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高级过程控制综合实验装置
[规格型号]: DB-CG14
[产品名称]: 高级过程控制综合实验装置
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产品介绍:
一、概述
DB-CG14高级过程控制实训装置能同时满足学校所开设的《传感器检测与转换技术》、《过程控制》、《自动化仪表》、《自动控制理论》、《计算机控制》、《DCS分布式控制》等课程实验的教学要求,通过上位机实现DCS分布式控制系统,能完成“自动控制理论”、“过程控制”、“自动化仪表”、“集散控制”、“计算机控制”等实验项目。集多领域、多学科技术于一体,体现实验装置的先进性、开放性和功能的多样化;该实验装置是基于工业过程物理模拟对象,集自动化仪表技术,计算机技术,通讯技术,自动控制技术,过程控制、DCS控制、现场总线为一体的多功能实验装置。系统包括流量、压力、温度、液位等热工参数,可实现系统参数辨识、单回路控制、串级控制、前馈控制、比值控制等多种控制形式。
二、技术指标
1、工作电源:三相五线 380V±10% 50Hz
2、整机容量:<5kVA
3、外形尺寸(组合后):对象:1600mm×800mm×2200mm
                        控制柜:800mm×600mm×1800mm
4、被调参数囊括流量、压力、液位、温度四大热工参数
5、执行器包含电动调节阀仪表类执行机构、变频器等电力拖动类执行器
6、系统除了能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
7、一个被调参数可用不同的动力源、不同的执行器和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
8、能进行多变量控制系统及特定的过程控制系统实验
9、控制器选用优稳DCS集散控制系统
三、基本配置
(一)整套系统分为:上位控制层系统,实验对象层,检测传感、变送、执行设备,上位控制软件四部分。系统特点:整套系统安放在可移动的试验台桌上,小巧且试验装置占地面积小。该过程控制教学实验装置包含对象系统(尺寸(约):长*宽*高=1.6m*0.8m*2.2m)。对象控制系统框架钢板厚度不小于2mm,玻璃门厚度不小于5mm。要求将控制对象上的各部件如水箱、电动调节阀、流量计、液位传感器及管道等按照实验的流程的要求,布置在一个1.6*0.8*2.2米高的立面上。在设备的三侧面均要求安装茶色透明玻璃门,顶部安装LED灯具照明,将整个实验装置封闭在内部,所有的部件均可以让实验者看到,既美观大方又防止灰尘进入内部装置,管道的布置合理且与实验原理图的在走向和相对位置上保持一致,使学生可以轻松理解实验的目的和过程。
1、上位控制层系统:(1)智能仪表控制模块;(2)PLC控制系统;(3)DDC控制系统;(4)DCS分布式控制系统。
2、实验对象层系统:
控制对象:由不锈钢框架安装、外置不锈钢储水箱、有机玻璃三容串接水箱、带夹套不锈钢常压锅炉容器、铝塑复合管路、不锈钢等组成。
3、标准不锈钢材料安装框架:标准PVC铝塑管安装有机玻璃三容串接水箱、带夹套不锈钢常压锅炉容器。安装底板铺设间隔铝合金可安装检测传感执行装置、管路等。
4、控制柜:控制系统均安装在控制柜里;
5、有机玻璃双容串接水箱:
有机玻璃双容串接水箱:由进口有机玻璃制作,上水箱、下水箱串接安装,每个水箱带溢流管及下排水管及阀门,压力液位传感器接口
6、带夹套的不锈钢常压加热锅炉容器:内胆Φ100×500(通动态被加热水),带单相1.5KW电加热管,夹套Φ150×400,内胆安装Pt100温度传感器;
7、系统动力:功率可调的不锈钢循环水泵:可组成不锈钢泵+电动调节阀+涡轮流量计的动力流量调节系统,也可组成不锈钢泵+变频器+涡轮流量计的动力流量调节系统。单相可控硅移相调压装置、单相电加热管组成锅炉加热动力系统。
检测传感器、执行机构:
流量传感器:涡轮流量计+流量变送仪。
液位传感器:扩散硅液位传感器三个,分别用于检测上中下三个水箱的液位。
温度传感器:Pt100热电阻传感器6个,Pt100热电阻温度变送器6个。用于检测锅炉、夹套、纯滞后装置多点测温。
变频调速器:变频调速器一个。用于调节变频动力支路的供水压力及流量。
  动调节阀:全不锈钢电动调节阀一个。用于调节电动调节阀动力支路的供水压力及流量。
8、采用控制对象与电气部分分开的结构,过程控制对象与各控制系统之间接口全部做成端子排,让学生做实验时将所需控制器与对象进行自行连接。
