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集散控制系统,集散型过程控制综合实验装置

集散型过程控制综合实验装置(Process Control System,简称PCS)是自动化、测控技术与仪器、化工自动化等相关专业衔接理论知识与工程实践的关键实训载体,其核心是通过工业级实训设备,模拟现代工业生产过程中温度、压力、流量、液位等关键参数的测量与控制过程,验证过程控制理论、研究控制规律,培养学生掌握集散控制系统(DCS)组态、参数检测、系统调试及故障分析的核心技能。实验装置的科学性、专业性与规范性,直接决定了实训教学的质量,不仅还原了工业现场的过程控制场景,更贴合航空航天、能源动力、化工等行业的岗位技能需求,为学生搭建了从理论认知到实践操作、从技能训练到职业适配的完整平台,助力学生成长为符合行业需求的技术型、应用型人才,同时也可作为企业技术人员、仪表操作人员的培训设备。
集散型过程控制综合实验装置围绕“过程模拟、参数检测、控制调节、组态监控”四大核心需求配置,形成了覆盖工业过程模拟、参数精准采集、多种控制策略实现、数据组态分析的全流程设备体系,主要分为过程模拟装置、参数检测设备、控制调节设备、组态监控设备四大类,各类设备协同发力,确保实训教学的全面性、专业性与安全性,适配《自动控制原理》《过程控制》《自动化仪表》等相关课程的实训教学需求。
过程模拟装置是开展实训教学的前提,主要用于模拟工业生产中常见的物理过程,为参数检测与控制调节提供真实的被控对象,是保障实训数据准确性、贴合工业实际的基础,同时满足相关专业实训教学的基础需求。
实训操作台(实验柜)是过程模拟与设备集成的核心载体,多采用工业级全钢或铝合金组合式结构,实验柜采用完全敞开设计,内部器件全部可视,便于直观教学和维护,整体尺寸常见为1600mm×850mm×1900mm或800mm×600mm×1700mm,组合后尺寸可达2200mm×1900mm×700mm,重量约200-250Kg。操作台分为多层设计,第一层可放置各类检测仪表、控制模块,第二层用于固定过程模拟单元与连接管路,顶部通常配备照明和散热设备,部分操作台还设有抽屉、收纳槽和实验专用线挂线架,便于工具、配件及实验线路的收纳与管理,底部安装带刹车的万向轮,便于移动和固定。操作台表面配备防刮耐磨面板,预留管路穿线孔,同时配置带过载保护的电源分配单元和信息插座,工作电源采用单相交流220VAC±10%、50Hz±5%、16A,系统需接地良好,保障实训操作的安全性与便捷性。
核心模拟单元是过程模拟的核心设备,主要包括流体过程模拟与热工过程模拟两大模块。流体过程模拟模块通常配置三水箱系统和双路供水系统,包含不锈钢储水箱、三个串接有机玻璃圆筒型水箱,可实现单容、双容、三容液位的模拟控制,部分装置还配备磁力驱动泵、循环泵等供水设备,实现进排水自控,减轻实验人员劳动强度;热工过程模拟模块主要由三相4.5kW电加热锅炉、铝塑盘管等组成,可模拟工业生产中的温度控制过程,锅炉加热内胆配备水位液位保护装置,水位未达到规定高度时,控制系统无法控制可控硅调压器工作,保障实训安全。此外,系统还配备管路系统,采用耐腐蚀、密封性好的管路及封闭式强电接线插头,防止触电事故和管路泄漏,同时设置流量调节支路,可实现流量的灵活调节,模拟工业现场的流体输送过程。
辅助模拟设备包括储水箱、进排水自控装置、管路固定支架等,储水箱用于稳定供水,进排水自控装置实现自动化补水与排水,减少人工操作;管路固定支架用于固定各类管路,防止管路晃动,保障实训安全;部分装置还配备锅炉加热程控保护系统,电加热管电源控制开关采用钥匙开关,由教师统一管理,避免无关人员误操作,进一步提升实训安全性。

DB-CG28 集散型过程控制综合实验装置

一、概述:
  集散型过程控制综合实验装置(Process Control System,简称PCS),是模仿现代工业生产过程中常见的物理量,诸如温度、压力、流量、液位等参数,对其进行测量、控制,分析过程参数变化特性,研究过程控制规律的教学实验设备,过程控制综合实验装置选用智能化的工业用仪器仪表,接近工业实际,使用安全,运行稳定,维护简单,性价比优越。本装置集合多种控制方式,再现实际工业现场使用的控制手段,并提供用户更友好的开发接口。
1、功能:
(1)、集散型过程控制综合实验装置可满足“自动调节原理”,“过程控制”,“控制仪表”,“自动检测技术与传感器”,“计算机”及相关课程的教学实验需求;
(2)、集散型过程控制综合实验装置可作为有关企业技术人员、仪表操作人员、系统运行监控人员的实习、培训实验设备。
2、技术支持:
公司依托浙江大学强大的技术支持,拥有过程控制实验装置的自主开发能力。结合控制领域的新理论、新方法,公司将源源不断研制和创新实验设备,开发各种先进控制算法,以适应高校教学实验改革,满足现代化教育发展的需要,促进向更高层次发展。
公司倡导诚信服务,竭力做好客户服务和技术支持工作。通过直观真实的实验,使学生全面系统地了解过程控制系统的特性,学习掌握控制系统的设计与实现方法。

