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1、目 录实验装置说明 .1实验要求及安全操作规程 .8实验一 上水箱单容液位检测实验 .9实验二 上下水箱双容液位检测实验 .12实验三 锅炉温度检测实验 .15实验四 电动阀支路流量检测实验 .18实验五 水箱双容液位串级控制实验 .21实验六 液位流量串级控制实验 .24参考文献 .281实验装置说明一、概述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、流量、液位、压力等参数，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
2、实际，整个系统结构紧凑、功能多样、既能进行验证性、设计性实验,又能提供综合性实验。PCS-E 型过程控制综合实验装置主要是由实验控制对象、实验控制台及上位监控 PC 机三部分组成。有仪表控制、PLC 控制和 DDC 控制三种控制方式。本装置：两路独立供水系统；双容液位实验系统；流量实验系统；温控实验系统；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”及相关课程的教学实验需求。二、主要技术参数与要求1供电电源：单相交流电源：220vAC10%、50Hz5%、15A，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小于 10 米。3
3、系统仪表的输入、输出信号符合 IEC 标准。4本装置用的上位机组态软件是 MCGS 5.5 通用版。三、过程控制综合实验系统控制对象实验对象水路图如图 1-1 所示：2图 1-1 实验对象水路图本实验装置对象主要由水箱、锅炉两大部分组成。供水系统有两路：一路由单相磁力驱动泵、电动调节阀、电磁流量计及手动调节阀组成；另一路由单相磁力驱动泵及手动调节阀组成。 1、被控对象由不锈钢储水箱、有机玻璃上下水箱、不锈钢温控锅炉和敷塑不锈钢管道及配件等组成。（1）水箱：包括上下水箱、储水箱。上下水箱尺寸均为：D=22cm，H=30cm；水箱由三个槽组成，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
4、槽，出水时工作槽的水经过带燕尾槽的隔板流入出水槽，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扩散硅压力传感器与变送器，可对水箱的压力和液位进行检测和变送。储水箱为不锈钢储水体，尺寸为：长宽高=100cm3.53.5。并在两侧各与一磁力泵相连，为整个系统储水和供水，内有独特的结构设计和不锈钢过滤网，拆洗维护方便，以防杂物进入水泵和管道。（2）锅炉：锅炉为不锈钢制作，里面安装一个加热换，用以对锅炉内水进行加热，表面附加水标，方便观察锅炉内水位。（3）管道及阀门：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，彻底避免了管道系统生锈的可能性。有效
5、提高了实验装置的使用年限。32、检测装置（1）压力传感器、变送器：两个压力传感器分别用来对上、下水箱的液位进行检测，其量程为 05KP，精度为 0.5 级。采用工业用的扩散硅压力变送器，型号为 PT311B-5K233，带不锈钢隔离膜片，同时采用信号隔离技术，对传感器温度漂移跟随补偿。采用标准二线制传输方式，工作时需提供 24V 直流电源，输出：420mADC。（2）温度传感器/变送器：装置中采用了 1 个 Pt100 铂热电阻温度传感器，用来检测锅炉内的水温。经过控制台中的温度变送器，可将温度信号转换成420mA 直流电流信号。 温度变送器的量程：0+100，精度：0.5 级，输出：420m
6、ADC，供电：24VDC，接线方式：二线制。 Pt100 传感器精度高，热补偿性较好。（3）流量传感器、变送器：采用电磁流量计，型号为 FMCLDE15。采用标准二线制传输方式，工作时需提供 24V 直流电源。流量范围：01.2m 3/h；精度：1.0%；输出：420mADC。3、执行机构（1）电动调节阀：采用 ZDYP 超小型单座电动调节阀，用来对控制回路的流量进行调节。（2）水泵：本装置采用磁力驱动泵，型号为 MP-55RM 及 MP-15RM，其中MP-55RM 的进口直径：25，出口直径：25，流量为 60 升/分，扬程为 4 米，功率为 90W；MP-15RM 的进口直径为 25mm
7、 ;出口直径：25，流量为 8 升/分，扬程为 2.4 米，功率为 10W 。此装置两只磁力驱动循环泵均接为单相变频 220V输出驱动控制，分别为两条水路供水。（3）单相电加热环：本装置中采用的是一根功率为 1000W 电加热环，用来对锅炉的水进行加温，加热环的电阻值约为 50 左右。（4）全隔离单相交流调压模块：本装置采用了全隔离单相交流调压模块，来实现温度的连续控制.它是集同步变压器、相位检测电路、移相触发电路和可控硅于一体，当改变控制信号（即 420mADC 标准电流）的大小，就可以自动控制改变输出可控硅的触发角，从而来实现负载电压从 0V 到电网全电压的可调，即实现单相交流调压。四、过
