高級過程控制綜合自動化實驗系統(tǒng)，過程控制實訓(xùn)裝置
2024-10-26 09:07
一、高級過程控制實訓(xùn)裝置功能：
(1)、高級過程控制實訓(xùn)裝置可滿足“自動調(diào)節(jié)原理”，“過程控制”，“控制儀表”，“自動檢測技術(shù)與傳感器”,“計算機”及相關(guān)課程的教學(xué)實驗需求；(2)、高級過程控制實訓(xùn)裝置可作為有關(guān)企業(yè)技術(shù)人員、儀表操作人員、系統(tǒng)運行監(jiān)控人員的實習(xí)、培訓(xùn)實驗設(shè)備。
(3) 高級過程控制實訓(xùn)裝置能實現(xiàn)包括溫度、壓力、流量、液位定值調(diào)節(jié)系統(tǒng)，以及比值、串級、前饋等復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實驗及培訓(xùn)功能。
(4) 高級過程控制實訓(xùn)裝置能適應(yīng)培訓(xùn)基地相關(guān)專業(yè)在熱工儀表、高級過程自動控制原理及系統(tǒng)、3火電廠計算機控制及系統(tǒng)、熱工自動控制系統(tǒng)、DCS、PLC等相關(guān)專業(yè)的實驗、培訓(xùn)要求。
(5) 高級過程控制實訓(xùn)裝置被控對象提供有接口控制箱，控制箱電源和信號分開。控制箱包括電源裝置、變頻器、溫度調(diào)溫裝置及設(shè)備的基本保護裝置，此外并提供與DCS接口的端子，作為與DCS、PLC的擴展接口。
DB-CG29 高級過程控制實訓(xùn)裝置
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℃ 相對濕度＜85％（25℃）；
3、裝置容量：＜5kVA；外形尺寸：1830mm×780mm×1850mm
三、具體要求
實驗裝置對象主要由不銹鋼框架、不銹鋼儲水箱、（上、中、下）三個串接有機玻璃水箱、三相電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加保溫筒和封閉式鍋爐夾套構(gòu)成)、盤管和敷塑不銹鋼管道等組成。供水系統(tǒng)有兩路：一路由三相（380V恒壓供水）磁力驅(qū)動泵、壓力儀表、電動調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動泵（220V變頻調(diào)速）、流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成。
1. 水 箱：
包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。上、中、下水箱采用淡藍色優(yōu)質(zhì)有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上、中水箱尺寸均為：D=25cm，H=20cm；下水箱尺寸為：D=35cm，H=20cm。水箱結(jié)構(gòu)獨特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經(jīng)過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩(wěn)定，便于觀察。水箱底部均接有擴散硅壓力傳感器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。主水箱容積可以隔斷、可以組合，其中有一只水箱要求可以進行非線性實驗�？潭染�要求刻在水箱內(nèi)壁上，不能采用粘貼紙貼在水箱上，水箱容積不小于20升，容積可變。
2. 工業(yè)模擬鍋爐：
鍋爐要求共有三個同心不銹鋼圓筒，從里到外共分三層：內(nèi)層設(shè)有電熱絲加溫裝置，第二層為冷卻層，第三層為溢流層，鍋爐由三相電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套），要求由不銹鋼精制而成，可利用它進行溫度實驗。配套加熱器，由可控硅移相控溫，功率達2.5KW以上。防干燒裝置，要求提供防干燒探頭。
3. 盤 管：
模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長25米（43圈），管徑15mm，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數(shù)不同，在實驗過程中可根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計流回儲水箱。它可用來完成溫度的滯后和流量純滯后控制實驗。
4. 管道及閥門：
整個系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動閥門均采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底部有一個出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時，把球閥打開將水直接排出。
5. 液位變送器：
三個液位變送器分別用來對兩個上水箱和一個下個水箱和鍋爐的液位進行檢測，其量程為0～3KPa(以實際的水箱高度為準)，用于測量水箱液位高度，為直流24V供電、標準兩線制接線4～20mA變送輸出、精度0.5級，采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，帶不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補償。
6. 溫度傳感器：
裝置中采用了六個Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（有3個測試點）以及上水箱出口的水溫。Pt100測溫范圍：-200～+850℃。智能壓變送器傳感器帶HART通訊功能。
7. 流量傳感器、變送器：
二只渦輪流量計分別用來對由電動調(diào)節(jié)閥控制的動力支路、由變頻器控制的動力支路及盤管支路的流量進行檢測。它的優(yōu)點是測量精度高，反應(yīng)快。采用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24V直流電源。流量范圍：0～1.2m3/h；精度：1.0%；輸出：4～20mADC。
8. 鍋爐防干燒保護裝置：
為保證實驗效果好、不降低鍋爐加熱功率的前提下，本套裝置配備了良好的防干燒保護系統(tǒng)，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽液位低于紅色警戒水位線時，保護裝置將切斷調(diào)壓模塊輸出電壓，以有效保護電加熱管不被干燒損壞。
9. 電動調(diào)節(jié)閥：
采用智能直行程電動調(diào)節(jié)閥，用來對控制回路的流量進行調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥閥芯采用進口PS結(jié)構(gòu)閥芯，具有精度高、技術(shù)先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，電源為單相220V，控制信號為4～20mADC，輸出為4～20mADC的閥位信號。