(二)DB-CG14系列上位过程控制系统
1、DB-CG14上位控制操作/实验面板
DB-CG14上位控制操作/实验台同实验对象装置一体制作安装。上位上位控制操作/实验台安装在铝合金实验台桌上方。
2、DB-CG14上位控制操作/实验面板
上位控制操作/实验面板:钢制喷塑结构。
强电控制面板:三相四线~380V、单相~220V电源,总电源由三相四线空气开关控制,电网电压由指针式交流电压表监示。设有漏电保护空气开关,安全性符合国际标准。可关闭接入网关的设备电源;可启动接入网关的所有设备电源;可关闭接入网关的所有设备电源;可按用户的设定时间工作;可以在线查询控制节点的工作状态;具有记录查询,可查看启动、关闭时间功能;设备使用数据
可导出;具有可监测设备的报警状态等功能。
设备终端:
(1)宽输入电压:85~264VAC/100~400VDC;3000VAC 高安全隔离;工业级别设计;符合IEC60950、UL60950 和 EN60950 标准。
(2)采用微控制器设计实现。
(3)模拟交流电压信号输入三相电压输入2组(如:1)电网电压,设备输出电压或者2)200V输出电压,调压器电压),输入范围0~500V,频率45/60Hz。
(4)模拟交流电流信号输入电流输入3通道2组(如:1)设备输出电流或者2)200V输出电流),输入范围0~10A,频率45/60Hz。
(5)具有过压硬件检测报警功能,2组通道过压值可上位机独立设置。
(6)具有过流硬件检测报警功能,2组通道过流值可上位机独立设置。
(7)继电器输出2通道,每通道具有常开常闭通道1组,切换电流8A,开关使用次数达40000个行程以上。
(8)具有磁隔离RS485通信接口1个,支持Modbus-RTU主机模式用于监测设备仪表参数。
(9)具有漏电压监测功能,可检测实验设备漏电并切断电源产生报警信号,投标时提供实物图片及原理说明。要求具有三相可控硅移相调压装置:通过标准4~20mA电流信号控制。
漏电压监测功能系统图
3、直流数字电压表
电压:0-500V(500mV-5V-50V-500V-锁定),满量程不低于5万字,有手动、自动量程,工业级柜装,采用专用插接短接连接,方便维修,精度:不低于0.2 级,带 4-20mA 电流输出口,继电器报警输出口,支持工业标准通信网络接口及协议。
4、直流数字电流表
电流:0-2A(2mA-20mA-200mA-2A-锁定),有手动、自动量程,工业级柜装,采用专用插接短接连接,方便维修,精度:不低于0.2 级,带 4-20mA 电流输出口,继电器报警输出口,支持工业标准通信网络接口及协议。
5、控制器面板:变频控制器面板、智能仪表控制面板。
6、信号接口面板:控制对象中的仪表信号和电气信号转移到信号接线板上,提供AI、AO、DO等传感器检测及执行器控制信号接口,便于学生自己连线组成不同的控制系统。实验者通过安全型接插式导线将实验板与信号板之间进行不同的配线,以完成过程控制各类实验。
四、DB-CG14上位过程控制系统基型配置
(一)优稳DCS控制系统(控制系统一)
 

产品与描述 单位 数量 型号
控制模件 1 UW5101
双重化冗余控制模件配套端子座 1 UW5172
16路模拟量混合输入输出模件 1 UW5231
模拟量输入模块 12 UW5261
模拟量输出模块 4 UW5266
模拟量输入输出端子座 1 UW5271
系统电源模件 1 UW5411
双重化冗余电源模件配套端子座(28路) 1 UW5472
8路以太网交换冗余模件 1 UW5136
通用交换机端子座 1 UW5137t
直流配电经济型单电源组件(350W,32路,含8路2A保险) 1 UW5484
双电源切换与交流配电组件 1 UW5485
模件通讯连接电缆(0.6m) 1 UW5531
通信电缆(2.5m) 2 UW5536
控制工程应用软件平台V3.0(500点) 1 UW5610
 
控制系统特点:
1、采用全系统冗余设计,控制、网络、电源、I/O、操作全部实现冗余功能。其中控制模件、电源模件、I/O模件采用硬表决冗余技术,有高的安全性和可靠性能以及零切换时间。系统网络、控制网络都是双网同时运行。系统网络采用无服务器对等网结构,操作站、工程师站可以互为备用,根据不同授权的登录用户,自动匹配相应的操作界面。I/O模件有灵活的冗余配置方案。
2、系统采用最新的软件技术,操作画面可以容易的通过WEB服务器发布,任何智能设备(PC、手机等)通过内部网络,并且经过合法授权就可以访问查看DCS操作页面。
(二)S7-1500 PLC控制系统(控制系统二)
