高级型过程控制综合实验装置

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作者：管理员发布时间：2024-09-24 10:03:11

一、MYG-75高级型过程控制综合实验装置功能：（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。
20、 DCS控制配置系统

序号	名称	性能	部件型号	数量	单位
1	机柜	高×宽×深：2100×800×600mm	XP202X	1	个
2	一体化标准机笼（20槽，4U）	含母板端子	XP211	1	个
3	24V转5V电源卡（窄面板）		XP258-2	1	块
4	数据转发卡		XP233	1	块
5	主控制卡		XP243X	1	块
6	系统电源（II代）		PW732(24VDC,10A)	2	个
7	8路电流信号输入卡		XP351	3	块
8	8路模拟信号输出卡		XP372	1	块
9	I/O空槽保护卡		XP000	10	块
10	I/O端子板（非冗余型）		XP520	5	块
11	中控交换机	16口,机架式	SUP-2218	2	套
12
2、操作站软件
序号	名称	性能	部件型号	数量	单位
1	实时监控软件	操作站运行软件	PRO 111	1	套
2	工程师站组态软件	实现系统组态、流程图制作、报表制作、图形化编程等	PRO 135	1	套
3、辅助部件
序号	名称	性能	部件型号	数量	单位
1	空气开关		通用空气开关2P	6	个
2	接线端子	端子(含附件)		1	批
3	安装附料			1	批

18 ▲python数据采集卡1套；
同时支持labview二次开发，数据采集卡采用工业级的解决方案，接口采用USB接口，具体核心功能指标要求：
1.1.具有8路模拟量输入：8路电压输入。ADC分辨率：14位，最大采样速率：100K/S。
1.2. 2路模拟量输出：12位，0-10V，100Ksa/s
1.3. 2路1MHz计数、PWM测量输入，2路1MHzPWM、脉冲发生器。
1.4.具有多种采样方式：定时采样，定长采样，单步采样，实时采样。
1.5.具有输入低通滤波，过压保护功能。
1.6.具有12路数字量输入输出：6路输入，6路输出。
1.7.支持波形输出：正弦波，方波，三角波，锯齿波任意波形,上位机软件可采集可调节。
1.8.波形频率可调：范围0-10000HZ，上位机软件显示控制。
19 计算机直接控制网络模块1套；
20 物联网控制系统1套
21 MATLAB/RTW实物控制系统实验箱1套；
22 汽包水位控制仿真软件1套；SimulinK控制的汽包水位控制仿真软件：
23 3D传感器仿真系统1套；
含1、音轮式转速传感器级2、电容式油量传感器3、浮子式油量传感器4、动态扭矩传感器，
24 主机监测单元1套；
内容：检测传感器电压能用手机APP读取，可以设置传感器电压输出报警，不得少于4通道测量）。主机监测单元电路部分采用超薄可折叠导电材料技术，实时检测主机多路运行状况（4路以上），并且带液晶显示和报警显示，主机检测单元可反复折叠不损坏电路，支持手机无线采集数据。并且可以用手机APP读写数据。
软件和附件配置清单
1 组态软件 MCGS组态软件 1套
2 仪表控制软件仪表参数通过组态软件对仪表进行读和写，并且能在软件上显示。 1套
3 DDC计算机网络控制软件软件具有工程师站和操作员站的功能，实现计算机实时控制，有历史曲线的呈现和数据保成功能。 1套
4 PLC控制软件有下位机和上位机软件组成的 1套
5 3D传感器仿真系统描述传感器3D装配演示、电路原理、应用示范 1套
6 汽包水位控制仿真软件锅炉在三冲量控制情况下的不同情况的曲线显示 1套
7 MATLAB/RTW实物控制系统过程控制得模拟软件 1套
8 python数据采集卡利用python语言来控制温度压力流量液位。 1套
9 实验装置说明书 1套
10 实验操作指导书 1套
11 实验装置电气附件 1套
四、满足的实验项目
（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
（三）无线网络控制
1、ZIGBEE通讯实验
2、ZIGBEE组网实验
3、WiFi通讯实验与电脑通信
4、PID参数调节与控制
5、触摸屏显示功能
6、手机APP显示与控制
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
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
14.基于Python的传感器数据采集应用