DB-CG22 四容水箱過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置
一、概述：過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置（Process Control System，簡稱PCS），是模仿現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中常見的物理量，諸如溫度、壓力、流量、液位等參數(shù)，對其進(jìn)行測量、控制，分析過程參數(shù)變化特性，研究過程控制規(guī)律(如PID控制)的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，過程控制綜合實(shí)驗(yàn)裝置選用智能化的工業(yè)用儀器儀表，接近工業(yè)實(shí)際，使用安全，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡單，性價(jià)比優(yōu)越。本裝置集合多種控制方式，再現(xiàn)實(shí)際工業(yè)現(xiàn)場使用的控制手段，采用聲光報(bào)警系統(tǒng)，并提供用戶更友好的二次開發(fā)接口。
1、功能：
(1)、四容水箱過程控制綜合實(shí)驗(yàn)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(jì)算機(jī)”及相關(guān)課程的教學(xué)實(shí)驗(yàn)需求；
(2)、四容水箱多變量系統(tǒng)；借助該多變量對象，能實(shí)現(xiàn)多回路控制、多變量解耦控制、多變量預(yù)測控制等多變量控制方案。需具有可變純滯后時(shí)間的可視純滯后對象；最長的純滯后時(shí)間可 達(dá) 10 min 以上，借助該純滯后對象，能實(shí)現(xiàn) SMITH 補(bǔ)償、內(nèi)�？刂� 等純滯后控制方案。
(3)、裝置對象組成
1.主-副管路流量子系統(tǒng)：一路由磁力泵、電動調(diào)節(jié)閥、電磁流量計(jì) 組成（主管路），由電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，電磁流量計(jì)檢測流量；另 一路由變頻器、磁力泵、渦輪流量計(jì)組成（副管路），由變頻器調(diào)節(jié) 流量，渦輪流量計(jì)檢測流量。
2.四容水箱液位多變量子系統(tǒng)：由四個(gè)有機(jī)玻璃水箱組成，每個(gè)水箱 均裝有液位變送器；通過閥門切換，任何兩組動力的水流可以到達(dá)任 何一個(gè)水箱。
3.加熱水箱-純滯后水箱溫度子系統(tǒng)：由一個(gè)加熱水箱和一個(gè)溫度純 滯后水箱組成，在加熱水箱出水口與純滯后水箱的不同位置安裝有多 個(gè) Pt100 熱電阻檢測儀表。
二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)：
1、外形結(jié)構(gòu)：
(參考圖)
（1）、分體式設(shè)計(jì)，模塊化組裝式結(jié)構(gòu)，可以根據(jù)不同的需要選擇、PLC控制，多回路儀表控制,DDC控制無線網(wǎng)絡(luò)組成不同的控制系統(tǒng)。含有常規(guī)水箱檢測控制裝置、鍋爐加熱裝置。設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)多臺電腦控制系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制.
（2）、水箱配置；雙路供水系統(tǒng)。
（3）、實(shí)驗(yàn)柜完全敞開設(shè)計(jì)，內(nèi)部器件全部可視，有利直觀教學(xué)和維護(hù)。
（4）、人性化設(shè)計(jì)，配有儲水箱，進(jìn)排水自控裝置，減輕實(shí)驗(yàn)人員勞動強(qiáng)度。為實(shí)驗(yàn)文明操作提供條件。
（5）、裝置的儀表、部件均選用現(xiàn)代化技術(shù)工業(yè)級產(chǎn)品，智能化程度高。精度好，規(guī)格多樣。有利直觀教學(xué)和拓寬學(xué)生工業(yè)現(xiàn)場知識。為以后走上社會打好結(jié)實(shí)基礎(chǔ)。
（6）、安全度高，系統(tǒng)配有漏電保護(hù)，帶保護(hù)套的專用實(shí)驗(yàn)電源連線，及溫控箱防止無水加溫自動控制等，力求保護(hù)人身、設(shè)備安全。
