·設備外觀

·設計簡述

    “過程控制實訓裝置”是根據自動化專業及相關專業教學的特點，吸收了國內外同類實驗裝置的特點和長處，經過精心設計、多次實驗和反復論證，推出的一套全新的實驗裝置。它采用了多種常用控制方式和理論，可以滿足《自動控制理論》、《過程控制》以及《傳感器檢測與轉換技術》等課程的實驗教學，既能滿足本、專科學生不同層次的實驗教學要求，還為研究生、相關專業老師和工程技術人員進行復雜控制系統、智能控制系統等方面的研究，提供了實驗對象和實現的手段。
    本實驗裝置僅包含控制對象部分，結合對應配套的過程控制系統，用戶可實現設備利用控制模塊、執行機構，能夠使用各種控制方式對流量、壓力、液位、溫度四大熱工參數進行閉環、自動、連續控制。實驗裝置能夠實現模擬PID、PLC可編程控制等。

·主要參數

    1.工作電源：三相四線AC380V±5％  50Hz；
    2.工作環境：溫度－10℃～＋40℃ 相對濕度＜85％(25℃) 海撥＜4000m；
    3.整機容量：≤5.0KVA；
    4.外形尺寸：1800mm×800mm×1900mm；
    5.控制柜尺寸：800mm×600mm×1800mm；
    6.設有漏電保護及接地保護功能，安全性符合國際標準。