系统配有西门子1511CPU,6ES71511CK01,紧凑型CPU、中央处理器模组,6ES7511-1CK00-0AB0可编程控制器、主机模块。CPU 1511C-1 PN:集成16点数字量输入,可在控制器上直接记录来自设备的24 V DC 信号;集成16点数字量输出、可以切换24V DC 电压,从而将内部信号从控制器传送到设备;CPU 1511C-1 PN具有5点模拟量输入,2路模拟量输出,可以记录压力或温度等模拟过程信号;带DP及以太网接口,配套相关软件,DP网络:满足DP通信标准,配置4路以上数字量输入输出模块及模拟量输入输出模块,配全相关辅助模块,完成多种实验教学。
(三)智能仪表控制系统(AI智能调节仪)(控制系统三)
仪表控制系统核心为带通信功能的各种仪表,仪表内集成了各种算法,根据现场情况整定仪表控制算法的各种参数,达到控制效果。同时带通讯功能的仪表与上位计算机的软件平台通讯。仪表各种参数和过程值进入软件平台(一般为工控组态软件)的数据库,再加上组态的流程画面和操作界面,可以方便在上位计算机整定参数,对过程值进行记录分析。
本系统实验装置采用上海万讯仪表有限公司的AI系列智能调节仪(自带RS485通讯接口),其主要特点有:
● AI系列仪表操作方便、通俗易学,且不同功能档次相互兼容。
● 具有国际上同类仪表的几乎所有功能,通用性强、技术成熟可靠。
● 全球通用的85~246VAC范围开关电源或者24VDC电源供电,并具备多种外形尺寸。
● 输入采用数字校正系统,内置常用热电偶和热电阻非线性校正表格,测量精确稳定。
● 采用先进的AI人工智能调节算法,无超调,具备自整定(AT)功能。
● 采用先进的模块化结构,提供丰富的输出规格,能满足各种应用场合的需要。
● 通过ISO9002质量认证,品质可靠。具备符合要求的抗干扰性能。
本装置共3台调节器。其中2台型号是AI-818、1台型号是AI-708。
1、技术规格
热电偶:K、S、R、E、J、T、B、N
热电阻:Cu50、Pt100
线性电压:0-5V、1-5V、0-1V、0-100mV、0-20mV等
线性电流(需外接分流电阻):0-10mA、0-20mA、4-20mA等
2、测量范围
K(-50+1300℃)、s(-50-1700℃)、R(-50-+1650℃)、T(-200-+550℃)
E(0-800℃)、J(0-1000℃)、B(0-1800℃)、N(0-1300℃)
Cu50(-50-+150℃)、Pt100(-200-+600℃)
3、测量精度
0.2级(热电阻、线性电压、线性电流及热电偶输入且采用铜电阻补偿或冰点补偿冷端时)
0.2%FS±2.0℃(热电偶输入且采用仪表内部元件测温补偿冷端时)
反馈输入:4~20mA(控制输出为线性电流)0~5V(控制输出为on/off开关型)
4、响应时间
≤0.5秒(设置数字滤波参数dL=0时)
注:仪表对B分度号热电偶在0—600℃范围时可以进行测量,但测量精度无法达到0.2级,在600-1800℃范围可保证0.2级测量精度。
位式调节方式(回差可调)
5、AI人工智能调节,包含模糊逻辑PID调节及参数自整定功能的先进控制算法。
6、输出规格(模块化)
继电器触点开关输出(常开+常闭):250VAC/1A或30VDC/1A
可控硅无触点开关输出(常开或常闭):100-240VAC/0.2A(持续),2A(20mS瞬时,重复周期大于5S)
SSR电压输出:12VDC/30mA(用于驱动SSR固态继电器)
可控硅触发输出:可触发5-500A的双向可控硅、2个单向可控硅反并联连接或可控硅功率模块
线性电流输出:0-10 mA可4-20 mA可定义(安装X模块时输出电压≥10.5V;X4模块输出电压≥7V)
7、报警功能
上限、下限、正偏差、负偏差等4种方式,最多可输出3路,有上电免除报警选择功能。
8、手动功能
自动/手动双向无扰动切换(仅A1-808/808P系列具备此功能)
9、电源:100-240VAC,-15%,+10%50-60HZ;电源消耗:≤5W
参数设定操作:旋转键(按两秒后进入参数设置);←(数据位移、兼手动/自动切换及程序设置);↑(数据增加键、兼程序停止操作);↓(数据减少键、兼程序运行、暂停操作)。
10、提供2个数字显示窗,直观显示测量数据及设置数据等。
11、数据采集模块:8路A/D ICP-8017;4路D/A ICP-7024;RS232/485转换器
(四)DDC控制系统(控制系统四)
