SBCG-69高級(jí)過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)裝置
一、高級(jí)過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)裝置功能：
(1)高級(jí)過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)裝置可滿足“自動(dòng)調(diào)節(jié)原理”，“過(guò)程控制”，“控制儀表”，“自動(dòng)檢測(cè)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)高級(jí)過(guò)程控制實(shí)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(yùn)行監(jiān)控人員的實(shí)習(xí)、培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)設(shè)備。
(3)高級(jí)過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)裝置能實(shí)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(jí)、前饋等復(fù)雜調(diào)節(jié)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)及培訓(xùn)功能。
(4) 高級(jí)過(guò)程控制實(shí)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(jí)過(guò)程自動(dòng)控制原理及系統(tǒng)、3火電廠計(jì)算機(jī)控制及系統(tǒng)、熱工自動(dòng)控制系統(tǒng)、DCS、PLC等相關(guān)專業(yè)的實(shí)驗(yàn)、培訓(xùn)要求。
(5) 高級(jí)過(guò)程控制實(shí)訓(xùn)裝置被控對(duì)象提供有接口控制箱，控制箱電源和信號(hào)分開(kāi)?？刂葡浒娫囱b置、變頻器、溫度調(diào)溫裝置及設(shè)備的基本保護(hù)裝置，此外并提供與DCS接口的端子，作為與DCS、PLC的擴(kuò)展接口。
（圖片僅供參考、以實(shí)際配置為準(zhǔn)）
二、性能指標(biāo)及要求：
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(duì)濕度＜85％（25℃）；
3、裝置容量：＜5kVA；外形尺寸：1830mm×780mm×1850mm
三、具體要求
實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)象主要由不銹鋼框架、不銹鋼儲(chǔ)水箱、（上、中、下）三個(gè)串接有機(jī)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(dòng)泵、壓力儀表、電動(dòng)調(diào)節(jié)閥、交流電磁閥、流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅(qū)動(dòng)泵（220V變頻調(diào)速）、流量計(jì)及手動(dòng)調(diào)節(jié)閥組成。
1. 水 箱：
包括上水箱、中水箱、下水箱和儲(chǔ)水箱。上、中、下水箱采用淡藍(lán)色優(yōu)質(zhì)有機(jī)玻璃，不但堅(jiān)實(shí)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(dú)特，由三個(gè)槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進(jìn)水時(shí)水管的水先流入緩沖槽，出水時(shí)工作槽的水經(jīng)過(guò)帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經(jīng)過(guò)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(kuò)散硅壓力傳感器與變送器，可對(duì)水箱的壓力和液位進(jìn)行檢測(cè)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(jìn)行非線性實(shí)驗(yàn)?？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(gè)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(jìn)行溫度實(shí)驗(yàn)。配套加熱器，由可控硅移相控溫，功率達(dá)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(chǎng)的管道輸送和滯后環(huán)節(jié)，長(zhǎng)25米（43圈），管徑15mm，在盤管上有三個(gè)不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)，它們的滯后時(shí)間常數(shù)不同，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)需要選擇不同的溫度檢測(cè)點(diǎn)。盤管的出水通過(guò)手動(dòng)閥門的切換既可以流入鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過(guò)渦輪流量計(jì)流回儲(chǔ)水箱。它可用來(lái)完成溫度的滯后和流量純滯后控制實(shí)驗(yàn)。
4. 管道及閥門：
整個(gè)系統(tǒng)管道由敷塑不銹鋼管連接而成，所有的手動(dòng)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(shí)驗(yàn)裝置的使用年限。其中儲(chǔ)水箱底部有一個(gè)出水閥，當(dāng)水箱需要更換水時(shí)，把球閥打開(kāi)將水直接排出。
5. 液位變送器：
三個(gè)液位變送器分別用來(lái)對(duì)兩個(gè)上水箱和一個(gè)下個(gè)水箱和鍋爐的液位進(jìn)行檢測(cè)，其量程為0～3KPa(以實(shí)際的水箱高度為準(zhǔn))，用于測(cè)量水箱液位高度，為直流24V供電、標(biāo)準(zhǔn)兩線制接線4～20mA變送輸出、精度0.5級(jí)，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(hào)隔離技術(shù)，對(duì)傳感器溫度漂移跟隨補(bǔ)償。
6. 溫度傳感器：
裝置中采用了六個(gè)Pt100鉑熱電阻溫度傳感器，分別用來(lái)檢測(cè)鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套、盤管（有3個(gè)測(cè)試點(diǎn)）以及上水箱出口的水溫。Pt100測(cè)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(jì)分別用來(lái)對(duì)由電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制的動(dòng)力支路、由變頻器控制的動(dòng)力支路及盤管支路的流量進(jìn)行檢測(cè)。它的優(yōu)點(diǎn)是測(cè)量精度高，反應(yīng)快。采用標(biāo)準(zhǔn)二線制傳輸方式，工作時(shí)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(hù)裝置：
