“THJ-2型高級過程控制系統(tǒng)實驗裝置”是基于工業(yè)過程的物理模擬對象，它集自動化儀表技術(shù)，計算機技術(shù)，通訊技術(shù)，自動控制技術(shù)為一體的多功能實驗裝置，該裝置是本企業(yè)根據(jù)自動化及其它相關(guān)專業(yè)教學(xué)的特點，吸收了國內(nèi)外同類實驗裝置的特點和長處，經(jīng)過精心設(shè)計，多次實驗和反復(fù)論證，推出了一套全新的實驗裝置，該系統(tǒng)包括流量、溫度、液位、壓力等熱工參數(shù)，可實現(xiàn)系統(tǒng)參數(shù)辨識，單回路控制，串級控制，前饋—反饋控制，比值控制，解耦控制等多種控制形式。本裝置還可根據(jù)用戶的需要設(shè)計構(gòu)成DDC，DCS，PLC，F(xiàn)CS 等多種控制系統(tǒng)。該實驗裝置既可作為本科，?？?，高職過程控制課程的實驗裝置，也可為研究生及科研人員對復(fù)雜控制系統(tǒng)、先進控制系統(tǒng)的研究提供物理模擬對象和實驗手段。

2.1.2 系統(tǒng)組成

本實驗裝置由被控對象和智能儀表兩部分組成。系統(tǒng)動力支路分兩路：一路由三相磁力驅(qū)動泵(380V交流)、電動調(diào)節(jié)閥、直流電磁閥、渦輪流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成;另一路由日本三菱變頻器、三相磁力驅(qū)動泵(220V變頻)、渦輪流量計及手動調(diào)節(jié)閥組成。

1、被控對象

由不銹鋼儲水箱、上、中、下三個串接有機玻璃圓筒形水箱、4.5千瓦電加熱鍋爐(由不銹鋼鍋爐內(nèi)膽加溫筒和封閉式外循環(huán)不銹鋼冷卻鍋爐夾套構(gòu)成)、冷熱水交換盤管和敷塑不銹鋼管道組成。

水箱：包括上水箱、中水箱、下水箱和儲水箱。 上、中、下水箱采用優(yōu)質(zhì)淡藍色圓筒型有機玻璃，不但堅實耐用，而且透明度高，便于學(xué)生直接觀察液位的變化和記錄結(jié)果。上、中水箱尺寸均為：d=25cm,h=20 cm; 下水箱尺寸為：d=35cm,h=20 cm。水箱結(jié)構(gòu)非常獨特，有三個槽，分別是緩沖槽，工作槽，出水槽。上、中、下水箱可以組合成一階、二階、三階液位單回路控制實驗和雙閉環(huán)、三閉環(huán)液位串級控制等實驗。儲水箱是采用不銹鋼板制成，尺寸為：長×寬×高=68cm×52㎝×43㎝完全能滿足上、中、下水箱的實驗需要。儲水箱內(nèi)部有兩個橢圓形塑料過濾網(wǎng)罩，防止兩套動力支路進水時有雜物進入泵中。

模擬鍋爐：本裝置采用模擬鍋爐進行溫度實驗，此鍋爐采用不銹鋼精制而成，設(shè)計巧妙，由二層組成：加熱層(內(nèi)膽)和冷卻層(夾套)。做溫度單回路實驗時，冷卻層的循環(huán)水可以使加熱層的熱量快速散發(fā)，使加熱層的溫度快速下降。冷卻層和加熱層都有溫度傳感器檢測其溫度，可完成溫度的串級控制，前饋-反饋控制，解耦控制等實驗。

盤管：長37米(43圈)，可做溫度純滯后實驗，在盤管上有三個不同的溫度檢測點，它們的滯后時間常數(shù)不同，在實驗過程中根據(jù)不同的實驗需要選擇不同的滯后時間常數(shù)。盤管出來的水既可以回流到鍋爐內(nèi)膽，也可以經(jīng)過渦輪流量計完成流量滯后實驗。

