JGMYG-75 高级过程控制综合实验装置
一、 高级过程控制综合实验装置 - 概述
一、过程控制装置功能：（含： 1. 仪表控制 2.DDC 控制 3. 无线网络控制 4.python 控制
1 、要求满足培训基地相关专业在热工仪表、高级过程自动控制原理及系统、火电厂计算机控制及系统、热工自动控制系统、 DCS 、 PLC 和现场总线等相关专业的实验及培训要求。
2 、被控对象要求具有有接口控制箱，控制箱电源和信号分开。控制箱包括电源装置、变频器、温度调温装置及设备的基本保护装置，要求提供与 DCS 接口的端子，作为与 DCS 、 PLC 的扩展接口。
二、性能指标及要求：
1 、输入电源 : 三相四线制或三相五线制 380V±10 ％ 50Hz ；
2 、工作环境 : 温度– 10℃ － +40℃ 相对湿度＜ 85 ％（ 25℃ ）；
3 、装置容量：＜ 5kVA ；外形尺寸： 1660mm*780mm*1800mm ，全不锈钢焊接而成。
4 、控制实验台：外形尺寸： 1600 mm *700 mm *1600 mm （尺寸误差≤ ±2% ）。
三、具体系统配置要求
1 、框架 1 套；主体框架要求采用镜面不锈钢方管焊接，对象模型安装架要求采用 38*25*2.0mm 的镜面不锈钢方管和 38*15*1.5mm 的镜面不锈钢方管焊接而成，安装底板采用 2.5mm 厚的不锈钢工业板制成。
2 、控制系统实验平台 1 套； 1. 控制对象接口箱分电源箱和信号接口箱。
3 、电源箱主要包含各种电源装置及电源分配开关，变频器、二相移相调压装置等强电装置；
4 、面板材质采用铝材，面板标识采用凹字烂板工艺进行加工制作，针对各种信号接口均配有文字及符号说明。所有信号采用国际标准的 IEC 信号。执行机构接口有三相可控硅移相调压装置、电动调节阀、不锈钢磁力泵、电磁阀、变频器及三相电加热管组成，另外电加热锅炉带有防干烧保护设备。并将对象系统各传感器检测及执行器控制信号同面板上的插座相连，便于学生自己连线组成不同的控制系统。
5 、有机玻璃水箱 3 只；包括 2 个平行上水箱（须和水路图一致）投标时提供水路图和下水箱和储水箱。水箱要求采用透明度高的有机玻璃，便于直接观察液位的变化和记录结果。上水箱尺寸均为： D=25cm ， H=20cm ；下水箱尺寸： D=35cm ， H=20cm 。（误差≤ ±2% ）
6 、工业模拟锅炉锅炉 1 套；要求共有三个同心不锈钢圆筒，从里到外共分三层：内层设有电热丝加温装置，第二层为冷却层，第三层为溢流层，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），要求由不锈钢精制而成，可进行温度实验。配套加热器，由可控硅移相控温，功率达 1.8KW 以上。防干烧装置要求具有防干烧探头。
7 、盘 管 1 套；模拟工业现场的管道输送和滞后环节，长 25 米，管径 15mm ，在盘管上有三个不同的温度检测点，滞后时间常数不同，在实验过程中可根据不同的实验需要选择不同的温度检测点。盘管的出水通过手动阀门的切换既可以流入锅炉内胆，也可以经过涡轮流量计流回储水箱。可用来完成温度的滞后和流量纯滞后控制实验。
8 、管道及阀门 1 套；整个系统管道由敷塑不锈钢管连接而成所有的手动阀门均采用优质球阀，储水箱底部出水阀。
9 、电动调节阀 1 套；电动调节阀是新一代超小型电子式一体化直行程电动调节阀。采用精小型电动执行器伺服放大器，它以 220V 交流电源为驱动电源，输入标准的 4 ～ 20mADC 控制信号，经伺服放大器控制，使电机带动减速器运行而产生轴向推力，使阀芯移动，改变阀门的开度，达到对液位，流量等工艺参数的调节，从而实现自动控制的目的。超小型直行程单座电动调节阀。广泛应用于电力、暖通中央空调、冶金、轻工等行业的自动化控制系统，更适用于高校教学和科研设备。 阀体为铸铁材质，阀芯为不锈钢材质，国标法兰安装， DC4 ～ 20mA 电流信号控制，工称通径 DN15 。该调节阀为直行程气动控制调节阀，具有精度高、技术先进、体积小、重量轻、推动力大、耗气量少、可靠性高、操作方便等优点。
