·设备外观

·设计简述

    “过程控制实训装置”是根据自动化专业及相关专业教学的特点，吸收了国内外同类实验装置的特点和长处，经过精心设计、多次实验和反复论证，推出的一套全新的实验装置。它采用了多种常用控制方式和理论，可以满足《自动控制理论》、《过程控制》以及《传感器检测与转换技术》等课程的实验教学，既能满足本、专科学生不同层次的实验教学要求，还为研究生、相关专业老师和工程技术人员进行复杂控制系统、智能控制系统等方面的研究，提供了实验对象和实现的手段。
    本实验装置仅包含控制对象部分，结合对应配套的过程控制系统，用户可实现设备利用控制模块、执行机构，能够使用各种控制方式对流量、压力、液位、温度四大热工参数进行闭环、自动、连续控制。实验装置能够实现模拟PID、PLC可编程控制等。

·主要参数

    1.工作电源：三相四线AC380V±5％  50Hz；
    2.工作环境：温度－10℃～＋40℃ 相对湿度＜85％(25℃) 海拨＜4000m；
    3.整机容量：≤5.0KVA；
    4.外形尺寸：1800mm×800mm×1900mm；
    5.控制柜尺寸：800mm×600mm×1800mm；
    6.设有漏电保护及接地保护功能，安全性符合国际标准。