為保證實(shí)驗(yàn)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(hù)系統(tǒng)，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽液位低于紅色警戒水位線時(shí)，保護(hù)裝置將切斷調(diào)壓模塊輸出電壓，以有效保護(hù)電加熱管不被干燒損壞。
9. 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥：
采用智能直行程電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，用來(lái)對(duì)控制回路的流量進(jìn)行調(diào)節(jié)。電動(dòng)調(diào)節(jié)閥閥芯采用進(jìn)口PS結(jié)構(gòu)閥芯，具有精度高、技術(shù)先進(jìn)、體積小、重量輕、推動(dòng)力大、功能強(qiáng)、控制單元與電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，電源為單相220V，控制信號(hào)為4～20mADC，輸出為4～20mADC的閥位信號(hào)。
10. 水 泵：
本裝置采用磁力驅(qū)動(dòng)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(zhǎng)。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動(dòng)泵,一只為三相380V恒壓驅(qū)動(dòng)，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動(dòng)。三相磁力驅(qū)動(dòng)泵，噪音低，壽命長(zhǎng)，揚(yáng)程達(dá)12米。
11. 電磁閥：
在本裝置中，其中一只作為電動(dòng)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(jìn)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(fù)載電流：100 mA；斷態(tài)漏電流：<12 mA；關(guān)斷最大延時(shí)：10ms；調(diào)節(jié)響應(yīng)時(shí)間：10ms；
13. 三相電加熱管（帶保護(hù)裝置）：
由三根1.0KW電加熱管星形連接而成，用來(lái)對(duì)鍋爐內(nèi)膽內(nèi)的水進(jìn)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(lì)磁控制等，運(yùn)行特性：多段速15速、PID控制、輸出電流檢測(cè)、異常時(shí)再試功能、零電流檢測(cè)；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(hào)輸入為4～20mADC或0～5VDC，交流220V變頻輸出用來(lái)驅(qū)動(dòng)三相磁力驅(qū)動(dòng)泵。
15. 過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)對(duì)象接口箱：（招標(biāo)時(shí)，提供設(shè)計(jì)圖）
控制對(duì)象接口箱分電源箱和信號(hào)接口箱。電源箱主要包含各種電源裝置及電源分配開(kāi)關(guān)，變頻器、三相移相調(diào)壓裝置等強(qiáng)電裝置；信號(hào)接口箱主要為各種弱電信號(hào)與DCS聯(lián)接中間過(guò)渡箱。
四、系統(tǒng)主要特點(diǎn)及擴(kuò)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(dòng)調(diào)節(jié)閥儀表類執(zhí)行機(jī)構(gòu)，又有變頻器、晶閘管移相調(diào)控等電力拖動(dòng)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(dòng)外，還可在對(duì)象中通過(guò)電磁閥和手操作閥制造各種擾動(dòng)；
4.一個(gè)被調(diào)參數(shù)用不同動(dòng)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(guò)對(duì)對(duì)象系統(tǒng)進(jìn)行不同的組合，結(jié)合不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，可進(jìn)行幾十種過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)；
五、控制裝置的安全保護(hù)體系
三相四線電源經(jīng)漏電保護(hù)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(kāi)關(guān)。加熱裝置配套有防干燒裝置，對(duì)加熱實(shí)驗(yàn)起到設(shè)備及人身安全保護(hù)。
六、信號(hào)參數(shù)：
序號(hào) | 信號(hào)名稱 | 測(cè)量范圍 | 輸出信號(hào) | 備 注 |
1 | 進(jìn)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(gè)液位水箱 |
4 | 鍋爐水溫 | 0～100℃ | 100～138.5Ω |
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5 | 夾套水溫 | 0～100℃ | 100～138.5Ω |
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6 | 盤管水溫 | 0～100℃ | 100～138.5Ω |
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7 | 變頻器控制信號(hào) | 0～50Hz | 4～20MA |
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8 | 變頻器反饋信號(hào) | 0～50Hz | 4～20MA |
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9 | 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥控制信號(hào) | 0～100% | 4～20MA |
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10 | 電動(dòng)調(diào)節(jié)閥反饋信號(hào) | 0～100% | 4～20MA |
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11 | 電磁閥 | 常閉 |
| 控制管路流量 |
七、控制系統(tǒng)