二、产品结构与特点:
1、外形结构:
集散型过程控制综合实验装置
2、设备特点:
(1)、三水箱配置;双路供水系统。
(2)、实验柜完全敞开设计,内部器件全部可视,有利直观教学和维护。
(3)、人性化设计,配有储水箱,进排水自控装置,减轻实验人员劳动强度。配有实验专用线的挂线架,取线挂线方便、整洁、美观。为实验文明操作提供条件。
(4)、装置的仪表、部件均选用现代化技术工业级产品,智能化程度高。精度好,规格多样。有利直观教学和拓宽学生工业现场知识。为以后走上社会打好结实基础。
(5)、安全度高,系统配有漏电保护,带保护套的专用实验电源连线,及温控箱防止无水加温自动控制等,力求保护人身、设备安全。
(6)、开放度好,在教师指导下,学生可观察、可自己动手参与操作、可自行编程进行验证、可根据记录的实时曲线进行理论分析等。
(7)锅炉加热程控保护系统
A、锅炉加热内胆加由水位液位保护装置,水位不达到一定的高度,控制系统不能控制可控硅调压器工作。
B、电加热管电源控制开关采用钥匙开关,不实验时,由教师保护放置钥匙,避免无关人员误操作。
(8)、电源保护措施
A、加有电流型漏电保护器。
B、三相电源加有保险管,防止断路。
(9)、电源启停控制方式;
采用启停按钮控制接触器来控制电源的启停。
(10)、漏电保护装置及安全性和安全承诺;
A、各种电源及各种仪表的可靠的保护功能
B、各种电源及各种仪表的强电采用开关控制,学生不自行接线,不存在强弱电混插的问题。
C、实验强电接线插头采用封闭式结构,防止触电事故的发生。
(11)、系统水路图

系统水路图
三、技术参数与要求:
1、供电电源
   单相交流电源:220VAC±10%、50Hz±5%、16A,系统必需接地良好。
2、实验室应有水源和进排水口。进排水口与设备间距离一般要求小于10米
3、上位计算机组态软件
     (1)、SCKEY 系统组态软件
     (2)、实时监控软件图形化组态软件
4、外形尺寸(组合后):2200mmX1900mmX700mm。
5、重量:实验柜,约重200Kg;实验台+实验架,约重250Kg

四、系统配置

执  行  机 构
名称 单位 数量 备注 特点
智能电动调节阀 1 等百分比特性内置侍服放大器,稀土永磁同步电机,体积小,力矩大.工作电压 24VAC,输入电流4-20mADC(美国) 等百分比特性内置侍服放大器,稀土永磁同步电机,体积小,力矩大,比普通的电动阀贵
二相磁力泵 1 静音,工作电源:220VAC,50Hz,120W 声音比较小,有利于实验室保持安静,工作的稳定性非常好
三相磁力泵 1 无泄漏,低噪音,三相220VAC,250W。  
三菱变频器 1 输入电源:220VAC,50Hz;输出:三相220VAC0.4Kw;
输出频率变化范围:0-250Hz,实际应用设定为50/60Hz;  信号输入:4-20mADC。
 
温控调压模块+散热器 1 全隔离单相交流可控硅调压模块;控制信号:4-20mADC。 自行设计性能可靠安全
加热环  1 功率:1600W,220VAC。  
 
 
传  感  变  送  器
扩散硅压力(液位)变送器 3 选用美国NovaSensor原装进口的扩散硅隔离探头。0.5级精度;输出信号:选4-20mADC(二线制);接头及外壳材料:不锈钢(1Cri18Ni9Ti)。 不锈钢隔离膜片,适用范围广,高精度,高温定性,高可靠性,结构精巧安装方便,零点漂移小,它的价格是普通的传感器的两倍
压力变送器 1 选用美国NovaSensor原装进口的扩散硅隔离探头。0.5级精度;输出信号:选4-20mADC(二线制);接头及外壳材料:不锈钢(1Cri18Ni9Ti)。
Pt100温度传感器及温度变送器 4 Pt100:A级;温度变送器:0.5级精度,0-100℃。  
涡轮流量计及流量变送器 1 (1)量程:选0-800L/h;(2)输出信号:4-20mADC;(3)精度:0.2级。 结构小巧精致,安装方便,精度高
FMCLDE电磁流量计 1 (1)量程:选0-800L/h;(2)输出信号:4-20mADC;(3)精度:0.2级。  