DDC控制系统一般有两种形式,一种采用外部数据采集模块的形式,其核心为带RS485通讯的数据采集模块和计算机算法软件;另一种采用工控机和ISA或PCI插槽的数据采集板卡。外部数据采集模块由于安装方便,同时就地安装时采用通讯方式向计算机送数据不存在信号衰减,因此本产品采用第一种方式的应用,数据采集为8路A/D,4路D/A。用户可根据自己学校的实际情况选用第二种方式的应用(例如研华A/D、D/A、采样板卡);
在控制台直接装有数据采集模块,同时利用工控软件中强大的算法组态功能,便捷的组建一个带人机界面的DDC控制系统。在DDC系统中提供开放的算法软件供实验和算法编程参考,方便实验教学和工程人才培养;提供RS485接口、基础级源程序、组态。
(五)供电变频器
采用西门子 V20 变频器,输出功率 0.37KW。集成 RS485 通信接口,自带操作面板;无需调试软件,通过简单参数设定即可实现预定功能。内置常见的连接宏与应用宏,简化操作。具有线性 V/F 控制、平方 V/F,可编程多点设定v/f 控制,磁通电流控制(FCC)等多种控制模式。集成数字量输入 4 个,模拟量输入 2 个,模拟量输出 1 个,数字量输出 2 个;具有过电压、欠电压保护,变频器、电机过温保护,接地故障保护,短路保护等保护功能。三相380V变频原理资源包:
1、按照工业级标准设计,控制器采用DSP+ ARM的结构,可以完成三相有源并网、谐波补偿等实验,实验由 C 语言完成,学生通过对该系统所设计实验的学习,可以对 DSP 硬件结构原理和 CCS 软件编程(C 语言)有一个比较深入的了解。另外预留的接口可便于用户开发设计其他的实验。
2、所有硬件的资源都集中在一个实验开发平台上,包括 DSP 控制电路、PWM 功率电路、电流、电压采样电路、通信电路、三相有源逆变功率电路、滤波电路、4.3 寸彩色触摸屏等。
3、控制程序开放:作为实验开发平台,充分考虑控制程序的核心算法的开放。根据提供的系统程序标准接口协议,用户可以自行编写各种控制算法,来嵌套到提供的系统程序中,以验证所编写程序的有效性和先进性。
4、提供设备配套的SCH、DSP 程序用于教学研究,投标时提供图片及介绍等。
(六)系统软件
MCGS(Monitor and Control Generated System)是一套基于Windows平台的,用于快速构造和生成上位机监控系统的组态软件系统,可运行于Microsoft Windows95/98/NT/2000等操作系统。
MCGS5.5为用户提供了解决实际工程问题的完整方案和开发平台,能够完成现场数据采集、实时和历史数据处理、报警和安全机制、流程控制、动画显示、趋势曲线和报表输出以及企业监控网络等功能。
使用MCGS5.5,用户无须具备计算机编程的知识,就可以在短时间内轻而易举地完成一个运行稳定,功能成熟,维护量小且具备专业水准的计算机监控系统的开发工作。
MCGS5.5具有操作简便、可视性好、可维护性强、高性能、高可靠性等突出特点,已成功应用于石油化工、能源原材料、农业自动化、航空航天等领域,经过各种现场的长期实际运行,系统稳定可靠。
与国内外同类产品相比,MCGS5.5组态软件具有如下特点:
 全中文、可视化、面向窗口的组态开发界面,符合中国人的使用习惯和要求,真正的32位程序,支持多任务、多线程,可运行于Microsoft Windows 95/98/NT/2000等操作系统。
 庞大的标准图形库、完备的绘图工具集以及丰富的多媒体支持,让您能够快速地开发出集图像、声音、动画等于一体的漂亮、生动的工程画面。
 全新的ActiveX动画构件,包括存盘数据处理、条件曲线、计划曲线、相对曲线、多行文本、通用棒图等,使您能够更方便、更灵活地处理、显示生产数据。
 支持目前绝大多数硬件设备,同时可以方便地定制各种设备驱动;此外,独特的组态环境调试功能与灵活的设备操作命令相结合,使硬件设备与软件系统间的配合天衣无缝。
 简单易学的Basic脚本语言与丰富的MCGS策略构件,使您能够轻而易举地开发出复杂的过程控制系统。
 强大的数据处理功能,能够对工业现场产生的数据以各种方式进行统计处理,使您能够在第一时间获得有关现场情况的第一手数据。
 方便的报警设置、丰富的报警类型、报警存贮与应答、实时打印报警报表以及灵活的报警处理函数,使您能够方便、及时、准确地捕捉到任何报警信息。
 完善的安全机制,允许用户自由设定菜单、按钮及退出系统的操作权限。此外,MCGS5.5还提供了工程密码、锁定软件狗、工程运行期限等功能,以保护组态开发者的成果。
 强大的网络功能,支持TCP/IP、Moden、485/232,以及各种无线网络和无线电台等多种网络体系结构。
 良好的可扩充性,可通过OPC、DDE、ODBC、ActiveX等机制,方便地扩展MCGS5.5组态软件的功能,并与其他组态软件、MIS系统或自行开发的软件进行连接。