（7）、開放度好，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生可觀察、可自己動手參與操作、可自行編程進(jìn)行驗(yàn)證、可根據(jù)記錄的實(shí)時(shí)曲線進(jìn)行理論分析等。
（8）鍋爐加熱程控保護(hù)系統(tǒng)
A、加熱電路加有保險(xiǎn)管進(jìn)行過載保護(hù)；
B、鍋爐加熱內(nèi)膽加由水位液位保護(hù)裝置，水位不達(dá)到一定的高度，控制系統(tǒng)不能控制可控硅調(diào)壓器工作。
（9）、電源保護(hù)措施
A、加有電流型漏電保護(hù)器，防止設(shè)備漏電短路造成的設(shè)備及人身傷害。
B、各控制電路加有保險(xiǎn)管，有效保護(hù)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(hù)裝置及安全性和安全承諾；
A、各種電源及各種儀表的可靠的保護(hù)功能
B、各種電源及各種儀表的強(qiáng)電采用開關(guān)控制，學(xué)生不自行接線，不存在強(qiáng)弱電混插的問題。
C、實(shí)驗(yàn)強(qiáng)電接線插頭采用封閉式結(jié)構(gòu)，防止觸電事故的發(fā)生。
三、技術(shù)參數(shù)與要求:
1、供電電源
單相交流電源：220VAC±10%、50Hz±5%、16A，系統(tǒng)必需接地良好。
2、實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有水源和進(jìn)排水口。進(jìn)排水口與設(shè)備間距離一般要求小于10米
3、系統(tǒng)儀表的輸入、輸出信號符合IEC標(biāo)準(zhǔn)
（1）變送器電流源信號：4-20mADC。
（2）儀表采樣：1-5V（250Ω）/0.2-1V（50Ω）
4、系統(tǒng)提供直流線性穩(wěn)壓電源（朝陽電源產(chǎn)品） 24VDC/1A。
四、系統(tǒng)配置
| 執(zhí) 行 機(jī) 構(gòu) | |||||
| 名稱 | 單位 | 數(shù)量 | 技術(shù)參數(shù) | 型號 | 產(chǎn)地 |
| 智能電動調(diào)節(jié)閥 | 只 | 1 | 電動調(diào)節(jié)閥是新一代超小型電子式一體化直行程電動調(diào)節(jié)閥。采用精小型電動執(zhí)行器伺服放大器，它以220V交流電源為驅(qū)動電源，輸入標(biāo)準(zhǔn)的4～20mADC控制信號，經(jīng)伺服放大器控制，使電機(jī)帶動減速器運(yùn)行而產(chǎn)生軸向推力，使閥芯移動，改變閥門的開度，達(dá)到對液位，流量等工藝參數(shù)的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)自動控制的目的。超小型直行程單座電動調(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)，國標(biāo)法蘭安裝，DC4～20mA電流信號控制，工稱通徑DN15。該調(diào)節(jié)閥為直行程氣動控制調(diào)節(jié)閥，具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動力大、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)送模擬信號控制閥門定位器，閥門定位器驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作，使用和校正都非常方便；進(jìn)口閥門定位器帶通信功能。電源為單相220V，控制信號為4～20mADC或1～5VDC，輸出為4～20mADC的閥位信號，使用和校正非常方便。 | XPSLP-16KDN20-10 | 杭州西也納 |
| 磁力泵 | 臺 | 1 | 本裝置采用磁力驅(qū)動是泵，流量為30升/分，揚(yáng)程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵,一只為二相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動。 |
上海西山MP-55R-220 上海西山MP-55R-380 |
上海 |
| 交流變頻控制 | 臺 | 1 |
1、交流變頻器電壓和功率范圍： 2、200-240 V，± 10%，單相交流，0.4KW； |