DCS控制站硬件
序号 名称 型号 单位
1 机柜 XP201S 1个
2 I/O机笼 XP211 1个
3 数据转发卡 XP233 1块
4 主控制卡 XP243 1块
5 电源(5V,24V)150W XP251-1 1个
6 电源箱机笼 XP251 1个
7 AC配电箱 XP256 1个
8 6路电流信号输入卡 XP313 2块
9 4路模拟量输出卡 XP322 1块
10 8路晶体管触点开关量输出卡 XP362 1块
11 通讯接口卡 XP244 1块
12 电源指示卡 XP221 1块
13 端子板转接模块 XP521 3块
14 交流开关量信号输入端子板(110VAC) XP563-110V 2块
15 交流开关量信号输入端子板(220VAC) XP563-220V 2块

操作站软件
序号 名称 型号 单位
1 实时监控 XP111 2套
2 工程师站组态软件 XP135 1套
3 OPC软件 OPC综合版 1套
4 中文Windows  2000 授权标准版 1套
5 空开 C65N-2P-D/10A 1个
6 端子 SAK2.5EN 1只

PLC控制系统:
  中央处理单元 1500系列6ES71511-1PN 1 配DI、DO、AI、AO及CM、底座,背板
CPU 1511-1 PN,150 KB 程序,1 MB 数据;60 ns;集成 2x PN 接口
扩展模块 存储卡 存储卡4M 1  
电源模块 PS:60 W,额定输入电压 AC/DC 120/230 V 1  
模拟量输出模块 AQ 4:模拟量输出模块,AQ 4x U/I ST, 35mm模块, 1  
模拟量输入模块 AI 8:模拟量输入模块,高速,AI 8x U/I HS, 35mm模块, 2  
开关量输入输出 DI16/DQ16:数字量输入/输出模块,16x 24VDC/16x 24VDC/ 0.5A BA, 25mm模块, 1  
 
故障设置箱(1套)
  1、智能调节阀输入故障
  2、压力变送器故障
  3、涡轮流量计故障
也可以在设备硬件上拆装传感器和管道,设置传感器安装及管路铺设故障,并作计时考核
 

其  它  设  备
实验用淡蓝色透明有机玻璃水箱 3 三个圆型有机玻璃水箱
锈钢温控实验箱 1 由加热箱、冷却箱、溢流箱、加热环、Pt100、温度变送器组成,加热箱内无水断电保护装置,也防止温度干烧。
不锈钢储水箱 1 内有独特的结构设计和不锈钢过滤网,拆洗方便
储水箱自动进、排水装置  1 自动进排水减轻实验老师工作
接触器 4 施耐德(德国)
继电器 4 欧姆龙(日本)
电磁阀 4 三力信(国产)
液面探头 2 自制
配有24v直流稳压电源 2 朝阳电源
全部不锈钢管及配件,增加设备的使用寿命。 1 外加工
实验柜 1 2000mm(高)×1200mm(长)×700mm(宽);采用全开放式设计,美观大方,操作维护方便
实验台及实验架 1 外加工2000mm(高)×1200mm(长)×700mm(宽)
锅炉保护系统 1 锅炉加热防干烧系统
 

五、实验目录:
DCS和PLC控制实验内容
特性实验
1、 水箱单容特性实验
2、 水箱双容特性实验
3、 上下水箱双容特性实验
4、 电动阀流量特性实验
5、 变频器流量特性实验
6、 温度特性实验
7、 压力特性实验
单回路控制实验
1、电动调节阀支路单容液位控制实验
2、变频器支路单容液位控制实验
3、上水箱双容液位控制实验
4、上下水箱双容液位控制实验
5、三容液位控制实验
6、电动调节阀支路流量控制实验
7、变频器支路流量控制实验
8、锅炉内胆温度控制实验
9、锅炉内胆温度位式控制
串级控制实验
1、上水箱双容串级控制实验
2、上水箱液位与电动阀支路流量串级控制实验
3、上水箱液位与变频器支路流量串级控制实验
4、三闭环三容液位串级控制实验
5、温度串级实验
6、温度流量串级控制实验
7、温度与温度的串级控制实验
比值控制实验
1、单闭环比值流量控制实验
2、随动流量比值控制实验
前馈反馈控制实验
1、下水箱液位流量前馈反馈控制实验
2、锅炉内胆温度流量前馈反馈控制实验
解耦控制实验
1、液位温度解耦控制实验
2、上水箱双容液位解耦控制实验
滞后控制实验
1. Smith预估控制实验

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