过程控制综合实验系统

一、过程控制综合实验系统性能指标及要求：

1、输入电源:三相四线制或三相五线制 380V±10％ 50Hz；

2、工作环境: 温度–10℃－+40℃　相对湿度＜85％（25℃）；

3、装置容量：＜5kVA；外形尺寸小于：1800mm×800mm×1800mm，全不锈钢焊接而成。

二、过程控制综合实验系统配置要求：

1、不锈钢框架：

主体框架采用镜面不锈钢方管焊接而成，对象模型安装架采用镜面不锈钢方管焊接而成，安装底板采用不锈钢工业板制成，造型美观，结实耐用，开放性好。

2、控制系统实验平台：

控制对象接口箱分电源箱和信号接口箱。电源箱主要包含各种电源装置及电源分配开关，变频器、三相移相调压装置等强电装置；信号接口箱主要为各种弱电信号与DCS宽展接口。

面板材质采用铝材，面板标识采用凹字烂板工艺进行加工制作，针对各种信号接口均配有文字及符号说明，信号区分一目了然，方便实验接线。所有信号采用国际标准的IEC信号。执行机构接口有三相可控硅移相调压装置、电动调节阀、三相不锈钢磁力泵、电磁阀、三菱变频器及三相电加热管组成，另外电加热锅炉带有防干烧保护设备。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。

3、亚克力有机玻璃水箱：

 包括2个平行上水箱、和下水箱和储水箱。采用淡蓝色优质有机玻璃，不但坚实耐用，而且透明度高，便于直接观察液位的变化和记录结果。

4、管道及阀门：

整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成（不采用铝塑管），所有的手动阀门均采用优质球阀，避免管道系统生锈的可能性。其中储水箱底部有一个出水阀，当水箱需要更换水时，把球阀打开将水直接排出。

5、液位变送器：

二个液位变送器分别用来对二个水箱和锅炉的液位进行检测，其量程为0～3KPa，用于测量水箱液位高度，为直流24V供电、标准两线制接线4～20mA变送输出、精度0.5级，采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。

6、涡轮流量计：

分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、采用标准二线制传输方式，工作时需提供DC24V直流电源。流量范围：0～1.2m3/h；精度：1.0%；输出：4～20mA。2只

7、水泵：

采用磁力驱动泵，流量为30升/分，功率为180W。泵体采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只磁力驱动泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。三相磁力驱动泵，噪音低，寿命长，扬程达12米

数量：2只。

8、电磁阀：

电动调节阀支路和变频支路的连通阀，具有接通和关断两条支的作用。另外六只作为各液位水箱两条支路的进水阀门。工作压力：最小压力为10Kg/㎝2，最大压力为7Kg/㎝2；工作温度：－5～80℃；工作电压：24VDC。

9、交流变频控制 ：

采用的变频调速模块为多功能、紧凑型产品，具备V/F控制、通用磁通矢量控制、最佳励磁控制等，运行特性：多段速15速、PID控制、输出电流检测、异常时再试功能、零电流检测；输出频率范围：0.2～400Hz；频率设定分辨率：0.06Hz/60HZ；频率精度：最大输出频率的±0.1%以内；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。

10、智能电动调节阀：

电动调节阀是新一代超小型电子式一体化直行程电动调节阀。采用精小型电动执行器伺服放大器，它以220V交流电源为驱动电源，输入标准的4～20mADC控制信号，经伺服放大器控制，使电机带动减速器运行而产生轴向推力，使阀芯移动，改变阀门的开度，达到对液位，流量等工艺参数的调节，从而实现自动控制的目的。超小型直行程单座电动调节阀。广泛应用于电力、暖通中央空调、冶金、轻工等行业的自动化控制系统，更适用于高校教学和科研设备。 阀体为铸铁材质，阀芯为不锈钢材质，国标法兰安装，DC4～20mA电流信号控制，工称通径DN15。该调节阀为直行程气动控制调节阀，具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。由控制器直接发送模拟信号控制阀门定位器，阀门定位器驱动执行机构动作，使用和校正都非常方便；进口阀门定位器带HART通信功能，可与HART手持操作器进行通讯。电源为单相220V，控制信号为4～20mADC或1～5VDC，输出为4～20mADC的阀位信号，使用和校正非常方便。

11、加热常温锅炉：

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。

12、控制系统一，智能数字调节器：具有2路模拟量输入、1路模拟量输出、2路报警输出，支持电流输入，电压输入，热电阻及热电偶信号输入，可保存历史数据。2只

13、控制系统二，计算机直接控制网络模块：要求用于计算机控制，设有通讯端口，模拟工业现场环境，装有一块远程数据采集模块8017和一块远程数据采集模块8024。要求8017为8通道模拟量输入模块，输入量为1－5V；8024为4通道模拟量输出模块，输出信号为4－20mA；上位机要求采用MCGS组态软件进行监控。安装有远程数据采集模块，可进行计算机直接数字控制（DDC）。

14、控制系统三，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。

三、系统能完成的实验项目

（一）特性实验

1、水箱单容特性实验

2、水箱双容特性实验

3、上下水箱双容特性实验

4、电动阀流量特性实验

5、变频器流量特性实验

6、温度特性实验

7、锅炉内胆水温测试

（二）单回路控制实验

1、单容液位定制控制实验

2、变频器支路单容液位控制实验

3、上下水箱双容液位定制控制实验

4、锅炉内胆压力定值控制实验

5、电动调节阀支路单闭环流量控制实验

6、变频器支路单闭环流量控制实验

7、锅炉内胆温度控制实验

（三）串级控制实验

1、水箱液位串级控制实验

（四）变频恒压实验

1、变频恒压供水实验

（五）物联网无线通讯传感网

1、ZIGBEE通讯实验

2、ZIGBEE组网实验

3、WiFi通讯实验与电脑通信

4、PID参数调节与控制

5、触摸屏显示功能

6、手机APP显示与控制

教师机内容

1、主机监测单元测试

2、手机app控制

3、手机微信端报警设置

过程控制的仿真和基于MATLAB/RTW实时控制实验

1、过程控制的仿真实验

1）对象特性测试实验

① 上水箱特性测试实验

② 下水箱特性测试实验

③ 二阶液位特性测试实验

④ 温度锅炉对象特性测试实验

⑤ 调节阀流量特性测试实验

2）单回路控制系统实验

① 压力单闭环控制系统实验

② 温度单闭环控制系统实验

③ 液位单闭环控制系统实验

④ 流量单闭环控制系统实验

⑤ 双容液位控制系统实验

3）串级控制系统实验

① 上水箱液位和流量的串级控制系统实验

② 上、下水箱液位串级控制系统实验

4）流量比值控制系统实验