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1、天波科技 精品教仪TDCK-II测控综合实验台实验指南天津市天波科达科技有限公司前 言 在您使用“天波”的教仪产品的同时，请您将使用的情况、发现的问题、提出的建议、希望的功能，反馈给“天波”，“天波”将根据您的信息，为您与其他客户提供更好的服务。 天津市天波科达科技有限公司 地址：天津市卫津路92号天津大学内 电话：02281693306邮编：300072 传真：02227404461联系人：黄志勇 E-mail: 一、概 述 近年来，随着教学改革的不断深入，各专业，特别是工科专业对素质教育的要求越来越高，但各高校的理论与实践严重脱节，基于此现象，充分征求广大教师意见。我们研制开发了综合实验台
2、，它采用多种传感器，获取压力、液位、温度、流量等四种基本物理量，并通过智能仪表、数据采集卡，将测量信号转送到计算机，再利用工控组态软件完成虚拟显示、数据处理和实时控制等功能。TDCK-II测控综合实验台是结合国内外先进教学理念，吸收国内外同类实验装置的优点，经过反复论证、精心设计的新一代过程控制专业、自动化专业、测控专业及相关专业的教学平台仪器。本实验台完全采用工业生产中实际使用的传感器、仪表、执行器等工业级元件，在一个管路循环系统上实现过程控制。该装置可以利用手动按钮、智能仪表、PLC等进行控制，亦可利用上位PC机，结合TDZT工控组态软件，实现实时监控。同时从教学实际出发，所有的传感器、仪
3、表、执行元件、水箱-管路等完全可视化，直观集成于整体实验台上，不仅结构紧凑利于观察调试，且有利于提高学生学习兴趣。本实验台是开放系统，每个实验模块都经过精心设计，在学生课程教学中，不仅可以用作教学演示仪器，进行传统的一些典型的验证性实验。同时也着重考虑设计型和综合型实验的操作性、扩展性：如在毕业设计中实现教学与实际工作相结合；教师根据用人单位要求来指导学生改变仪表参数、数据处理方式、程序结构等，变实验台为工业现场，充分激发学生思考的积极性，提高解决问题能力，使学生尽快适应实际工作要求。系统特点： 控制系统的被控量包含温度、流量、液位三大热工参数。 执行器中既有电磁比例调节阀类执行器，又有加热控
4、制器等电力拖动类执行器。 各种控制算法和调节规律在开放的实验平台上都可以实现。 具有多种工业控制方式，控制过程清晰。 控制方式有：手动调节控制、PLC控制、计算机控制 模拟工业现场，具有真实可靠性、直观性。 传感器、变送器、执行器、电路全部采用IEC标准信号传输。 实验数据及图表在TDZT软件中很容易存储及调用，便于实验后的分析。学生在本实验装置进行实验后，可掌握下列内容：1、 测定控制对象特性的方法2、 流程工业常用传感器初步了解3、 自动仪表的初步使用4、 TDZT、PLC编程软件基本使用5、 单回路控制系统的参数整定6、 复杂回路控制系统的参数整定7、 控制参数对控制系统品质指标的影响8
5、、 控制系统的设计、计算、分析等综合能力。实验的基本程序：1、 明确实验任务2、 提出实验方案3、 进行实验操作、作好观测和记录4、 整理实验数据并分析，撰写实验报告在进行本书中实验时，尽量让学生独立完成，教师给以必要指导，以培养学生的实验动手能力。要作好各实验，应做到：实验前有准备；实验中有条理，实验后有分析。二、系统组成 TDCK-II测控综合实验台集多参数控制为一体主要由模拟控制对象系统、控制台和上位机及控制软件系统等三大部分组成。模拟控制对象系统流程见下图： 测控技术综合实验台系统对象控制流程图1、模拟控制对象系统由上、中、下三个水箱、小锅炉及相应管路（含管路上手动阀组成）.1.1、系
6、统基本实验装置水箱 上、中两个水箱均采用牙克力进口透明有机玻璃，结实耐用，便于学生直接观测液位的变化。水箱结构非常独特，有三个槽，分别是缓冲槽，工作槽，溢水槽。水箱容积、外形优化设计，被控对象特性突出，使实验效果更为理想。模拟锅炉 ：本装置采用模拟锅炉进行温度实验，此锅炉采用不锈钢精制而成，设计巧妙，有二层组成：加热层（内胆）和冷却层（夹套 ）。做温度单回路实验时，冷却层的循环水可以使加热层的热量快速散发，使加热层的温度快速下降。冷却层和加热层都有温度传感器检测其温度。1.2、系统执行装置水泵 水泵用来整个系统的供水，管道式结构安装。本实验的循环介质采用清水，管路直径为10mm，实验台采用丹麦
7、格兰富UPA90 AUTO型单级循环水泵。噪音低，不会影响教师授课。寿命长，减少使用的麻烦。比例阀 比例阀是本系统重要部件，将控制模块送来的标准控制电信号转化为相应的阀门开度，且阀门开度与输入信号成线性关系，安装在管道上，配合用来控制、调节流量。我们选用德国进口比例阀，具有性能稳定可靠，控制精度高，使用寿命长等优点。电磁阀 在本系统中，电磁阀安装在主管道上，起到控制管路的通断与转换作用。我们选用台湾生产零压力开启直动式电磁阀，具有性能稳定可靠，动作灵敏，使用寿命长等优点。1.3、系统检测传感装置涡轮流量传感器 涡轮流量传感器是一种速度式流量计，它以动量矩守恒原理为基础，传感器内叶轮借助于液体的