·組成及功能

    設備主要由加強型可移動框架、水箱、水泵（工頻泵+變頻泵）、透明有機玻璃水箱、帶溫控回路的立式水箱、智能水位和壓力變送器、電磁流量計、渦輪流量計、電動執行器、電動調節閥、氣動調節閥、I/O控制箱、控制系統等組成，能實現多種水位控制系統、溫度控制系統的控制對象組合。
（一）加強型可移動框架
    主體部分采用優質鋼管和鋼板做骨架，經過機械加工成型，外表面噴涂彩色環氧聚塑處理，柜體配有4個重型帶剎車萬向輪，方便移動和固定，尺寸1800×800×1950mm。
    鋼管采用規格50×50×2mm的工業標準方鋼，整個框架分上下兩層，可以進行組裝，便于設備的運輸和搬運。
    在框架的側面安裝有就地I/O信號箱，對象的控制信號、采集信號均截至信號箱中，作為中繼連接使用，信號線纜全部采用屏蔽線進行連接，加熱回路采用4平方電纜進行連接，線纜強弱電分離走線，工藝規范合理，無信號干擾。
（二）水箱
    包括上、下2個液位水箱和1個儲水箱。液位水箱采用透明優質有機玻璃，底座厚度35mm，水箱厚度16mm，貼有刻度標尺，透明度高，便于直接觀察液位的變化和記錄結果。上水箱尺寸均為：D=250mm，H=400mm；下水箱尺寸為：D=350mm，H=300mm。水箱結構獨特，由三個槽組成，分別為緩沖槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩沖槽，出水時工作槽的水經過帶孔的隔板流入出水槽，這樣經過緩沖和線性化的處理，工作槽的液位較為穩定，便于觀察。
    上、下水箱底部均接有差壓變送器（0～4KPa，4～20mA），儲水箱裝底部裝有液位變送器（0～500mm，4～20mA），可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。上、下水箱可以組合成一階、二階單回路液位控制系統和雙閉環液位串級控制系統。儲水箱由不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高=800mm×400mm×500mm，容量為152L，完全能滿足上、下水箱的供水需要。儲水箱上方、進水口、出水口均設置有過濾網，以防雜物進入水泵和管道。
（三）鍋爐
    有3kW三相電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不銹鋼精制而成，冷卻層和加熱層都裝有溫度傳感器檢測其溫度，內膽底部安裝有差壓變送器（0～5KPa，4～20mA），主要完成相關的溫度和液位控制實訓。內膽尺寸：直徑Φ=180mm，高度h=440m，容積=11.2L；鍋爐夾套尺寸：直徑Φ250mm，高度h=450m，容積=11L。
（四）管道壓力變送器
    采用差壓變送器對動力系統作用下產生的管道壓力進行檢測，其量程為0～1MPa，精度為0.5級。工頻和變頻回路各1只，采用工業級變送器，具有快速響應、遠程設定和自診斷等功能。
（五）液位壓力變送器
    三個液位壓力變送器分別用來對上、下水箱及儲水箱的液位進行檢測，上、中水箱水位檢測差壓變送器量程0～4KPa，變送輸出4～20mA，儲水箱裝底部采用液位變送器，量程0～500mm，變送輸出4～20mA。
（六）溫度傳感器
    裝置中采用了3只Pt100鉑電阻溫度傳感器，分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、儲水箱水溫等。Pt100測溫范圍：0～100℃。經過溫度變送器，可將溫度信號轉換成4～20mA直流電流信號。然后送入二次儀表進行溫度的測量。Pt100傳感器精度高，熱補償性較好，可用于做標準校驗用熱電阻。
（七）流量傳感器、變送器
    采用2臺電磁流量計與2臺渦輪流量計。工頻和變頻回路各安裝一臺電磁流量計，公稱直徑20mm，測量精度±0.5％，測量范圍0～5m³/h，額定壓力1.6MPa；上水箱出水支路和下水箱出水支路各安裝1臺渦輪流量計，測量精度±0.5％，測量范圍0～5m³/h，額定壓力1.6MPa。
（八）氣動調節閥
    采用ABB智能電氣閥門定位器控制控制氣動調節閥。規格V18345-1010121001，控制范圍:4～20mA，公稱通徑20mm，公稱壓力1.6MPa，行程16mm，流通能力0.2T/H。
（九）電動調節閥
    選配一：采用瑞基RQMⅣ系列電動執行機構，可以通過一個獨立的設定器對其進行非侵入性的快速設定、檢查及查詢。執行機構采用圖形點陣式液晶顯示器，以中文、數字、圖形顯示轉矩、閥門位置、限位設定等工作狀態和報警，極大地方便了用戶的操作使用。該執行機構具有自動保護功能和隔爆功能。即使在危險區域也無需打開正在工作的執行機構電動箱蓋就可進行調節、故障診斷。
    執行機構轉速24rpm，額定轉矩34Nm，電機額定功率0.12KW，電流0.85A,額定電壓380V/50Hz，潤滑油75W/90 GL-4，輸出觸點5A/240VAC/30VDC。
    調節閥公稱通徑20mm，公稱壓力1.6MPa，行程16mm，流通能力0.2T/H。
    選配二：采用科遠S系列智能型電動執行機構，采用絕對編碼器技術，閥位記錄永遠準確；超高控制精度，閥門運行精確到位；非侵入式設計，完全實現免開蓋調試；密封可靠，防護等級滿足IP68；手電動切換自如，手輪操作輕松；超強抗干擾能力，EMC電磁兼容性測試達工業三級。
    執行機構輸出速度1.2mm/s，關斷能力4000N，調節推力2000N，工作模式S4-25%1200c/h，潤滑油L-CKE/P220，電源380V/50Hz。
    調節閥公稱通徑20mm，公稱壓力1.6MPa，行程16mm，流通能力0.2T/H。
(十)水泵
    本裝置采用威樂離心水泵，流量為5m³/h，揚程為22m，功率為370W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只離心水泵,一只為三相380V恒壓驅動，另一只為三相變頻220V輸出驅動。
(十一)電動執行器
    安裝在管道回路中，共有6個執行器進行控制，扭矩20Nm，行程時間8s，功率15W，電壓AC220V，工作溫度：－20～65℃。
(十二)電加熱管
    配有1只3KW電加熱管，用來對鍋爐內膽內的水進行加溫，控制系統三相全隔離一體化交流調壓模塊，內部集三相移相觸發電路、單向可控硅、RC阻容吸收回路及電源電路等于一體，可自動或手動調節以改變負載上的電壓，從而調節三相輸出功率。支持4～20mA、0～5Vdc、0～10Vdc、1～5Vdc、0～10mA等輸入自動控制模式，也可用手動控制。輸入調節范圍寬，輸出調節精度高，三相對稱性好，抗干擾能力強。
(十三)管道及閥門
    整個系統管道由PPR連接而成，熱熔工藝，其產品韌性好，強度高，加工性能優異，較高溫度下抗蠕變性能好，
    所有的手動閥門均采用優質球閥，徹底避免了管道系統生銹的可能性。有效提高了裝置的使用年限。其中儲水箱底部裝有出水閥，當水箱需要更換水時，把出水閥打開將水直接排出。
（十四）控制系統
    主體部分采用優質鋼管和鋼板做骨架，經過機械加工成型，外表面噴涂彩色環氧聚塑處理，柜體配有4個帶剎車萬向輪，方便移動和固定，尺寸800mm×600mm×1800mm。
控制柜四面門板均可以拆卸，方便實操器件的安裝。
    控制柜內部配有器件實操板，采用1.5mm鋼板激光切割而成，網孔板采用5mm長孔加工，用以安裝可編程控制器、變頻器、交流接觸器、繼電器、保險絲座、空氣開關、開關電源、接線端子排、走線槽等電氣元件。
    控制柜和對象之間通過專用電纜進行電氣連接。
    采用西門子基本型變頻器V20，功率0.75kW，供電電壓3AC～380V，輸出頻率0～550Hz，精度0.01Hz。帶有RS485通信接口，集成4路數字量輸入，2路繼電器輸出，2路模擬量輸入（±10V，0～10V，0～20mA，12位分辨率），1路模擬量輸出（0～20mA）；具有線性V/F控制、平方V/F控制、可編程多點設定V/F控制，磁通電流控制、電壓/頻率控制等工作模式；可進行PID控制、BICO功能、多脈沖高轉矩啟動模式、單脈沖高轉矩啟動模式、防堵模式、多泵控制、彈性電壓提升控制、擺頻功能、滑差補償、雙斜坡、PWM調制；具備霜凍保護、冷凝保護、氣穴保護、動能緩沖、負載故障檢測功能。
    采用西門子高性價比小型PLC產品S7-200 Smart CPU SR40，供電電壓AC85～264V，集成24路數字量輸入（DC24V 4mA，漏型?源型可切換）/16路數字量輸出（繼電器輸出），內置24KB程序存儲器、16KB數據存儲器、10KB保持性存儲器、6個高速計數器（最大200KHz），集成RS485接口、以太網接口，支持RS232、RS485、MODBUS、USS、自由口通訊、S7協議通訊、PROFIBUS等通信，配有通信編程電纜。并配有8路模擬量輸入EM AE08，4路模擬量輸出模塊EM AQ04。
（十五）其他配件
    包含實訓指導書，各種維護用的螺絲刀、扳手、生料帶、電工膠帶工具，各主要器件的使用說明書，實訓用強弱電導線，工程光盤及軟件，電腦桌等，使用以上配件可以組成一套完整系統，并可完成日常的維護工作。

·實訓項目

    1.壓力變送器的零點遷移和性能測試實驗
    2.單容自衡水箱的對象特性測試實驗
    3.雙容自衡水箱的對象特性測試實驗
    4.溫度位式控制實驗
    5.溫度連續控制實驗
    6.單容水箱液位PID控制實驗
    7.水箱液位位式控制實驗
    8.流量定值控制實驗
    9.壓力PID控制實驗
    10.單回路控制系統的質量研究

·配置清單