管道：整個系統(tǒng)管道采用敷塑不銹鋼管組成，所有的水閥采用優(yōu)質(zhì)球閥，徹底避免了管道系統(tǒng)生銹的可能性。有效提高了實驗裝置的使用年限。其中儲水箱底有一個出水閥，當水箱需要更換水時，將球閥打開將水直接排出。

2、檢測裝置

壓力傳感器、智能變送器：采用工業(yè)用的擴散硅壓力變送器，含不銹鋼隔離膜片，同時采用信號隔離技術(shù)，對智能傳感器溫度漂移跟隨補償。壓力傳感器用來對上、中、下水箱的液位進行檢測，其精度為0.5級，因為為二線制，故工作時需串接24V直流電源。

溫度傳感器：本裝置采用六個Pt100傳感器，分別用來檢測上水箱出口、鍋爐內(nèi)膽、鍋爐夾套以及盤管的水溫。經(jīng)過調(diào)節(jié)器的溫度變送器，可將溫度信號轉(zhuǎn)換成4～ 20mADC電流信號。 Pt100傳感器精度高，熱補償性較好。

流量傳感器、轉(zhuǎn)換器：流量傳感器分別用來對電動調(diào)節(jié)閥支路、變頻支路及盤管出口支路的流量進行測量。渦輪流量計型號：LWGY-10，流量范圍：0～1.2m3/h，精度：1.0%。輸出：4～20mA標準信號。本裝置用了三套渦輪流量傳感器、變送器。

3.執(zhí)行機構(gòu)

電動調(diào)節(jié)閥：采用智能型電動調(diào)節(jié)閥，用來進行控制回路流量的調(diào)節(jié)。電動調(diào)節(jié)閥型號為：QSVP-16K。具有精度高、技術(shù)先進、體積小、重量輕、推動力大、功能強、控制單元與電動執(zhí)行機構(gòu)一體化、可靠性高、操作方便等優(yōu)點，控制信號為4～20mA DC或1～5V DC，輸出4～20mA DC的閥位信號，使用和校正非常方便。

技術(shù)指標：

電源220VAC 50HZ

輸入控制信號：4～20mA DC或1～5V DC

公稱壓力：1.6Mpa

公稱直徑：20mm

重復(fù)精度：±1%

介質(zhì)溫度：-4～+200℃

行程：10mm

功耗：5VA

變頻器：本裝置采用日本三菱(FR-S520S-0.4K-CH(R))變頻器，控制信號輸入為4～20mADC或0～5VDC，～220V變頻輸出用來驅(qū)動三相磁力驅(qū)動泵。

水泵：本裝置采用磁力驅(qū)動泵，型號為16CQ-8P，流量為32升/分，揚程為8米，功率為180W。泵體完全采用不銹鋼材料，以防止生銹，使用壽命長。本裝置采用兩只磁力驅(qū)動泵。一只為三相380V恒壓驅(qū)動，另一只為三相變頻220V輸出驅(qū)動。

可移相SCR調(diào)壓裝置：采用可控硅移相觸發(fā)裝置，輸入控制信號為4～20mA標準電流信號。輸出電壓用來控制加熱器加熱，從而控制鍋爐的溫度。

電磁閥：在本裝置中作為電動調(diào)節(jié)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℃。