8、动能而旋转。此时叶轮叶片使检出装置中的磁路磁阻发生周期性变化，因而在检出装置线圈两端就感应出与流量成正比的电脉冲信号，经前端放大器放大后送至显示仪表。选用LWGY-10型高精度涡轮流量传感器，具有精度高，动态特性好，可测量脉冲流，耐高压，压力损失小，使用温度范围宽，测量范围大等优点。温度传感器 温度测量采用热电阻元件(感温元件)。它是利用金属导体的电阻值随温度变化而变化的特性来进行温度测量。液位传感器 用来对上水箱和中水箱的液位进行检测，其核心变送器采用进口原装陶瓷电容传感器，具有抗过载、冲击能力强，稳定性、可靠性高，测量精度高等优点。信号变送输出按标准的二线制，经校正、补偿、放大输出与测量相
9、对应的420mA标准信号，送二次仪表显示出实时液位值,范围0400mm。2、控制台控制台由手动控制按钮、智能仪表、PLC控制、信号接口、ADAM模块、固态继电器控制方式选择、比例阀控制方式选择等部分组成，整个控制台的设计力求在满足教学的同时能让老师与学生都深刻体验到方便和快捷。我们用方便教学的视角来审视产品的每个细节。 图1注释：图1为设备控制面的右侧部分。图中“伏特表头”为伏特表位置，用来显示此设备总电源的电压，伏特电压表下面是此实验设备的总电源开关与指示灯，总电源开关为钥匙开关，开关顺时针旋转为开，反向为关；“内部电源指示灯区”显示设备内部的3个电源是否正常工作，与具体控制无关；“手动”、
10、“PLC”、“模块”、“采集卡”分别为此套实验设备的四种控制方式的选择按钮开关,在做实验时要按照要求按下相应的控制方式的按钮（具体操作参见使用注意事项）；“手动控制区”为设备执行机构手动控制的按钮与显示执行机构正常运行的指示灯，各手动按钮按下到“1”位置为对应设备通电工作，按下到“0”位置对应设备断电停止；“温度”、“液位”、“流量”分别代表温度显示仪表、液位显示仪表、流量显示仪表，其下面对应的“输入”分别为各个仪表的输入信号端子，右侧还有仪表电源的开关；仪表开关下面为驱动电路板的电源开关；“传感器信号输入”是各个传感器采集并转换后的电压信号，包括液位传感器、流量传感器和温度传感器，传感器信号
11、可以通过导线连接到仪表、ADAM模块、PLC等，接线时注意红为正，黑为负，每个传感器信号端子下面上各个传感器的电源开关，而右侧是各个传感器的总电源开关，一个仪表只可以同时接入一路传感器信号，但在计算机内却可以看到所有打开传感器开关的传感器采集到的数据。 图2图2为控制面板左侧示意图。图中最右侧分别为固态继电器的控制方式的选择、比例阀的控制方式的选择及比例阀电源开关。自动控制时把“自动控制”下的端子与“输入控制” 下的端子相连，仪表SSR输出时把“仪表SSR输出”下的端子与“输入控制”下的端子相连。若使用比例阀时请将比例阀开关打开，比例阀的控制分别有采集卡或PLC的D/A输出信号控制，根据实验选
12、择不同的连接方式；“PLC”位置为设备安装PLC S7-200的位置。“PLC模拟量输入”下面是传感器信号进入PLC的端子，PLC最多可以同时进入4路模拟量；“ADAM模块”为安放ADAM模块的位置，其下方分别为与模块模拟量输入和数字量输出的接线端子以及模块与工控机进行连接的串口位置。“外接数字量输出”对应的端子中13位为备用输出通道；4位为控制主动泵端子；5位为控制副动泵端子；6位为控制电磁阀1端子；7位为控制电磁阀2端子；8位为控制加热器端子；9位与10位为数字量输出的公共负端；11位与12位分别为24V电源的正负端。“外接模拟量输入”端子对应的的端子中1、11与12位为模拟量的公共负端；
13、2位为上水箱液位正端；3位为下水箱液位正端；4位为主回路流量正端；5位为副回路流量正端；6位为内胆温度正端；7位为夹套温度正端；8位为冷进温度正端；9位为冷出温度正端；10位为热出温度正端。“串口”为从工控机串口位置引出的串口延长线。此处为232传输方式。注意：此套设备中所有接线端子均为红为正，黑为负。切记不要接错。此外此套设备的空气开关处于控制柜的左下方。一、 仪表读数1. 温度数显表可以通过导线把仪表下的一组插口分别连接传感器信号接口下的5个温度传感器，从而显示5个位置的温度中的一个，正接正，负接负，并把对应的传感器开关K拨上。2. 液位数显表可以通过导线把仪表下的插口分别连接传感器信号接
14、口下的液位传感器，正接正，负接负，并把对应的传感器开关K拨上，从而分别显示两个水箱的液位。3. 流量数显表可以通过导线把仪表下的插口分别连接传感器信号接口下的流量传感器，正接正，负接负，并把对应的传感器开关K拨上，从而分别显示主动泵和副动泵出水的流量。二、 按钮2.1、控制按钮采用带有自锁指示灯功能的按钮，安全可靠，保证操作人员的人身安全。按钮的布局合理，充分考虑到了操作人员的操作习惯，操作起来方便快捷。2.2、智能仪表智能仪表采用先进的ASIC芯片及制造技术，将常规仪表的硬件接口电路和多功能模块化的仪表软件，高度集成于专业ASIC之中，从而达到高可靠、稳定性好、功耗低的工业仪表设计标准。开放式的仪表模块结构；数字调零调幅的校准技术；掉电参数保留；多重抗干扰设计等功能。2.3、 S7-200 PLCPLC由于结构紧凑、功能强大、使用方便而应用于各种自动化系统。随着技术的发展，PLC的功能和可靠性的不断提高。因而在中小控制系统中的应用越来越广，成为
