過程控制及自動化儀表實驗設(shè)備

一、概述

過程控制及自動化儀表實驗設(shè)備是我公司根據(jù)自動化專業(yè)及其相關(guān)專業(yè)教學的特點，吸收了國內(nèi)外同類實驗設(shè)備的特點和長處，經(jīng)過精心設(shè)計、多次實驗和反復論證，研發(fā)的一套全新的實驗設(shè)備。它采用多種常用的控制方式和理論，除了常見的PID算法及其改進算法外，還增加了模糊控制、人工神經(jīng)元控制等國內(nèi)外先進的控制策略。此外，本設(shè)備還嵌入了國際上流行的MATLAB（數(shù)學軟件）軟件平臺，使老師和學生能輕松方便地進行算法編制。

本設(shè)備可滿足《自動控制理論》、《過程控制》、《自動化儀表》以及《傳感器檢測與轉(zhuǎn)換技術(shù)》等課程的實驗教學，除了能滿足本、?？茖W生不同層次的實驗教學要求，還能為研究生、相關(guān)專業(yè)老師和工程技術(shù)人員進行復雜控制系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)等方面的研究，提供了實驗對象和實現(xiàn)的途徑。

二、設(shè)備特點

1.本設(shè)備的各種功能均綜合在一個實驗臺上，采用積木式結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊、造型美觀大方、便于運輸及實驗室的多臺布局。

2.對象小型化、適應性強、綜合性強，控制對象模型由不銹鋼和有機玻璃水箱組成，實驗水箱在屏右邊能清楚看見，管道流程直觀、清晰。

3.參數(shù)全面，涵蓋了液位、流量、壓力、溫度四大典型過程控制參數(shù)。

4.小型（小功率）執(zhí)行元件，它們是二個磁力驅(qū)動泵和一個電加熱器，使整體結(jié)構(gòu)更為緊湊、小型化。

5.系統(tǒng)控制方式多樣性

主要有位式控制、連續(xù)控制、模擬PID控制、智能儀表控制、PLC控制、單片機控制、計算機控制、兩套磁力泵交流變頻調(diào)速控制和單相移相調(diào)壓控制等，并可組成不同的控制方式。

6.安全保護齊全

設(shè)有電壓型漏電保護器和電流型漏電保護器各一組；強電連接線及插座均采用全封閉結(jié)構(gòu)，使用安全、可靠、防觸電；強、弱電連接及插座分開，不會混插，避免錯接線而損壞設(shè)備。

三、系統(tǒng)組成

本設(shè)備集多參數(shù)控制為一體，由過程控制對象、傳感器、變送器、調(diào)節(jié)器、執(zhí)行器、顯示器和計算機（用戶自配）等組成。

1.控制對象的模型由上、中、下三個水箱及一個儲水箱組成，上、中、下水箱由兩臺磁力泵供水。上、中兩個水箱各裝有一個擴散硅壓力變送器來檢測壓力和液位；下水箱是一個復合式水箱，其中內(nèi)筒不銹鋼水箱中裝有500W電加熱器和PT100溫度傳感器。主管道上裝有小型渦輪流量計（定做）、小型閥門和兩臺磁力驅(qū)動泵。水箱中的水位、壓力、水溫以及供水的流量都可以用于構(gòu)成控制系統(tǒng)的被控參量。兩臺磁力泵中的任一臺都可作為調(diào)節(jié)通道或干擾通道，模擬現(xiàn)場產(chǎn)生的干擾信號，以驗證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性能。

2.實驗掛箱

本設(shè)備共提供九個實驗掛箱，分別是GK02傳感器輸出與顯示；GK03單片機控制；GK04模擬PID實驗掛箱（配兩個）；GK05位式、連續(xù)控制掛箱；GK-06面板流程圖；GK07交流變頻器（日本三菱）掛箱（配兩個）；GK08PLC控制器（西門子S7－200）掛箱。

3.PC/PPI專用編程電纜線

4.RS232/485通訊轉(zhuǎn)換器

5.豪華型電腦桌

6.計算機（用戶自備）

7.上位機軟件

PLC編程環(huán)境軟件為STEP7-Micro/WIN32，它可以對S7-200的所有功能進行編程。上位機具有二種監(jiān)控軟件：

(1)MCGS工控組態(tài)軟件(DEMO版)：利用PC/PPI電纜線組成PLC與MCGS工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，以及利用RS232/485轉(zhuǎn)換器組成智能調(diào)節(jié)儀與MCGS工控組態(tài)軟件監(jiān)控系統(tǒng)，可實現(xiàn)對被控對象過渡過程的數(shù)據(jù)采集和存儲，數(shù)據(jù)曲線的動態(tài)顯示和監(jiān)控。MCGS工控組態(tài)軟件還可以對控制對象的圖形任意組態(tài)，動態(tài)顯示，編制控制策略，輸出實時曲線、歷史曲線、實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)，打印工程報表，操作菜單設(shè)計等一系列強大的功能。

