SBDQ-CG22四容水箱過程控制綜合實驗裝置
一、概述：
四容水箱過程控制綜合實驗裝置、過程控制綜合實驗平臺（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)實驗設(shè)備，過程控制綜合實驗裝置選用智能化的工業(yè)用儀器儀表，接近工業(yè)實際，使用安全，運(yùn)行穩(wěn)定，維護(hù)簡單，性價比優(yōu)越。四容水箱過程控制綜合實驗裝置集合多種控制方式，再現(xiàn)實際工業(yè)現(xiàn)場使用的控制手段，采用聲光報警系統(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驗裝置可滿足“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(jī)”及相關(guān)課程的教學(xué)實驗需求；
(2)、四容水箱多變量系統(tǒng)；借助該多變量對象，能實現(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間的可視純滯后對象；最長的純滯后時間可 達(dá) 10 min 以上，借助該純滯后對象，能實現(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 組成（主管路），由電動調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)流量，電磁流量計檢測流量；另 一路由變頻器、磁力泵、渦輪流量計組成（副管路），由變頻器調(diào)節(jié) 流量，渦輪流量計檢測流量。
2.四容水箱液位多變量子系統(tǒng)：由四個有機(jī)玻璃水箱組成，每個水箱 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 何一個水箱。
3.加熱水箱-純滯后水箱溫度子系統(tǒng)：由一個加熱水箱和一個溫度純 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 Pt100 熱電阻檢測儀表。
二、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)與特點：
1、外形結(jié)構(gòu)：
(參考圖)
2、設(shè)備特點：
（1）分體式設(shè)計，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）實驗柜完全敞開設(shè)計，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，配有儲水箱，進(jìn)排水自控裝置，減輕實驗人員勞動強(qiáng)度。為實驗文明操作提供條件。
（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)套的專用實驗電源連線，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)行驗證、可根據(jù)記錄的實時曲線進(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管，有效保護(hù)器件因過載造成損壞。
（10）電源啟?？刂品绞剑徊捎脝⑼０粹o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、實驗強(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、實驗室應(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
五、控制實驗
（一）過程控制系統(tǒng)組成認(rèn)識實驗
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）特性實驗
1、水箱單容特性實驗
2、水箱雙容特性實驗
3、上下水箱雙容特性實驗
4、電動閥流量特性實驗
5、變頻器流量特性實驗
6、溫度特性實驗
7、壓力特性實驗
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驗
（三）單回路控制實驗
1、電動調(diào)節(jié)閥支路單容液位控制實驗
2、變頻器支路單容液位控制實驗
3、上水箱雙容液位控制實驗
4、上下水箱雙容液位控制實驗
5、四容液位控制實驗
6、電動調(diào)節(jié)閥支路流量控制實驗
7、變頻器支路流量控制實驗
8、鍋爐內(nèi)膽溫度控制實驗
9、鍋爐內(nèi)膽溫度位式控制
（四）串級控制實驗
1、上水箱雙容串級控制實驗
2、上水箱液位與電動閥支路流量串級控制實驗
3、上水箱液位與變頻器支路流量串級控制實驗
比值控制實驗
1、單閉環(huán)比值流量控制實驗
2、隨動流量比值控制實驗
（五）解耦控制實驗
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）多變量控制實驗
1、四容水箱控制實驗
（七）滯后控制實驗
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?/span>
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。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 |
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 |
傳 感 變 送 器 |
擴(kuò)散硅壓力（液位）變送器 | 只 | 5 | 4個液位變送器分別用來對四個水箱的液位進(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，同時采用信號隔離技術(shù)，對傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。一個用來測量壓力管道壓力。 | SB801 | 上海 |
渦輪流量計及流量變送器 | 套 | 1 | 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、采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時需提供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)控制實驗要求
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個單回路PID控制模塊、3個程序控制模塊、6個ON/OFF控制模塊、RLZ溫度專用算法，可實現(xiàn)單回路控制、多回路控制，每個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、直流電流模擬信號輸出給執(zhí)行器。
主要特點
■ 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MOSBUS協(xié)議
■ 優(yōu)化設(shè)計的PID、ON/OFF控制組態(tài)菜單，組態(tài)更靈活；增加了上等選項，適用面更廣。
■ 單個程序同步控制多個回路
■ 多個程序同時控制多個回路
■ 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 |
其 它 設(shè) 備 |
實驗用淡藍(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。 | SBCD-1 | 上海 |
不銹鋼溫控實驗箱 | 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。 | SBCD-2 | 上海 |
不銹鋼儲水箱 | 只 | 1 | 內(nèi)有獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計和不銹鋼過濾網(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，方便實驗用水的更換。 | SBCD-3 | 上海 |
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。 | SBCD-4 | 上海 |
閥門 | 只 | 15 | 整個系統(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，把出水閥打開將水直接排出。 | DN15 | 永德信不銹鋼球閥 |
實驗對象：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，美觀大方，操作維護(hù)方便。 | SBCD-5 | 上海 |
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)的溫度實驗。做溫度實驗時，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，解耦控制等實驗?？刂凭仍谡`差5%以內(nèi)。 | SBCD-6 | 上海 |
控制系統(tǒng)實驗平臺 | 套 | 1 | 實訓(xùn)操作臺架：外型尺寸為1730mm×730mm×1650mm（長*寬*高），實訓(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)堅固；臺架下半部設(shè)有兩個大抽屜、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。 | SBCD-7 | 上海 |
軟 件 系 統(tǒng) |
MCGS組態(tài)軟件 | 只 | 1 | MCGS 通用版 | 昆侖通態(tài) |
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DDC系統(tǒng)實驗軟件 | 套 | 1 | RemoDAQ-8000 Utility | 北京集智達(dá) |
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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 |
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儀表控制軟件 | 套 | 1 |
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