10 、液位变送器 4 只；三个液位变送器分别用来对三个水箱和锅炉的液位进行检测，其量程为 0 ～ 3KPa( 以实际的水箱高度为准 ) ，用于测量水箱液位高度，为直流 24V 供电、标准两线制接线 4 ～ 20mA 变送输出、精度 0.5 级，采用工业用的扩散硅压力变送器，带不锈钢隔离膜片，采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。压力变送器，其量程为 0 ～ 80KPa ，智能压变送器传感器带 HART 通讯功能。
11 、温度传感器 5 只；装置中采用了 5 个 Pt100 铂热电阻温度传感器，分别用来检测锅炉内胆、锅炉夹套、盘管（有 3 个测试点）以及上水箱出口的水温。 Pt100 测温范围： -200 ～ +850℃ 。智能压变送器传感器带 HART 通讯功能。
12 、涡轮流量计 2 只；分别用来对由电动调节阀控制的动力支路、采用标准二线制传输方式，工作时需提供 DC24V 直流电源。流量范围： 0 ～ 1.2m3/h ；精度： 1.0% ；输出： 4 ～ 20mA 。
13 、电磁阀 1 只；作为电动调节阀支路和变频支路的连通阀，起接通和关断两条支的作用。工作压力：最小压力为 10Kg/ ㎝ 2 ，最大压力为 7Kg/ ㎝ 2 ；工作温度：－ 5 ～ 80℃ ；工作电压： 24VDC 。
14 、水泵 2 只；要求采用磁力驱动泵，流量： 30 升 / 分，功率： 180W 。泵体完全采用不锈钢材料。本装置采用两只磁力驱动泵 , 一只为三相 380V 恒压驱动，另一只为二相变频 220V 输出驱动。三相磁力驱动泵扬程达≥ 12 米。
15 、二相移相调压装置 1 套；采用二相全隔离一体化交流移相调压器模块， SMT 工艺， DCB 陶瓷基板，有 LED 电源指示和 LED 输出调节量指示，控制参数：可输入 0 ～ 5V 、 0 ～ 10V 、 4 ～ 20mA ；输出参数：额定工作电压： 380VAC±10% ；
16 电加热管 1 套；由三根 1.0KW 电加热管星形连接而成，对锅炉内胆内的水进行加温。
17 、交流变频器 1 套；要求采用具备 V/F 控制、通用磁通矢量控制、最佳励磁控制等功能变频调速模块，运行特性：多段速 15 速、 PID 控制、输出电流检测、异常时再试功能、零电流检测；输出频率范围： 0.2 ～ 400Hz ；频率设定分辨率： 0.06Hz/60HZ ；频率精度：最大输出频率的 ±0.1% 以内；控制信号输入为 4 ～ 20mADC 或 0 ～ 5VDC ，交流 220V 变频输出用来驱动三相磁力驱动泵。
18 、智能数字调节记录仪 1 只；集信号采集、运算、控制、显示记录、通信、数据转存、分析统计报表、配置、报警为一体的智能仪表，采用 32M NAND Flash 作为历史数据的存储介质，还可通过 CF 卡将组态设置和历史数据保存在计算机或其他设备中，将所需要的数据永久保存。具有 2 路模拟量输入、 1 路模拟量输出、 2 路报警输出，支持电流输入，电压输入，热电阻及热电偶信号输入。
19 、现场总线配置系统
除电气部分给各种工作部件提供电源外，还有下列主要部件：
(1)SIEMENS 负载电源 PM 190W
(2)SIEMENSCPU CPU CPU 1515-2 PN ， 1 MB 程序， 5 MB 数据； 10 ns ；集成 2xPN 接口， 1x 以太网接口， 1x DP 接口
(3)SIEMENS 数字量输出， DQ 32x24VDC/0.5A
(4)SIEMENS 数字量输入， 16 DI 紧凑型， 24V DC
