过程控制及自动化仪表实验设备,热工自动化过程控制实验设备

过程控制及自动化仪表实验设备

一、概述

过程控制及自动化仪表实验设备是我公司根据自动化专业及其相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验设备的特点和长处，经过精心设计、多次实验和反复论证，研发的一套全新的实验设备。它采用多种常用的控制方式和理论，除了常见的PID算法及其改进算法外，还增加了模糊控制、人工神经元控制等国内外先进的控制策略。此外，本设备还嵌入了国际上流行的MATLAB（数学软件）软件平台，使老师和学生能轻松方便地进行算法编制。

本设备可满足《自动控制理论》、《过程控制》、《自动化仪表》以及《传感器检测与转换技术》等课程的实验教学，除了能满足本、专科学生不同层次的实验教学要求，还能为研究生、相关专业老师和工程技术人员进行复杂控制系统、智能控制系统等方面的研究，提供了实验对象和实现的途径。

二、设备特点

1.本设备的各种功能均综合在一个实验台上，采用积木式结构，系统结构紧凑、造型美观大方、便于运输及实验室的多台布局。

2.对象小型化、适应性强、综合性强，控制对象模型由不锈钢和有机玻璃水箱组成，实验水箱在屏右边能清楚看见，管道流程直观、清晰。

3.参数全面，涵盖了液位、流量、压力、温度四大典型过程控制参数。

4.小型（小功率）执行元件，它们是二个磁力驱动泵和一个电加热器，使整体结构更为紧凑、小型化。

5.系统控制方式多样性

主要有位式控制、连续控制、模拟PID控制、智能仪表控制、PLC控制、单片机控制、计算机控制、两套磁力泵交流变频调速控制和单相移相调压控制等，并可组成不同的控制方式。

6.安全保护齐全

设有电压型漏电保护器和电流型漏电保护器各一组；强电连接线及插座均采用全封闭结构，使用安全、可靠、防触电；强、弱电连接及插座分开，不会混插，避免错接线而损坏设备。

三、系统组成

本设备集多参数控制为一体，由过程控制对象、传感器、变送器、调节器、执行器、显示器和计算机（用户自配）等组成。

1.控制对象的模型由上、中、下三个水箱及一个储水箱组成，上、中、下水箱由两台磁力泵供水。上、中两个水箱各装有一个扩散硅压力变送器来检测压力和液位；下水箱是一个复合式水箱，其中内筒不锈钢水箱中装有500W电加热器和PT100温度传感器。主管道上装有小型涡轮流量计（定做）、小型阀门和两台磁力驱动泵。水箱中的水位、压力、水温以及供水的流量都可以用于构成控制系统的被控参量。两台磁力泵中的任一台都可作为调节通道或干扰通道，模拟现场产生的干扰信号，以验证系统的稳定性和抗干扰性能。

2.实验挂箱

本设备共提供九个实验挂箱，分别是GK02传感器输出与显示；GK03单片机控制；GK04模拟PID实验挂箱（配两个）；GK05位式、连续控制挂箱；GK-06面板流程图；GK07交流变频器（日本三菱）挂箱（配两个）；GK08PLC控制器（西门子S7－200）挂箱。

3.PC/PPI专用编程电缆线

4.RS232/485通讯转换器

5.豪华型电脑桌

6.计算机（用户自备）

7.上位机软件

PLC编程环境软件为STEP7-Micro/WIN32，它可以对S7-200的所有功能进行编程。上位机具有二种监控软件：

(1)MCGS工控组态软件(DEMO版)：利用PC/PPI电缆线组成PLC与MCGS工控组态软件监控系统，以及利用RS232/485转换器组成智能调节仪与MCGS工控组态软件监控系统，可实现对被控对象过渡过程的数据采集和存储，数据曲线的动态显示和监控。MCGS工控组态软件还可以对控制对象的图形任意组态，动态显示，编制控制策略，输出实时曲线、历史曲线、实时数据、历史数据，打印工程报表，操作菜单设计等一系列强大的功能。