(2)單片機數(shù)據(jù)采集與算法控制軟件：利用RS232通信接口，配合單片機控制與計算機算法控制軟件，實現(xiàn)各種數(shù)字式PID運算控制和各種先進的智能控制，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)實時采集作圖。而且可使用MATLAB數(shù)學軟件編制各種新型的、先進的控制算法。另外單片機還可作為獨立的控制器對系統(tǒng)進行控制。

四、技術(shù)指標

1.供電電源：單相三線220V±10%50Hz

2.整機最大功耗：＜1kVA

3.整機尺寸：172cm×73cm×160cm

五、基本實驗項目

1.實驗設(shè)備的基本操作與儀表調(diào)試

2.壓力變送器的零點遷移和性能測試實驗

3.單容自衡水箱的對象特性測試實驗

4.雙容自衡水箱的對象特性測試實驗

5.溫度位式控制實驗

6.溫度連續(xù)控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

7.智能儀表控制實驗

8.單容水箱液位PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

9.雙容水箱液位PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

10.流量定值控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

11.單容水箱壓力PID控制實驗（單片機控制、智能儀表控制、PLC控制和模擬PID控制，共有四種模式）

12.單回路控制系統(tǒng)的質(zhì)量研究

13.串級控制系統(tǒng)連接實驗

14.液位串級控制實驗

15.計算機控制系統(tǒng)

16.單片機控制系統(tǒng)

17.單容自衡水箱的對象特性測試實驗

18.雙容自衡水箱的對象特性測試實驗

19.單容液位控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

20.雙容液位控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

21.流量定值控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

22.溫度位式控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

23.溫度連續(xù)控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

24.PLC上下水箱液位串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

25.液位流量串級控制實驗——利用PC/PPI通訊電纜、MCGS組態(tài)軟件（DEMO版）

26.基于MATLAB的單回路PID控制實驗

27.基于MATLAB的串級PID控制實驗

熱工自動化過程控制實驗設(shè)備

一、系統(tǒng)組成

實驗設(shè)備對象系統(tǒng)包含有：不銹鋼儲水箱；上水箱為有機玻璃圓筒型水箱；下水箱為不銹鋼鍋爐汽包；三相4.5kW電加熱鍋爐（由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成）和鋁塑盤管組成。

系統(tǒng)動力系統(tǒng)有三套：一套由三相（380V交流）不銹鋼磁力驅(qū)動泵、電動調(diào)節(jié)閥、電磁閥、渦輪流量計等組成；一套由三相不銹鋼磁力驅(qū)動泵（220V變頻）；另一套由三相不銹鋼磁力驅(qū)動泵（220V變頻）、渦輪流量計等組成。

整套對象系統(tǒng)完全由不銹鋼材料制造，包括對象框架、管道、底板，甚至小到每一顆緊固螺釘。

對象系統(tǒng)中的各類檢測變送及執(zhí)行設(shè)備

擴散硅壓力變送器兩只：分別檢測上水箱、鍋爐汽包液位

渦輪流量計三只：分別檢測兩條動力支路及盤管出水口的流量

Pt100熱電阻溫度傳感器六只：分別用來檢測鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（三只）及上水箱出水口水溫

執(zhí)行器：包含電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥各一個

三相380V不銹鋼磁力驅(qū)動泵、三相220V不銹鋼磁力驅(qū)動泵（2臺）以及三相電加熱管

二、主要特點

被調(diào)參數(shù)囊括了流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數(shù)

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

一個被調(diào)參數(shù)可用不同動力源、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

能進行多變量控制系統(tǒng)及特定過程控制系統(tǒng)實驗

能夠完成鍋爐汽包虛假水位特性實驗以及分段過熱控制系統(tǒng)實驗

三、技術(shù)性能

輸入電壓：三相五線制380V±10%  50Hz

工作環(huán)境：環(huán)境溫度-5℃～+40℃　相對濕度＜85%（25℃）　海拔＜4000m

四、實驗項目：

過程控制系統(tǒng)組成認識實驗

過程控制及檢測設(shè)備硬件結(jié)構(gòu)組成認識

傳感器的校正(零點遷移與量程調(diào)整)

單容水箱特性測試實驗

鍋爐汽包虛假水位特性測試

雙容水箱特性測試實驗

單回路控制系統(tǒng)實驗

單回路控制系統(tǒng)的實驗

上水箱（或下水箱）液位的定值控制實驗

雙容水箱液位的定值控制實驗

鍋爐內(nèi)膽靜態(tài)水溫的定值控制實驗

鍋爐內(nèi)膽動態(tài)水溫的定值控制實驗

鍋爐夾套水溫的定值控制實驗

電動閥支路流量的定值控制實驗

變頻調(diào)速磁力泵支路流量的定值控制實驗