FR-D720S-0.4Kw-CHR | 三菱 |
| 單相可控硅裝置 | 套 | 1 |
1、輸入電壓為交流220V 50Hz，負(fù)載10A。 2、控制輸入信號為4-20mADC或0～5VDC可選。通過改變控制信號的輸入來控制強(qiáng)電的輸出，最終控制加熱管加熱。 3、移相角范圍 150°~0°。 |
DTY-220D25E | 杭州 |
| 加熱環(huán) | 只 | 1 | 功率：1800W，220VAC。 | 定制 | 上海頂邦 |
| PT100溫度變送器 | 只 | 5 | 兩線制，輸出4-20MA, 精度為0.5級 | 定制 | 上海頂邦 |
| 傳 感 變 送 器 | |||||||||
| 擴(kuò)散硅壓力（液位）變送器 | 只 | 5 | 4個(gè)液位變送器分別用來對四個(gè)水箱的液位進(jìn)行檢測，其量程為0～3Kpa，精度為0.5級。工作電壓為DC24v，G1/2″外螺紋。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)采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。一個(gè)用來測量壓力管道壓力。 | DB801 | 上海頂邦 | ||||
| 渦輪流量計(jì)及流量變送器 | 套 | 1 | 渦輪流量計(jì)分別用來對由電動調(diào)節(jié)閥控制的動力支路、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。 | LMGY-10 | 合肥福斯達(dá) | ||||
| 電磁流量計(jì)及變送器 | 套 | 1 | 由變頻器控制的動力支路及盤管出口處的流量進(jìn)行檢測, （1）量程：選0-800L/h；（2）輸出信號：4-20mADC；（3）精度：0.5級。結(jié)構(gòu)小巧精致,安裝方便,精度高。 | FMCLDE | 合肥福斯達(dá) | ||||
| 控 制 單元 | |||||||||
| DDC | 臺 | 1 |
配置：8017模塊8路模擬量輸入, 8024模塊4路模擬量輸出. DDC網(wǎng)絡(luò)控制實(shí)驗(yàn)要求 1、工程師站，可以操作網(wǎng)內(nèi)所有的設(shè)備，可以直接監(jiān)控和修改程序； 2、監(jiān)控中心，可以監(jiān)控網(wǎng)內(nèi)所有設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和生產(chǎn)數(shù)據(jù)； 3、操作員站，可以操作現(xiàn)場設(shè)備，支持所有帶網(wǎng)口的觸摸屏； 4、客戶端，網(wǎng)內(nèi)的所有客戶端都可以訪問監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)。） |
8017,8024 | 北京集知達(dá) | ||||
| PLC-200SMART | 臺 | 1 | SMARTPLCSR20AC/DC/RLY，繼電器型,12輸入/8輸出，EM AM06，4入2出模擬量。 | PLC-200SMART | 臺 | ||||
| 智能儀表控制 | 臺 | 1 |
C3900作為過程控制器）系列產(chǎn)品之一，是一款可編程的多回路過程控制器。 C3900過程控制器（程序控制器）內(nèi)部包含4個(gè)單回路PID控制模塊、3個(gè)程序控制模塊、6個(gè)ON/OFF控制模塊、RLZ溫度專用算法，可實(shí)現(xiàn)單回路控制、多回路控制，每個(gè)回路除可以作為普通的PID回路外還可以結(jié)合運(yùn)算功能，設(shè)置成三沖量、串級、比率、分程、自動選擇、非線性控制、位式控制及用戶定制等多種復(fù)雜的控制方案，其控制輸出信號可以通過繼電器觸點(diǎn)、直流電流模擬信號輸出給執(zhí)行器。 主要特點(diǎn) ■ 強(qiáng)大的控制功能（串級、比值、前饋、分程、程序等控制方案） ■ 二次上電后即刻運(yùn)行，無需等待 ■ 32MB內(nèi)存 ■ *大支持2GB容量CF卡，兼容性強(qiáng) ■ 全中文位號輸入 ■ RLZ溫度專用控制算法 ■ 運(yùn)算編程簡便直觀 ■ 具有數(shù)據(jù)自動轉(zhuǎn)存功能 ■ 中/英文操作組態(tài)畫面 ■ 自定義標(biāo)簽添加 ■ 段設(shè)置為工程量 ■ 組態(tài)操作簡單易用 ■ 強(qiáng)大易用的上位機(jī)組態(tài)軟件 ■ 支持MODBUS協(xié)議 ■ 優(yōu)化設(shè)計(jì)的PID、ON/OFF控制組態(tài)菜單，組態(tài)更靈活；增加了上等選項(xiàng)，適用面更廣。 ■ 單個(gè)程序同步控制多個(gè)回路 ■ 多個(gè)程序同時(shí)控制多個(gè)回路 ■ 可以為專用行業(yè)定制流程圖畫面和功能。方便形成專用儀表。如減溫減壓裝置控制界面定制。 ■ 程序控制組態(tài)增加了程序段模擬運(yùn)行功能，支持快進(jìn)、全段瀏覽等功能，更加直觀和方便。并支持多種工藝的導(dǎo)入和在線修改編輯。 ■ 極其豐富的表達(dá)式編輯功能方便實(shí)現(xiàn)對儀表內(nèi)部信號的各種算術(shù)和邏輯運(yùn)算 。 |
C3900 | 浙大中控 | ||||
| 其 它 設(shè) 備 | ||||||
| 實(shí)驗(yàn)用淡藍(lán)色透明有機(jī)玻璃水箱 | 只 | 4 |
1、采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃由幾部分組成，工作槽需要穩(wěn)定； 2、水箱底部均接有擴(kuò)散硅壓力變送器，對水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測和變送。水箱上部全部帶開口，方便清洗。上水箱半徑：11cm，高度30cm；下水箱半徑:12.5cm，高度30cm。 |
DBCD-1 | 上海頂邦 | |
| 不銹鋼溫控實(shí)驗(yàn)箱 | 只 | 1 | 由加熱箱、加熱環(huán)、Pt100、溫度變送器組成，加熱箱內(nèi)無水?dāng)嚯姳Ｗo(hù)裝置，也防止溫度干燒。 | DBCD-2 | 上海頂邦 | |
| 不銹鋼儲水箱 | 只 | 1 | 內(nèi)有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和不銹鋼過濾網(wǎng)，拆洗方便，采用1.5厚304不銹鋼板制成，容量為150L以上,儲水箱內(nèi)部有過濾網(wǎng)罩，如果要清洗水箱內(nèi)部的污垢可以把過濾網(wǎng)罩卸下來，以防雜物進(jìn)入水泵和管道。水箱的上部和底部裝須有注水不銹鋼閥門和不銹鋼排水閥門，方便實(shí)驗(yàn)用水的更換。 | DBCD-3 | 上海頂邦 | |
| 電磁閥 | 套 | 1 | 電磁閥安裝在電動調(diào)節(jié)閥的旁路，電磁閥工作壓力：最小壓力為0kg/cm2，最大壓力為10kg/cm2；工作溫度：－5～60℃。工作電壓交流220v。 | 2W系列 | 溫州德力西 | |
| 接觸器 | 只 | 2 | 220V交流接觸器 | CJX2-09 | 正泰 | |
| 盤管 | 只 | 1 | 模擬工業(yè)現(xiàn)場的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，在盤管上有三個(gè)不同的溫度檢測點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過程中可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測點(diǎn)。盤管的長度為20米，直徑為DN15.盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽。 | DBCD-4 | 上海頂邦 | |
| 閥門 | 只 | 15 | 整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，其中儲水箱底部裝有出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把出水閥打開將水直接排出。 | DN15 | 永德信不銹鋼球閥 | |
| 實(shí)驗(yàn)對象：不銹鋼支架 | 套 | 1 |
1、304不銹鋼管焊接而成； 2、尺寸：1.8×0.8×1.8（m），承重250kg，結(jié)構(gòu)為全不銹鋼焊接框架結(jié)構(gòu)。1800mm（高）×2000mm（長）×800mm（寬）；采用全開放式設(shè)計(jì)，美觀大方，操作維護(hù)方便。 |
DBCD-5 | 上海頂邦 | |