(2)单片机数据采集与算法控制软件：利用RS232通信接口，配合单片机控制与计算机算法控制软件，实现各种数字式PID运算控制和各种先进的智能控制，并实现数据实时采集作图。而且可使用MATLAB数学软件编制各种新型的、先进的控制算法。另外单片机还可作为独立的控制器对系统进行控制。

四、技术指标

1.供电电源：单相三线220V±10%50Hz

2.整机最大功耗：＜1kVA

3.整机尺寸：172cm×73cm×160cm

五、基本实验项目

1.实验设备的基本操作与仪表调试

2.压力变送器的零点迁移和性能测试实验

3.单容自衡水箱的对象特性测试实验

4.双容自衡水箱的对象特性测试实验

5.温度位式控制实验

6.温度连续控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

7.智能仪表控制实验

8.单容水箱液位PID控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

9.双容水箱液位PID控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

10.流量定值控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

11.单容水箱压力PID控制实验（单片机控制、智能仪表控制、PLC控制和模拟PID控制，共有四种模式）

12.单回路控制系统的质量研究

13.串级控制系统连接实验

14.液位串级控制实验

15.计算机控制系统

16.单片机控制系统

17.单容自衡水箱的对象特性测试实验

18.双容自衡水箱的对象特性测试实验

19.单容液位控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

20.双容液位控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

21.流量定值控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

22.温度位式控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

23.温度连续控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

24.PLC上下水箱液位串级控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

25.液位流量串级控制实验——利用PC/PPI通讯电缆、MCGS组态软件（DEMO版）

26.基于MATLAB的单回路PID控制实验

27.基于MATLAB的串级PID控制实验

热工自动化过程控制实验设备

一、系统组成

实验设备对象系统包含有：不锈钢储水箱；上水箱为有机玻璃圆筒型水箱；下水箱为不锈钢锅炉汽包；三相4.5kW电加热锅炉（由不锈钢锅炉内胆加温筒和封闭式外循环不锈钢冷却锅炉夹套构成）和铝塑盘管组成。

系统动力系统有三套：一套由三相（380V交流）不锈钢磁力驱动泵、电动调节阀、电磁阀、涡轮流量计等组成；一套由三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）；另一套由三相不锈钢磁力驱动泵（220V变频）、涡轮流量计等组成。

整套对象系统完全由不锈钢材料制造，包括对象框架、管道、底板，甚至小到每一颗紧固螺钉。

对象系统中的各类检测变送及执行设备

扩散硅压力变送器两只：分别检测上水箱、锅炉汽包液位

涡轮流量计三只：分别检测两条动力支路及盘管出水口的流量

Pt100热电阻温度传感器六只：分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（三只）及上水箱出水口水温

执行器：包含电磁阀、电动调节阀各一个

三相380V不锈钢磁力驱动泵、三相220V不锈钢磁力驱动泵（2台）以及三相电加热管

二、主要特点

被调参数囊括了流量、压力、液位、温度四大热工参数

系统除了改变调节器的设定值作阶跃扰动外，还可在对象中通过电磁阀和手操作阀制造各种扰动

一个被调参数可用不同动力源、不同的执行器、不同的工艺线路下可演变成多种调节回路，以利于讨论、比较各种调节方案的优劣

能进行多变量控制系统及特定过程控制系统实验

能够完成锅炉汽包虚假水位特性实验以及分段过热控制系统实验

三、技术性能

输入电压：三相五线制380V±10%  50Hz

工作环境：环境温度-5℃～+40℃　相对湿度＜85%（25℃）　海拔＜4000m

四、实验项目：

过程控制系统组成认识实验

过程控制及检测设备硬件结构组成认识

传感器的校正(零点迁移与量程调整)

单容水箱特性测试实验

锅炉汽包虚假水位特性测试

双容水箱特性测试实验

单回路控制系统实验

单回路控制系统的实验

上水箱（或下水箱）液位的定值控制实验

双容水箱液位的定值控制实验

锅炉内胆静态水温的定值控制实验

锅炉内胆动态水温的定值控制实验

锅炉夹套水温的定值控制实验

电动阀支路流量的定值控制实验

变频调速磁力泵支路流量的定值控制实验