第一章實驗裝置說明
第一節系統概述
一、概述
「thsa-1型過控綜合自動化控制系統實驗平台」是由實驗控制物件、實驗控制台及上位監控pc機三部分組成。它是本企業根據工業自動化及其他相關專業的教學特點，並吸收了國內外同類實驗裝置的特點和長處，經過精心設計，多次實驗和反覆論證而推出的一套全新的綜合性實驗裝置。本裝置結合了當今工業現場過程控制的實際，是一套集自動化儀表技術、計算機技術、通訊技術、自動控制技術及現場匯流排技術為一體的多功能實驗裝置。
該系統包括流量、溫度、液位、壓力等熱工引數，可實現系統引數辨識，單迴路控制，串級控制，前饋-反饋控制，滯後控制、比值控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據使用者的需要設計構成ai智慧型儀表，ddc遠端資料採集，dcs分布式控制，plc可程式設計控制，fcs現場匯流排控制等多種控制系統，它既可作為本科，專科，高職過程控制課程的實驗裝置，也可為教師、研究生及科研人員對複雜控制系統、先進控制系統的研究提供乙個物理模擬物件和實驗平台。
學生通過本實驗裝置進行綜合實驗後可掌握以下內容：
1．感測器特性的認識和零點遷移；
2．自動化儀表的初步使用；
3．變頻器的基本原理和初步使用；
4．電動調節閥的調節特性和原理；
5．測定被控物件特性的方法；
6．單迴路控制系統的引數整定；
7．串級控制系統的引數整定；
8．複雜控制迴路系統的引數整定；
9．控制引數對控制系統的品質指標的要求；
10．控制系統的設計、計算、分析、接線、投運等綜合能力培養；
11．各種控制方案的生成過程及控制演算法程式的編制方法。
二、系統特點
● 真實性、直觀性、綜合性強，控制物件元件全部**於工業現場。
● 被控引數全面，涵蓋了連續性工業生產過程中的液位、壓力、流量及溫度等典型引數。
● 具有廣泛的擴充套件性和後續開發功能，所有i/o訊號全部採用國際標準iec訊號。
● 具有控制引數和控制方案的多樣化。通過不同被控引數、動力源、控制器、執行器及工藝管路的組合可構成幾十種過程控制系統實驗專案。
● 各種控制演算法和調節規律在開放的實驗軟體平台上都可以實現。實驗資料及圖表在上位機軟體系統中很容易儲存及呼叫，以便實驗者進行實驗後的比較和分析。
● 多種控制方式：可採用ai智慧型儀表控制、dcs分布式控制、s7-200或s7-300plc可程式設計控制、ddc遠端資料採集控制等多種控制方式。
● 充分考慮了各大高校自動化專業的大綱要求，完全能滿足教學實驗、課程設計、畢業設計的需要，同時學生可自行設計實驗方案，進行綜合性、創造性過程控制系統實驗的設計、除錯、分析，培養學生的獨立操作、獨立分析問題和解決問題的能力。
三、實驗裝置的安全保護體系
1．，每一支路都帶有各自三相、單相斷路器。總電源設有三相通電指示燈和380v三相電壓指示表，三相帶燈熔斷器作為斷相指示。
2．控制屏上裝有一套電壓型漏電保護和一套電流型漏電保護裝置。
3．控制屏設有服務管理器（即定時器兼報警記錄儀），為學生實驗技能的考核提供乙個統一的標準。
4．各種電源及各種儀表均有可靠的自保護功能。
5．強電接線插頭採用封閉式結構，以防止觸電事故的發生。
6．強弱電連線線採用不同結構的插頭、插座，防止強弱電混接。
第二節 thsa-1型過控綜合自動化控制系統物件
實驗物件總貌圖如圖1-1所示：
圖1-1 實驗物件總貌圖
本實驗裝置物件主要由水箱、鍋爐和盤管三大部分組成。供水系統有兩路：一路由三相（380v恆壓供水）磁力驅動幫浦、電動調節閥、直流電磁閥、渦輪流量計及手動調節閥組成；另一路由變頻器、三相磁力驅動幫浦（220v變頻調速）、渦輪流量計及手動調節閥組成。
一、被控物件
由不鏽鋼儲水箱、（上、中、下）三個串接有機玻璃水箱、4.5kw三相電加熱模擬鍋爐(由不鏽鋼鍋爐內膽加溫筒和封閉式鍋爐夾套構成)、盤管和敷塑不銹鋼管道等組成。
1．水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。上、中、下水箱採用淡藍色優質有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便於學生直接觀察液位的變化和記錄結果。
上、中水箱尺寸均為：d=25cm，h=20cm；下水箱尺寸為：d=35cm，h=20cm。
水箱結構獨特，由三個槽組成，分別為緩衝槽、工作槽和出水槽，進水時水管的水先流入緩衝槽，出水時工作槽的水經過帶燕尾槽的隔板流入出水槽，這樣經過緩衝和線性化的處理，工作槽的液位較為穩定，便於觀察。水箱底部均接有擴散矽壓力感測器與變送器，可對水箱的壓力和液位進行檢測和變送。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階單迴路液位控制系統和雙閉環、三閉環液位串級控制系統。