PLC的组态画面
PLC的组态画面
仪表的组态画面
仪表的组态画面
DDC的组态画面
DDC的组态画面
(七)实验对象的系统组成
1、被控对象
1.1、水箱:包括上水箱、中水下、下水箱和2个储水箱,上、中、下水箱尺寸为:360mmX370mmX240mm,水箱结构非常独特,有三个槽,分别是缓冲槽、工作槽、出水槽;上、下水箱可以组合成一阶、二阶液位单回路控制实验和双闭环液位串级控制等实验,底板20mm有机玻璃板(300X300)侧板8 mm有机玻璃板,有机玻璃水箱前面直接刻有液位标尺;储水箱尺寸为:≮520mmX680mmX400mm,由1.5mm厚不锈钢镜面板制作,可移动完全;能满足上、中、下水箱的实验需要。
1.2、不锈钢带夹套电加热锅炉:本装置采用模拟锅炉进行温度实验,此锅炉采用不锈钢精制而成,设计巧妙,由二层组成:加热层(内胆)和冷却层(夹套)。做温度单回路实验时,冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发,使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度,可完成温度的串级控制,前馈-反馈控制,解耦控制等实验;提供不锈钢强冷却循环系统,提高实验效果。
1.3、管道:整个系统管道采用敷塑不锈钢(内衬不锈钢,外面是PP)管组成,所有的水阀采用优质球阀,彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了实验装置的使用年限。其中储水箱底有一个出水阀,当水箱需要更换水时,将球阀打开将水直接排出。
1.4、不锈钢储水箱:采用304不锈钢储水箱,镜面朝外设计,具有美观与不生锈等优点,能够进行长期使用,且带有过滤网,放置水管长期使用不堵住。
2、检测装置
2.1、压力传感器、变送器:采用工业用的扩散硅压力变送器3个,含不锈钢隔离膜片,同时采用信号隔离技术,对传感器温度漂移跟随补偿。压力传感器用来对上、中、下水箱的液位进行检测,其精度为0.5级,因为为二线制,故工作时需串接24V直流电源;压力范围:0~5Kpa,输出与电源:4~20ma 12~30v,2线制;电气接线端子:IP67,压力连接:M20*1.5,工作温度:-30~145℃,精确度:0.25%fs。
2.2、温度传感器:本装置采用5个Pt100传感器,分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套和上水箱的水温。经过调节器的温度变送器,可将温度信号转换成4~20mADC电流信号。Pt100传感器精度高,测温范围为-100~+650℃,热补偿性较好(误差小于0.1℃)。
2.3、流量传感器、变送器:流量传感器分别用来对电动调节阀支路、变频支路的流量进行测量。涡轮流量计流量范围:0.2~1.2m3/h,精度:1.0%。输出:4~20mA标准信号;采用304不锈钢材质,被测介子温度-20到120℃;供配电供电24V,变送器24V;信号接头采用豪斯曼接头,信号传输距离不小于1000m;防爆型:内螺纹M20*1.5,防爆等级:EXDIIBT6。
2.4、压力传感器调整方法:打开仪表前盖,左边(s调增益电位器);右边(z调零电位器);在无压力的情况下,调整“调零”电位器,使电流输出为4mA。加满量程压力,调整“增益”电位器,使电流输出为20mA。如此反复多次,最终是压力表的零位和满量程调整到标准值。
3、执行机构
3.1、电动调节阀:采用智能型电动调节阀,用来进行控制回路流量的调节,可以实现阶跃和脉冲干扰。微型电动调节阀型号为:万讯QSTP-16K定制版,阀体阀座为304不锈钢;具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、功能强、控制单元与电动执行机构一体化、可靠性高、操作方便等优点,控制信号为4~20mA ,输入电阻:250Ω,输出4~20mA DC的阀位信号,输出最大负载:<65012,使用和校正非常方便;断信号阀任意位置,可任意设置为保持/全开/全关/0~100%间预置的任意值;电源:220V±10%/50Hz;推力规格:16KN,防护等级:ip65,基本误差:≤±1.0%,死区:≤l.0%;5.阀体公称压力:PNl.6MPa;6.连接形式:法兰连接按JB79—94标准,材料:WCB、WC6、1Crl8Ni9、CF8M;上阀盖:常温型:-17~+220°;7.阀内结构:上导向柱塞型单阀芯、金属密封、软密型(使用温度低于200°C) ;8.材料:10Crl8Ni9、1Crl3、316+N0.6 ;9.流量特性:线性、等百分比、快开;10.泄漏量:ABSl、Bl6、104,金属密封IV、V;11.级软密封Vl级,基本误差:±l.0%,死区:≤l.0%,可调范围:50:1 ,线性范围2%-85%。