(5)SIEMENS 模拟量输入， AI 8xU/I/RTD/TC ST
(6)SIEMENS 模拟量输出， AQ 4xU/I ST
(7)SIEMENS 存储卡， 4 MB
(8)SIEMENSCP 1542-5 ； RS485 ， PROFIBUS 通讯模块
(9)PA 液位变送器 7MF4634-1DD2-3AF6 1 只
(10)PA 温度变送器 7NG3213-0NN00 1 只
(11)Profibus-PA 流量总线仪表 1 只
(12)SIEMENS PA Coupler 耦合器
(13) 西门子变频器主体 变频器操作面板 变频器通讯板
(14) 西门子阀门定位器带 PA
(15)DP 通讯线和 DP 接头若干
(16) 软件：博图 TIA portal(DEMO) 博图 TIA portal 基于 TIA 博途平台的全新的工程组态软件，支持 SIMATIC S7-1500 、 SIMATIC S7-1200 、 SIMATIC S7-300 和 SIMATIC S7-400 控制器、同时也支持基于 PC 的 SIMATIC WinAC 自动化系统。
四、满足实验项目：
（一）常规实验项目
2 、被控对象特性测试实验
3 、位式控制系统实验
4 、单回路控制系统实验
5 、串能控制系统的实验
6 、比值控制系统实验
7 、复杂控制系统实验
（二）过程控制的仿真和基于 MATLAB/RTW 实时控制实验（要求提供液位单回路、比值控制、串级控制系统 3 种实验的 Simulink 控制软件建模界面，建模响应曲线，控制界面图和控制响应曲线。）
（三）无线网络控制
1 、 ZIGBEE 通讯实验
2 、 ZIGBEE 组网实验（提供触摸屏的组网图）
3 、 WiFi 通讯实验与电脑通信（录制视频寻址过程截图）
4 、 PID 参数调节与控制（提供 4 个站点的曲线图）
5 、触摸屏显示功能（提供软件界面）
6 、手机 APP 显示与控制（提供软件界面）
7 、开关量控制实验
（四）三冲量实验内容
1 、基于组态纯仿真控制的给水流量扰动下水位的动态特性 提供实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线
2 、基于组态纯仿真控制的汽包水位三冲量控制实验 提供实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线
3 、基于智能调节器控制的蒸汽流量扰动下水位的动态特性 提供实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线
4 、基于智能调节器控制的给水流量扰动下水位的动态特性 提供实物控制图，控制响应曲线，仿真图，响应曲线
5 、基于智能调节器控制的汽包水位三冲量控制实验
（五） Python 实验内容（提供每个实验截面图）
01. 基于 Python 界面设计应用
02. 基于 Python 界面与逻辑分离应用
03. 基于 Python 串口通信应用
04. 基于 Python 通信与显示应用
05. 基于 Python 多线程串口通信应用
06. 基于 Python 模拟量单通道读取应用
07. 基于 Python 模拟量多通道读取应用
08. 基于 Python 模拟量动态采样读取应用
09. 基于 Python 控制模拟量输出应用
10. 基于 Python 模拟量定时读取应用
11. 基于 Python 开关量频率读取应用
12. 基于 Python 波形发生器应用
13. 基于 Python 模拟量 PID 控制应用投标时提供软件界面图
14. 基于 Python 的传感器数据采集应用
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