8、程控制综合实验系统控制台“PCS-E 型过程控制综合实验装置实验控制台”主要由电气控制接线底板、信号控制板、DDC，智能仪表及 S7-EPLC 控制器单元组成。41、电气控制接线底板该电气控制接线底板位于控制台柜的底部，其主要有调压模块、液位继电器、4 个接触器，一个温度变送器，两个开关电源以及几排接线端子等器件组成，通过它们之间和信号控制板间特定的连线来形成符合实验要求的整体统一控制系统。2、信号及控制板信号及控制板示意图如图 1-2 所示： 图 1-2 信号及控制板示意图此面板左侧装有具有安全保护作用的漏电保护器, 当发生漏电和触电时，就立即在限定的时间内动作自动断开电源进行保护。旋合上电
9、源控制钥匙开关，此时其上面的信号灯亮，并且电源电压表显示为 220V 左右电压。并在电压表与控制开关之间装有 3A 熔断保险丝对器件进行保护。该面板右上侧是信号模板，主要包括有两路液位/压力输出信号实验插孔、一路流量输出信号实验插孔、一路温度输出信号实验插孔、一路电动阀输入信号实验插孔、一路温度输入信号实验插孔以及相配的开关按钮。其主要是通过与控制底板的连线与对象系统连接，将各传感器检测信号及执行器控制信号同面板上实验插孔相连，便于学生自行连线组成不同的控制系统。该面板下侧是控制模板，包括有四个控制开关，分别为电动调节阀、水泵1、水泵 2、加热器。其可对对象系统中的相应器件设备进行开关起停控制
10、。各开关上端安有 0.5A 熔断保险丝和 220VAC 供电的信号灯。3、S7-EPLC 控制器单元本系统采用的是西门子S7-EPLC，包括一个CPU222主机模块和一个EM235模5拟量输入模块，其中CPU222主机模块是DC/DC/DC,8点数字量输入6点数字量输出；EM235为4路模拟量输入1路模拟量输出。采用PPI通讯，只需用PC/PPI通讯线连接PC机与PLC，设置相应的通讯参数，即可与西门子S7-EPLC编程软件或上位机组态软件通讯。4、DDC 及仪表控制单元图 1-3 DDC 和仪表控制板示意图（1）DDC 控制本 装 置 DDC（ 远 程 数 据 采 集 ） 控 制 是 采 用
11、 REmoDAQ-8000 系 列 数 据 采 集和 控 制 模 块 ， 它 们 基 于 RS-485 网 络 传 输 ， 提 供 了 模 拟 量 输 入 、 模 拟 量 输 出 、数 字 量 输 入 /输 出 、 定 时 器 /计 数 器 、 交 流 电 量 采 集 、 无 线 通 讯 等 功 能 。 这 些模 块 可 以 由 命 令 远 程 控 制 。 其 中 REmoDAQ-8017 是 8 路 模 拟 量 输 入 模 块 ， REmoDAQ-8024B 是 4 路 模 拟 量 输 出 模 块 。REmoDAQ-8017 其特点：模拟量输入；通道分为 8 路差分或 6 路差分,2 路 单
12、端 (跳线选择) ；输入 类 型 :mV,V,mA(外 接 125 电 阻 )； 量 程 范 围 ：10V， 5V， 1V， 500mV， 150mV， 20mA； 采 样 速 率 ： 10 次 /秒 ；带 宽 ： 15.7Hz； 精 确 度 ： 0.1% ； 零 点 漂 移 ： 20uV/ ； 满 量 程 漂 移 ：25ppm/ ； CMR： 86dB； 输 入 阻 抗 ： 20M Ohms； 过 电 压 保 护 ： 35V； 隔 离 ：3000VDC； 输 入 电 压 ： +10V+30VDC； 功 耗 ： 1.3W； 温 度 ： -20 70 ； 湿度 ： 5%90%， 无 凝 露 。
13、REmoDAQ-8024 其 特 点 ：模拟量输出；分辨率：12 Bits；输入类型： V、mA；量程范围：+/-10V、+/-20mA、4-20 mA；精度：+/-0.1%FSR电流输出；+/-0.2%FSR电压输出；零 点 漂 移 ： 电 压 输 出 +/-30 V/ ， 电 流 输 出 0.2 A/ ； 温 度 漂 移 ： +/-625ppm/ ； 隔 离 逻 辑 输 入 ； 通 道 ： 4个 ； 电 平 0： +1V max； 电 平 1： +10-30Vdc； 过 电 压 保 护 ： +/-35V。（ 2） 仪 表 控 制本 装 置 仪表控制是采 用 AI系 列 全 通 用 人 工
14、智 能 调 节 仪 表 ， 为 AI-808型 。AI-808型 模 糊 PID调 节 仪 表 可 以 实 现 ， 可 以 输 入 为 0 5vDC信 号 ； 输 出 为4 20mADC信 号 ； 也 可 以 输 出 为 继 电 器 触 点 型 开 关 量 信 号 。 AI系 列 仪 表 通 过RS485串 口 通 信 协 议 与 上 位 计 算 机 通 讯 ， 从 而 实 现 系 统 的 实 时 监 控 。AI系 列 模 糊 PID调 节 仪 表 具 有 自 整 定 功 能 ， 有 较 高 的 调 节 精 度 。 在 调 节中 自 动 学 习 并 使 效 果 最 优 化 ， 具 有 无 超
15、调 ， 高 精 度 的 特 点 。在 自 整 定 时 ， 仪 表 执 行 位 式 调 节 经 2 3次 震 荡 后 ， 自 动 分 析 其 周 期 等 自动 计 算 P、 I、 D参 数 。 但 由 于 自 动 控 制 对 象 的 复 杂 性 ， 对 一 些 特 殊 场 合 ，自 整 定 的 参 数 并 不 是 最 佳 ， 故 需 人 工 修 改 P、 I、 D参 数 。 人 工 调 解 时 ， 可 依据 系 统 的 响 应 曲 线 ， 如 果 是 短 期 震 荡 （ 与 自 整 定 或 位 式 时 振 荡 周 期 相 当 或 略长 ） ， 可 减 少 P（ 优 先 ） ， 加 大 I及 D； 如 果 长 周 期 可 加 大