3.2、水泵:本装置采用进口威乐不锈钢磁力驱动泵,输出功率:550W;最大扬程:32m;最大流量:8吨/h;水泵管径:25/32;额定转速(1/mim) 2950介质温度(度)-15至+100;环境温度(度)最高+40;工作压力(巴)最大10;给水压力(巴)最大6;防护等级IP 54;绝缘等级  F;电源380V/50Hz;允许的电压误差10%;水泵尺寸:泵长:380mm 泵宽:200mm 泵高:200mm;产品重量不低于14kg;本装置采用两种动力系统:一种为三相380V恒压驱动,由三相(交流380V±5% 50Hz)不锈钢磁力驱动泵、调节阀、电磁流量计等组成;另一种为三相变频220V输出驱动,由变频器、三相不锈钢磁力驱动泵、涡轮流量计等组成。
3.3、可移相SCR调压装置:采用可控硅移相触发装置,输入控制信号为4~20mA标准电流信号。输出电压用来控制加热器加热,从而控制锅炉的温度。
3.4、电加热管:系统配有与可控硅模块配套的电加热管,1.5KW,能够进行充分加热,加热速率可调,经过长期检测试验选择的功率参数,具有很好满足实验温度加热的要求,不至于太慢实验时间长,曲线不好,也不至于加热太快实验曲线变化太快不易被控制。
4、辅助系统
4.1、电源控制和信号接口面板:(见上上位控制说明)
4.2、实验锅炉带有防干烧装置:以防止无水情况下进行干烧加热损坏锅炉,而且带有低于加热棒水位自动停止加热功能。
4.3、实验连接线:采用强弱线分开连接线,互相不能对插,以防止差错等。
4.4、电气附件:提供实验所需附件、保险丝、导线、编程电缆等
五、设备配置清单
(一)对象及控制系统

序号 名称 功能 材质 数量
1 标准实验台桌 标准铝合金对象系统安放控制对象 铝合金40*40/40*80欧标型材。 1套
2 电加热常压锅炉压力容器 由不锈钢内胆加温筒(带220V 1.25KW进口不锈钢电加热管)和封闭式带保温棉地不锈钢夹套组成 封闭式带保温棉地不锈钢夹套(1.5mm304不锈钢)不锈钢内胆加温筒(1.5mm304不锈钢)。 1套
3 水箱 储水箱(由1.5mm厚不锈钢镜面板制作)可移动 1.5mm,304不锈钢,不锈钢(2个通道)。 2个
有机玻璃上小水箱、定制尺寸
>360mmX370mmX240mm
底板20mm进口有机玻璃板(300X300)侧板8 mm进口有机玻璃板;
有机玻璃水箱前面直接刻有液位标尺。
1个
有机玻璃中小水箱、定制尺寸
>360mmX370mmX240mm
底板20mm进口有机玻璃板(300X300)侧板8 mm进口有机玻璃板;
有机玻璃水箱前面直接刻有液位标尺。
1个
有机玻璃下小水箱、定制尺寸
>360mmX370mmX240mm
底板20mm进口有机玻璃板(300X300)侧板8 mm进口有机玻璃板;
有机玻璃水箱前面直接刻有液位标尺。
1个
4 水泵 低噪不锈钢静音泵(MHI403,扬程15米) 输出功率:550W;最大扬程:32m;最大流量:8吨/h;水泵管径:25/32;额定转速(1/mim) 2950介质温度(度)-15至+100;环境温度(度)最高+40;工作压力(巴)最大10;给水压力(巴)最大6;防护等级IP 54;绝缘等级 F;电源380V/50Hz;允许的电压误差10%;水泵尺寸:泵长:380mm 泵宽:200mm 泵高:200mm;产品重量不低于14kg。 2个
5 温度传感器 Pt100热电阻 测温范围-100+650℃,传感器精度高,热补偿性较好( 误差 小于 0.1℃)。 6个
6 温度变送器 Pt100热电阻标准信号转换 输出4-20mA标准信号。 6个
7 压力液位传感器 扩散硅压力/液位变送器 压力范围:0~5Kpa;输出与电源:4~20ma 12~30v,2线制;电气接线端子:IP67;压力连接:M20*1.5;工作温度:-30~145℃;精确度:0.25%fs。 3个
8 涡轮流量计及变送器 流量测量 额定流量0.2-1.2m3/h;测量精度±1.0%;4-20mA标准信号输出;采用304不锈钢材质,被测介子温度-20到120℃,
供配电供电24V,变送器24V,信号接头采用豪斯曼接头,信号传输距离不小于1000m;防爆型:内螺纹M20*1.5,防爆等级:EXDIIBT6。
2个
9 电动调节阀 执行器 1、输入信号:4~20maDC,输入电阻:250Ω;
2、输出信号:4~20maDC,输出最大负载:<65012;