| 鍋爐 | 套 | 1 | 需有1800w二相電加熱管加熱的常壓加熱爐，容量為1升。包括加熱層（鍋爐內(nèi)膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由304不銹鋼精制而成，主要完成相關(guān)的溫度實(shí)驗(yàn)。做溫度實(shí)驗(yàn)時(shí)，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實(shí)驗(yàn)�？刂凭仍谡`差5%以內(nèi)。 | DBCD-6 | 上海頂邦 | |
| 控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺 | 套 | 1 |
實(shí)訓(xùn)操作臺架：外型尺寸為1730mm×730mm×1650mm（長*寬*高），實(shí)訓(xùn)操作臺架為鐵質(zhì)雙層亞光密紋噴塑結(jié)構(gòu)，操作面具有防火、防水、耐磨高密度板, 尺寸為于1730×380mm（長*寬），結(jié)構(gòu)堅(jiān)固；臺架下半部設(shè)有兩個(gè)大抽屜、柜門。操作面中不低于1250mm×300mm（長*寬）面積用于安裝電源控制屏。臺架底部設(shè)有4—6個(gè)萬向輪。 （3）提供執(zhí)行機(jī)構(gòu)及I/O信號接口面板：所有信號采用國際標(biāo)準(zhǔn)的IEC信號。 |
DBCD-7 | 上海頂邦 | |
| 軟 件 系 統(tǒng) | ||||
| MCGS組態(tài)軟件 | 只 | 1 | MCGS 通用版 | 昆侖通態(tài) |
| DDC系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)軟件 | 套 | 1 | RemoDAQ-8000 Utility | 北京集智達(dá) |
| PLC編程軟件 | 套 | 1 | PLC的編程環(huán)境軟件，通過通訊電纜線使PLC與計(jì)算機(jī)使用本軟件建立通訊關(guān)系后，使用本軟件可以對PLC的所有功能進(jìn)行編程，對編寫好的程序進(jìn)行下裝，對已運(yùn)行程序進(jìn)行在線編程或監(jiān)控等。 | 西門子 |
| 儀表控制軟件 | 套 | 1 | ||
五、控制實(shí)驗(yàn)
（一）過程控制系統(tǒng)組成認(rèn)識實(shí)驗(yàn)
過程控制及檢測裝置硬件結(jié)構(gòu)組成認(rèn)識、控制方案組成與控制系統(tǒng)連接。
傳感器的校正(零點(diǎn)遷移與量程調(diào)整)。
智能調(diào)節(jié)儀表、智能變送儀表的操作及參數(shù)設(shè)定。
（二）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、壓力特性實(shí)驗(yàn)
8、純滯后對象的特性測試
9、四容水箱液位的特性測試與多變量控制實(shí)驗(yàn)
（三）單回路控制實(shí)驗(yàn)
1、電動調(diào)節(jié)閥支路單容液位控制實(shí)驗(yàn)
2、變頻器支路單容液位控制實(shí)驗(yàn)
3、上水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)
4、上下水箱雙容液位控制實(shí)驗(yàn)
5、四容液位控制實(shí)驗(yàn)
6、電動調(diào)節(jié)閥支路流量控制實(shí)驗(yàn)
7、變頻器支路流量控制實(shí)驗(yàn)
8、鍋爐內(nèi)膽溫度控制實(shí)驗(yàn)
9、鍋爐內(nèi)膽溫度位式控制
（四）串級控制實(shí)驗(yàn)
1、上水箱雙容串級控制實(shí)驗(yàn)
2、上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實(shí)驗(yàn)
3、上水箱液位與變頻器支路流量串級控制實(shí)驗(yàn)
比值控制實(shí)驗(yàn)
1、單閉環(huán)比值流量控制實(shí)驗(yàn)
2、隨動流量比值控制實(shí)驗(yàn)
（五）解耦控制實(shí)驗(yàn)
1、下部兩水箱液位的多回路控制
2、下部水箱液位的前饋反饋控制
3、四容水箱液位的解耦控制
（六）多變量控制實(shí)驗(yàn)
1、四容水箱控制實(shí)驗(yàn)
（七）滯后控制實(shí)驗(yàn)
1、純滯后對象出口溫度的SMITH補(bǔ)償控制
2、純滯后對象出口溫度的內(nèi)�？刂�
四容水箱流程組態(tài)截圖控制界面圖
液位解耦控制實(shí)驗(yàn)歷史曲線
純滯后實(shí)驗(yàn)組態(tài)截圖
純滯后溫度歷史曲線