10. 水 泵：
本裝置采用磁力驅(qū)動泵，流量為30升/分，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵,一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動。三相磁力驅(qū)動泵，噪音低，壽命長，揚程達12米。
11. 電磁閥：
在本裝置中，其中一只作為電動調(diào)節(jié)閥支路和變頻支路的連通閥，起接通和關(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水閥門。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。
12. 二相移相調(diào)壓裝置：上海紅氏 DTY-H220D35
采用二相全隔離一體化交流移相調(diào)壓器模塊，采用SMT工藝，DCB陶瓷基板，有LED電源指示和LED輸出調(diào)節(jié)量指示，控制參數(shù)：可輸入0～5V、0～10V、4～20mA；輸出參數(shù)：額定工作電壓：380VAC±10%；電網(wǎng)頻率：50Hz；斷態(tài)峰值截止電壓VP：≥1200VPK；電小負載電流：100 mA；斷態(tài)漏電流：<12 mA；關(guān)斷最大延時：10ms；調(diào)節(jié)響應(yīng)時間：10ms；
13. 三相電加熱管（帶保護裝置）：
由三根1.0KW電加熱管星形連接而成，用來對鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進行加溫。
14. 交流變頻控制: 三菱變頻器
本系統(tǒng)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、最佳勵磁控制等，運行特性：多段速15速、PID控制、輸出電流檢測、異常時再試功能、零電流檢測；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%以內(nèi)；控制信號輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵。
15. 過程控制實驗對象接口箱：（招標時，提供設(shè)計圖）
控制對象接口箱分電源箱和信號接口箱。電源箱主要包含各種電源裝置及電源分配開關(guān)，變頻器、三相移相調(diào)壓裝置等強電裝置；信號接口箱主要為各種弱電信號與DCS聯(lián)接中間過渡箱。
四、系統(tǒng)主要特點及擴展要求
1.被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)；
2.執(zhí)行器中既有電動調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機構(gòu)，又有變頻器、晶閘管移相調(diào)控等電力拖動類執(zhí)行器；
3.系統(tǒng)除了改變調(diào)節(jié)器的設(shè)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；
4.一個被調(diào)參數(shù)用不同動力源、不同的執(zhí)行器、不同的工藝線路下可演變成多種調(diào)節(jié)回路，以利于討論、比較各種調(diào)節(jié)方案的優(yōu)劣；
5.通過對對象系統(tǒng)進行不同的組合，結(jié)合不同的實驗?zāi)康模蛇M行幾十種過程控制實驗；
五、控制裝置的安全保護體系
三相四線電源經(jīng)漏電保護器裝置后分為三相電源支路和單相電源支路，每一支路都帶有各自三相、單相空氣開關(guān)。加熱裝置配套有防干燒裝置，對加熱實驗起到設(shè)備及人身安全保護。
六、信號參數(shù)：
| 序號 | 信號名稱 | 測量范圍 | 輸出信號 | 備 注 |
| 1 | 進水流量 | 0～1.2㎡/H | 4～20MA帶 | 調(diào)節(jié)閥支路、變頻器支路及盤管出口 |
| 3 | 水箱液位 | 0～5000Pa | 4～20MA帶 | 上、下三個液位水箱 |
| 4 | 鍋爐水溫 | 0～100℃ | 100～138.5Ω | |
| 5 | 夾套水溫 | 0～100℃ | 100～138.5Ω | |
| 6 | 盤管水溫 | 0～100℃ | 100～138.5Ω | |
| 7 | 變頻器控制信號 | 0～50Hz | 4～20MA | |
| 8 | 變頻器反饋信號 | 0～50Hz | 4～20MA | |
| 9 | 電動調(diào)節(jié)閥控制信號 | 0～100% | 4～20MA | |
| 10 | 電動調(diào)節(jié)閥反饋信號 | 0～100% | 4～20MA | |
| 11 | 電磁閥 | 常閉 | 控制管路流量 |
系統(tǒng)基本配置
一、交流電源面板
提供實驗所需的三相四線～380V、三路單相～220V電源，總電源由三相鑰匙開關(guān)控制，電網(wǎng)電壓由三只指針式交流電壓表監(jiān)示，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。設(shè)有漏電保護空氣開關(guān)、電壓型漏電保護器、電流型漏電保護器，安全性符合國際標準。
二、執(zhí)行機構(gòu)及I/O信號接口面板
面板材質(zhì)采用鋁材，面板標識采用凹字爛板工藝進行加工制作，針對各種信號接口均配有文字及符號說明，信號區(qū)分一目了然，方便實驗接線。所有信號采用國際標準的IEC信號。執(zhí)行機構(gòu)接口有三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電動調(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設(shè)備。并將對象系統(tǒng)各傳感器檢測及執(zhí)行器控制信號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)。
實驗桌為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，桌面為防火、防水、耐磨高密度板，結(jié)構(gòu)堅固，形狀似長方體封閉式結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個大抽屜、柜門，用于放置工具、存放掛件及資料等。桌面用于安裝電源控制屏并提供一個寬敞舒適的工作臺面。電腦桌聯(lián)體設(shè)計，造型美觀大方。鍋爐防干燒保護裝置為保證實驗效果、不降低鍋爐加熱功率的前提下，本套裝置配備了良好的防干燒保護系統(tǒng)，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽液位低于紅色警戒水位線時，保護裝置將切斷調(diào)壓模塊輸出電壓，以有效保護電加熱管不被干燒損壞。
（1）智能調(diào)節(jié)器
要求三臺智能調(diào)節(jié)器采用AI519全通用人工智能調(diào)節(jié)器。全球通用的85～264VAC輸入范圍供電。具有RS485通訊功能，采用先進的AI人工智能調(diào)節(jié)法。具備自整定功能。（K5 主控）S4、X3變送輸出.
