爐對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

⑤ 調(diào)節(jié)閥流量特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)

2）單回路控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

① 壓力單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

② 溫度單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

③ 液位單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

④ 流量單閉環(huán)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

⑤ 雙容液位控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

3）串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

① 上水箱液位和流量的串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

② 上、下水箱液位串級(jí)控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)

4）流量比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)