3、断信号阀任意位置,可任意设置为保持/全开/全关/0~100%间预置的任意值;
电源:220V±10%/50Hz;
4、推力规格:16KN,防护等级:ip65,基本误差:≤±1.0%,死区:≤l.0%;
5、阀体公称压力:PNl.6MPa;
6、连接形式:法兰连接按JB79—94标准,材料:WCB、WC6、1Crl8Ni9、CF8M ;
上阀盖:常温型:-17~+220°;
7、阀内结构:上导向柱塞型单阀芯、金属密封、软密型(使用温度低于200°C) ;
8、材料:10Crl8Ni9、1Crl3、316+N0.6 ;
9、流量特性:线性、等百分比、快开;
10、泄漏量:ABSl、Bl6、104,金属密封IV、V;
11、级软密封Vl级,基本误差:±l.0%,死区:≤l.0%,可调范围:50:1 ,线性范围2%-85%;
12、阀体采用304不朽钢;
13、阀芯采用304不锈钢。
1个
10 电磁阀 瞬间干扰控制 使用压力范围为0-7㎏/㎝3,工作温度为-5--80℃。 1个
11 电加热控制器 可控硅移相调压装置 220V三相加热装置。 1个
12 辅助设备 水管、接头、干烧保护器 水管采用工业级不锈钢快速可拆卸接头,实现所有器件的快速更换等。 1套
13 换热器设备 不锈钢板式换热器 定制。 1套
14 变频器 三菱D740-0.75KW变频器三相输出,输出功率 0.75KW;集成 RS485 通信接口,自带操作面板;无需调试软件,配备配套核心控制电机驱动模块,采用DSP28335 芯片,采用AOD464NMOS进行驱动封装,NMOS驱动采用EG3012进行驱动可更换兼容的IR2110S进行驱动;增加EEPROM保存配置数据,可控制电机的三闭环控制,速度环、位置环、电流环。),三相380V变频原理资源包:
  1. 按照工业级标准设计,控制器采用DSP+ ARM的结构,可以完成三相有源并网、谐波补偿等实验,实验由 C 语言完成,学生通过对该系统所设计实验的学习,可以对 DSP 硬件结构原理和 CCS 软件编程(C 语言)有一个比较深入的了解。另外预留的接口可便于用户开发设计其他的实验。
2、所有硬件的资源都集中在一个实验开发平台上,包括 DSP 控制电路、PWM 功率电路、电流、电压采样电路、通信电路、三相有源逆变功率电路、滤波电路、4.3 寸彩色触摸屏等。
3、控制程序开放:作为实验开发平台,充分考虑控制程序的核心算法的开放。根据提供的系统程序标准接口协议,用户可以自行编写各种控制算法,来嵌套到提供的系统程序中,以验证所编写程序的有效性和先进性。
4、提供设备配套的SCH、DSP 程序用于教学研究。
有机玻璃底板。 1套
15 DDC控制系统 小型计算机控制系统开放性实验平台(配套数据采集卡,具有2路同步模拟量输入、模拟量输出2路(1路0-5V,1路4-20mA),设置有编码器输入口,直接完成针对被控对象的闭环控制,数据采集卡直接支持在LabVIEW和MATLAB软件下编程使用),采用最新的DSP28035设计,提供RS485接口,提供MCGS组态画面,提供原理图等基础源代码。 控制器 1套
16 PLC系统 配置西门子1500PLC。 控制器 1套

六、设备配置特点
1、实验锅炉:锅炉共有二个同心不锈钢圆筒,从里到外共分二层:内层设有电热丝加温装置,第二层溢流层(防止内层水失控溢出),锅炉由三相电加热管加热的常压锅炉,包括加热层(锅炉内胆)和冷却层(锅炉夹套),均由不锈钢精制而成,可利用它进行温度实验。内胆尺寸:直径φ=19cm,高度h=50cm,容积=14.2L;锅炉加套尺寸:直径φ=27cm,高度h=42cm,容积=9.8L。
2、纯滞后盘管:要求采用优质红色铝塑管,长≥20m,管径15毫米,水流方向是自下而上,有效防止了空气进入管道。
3、主、副回路的设计:采用威乐磁力泵控制主副回路的流量,主回路和副回路都要求设有调节阀和流量计,因此对主回路的控制和副回路的控制都是采用控制电动调节阀来实现各种控制算法,通过电动调节阀可实现各种控制,这种方案对调节器的算法要求高,与工业现场相符合。
4、保护功能:设备的设计采用电气和对象分开的结构,可防止引起的各种电气故障,同时系统设计了电流型漏电保护器有效地保护了学生的人身安全。实验装置设计有流量计保护功能,保护流量计。加温筒内设有缺水告警系统,防止电热丝烧坏;还设有满水溢流保护,防止水流入电器部分损坏电器,所有控制模块分布在该控制柜内,方便学生实验和接线。
七、控制系统终端
扬天型号:扬天 T4900;CPU类型:Intel Core/酷睿 i5;型号:I5-7400;能效等级:一级;台式机类型:商用电脑;适用品牌:Intel/英特尔;内存容量:4GB;内存类型:DDR4;硬盘容量:1T;屏幕尺寸:23英寸,配铝合金电脑桌。