▲（2）計算機直接控制模塊
要求用于計算機控制，設(shè)有通訊端口，完全模擬工業(yè)現(xiàn)場環(huán)境，裝有一塊遠程數(shù)據(jù)采集模塊8017和一塊遠程數(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，輸出信號為4－20mA；上位機要求采用MCGS組態(tài)軟件進行監(jiān)控。安裝有遠程數(shù)據(jù)采集模塊，可進行計算機直接數(shù)字控制（DDC）。網(wǎng)絡(luò)功能：數(shù)據(jù)采集軟件具有網(wǎng)路功能,利用計算機控制技術(shù)現(xiàn)場總線，采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，具有良好的開放性，共享總線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，以能夠相互共享資源的方式結(jié)合起來。計算機網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)具有自治特點，他們以傳輸數(shù)據(jù)和控制為目的。一個工程師站，可以控制無限個操作員站，老師可以在任何地方對他進行監(jiān)控和控制，用密碼的形式來實現(xiàn)。（提供密碼登錄界面圖，不提供不得分）
（3）PLC控制系統(tǒng)要求
采用西門子S7—1200 CPU1212C PLC，要求信號采集穩(wěn)定，可靠性高，組態(tài)靈活。要求支持以太網(wǎng)等多種通信方式。12路數(shù)字量輸入，8路數(shù)字量輸出），要求配置SM1234模塊，模擬量輸入輸出模塊（四路輸入、二路輸出）；上位機要求采用mcgs軟件進行監(jiān)控。
八、實驗項目
（一） 常規(guī)實驗項目
1、過程控制系統(tǒng)組成認識實驗
1) 過程控制及檢測裝置硬件結(jié)構(gòu)組成認識
2) 控制方案組成與控制系統(tǒng)連接
3) 智能調(diào)節(jié)儀表、智能變送儀表等智能儀表的操作及參數(shù)設(shè)定
4) 傳感器的校正（零點遷移與量程調(diào)整）
2、被控對象特性測試實驗
1) 調(diào)節(jié)閥流量靜態(tài)特性的測試
2) 磁力泵變頻調(diào)速機構(gòu)流量靜態(tài)特性的測試
3) 單容水箱液位對象動態(tài)特性的測試
4) 多容水箱液位對象動態(tài)特性的測試
5) 鍋爐內(nèi)膽溫度對象動態(tài)特性的測試
3、位式控制系統(tǒng)實驗
1) 鍋爐內(nèi)膽水溫的位式控制
2) 鍋爐夾套水溫的位式控制
4、單回路控制系統(tǒng)實驗
1) 上水箱或中水箱或下水箱液位的定值控制
2) 多容水箱液位的定值控制
3) 鍋爐內(nèi)膽水溫的定值控制
4) 鍋爐夾套水溫的定值控制
5) 調(diào)節(jié)閥支路流量的定值控制
6) 變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制
5、串能控制系統(tǒng)的實驗
1) 串級控制系統(tǒng)的信號連接
2) 水箱液位的串級控制
3) 水箱液位與流量的串級控制
4) 鍋爐內(nèi)膽水溫與鍋爐夾套水溫串級控制
6、比值控制系統(tǒng)實驗
1) 單閉環(huán)流量比值控制
2) 雙閉環(huán)流量比值控制
7、復(fù)雜控制系統(tǒng)實驗
1) 水箱液位的動態(tài)前饋-反饋控制
2) 溫度smith預(yù)估控制
8、工控組態(tài)軟件組態(tài)實驗
1) 實時數(shù)據(jù)庫組態(tài)實驗
2) 圖形動畫、報表、曲線、報警組態(tài)實驗
3) 設(shè)備通訊組態(tài)實驗
4) 腳本程序應(yīng)用組態(tài)實驗
9、PLC控制方式下的過程控制實驗