儲水箱由不鏽鋼板製成，尺寸為：長×寬×高=68cm×52㎝×43㎝，完全能滿足上、中、下水箱的實驗供水需要。儲水箱內部有兩個橢圓形塑料過濾網罩，以防雜物進入水幫浦和管道。
2．模擬鍋爐：是利用電加熱管加熱的常壓鍋爐，包括加熱層（鍋爐內膽）和冷卻層（鍋爐夾套），均由不鏽鋼精製而成，可利用它進行溫度實驗。做溫度實驗時，冷卻層的迴圈水可以使加熱層的熱量快速散發，使加熱層的溫度快速下降。
冷卻層和加熱層都裝有溫度感測器檢測其溫度，可完成溫度的定值控制、串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實驗。
3．盤管：模擬工業現場的管道輸送和滯後環節，長37公尺（43圈），在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯後時間常數不同，在實驗過程中可根據不同的實驗需要選擇不同的溫度檢測點。盤管的出水通過手動閥門的切換既可以流入鍋爐內膽，也可以經過渦輪流量計流回儲水箱。
它可用來完成溫度的滯後和流量純滯後控制實驗。
4．管道及閥門：整個系統管道由敷塑不銹鋼管連線而成，所有的手動閥門均採用優質球閥，徹底避免了管道系統生鏽的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。
其中儲水箱底部有乙個出水閥，當水箱需要更換水時，把球閥開啟將水直接排出。
二、檢測裝置
1．壓力感測器、變送器：三個壓力感測器分別用來對上、中、下三個水箱的液位進行檢測，其量程為0～5kp，精度為0.5級。
採用工業用的擴散矽壓力變送器，帶不鏽鋼隔離膜片，同時採用訊號隔離技術，對感測器溫度漂移跟隨補償。採用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24v直流電源，輸出：4～20madc。
2．溫度感測器：裝置中採用了六個pt100鉑熱電阻溫度感測器，分別用來檢測鍋爐內膽、鍋爐夾套、盤管（有3個測試點）以及上水箱出口的水溫。pt100測溫範圍：
-200～+420℃。經過調節器的溫度變送器，可將溫度訊號轉換成4～20ma直流電流訊號。pt100感測器精度高，熱補償性較好。
3．流量感測器、變送器：三個渦輪流量計分別用來對由電動調節閥控制的動力支路、由變頻器控制的動力支路及盤管出口處的流量進行檢測。它的優點是測量精度高，反應快。
採用標準二線制傳輸方式，工作時需提供24v直流電源。流量範圍：0～1.
2m3/h；精度：1.0%；輸出：
4～20madc。
三、執行機構
1．電動調節閥：採用智慧型直行程電動調節閥，用來對控制迴路的流量進行調節。電動調節閥型號為：
qsvp-16k。具有精度高、技術先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執行機構一體化、可靠性高、操作方便等優點，電源為單相220v，控制訊號為4～20madc或1～5vdc，輸出為4～20madc的閥位訊號，使用和校正非常方便。
2．水幫浦：本裝置採用磁力驅動幫浦，型號為16cq-8p，流量為30公升/分，揚程為8公尺，功率為180w。幫浦體完全採用不鏽鋼材料，以防止生鏽，使用壽命長。
本裝置採用兩隻磁力驅動幫浦,乙隻為三相380v恆壓驅動，另乙隻為三相變頻220v輸出驅動。
3．電磁閥：在本裝置中作為電動調節閥的旁路，起到階躍干擾的作用。電磁閥型號為：
2w-160-25 ；工作壓力：最小壓力為0kg/㎝2，最大壓力為7kg/㎝2 ；工作溫度：－5～80℃；工作電壓：
24vdc。
4．三相電加熱管：由三根1.5kw電加熱管星形連線而成，用來對鍋爐內膽內的水進行加溫，每根加熱管的電阻值約為50ω左右。
第三節 thsa-1型過控綜合自動化控制系統實驗平台
「thsa-1型過控綜合自動化控制系統實驗平台」主要由控制屏元件、智慧型儀表控制項、遠端資料採集控制項、dcs分布式控制項、plc控制項等幾部分組成。
一、控制屏元件
1．sa-01電源控制屏面板
充分考慮人身安全保護，裝有漏電保護空氣開關、電壓型漏電保護器、電流型漏電保護器。圖1-2為電源控制屏示意圖。合上總電源空氣開關及鑰匙開關，此時三隻電壓表均指示380v左右，定時器兼報警記錄儀數顯亮，停止按鈕燈亮。
此時開啟照明開關、變頻器開關及24v開關電源即可提供照明燈，變頻器和24v電。按下啟動按鈕，停止按鈕燈熄，啟動按鈕燈亮，此時合上三相電源、單相ⅰ、單相ⅱ、單相ⅲ空氣開關即可提供相應電源輸出，作為其他裝置的供電電源。
圖1-2 電源控制屏示意圖
2．sa-02 i/o訊號介面面板
該面板的作用主要是通過航空插頭（一端與物件系統連線）將各感測器檢測訊號及執行器控制訊號同面板上自鎖緊插孔相連，便於學生自行連線組成不同的控制系統。
3．sa-11交流變頻控制掛件
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