·组成及功能

    设备主要由加强型可移动框架、水箱、水泵（工频泵+变频泵）、透明有机玻璃水箱、带温控回路的立式水箱、智能水位和压力变送器、电磁流量计、涡轮流量计、电动执行器、电动调节阀、气动调节阀、I/O控制箱、控制系统等组成，能实现多种水位控制系统、温度控制系统的控制对象组合。
（一）加强型可移动框架
    主体部分采用优质钢管和钢板做骨架，经过机械加工成型，外表面喷涂彩色环氧聚塑处理，柜体配有4个重型带刹车万向轮，方便移动和固定，尺寸1800×800×1950mm。
    钢管采用规格50×50×2mm的工业标准方钢，整个框架分上下两层，可以进行组装，便于设备的运输和搬运。
    在框架的侧面安装有就地I/O信号箱，对象的控制信号、采集信号均截至信号箱中，作为中继连接使用，信号线缆全部采用屏蔽线进行连接，加热回路采用4平方电缆进行连接，线缆强弱电分离走线，工艺规范合理，无信号干扰。
（二）水箱
    包括上、下2个液位水箱和1个储水箱。液位水箱采用透明优质有机玻璃，底座厚度35mm，水箱厚度16mm，贴有刻度标尺，透明度高，便于直接观察液位的变化和记录结果。上水箱尺寸均为：D=250mm，H=400mm；下水箱尺寸为：D=350mm，H=300mm。水箱结构独特，由三个槽组成，分别为缓冲槽、工作槽和出水槽，进水时水管的水先流入缓冲槽，出水时工作槽的水经过带孔的隔板流入出水槽，这样经过缓冲和线性化的处理，工作槽的液位较为稳定，便于观察。
    上、下水箱底部均接有差压变送器（0～4KPa，4～20mA），储水箱装底部装有液位变送器（0～500mm，4～20mA），可对水箱的压力和液位进行检测和变送。上、下水箱可以组合成一阶、二阶单回路液位控制系统和双闭环液位串级控制系统。储水箱由不锈钢板制成，尺寸为：长×宽×高=800mm×400mm×500mm，容量为152L，完全能满足上、下水箱的供水需要。储水箱上方、进水口、出水口均设置有过滤网，以防杂物进入水泵和管道。
（三）锅炉
    有3kW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，冷却层和加热层都装有温度传感器检测其温度，内胆底部安装有差压变送器（0～5KPa，4～20mA），主要完成相关的温度和液位控制实训。内胆尺寸：直径Φ=180mm，高度h=440m，容积=11.2L；锅炉夹套尺寸：直径Φ250mm，高度h=450m，容积=11L。
（四）管道压力变送器
    采用差压变送器对动力系统作用下产生的管道压力进行检测，其量程为0～1MPa，精度为0.5级。工频和变频回路各1只，采用工业级变送器，具有快速响应、远程设定和自诊断等功能。
（五）液位压力变送器
    三个液位压力变送器分别用来对上、下水箱及储水箱的液位进行检测，上、中水箱水位检测差压变送器量程0～4KPa，变送输出4～20mA，储水箱装底部采用液位变送器，量程0～500mm，变送输出4～20mA。
（六）温度传感器
    装置中采用了3只Pt100铂电阻温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、储水箱水温等。Pt100测温范围：0～100℃。经过温度变送器，可将温度信号转换成4～20mA直流电流信号。然后送入二次仪表进行温度的测量。Pt100传感器精度高，热补偿性较好，可用于做标准校验用热电阻。
（七）流量传感器、变送器
    采用2台电磁流量计与2台涡轮流量计。工频和变频回路各安装一台电磁流量计，公称直径20mm，测量精度±0.5％，测量范围0～5m³/h，额定压力1.6MPa；上水箱出水支路和下水箱出水支路各安装1台涡轮流量计，测量精度±0.5％，测量范围0～5m³/h，额定压力1.6MPa。
（八）气动调节阀
    采用ABB智能电气阀门定位器控制控制气动调节阀。规格V18345-1010121001，控制范围:4～20mA，公称通径20mm，公称压力1.6MPa，行程16mm，流通能力0.2T/H。
（九）电动调节阀
    选配一：采用瑞基RQMⅣ系列电动执行机构，可以通过一个独立的设定器对其进行非侵入性的快速设定、检查及查询。执行机构采用图形点阵式液晶显示器，以中文、数字、图形显示转矩、阀门位置、限位设定等工作状态和报警，极大地方便了用户的操作使用。该执行机构具有自动保护功能和隔爆功能。即使在危险区域也无需打开正在工作的执行机构电动箱盖就可进行调节、故障诊断。
    执行机构转速24rpm，额定转矩34Nm，电机额定功率0.12KW，电流0.85A,额定电压380V/50Hz，润滑油75W/90 GL-4，输出触点5A/240VAC/30VDC。
    调节阀公称通径20mm，公称压力1.6MPa，行程16mm，流通能力0.2T/H。
    选配二：采用科远S系列智能型电动执行机构，采用绝对编码器技术，阀位记录永远准确；超高控制精度，阀门运行精确到位；非侵入式设计，完全实现免开盖调试；密封可靠，防护等级满足IP68；手电动切换自如，手轮操作轻松；超强抗干扰能力，EMC电磁兼容性测试达工业三级。
    执行机构输出速度1.2mm/s，关断能力4000N，调节推力2000N，工作模式S4-25%1200c/h，润滑油L-CKE/P220，电源380V/50Hz。
    调节阀公称通径20mm，公称压力1.6MPa，行程16mm，流通能力0.2T/H。
(十)水泵
    本装置采用威乐离心水泵，流量为5m³/h，扬程为22m，功率为370W。泵体完全采用不锈钢材料，以防止生锈，使用寿命长。本装置采用两只离心水泵,一只为三相380V恒压驱动，另一只为三相变频220V输出驱动。
(十一)电动执行器
    安装在管道回路中，共有6个执行器进行控制，扭矩20Nm，行程时间8s，功率15W，电压AC220V，工作温度：－20～65℃。
(十二)电加热管
    配有1只3KW电加热管，用来对锅炉内胆内的水进行加温，控制系统三相全隔离一体化交流调压模块，内部集三相移相触发电路、单向可控硅、RC阻容吸收回路及电源电路等于一体，可自动或手动调节以改变负载上的电压，从而调节三相输出功率。支持4～20mA、0～5Vdc、0～10Vdc、1～5Vdc、0～10mA等输入自动控制模式，也可用手动控制。输入调节范围宽，输出调节精度高，三相对称性好，抗干扰能力强。
(十三)管道及阀门
    整个系统管道由PPR连接而成，热熔工艺，其产品韧性好，强度高，加工性能优异，较高温度下抗蠕变性能好，
    所有的手动阀门均采用优质球阀，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效提高了装置的使用年限。其中储水箱底部装有出水阀，当水箱需要更换水时，把出水阀打开将水直接排出。
（十四）控制系统
    主体部分采用优质钢管和钢板做骨架，经过机械加工成型，外表面喷涂彩色环氧聚塑处理，柜体配有4个带刹车万向轮，方便移动和固定，尺寸800mm×600mm×1800mm。
控制柜四面门板均可以拆卸，方便实操器件的安装。
    控制柜内部配有器件实操板，采用1.5mm钢板激光切割而成，网孔板采用5mm长孔加工，用以安装可编程控制器、变频器、交流接触器、继电器、保险丝座、空气开关、开关电源、接线端子排、走线槽等电气元件。
    控制柜和对象之间通过专用电缆进行电气连接。
    采用西门子基本型变频器V20，功率0.75kW，供电电压3AC～380V，输出频率0～550Hz，精度0.01Hz。带有RS485通信接口，集成4路数字量输入，2路继电器输出，2路模拟量输入（±10V，0～10V，0～20mA，12位分辨率），1路模拟量输出（0～20mA）；具有线性V/F控制、平方V/F控制、可编程多点设定V/F控制，磁通电流控制、电压/频率控制等工作模式；可进行PID控制、BICO功能、多脉冲高转矩启动模式、单脉冲高转矩启动模式、防堵模式、多泵控制、弹性电压提升控制、摆频功能、滑差补偿、双斜坡、PWM调制；具备霜冻保护、冷凝保护、气穴保护、动能缓冲、负载故障检测功能。
    采用西门子高性价比小型PLC产品S7-200 Smart CPU SR40，供电电压AC85～264V，集成24路数字量输入（DC24V 4mA，漏型・源型可切换）/16路数字量输出（继电器输出），内置24KB程序存储器、16KB数据存储器、10KB保持性存储器、6个高速计数器（最大200KHz），集成RS485接口、以太网接口，支持RS232、RS485、MODBUS、USS、自由口通讯、S7协议通讯、PROFIBUS等通信，配有通信编程电缆。并配有8路模拟量输入EM AE08，4路模拟量输出模块EM AQ04。
（十五）其他配件
    包含实训指导书，各种维护用的螺丝刀、扳手、生料带、电工胶带工具，各主要器件的使用说明书，实训用强弱电导线，工程光盘及软件，电脑桌等，使用以上配件可以组成一套完整系统，并可完成日常的维护工作。

·实训项目

    1.压力变送器的零点迁移和性能测试实验
    2.单容自衡水箱的对象特性测试实验
    3.双容自衡水箱的对象特性测试实验
    4.温度位式控制实验
    5.温度连续控制实验
    6.单容水箱液位PID控制实验
    7.水箱液位位式控制实验
    8.流量定值控制实验
    9.压力PID控制实验
    10.单回路控制系统的质量研究

·配置清单