系統(tǒng)基本配置
一、交流電源面板
提供實(shí)驗(yàn)所需的三相四線～380V、三路單相～220V電源，總電源由三相鑰匙開(kāi)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(hù)空氣開(kāi)關(guān)、電壓型漏電保護(hù)器、電流型漏電保護(hù)器，安全性符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。
二、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及I/O信號(hào)接口面板
面板材質(zhì)采用鋁材，面板標(biāo)識(shí)采用凹字爛板工藝進(jìn)行加工制作，針對(duì)各種信號(hào)接口均配有文字及符號(hào)說(shuō)明，信號(hào)區(qū)分一目了然，方便實(shí)驗(yàn)接線。所有信號(hào)采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的IEC信號(hào)。執(zhí)行機(jī)構(gòu)接口有三相可控硅移相調(diào)壓裝置、電動(dòng)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(hù)設(shè)備。并將對(duì)象系統(tǒng)各傳感器檢測(cè)及執(zhí)行器控制信號(hào)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(shí)驗(yàn)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(jiān)固，形狀似長(zhǎng)方體封閉式結(jié)構(gòu)，造形美觀大方；設(shè)有兩個(gè)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(gè)寬敞舒適的工作臺(tái)面。電腦桌聯(lián)體設(shè)計(jì)，造型美觀大方。鍋爐防干燒保護(hù)裝置為保證實(shí)驗(yàn)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(hù)系統(tǒng)，當(dāng)鍋爐內(nèi)膽液位低于紅色警戒水位線時(shí)，保護(hù)裝置將切斷調(diào)壓模塊輸出電壓，以有效保護(hù)電加熱管不被干燒損壞。
（1）智能調(diào)節(jié)器
要求三臺(tái)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(jìn)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(jì)算機(jī)直接控制模塊
要求用于計(jì)算機(jī)控制，設(shè)有通訊端口，完全模擬工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，裝有一塊遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊8017和一塊遠(yuǎn)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(hào)為4－20mA；上位機(jī)要求采用MCGS組態(tài)軟件進(jìn)行監(jiān)控。安裝有遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集模塊，可進(jìn)行計(jì)算機(jī)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(jì)算機(jī)控制技術(shù)現(xiàn)場(chǎng)總線，采用工業(yè)以太網(wǎng)協(xié)議，具有良好的開(kāi)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(lái)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的技術(shù)具有自治特點(diǎn)，他們以傳輸數(shù)據(jù)和控制為目的。一個(gè)工程師站，可以控制無(wú)限個(gè)操作員站，老師可以在任何地方對(duì)他進(jìn)行監(jiān)控和控制，用密碼的形式來(lái)實(shí)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(hào)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(jī)要求采用mcgs軟件進(jìn)行監(jiān)控。
八、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
（一）常規(guī)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、過(guò)程控制系統(tǒng)組成認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)
1) 過(guò)程控制及檢測(cè)裝置硬件結(jié)構(gòu)組成認(rèn)識(shí)
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(diǎn)遷移與量程調(diào)整）
2、被控對(duì)象特性測(cè)試實(shí)驗(yàn)
1) 調(diào)節(jié)閥流量靜態(tài)特性的測(cè)試
2) 磁力泵變頻調(diào)速機(jī)構(gòu)流量靜態(tài)特性的測(cè)試
3) 單容水箱液位對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試
4) 多容水箱液位對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試
5) 鍋爐內(nèi)膽溫度對(duì)象動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試
3、位式控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)
1) 串級(jí)控制系統(tǒng)的信號(hào)連接
2) 水箱液位的串級(jí)控制
3) 水箱液位與流量的串級(jí)控制
4) 鍋爐內(nèi)膽水溫與鍋爐夾套水溫串級(jí)控制
6、比值控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
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(shí)驗(yàn)
1) 水箱液位的動(dòng)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(shí)驗(yàn)
1) 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組態(tài)實(shí)驗(yàn)
2) 圖形動(dòng)畫(huà)、報(bào)表、曲線、報(bào)警組態(tài)實(shí)驗(yàn)
3) 設(shè)備通訊組態(tài)實(shí)驗(yàn)
4) 腳本程序應(yīng)用組態(tài)實(shí)驗(yàn)
9、PLC控制方式下的過(guò)程控制實(shí)驗(yàn)