八、辅助配套设备
1、数字化教材
(1)教材高度仿真真实的书本教材,在每一页教材中有多钟形式的表现,既可以是文档形式,也可以是图片窗口、视频窗口、软件界面等,教材文档、图片、软件、视频等内容、相互穿插、链接,直接调用。
(2)教材包含所有与设备相关的资料,整合到一起,采用公有云平台的管理形式;支持PC手机网页版,网页版,可嵌入学校校园网,实现共享。
(3)教材集成文档、音频、视频等文件,在库中可直接使用各项文件,无需其他操作;教材中可直接调用视频,无需安装任何的播放器等。
(4)文档包含详细的设备实训项目,实训项目不得少于实训目的、实训器材、实训要求、程序流程图、端口分配、控制原理图、实训步骤及实训总结等内容;文本搜索、文本黏贴复制、放大、缩小、设置下载、打印、分享等功能。
(5)集成安全教育讲堂,采用虚拟仿真形式,能够使学生掌握各种安全操作规程、用电安全、人身的触电方式及触电急救方法;过电压及防火防爆、火灾的预防、各种灭火器的使用和火灾逃生的方法等。
(6)3D自动化仪表仿真教学系统:
配置系统网络架构图,学生在网络计算机上安装系统软件,学生可以形象生动的学习整体部件的结构,原理,接线,仿真等,能够进行学习仪表拆装、接线、校准等操作(与设备上仪表型号配套)
(7)安全教学系统需求:软件例程编程
软件考试登录界面设置一个登录框(登录框格式为身份证+准考证登录,起记录作用,最后提交成绩时可以记录当前考生考核成绩)。
考试时间最大为25分钟,超出考试时间,自动提交试卷。
安全防护3级4级做成 动画剧情,最后2道分析检测4级,整个软件应自由操作,没有逻辑顺序。考试时,不显示得分显示、警告显示、高亮显示、故障题正确答案显示,提交时显示各题得分和总得分。
防护用具,选择时,不出现正确或错误的警告提示,点击安全防护用具,用具消失,不管是否正确选择都消失,选对一个加一分,错选一个扣一分,扣分分数应为当前考试安全分上限。
完成所有操作后,应整理桌面,可以右击清理桌面上不需要的东西,例如安全防护用具清理到柜子里,使用过的工具等放回架子上。
提交试卷后显示满分多少,得分多少。有需要监考老师评分的题目要适当的提醒老师需要给多少分。
九、可完成的实验项目
(一)常规实验项目
1、★温度纯滞后预估(Smith)控制实验(实验画面及实验指导书)。
2、★内膜控制法水箱液位大滞后控制实验/动态矩阵控制法水箱液位控制实验
(实验画面及实验指导书)。
3、设计性实验:★微分先行法锅炉盘管温度大滞后控制实验、BP神经网络解耦。
★(二)3D实物1:1过程控制仿真系统实训
①上水箱特性测试实验②下水箱特性测试实验③温度锅炉对象特性测试实验④调节阀流量特性测试实验。
(三)常规实验项目
1、过程控制仪表实验
压力变送器的认识和校验;调节器的认识实验;热电阻的认识和校验;电动调节阀的认识和校验;电磁流量计的认识和校验;变频器的认识实验。
2、对象特性测试实验
上水箱特性测试实验;下水箱特性测试实验;二阶液位对象特性测试实验;三阶液位对象特性测试实验;锅炉温度对象特性测试实验;电动调节阀流量特性测试实验。
3、单回路控制系统实验
压力单回路控制实验;温度单回路控制实验;液位单回路控制实验;流量单回路控制实验;双容液位控制实验;三容液位控制实验。
4、串级控制系统实验
上水箱液位和流量组成的串级控制实验;下水箱液位和上水箱液位组成的串级控制实验。
5、流量比值控制实验
6、温度解耦控制实验
7、下水箱液位解耦控制实验
8、变比值水温控制实验
9、前馈-反馈控制实验
(四)基于DCS集散控制系统实验
1、控制系统的硬件认识实验;
2、控制系统的实际控制实验;
3、控制系统的实时数据库组态实验;
4、控制系统的图形动画、报表、曲线、报警组态实验;
5、控制系统的压力、流量、液位、温度控制实验;
6、控制系统的流量-液位串级控制实验。
(五)现场总线系统网络实验
1、S7-1500的液位、流量等闭环控制实验
2、S7-1500的网络通讯实验
2、S7-1500变频器的总线通讯实验
(六)基于LABVIEW实时控制实验
1、对象特性测试实验:①上水箱特性测试实验;②下水箱特性测试实验;③温度锅炉对象特性测试实验;④调节阀流量特性测试实验。
2、单回路控制系统实验:①压力单闭环控制系统实验;②温度单闭环控制系统实验;③液位单闭环控制系统实验;④流量单闭环控制系统实验;⑤双容液位控制系统实验。


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