4.控制器

本實驗裝置基本配置的控制器有調(diào)節(jié)儀表、比值器/前饋-反饋補償器、解耦裝置。(還可根據(jù)需要擴展遠程數(shù)據(jù)采集和PLC可編程控制系統(tǒng))

a.調(diào)節(jié)儀表

本系統(tǒng)實驗裝置采用上海萬迅儀表有限公司的AI系列儀表，其主要特點有：

●AI系列儀表操作方便、通俗易學(xué)，且不同功能檔次相互兼容。

●具有國際上同類儀表的幾乎所有功能，通用性強、技術(shù)成熟可靠。

●全球通用的85～246VAC范圍開關(guān)電源或者24VDC電源供電，并具備多種外形尺寸。

●輸入采用數(shù)字校正系統(tǒng)，內(nèi)置常用熱電偶和熱電阻非線性校正表格，測量精確穩(wěn)定。

●采用先進的AI人工智能調(diào)節(jié)算法，無超調(diào)，具備自整定(AT)功能。

●采用先進的模塊化結(jié)構(gòu)，提供豐富的輸出規(guī)格，能滿足各種應(yīng)用場合的需要。

●通過ISO9002質(zhì)量認證，品質(zhì)可靠。具備符合要求的抗干擾性能。

本裝置有4臺調(diào)節(jié)器。其中三臺型號是AI-818，另一臺型號是AI-708。

(1)技術(shù)規(guī)格

熱電偶：K、S、R、E、J、T、B、N

熱電阻：Cu50、Pt100

線性電壓：0-5V、1-5V、0-1V、0-100mV、0-20mV等

線性電流(需外接分流電阻)：0-10mA、0-20mA、4-20mA等

(2)測量范圍

K(-50+1300℃)、S(-50-1700℃)、R(-50-+1650℃)、T(-200-+550℃)、

E(0-800℃)、J(0-1000℃)、B(0-1800℃)、N(0-1300℃)、

Cu50(-50-+150℃)、Pt100(-200-+600℃)

(3)測量精度

0.2級(熱電阻、線性電壓、線性電流及熱電偶輸入且采用銅電阻補償或冰點補償冷端時)

0.2%FS±2.0℃(熱電偶輸入且采用儀表內(nèi)部元件測溫補償冷端時)

(4)響應(yīng)時間

T≤0.5秒(設(shè)置數(shù)字濾波參數(shù)dL=0時)

注：儀表對B分度號熱電偶在0—600℃范圍時可以進行測量，但測量精度無法達到0.2級，在600-1800℃范圍可保證0.2級測量精度。

(5)AI人工智能調(diào)節(jié)，包含模糊邏輯PID調(diào)節(jié)及參數(shù)自整定功能的先進控制算法。

(6)輸出規(guī)格(模塊化)

繼電器觸點開關(guān)輸出(常開+常閉)：250VAC/1A或30VDC/1A

可控硅無觸點開關(guān)輸出(常開或常閉)：100-240VAC/0.2A(持續(xù))，2A(20mS瞬時，重復(fù)周期大于5S)

SSR電壓輸出：12VDC/30mA(用于驅(qū)動SSR固態(tài)繼電器)

可控硅觸發(fā)輸出：可觸發(fā)5-500A的雙向可控硅、2個單向可控硅反并聯(lián)連接或可控硅功率模塊

線性電流輸出：0-10 mA可4-20 mA可定義(安裝X模塊時輸出電壓≥10.5V;X4模塊輸出電壓≥7V)

(7)報警功能

上限、下限、正偏差、負偏差等4種方式，最多可輸出3路，有上電免除報警選擇功能。

(8)手動功能

自動/手動雙向無擾動切換(僅A1-808/808P系列具備此功能)

(9)電源：100-240VAC，-15%，+10%50-60HZ;

電源消耗：≤5W

(10)環(huán)境溫度：0-50℃

b.比值器、前饋-反饋裝置

此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用既可以實現(xiàn)流量的單閉環(huán)比值、雙閉環(huán)比值控制系統(tǒng)實驗，又可以實現(xiàn)液位與流量、溫度與流量的前饋-反饋控制系統(tǒng)實驗。

c.解耦控制裝置

此控制器與調(diào)節(jié)器一起使用可以實現(xiàn)鍋爐內(nèi)膽與鍋爐夾套的溫度、上水箱液位與出口溫度的解耦控制系統(tǒng)實驗。